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BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
  
SOLVAY	
  BRUSSELS	
  SCHOOL	
  |	
  ASSISTANT:	
  ARNHEM	
  MATTHIEU	
  	
  
2015	
  -­‐	
  2016	
  
Les	
   diodes	
   électroluminescentes	
   organiques	
  
(OLED)	
  :	
  La	
  révolution	
  de	
  la	
  lumière	
  
SEMINAIRE	
  PLURIDISCIPLINAIRE	
  DES	
  SCIENCES	
  ET	
  TECHNOLOGIES	
  
	
  
	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   1	
  
	
  
TABLE	
  DES	
  MATIERES	
  
EXECUTIVE	
  SUMMARY	
   4	
  
FONDEMENTS	
  SCIENTIFIQUES	
   4	
  
PROCESSUS	
  DE	
  PRODUCTION	
   4	
  
EFFICACITE	
  DES	
  OLED	
  ET	
  EFFET	
  BURN-­‐IN	
   5	
  
DEVELOPPEMENTS	
  TECHNOLOGIQUES	
   5	
  
LE	
  MARCHE	
  DES	
  OLED	
   6	
  
RECHERCHE	
  ET	
  DEVELOPPEMENT	
   6	
  
LES	
  FABRICANTS	
  DE	
  COMPOSANTS	
   7	
  
L’ECLAIRAGE	
  ET	
  L’AFFICHAGE	
   7	
  
APPLICATIONS	
  COMMERCIALES	
   10	
  
AVANTAGES/INCONVENIENTS	
  (ECLAIRAGE	
  ET	
  AFFICHAGE)	
   10	
  
APPLICATIONS	
  MILITAIRES	
  ET	
  APPLICATIONS	
  COMMERCIALES	
  FUTURES	
   10	
  
ENJEUX	
  ENVIRONNEMENTAUX	
   10	
  
MATERIAUX	
  UTILISES	
  ET	
  PRODUCTION	
   10	
  
UTILISATION	
  DES	
  OLED	
   11	
  
FIN	
  DE	
  VIE	
   11	
  
DIMENSION	
  SOCIETALE	
   11	
  
DIMENSION	
  POLITIQUE	
   12	
  
ANNEXES	
   13	
  
PARTIE	
  I	
  :	
  FONDEMENTS	
  SCIENTIFIQUES	
   13	
  
A.	
   PRINCIPE	
  DE	
  FONCTIONNEMENT	
  DES	
  OLED	
   13	
  
I.	
   LA	
  DIODE	
  AU	
  MICROSCOPE	
   13	
  
II.	
   LES	
  OLED	
  :	
  DES	
  DIODES	
  ORGANIQUES	
  EMETTRICES	
  DE	
  LUMIERE	
   18	
  
B.	
   PROCESSUS	
  DE	
  FABRICATION	
  DES	
  OLED	
   21	
  
I.	
   PRODUCTION	
  DES	
  OLED	
  A	
  POLYMERE	
   22	
  
II.	
   PRODUCTION	
  DES	
  OLED	
  A	
  PETITES	
  MOLECULES	
   23	
  
C.	
   EFFICACITE	
  DES	
  OLED	
  ET	
  EFFET	
  BURN-­‐IN	
   23	
  
PARTIE	
  II	
  :	
  DEVELOPPEMENTS	
  TECHNOLOGIQUES	
   25	
  
A.	
   LES	
  OLED	
  :	
  QUELS	
  DEVELOPPEMENTS	
  POSSIBLES	
  ?	
   25	
  
I.	
   LES	
  ECRANS	
  INCURVES	
   25	
  
II.	
   PROPRIETES	
  ET	
  AUTRES	
  DEVELOPPEMENTS	
  TECHNOLOGIQUES	
   26	
  
B.	
   LES	
  DIFFERENTS	
  TYPES	
  D’OLED	
   27	
  
I.	
   LES	
  OLED	
  A	
  MATRICE	
  PASSIVE	
  (PMOLED)	
   28	
  
II.	
   LES	
  OLED	
  A	
  MATRICE	
  ACTIVE	
  (AMOLED)	
   28	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   2	
  
	
  
PARTIE	
  III	
  :	
  LE	
  MARCHE	
  DES	
  OLED	
   30	
  
A.	
   PERSPECTIVES	
  DU	
  MARCHE	
   30	
  
I.	
   AFFICHAGE	
   30	
  
II.	
   ECLAIRAGE	
   32	
  
B.	
   RECHERCHE	
  ET	
  DEVELOPPEMENT	
   33	
  
I.	
   LES	
  BREVETS	
   34	
  
II.	
   LES	
  ENTREPRISES	
  ACTIVES	
  DANS	
  LA	
  RECHERCHE	
  ET	
  LE	
  DEVELOPPEMENT	
   35	
  
III.	
   UNIVERSITES	
  ET	
  SPIN-­‐OFFS	
   39	
  
IV.	
   CONCLUSION	
   40	
  
C.	
   LES	
  ACTEURS	
  DU	
  MARCHE	
   40	
  
I.	
   FABRICANTS	
  DE	
  COMPOSANTS	
   40	
  
II.	
   LES	
  FABRICANTS	
  DE	
  PRODUITS	
  A	
  DESTINATION	
  DU	
  PUBLIC	
   42	
  
PARTIE	
  IV	
  :	
  APPLICATIONS	
  COMMERCIALES	
   60	
  
A.	
   AVANTAGES/INCONVENIENTS	
  DES	
  PRODUITS	
   60	
  
I.	
   ECLAIRAGE,	
  AVANTAGES	
   60	
  
II.	
   AFFICHAGE,	
  AVANTAGES	
   61	
  
III.	
   INCONVENIENTS	
  COMMUNS	
   62	
  
B.	
   APPLICATIONS	
  MILITAIRES	
   63	
  
I.	
   CAMOUFLAGE	
   63	
  
II.	
   LUNETTES	
  A	
  AFFICHAGE	
  INTEGRE	
   64	
  
C.	
   APPLICATIONS	
  COMMERCIALES	
  FUTURES	
   64	
  
D.	
   CONCLUSION	
   65	
  
PARTIE	
  V	
  :	
  ENJEUX	
  ENVIRONNEMENTAUX	
   66	
  
A.	
   MATERIAUX	
  UTILISES	
  ET	
  PRODUCTION	
   66	
  
B.	
   PROCESSUS	
  DE	
  FABRICATION	
   67	
  
I.	
   EVAPORATION	
  SOUS	
  VIDE	
   67	
  
II.	
   SPIN-­‐COATING	
  ET	
  INKJET	
  PRINTING	
   68	
  
C.	
   UTILISATION	
   68	
  
I.	
   RENDEMENT	
  LUMINEUX	
   69	
  
II.	
   DURABILITE	
   70	
  
D.	
   FIN	
  DE	
  VIE	
   71	
  
E.	
   CONCLUSION	
   72	
  
PARTIE	
  VI	
  :	
  DIMENSION	
  SOCIETALE	
   73	
  
A.	
   PUBLICITE	
   73	
  
B.	
   SECURITE	
  ROUTIERE	
   75	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   3	
  
	
  
PARTIE	
  VII	
  :	
  DIMENSION	
  POLITIQUE,	
  AIDE	
  FINANCIERE	
   77	
  
A.	
   UNION	
  EUROPEENNE	
   77	
  
I.	
   GREEN	
  PAPER	
   78	
  
II.	
   HORIZON	
  2020	
   78	
  
B.	
   ETRANGER	
   79	
  
I.	
   ETATS-­‐UNIS	
   79	
  
II.	
   JAPON	
   80	
  
C.	
   CONCLUSION	
   81	
  
BIBLIOGRAPHIE	
   83	
  
	
  
	
  
	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   4	
  
	
  
EXECUTIVE	
  SUMMARY	
  
Les	
   OLED,	
   acronymes	
   de	
   «	
  organic	
   light	
   emitting	
   diode	
  »	
   ou	
   diodes	
   électroluminescentes	
  
organiques	
  en	
  français,	
  sont	
  une	
  nouvelle	
  avancée	
  dans	
  le	
  domaine	
  des	
  diodes	
  émettrices	
  de	
  lumière.	
  
Alors	
  que	
  la	
  première	
  diode	
  fut	
  inventée	
  en	
  1874	
  et	
  la	
  LED	
  brevetée	
  pour	
  la	
  première	
  fois	
  en	
  1927,	
  
l’OLED	
  est	
  née	
  en	
  1987	
  suite	
  aux	
  travaux	
  de	
  recherche	
  de	
  la	
  société	
  Kodak.	
  En	
  1997,	
  la	
  première	
  
application	
  commerciale	
  voit	
  le	
  jour	
  à	
  travers	
  l’intégration	
  de	
  la	
  technologie	
  dans	
  les	
  autoradios	
  des	
  
voitures.	
  	
  
Cette	
  technologie	
  n’a	
  réellement	
  été	
  apprivoisée	
  qu’aux	
  alentours	
  de	
  2009,	
  année	
  où	
  le	
  processus	
  de	
  
production	
  a	
  commencé	
  à	
  être	
  maîtrisé.	
  La	
  maîtrise	
  de	
  cette	
  technologie	
  a	
  par	
  ailleurs	
  ouvert	
  la	
  porte	
  
à	
  un	
  nouveau	
  marché,	
  dans	
  lequel	
  des	
  entreprises	
  n’ont	
  pas	
  hésité	
  à	
  s’engouffrer,	
  malgré	
  le	
  manque	
  
de	
  rentabilité,	
  la	
  hauteur	
  des	
  investissements	
  nécessaires	
  et	
  les	
  défis	
  qui	
  doivent	
  encore	
  être	
  relevés	
  
avant	
  que	
  la	
  technologie	
  n’égale	
  la	
  LED,	
  pour	
  l’éclairage,	
  et	
  le	
  LCD,	
  pour	
  l’affichage.	
  
FONDEMENTS	
  SCIENTIFIQUES	
  
Le	
  principe	
  de	
  fonctionnement	
  des	
  OLED	
  est	
  basé	
  sur	
  celui	
  des	
  diodes.1
	
  Néanmoins,	
  la	
  distinction	
  
fondamentale	
  entre	
  l’OLED	
  et	
  les	
  autres	
  types	
  de	
  diodes	
  est	
  que,	
  plutôt	
  que	
  de	
  dégager	
  leur	
  énergie	
  
sous	
  forme	
  de	
  chaleur	
  lors	
  de	
  leur	
  passage	
  d’une	
  bande	
  de	
  conduction	
  à	
  une	
  bande	
  de	
  valence,	
  les	
  
électrons	
   dégagent	
   cette	
   énergie	
   (en	
   partie)	
   sous	
   forme	
   de	
   lumière.	
   Cette	
   différence	
   s’explique	
  
simplement	
  par	
  les	
  propriétés	
  des	
  matériaux	
  organiques	
  utilisés.	
  Il	
  existe	
  par	
  ailleurs	
  une	
  très	
  large	
  
gamme	
  de	
  matériaux	
  organiques	
  possibles.	
  
Du	
   point	
   de	
   vue	
   de	
   la	
   structure,	
   les	
   OLED	
   sont	
   composées	
   d’une	
   couche	
   de	
   semi-­‐conducteurs2
	
  
organiques	
  entourée	
  de	
  deux	
  électrodes	
  (dont	
  au	
  moins	
  l’une	
  transparente)	
  permettant	
  le	
  passage	
  
d’une	
  tension	
  continue	
  nécessaire	
  à	
  leur	
  fonctionnement.	
  Actuellement,	
  les	
  électrodes	
  utilisées	
  sont	
  
principalement	
   composées	
   d’oxyde	
   d’indium-­‐étain	
   (ITO)	
   pour	
   l’anode	
   transparente	
   et	
   d’un	
   métal	
  
opaque	
  (ou	
  non)	
  pour	
  la	
  cathode.	
  
PROCESSUS	
  DE	
  PRODUCTION	
  	
  
Le	
  processus	
  de	
  fabrication	
  des	
  OLED	
  peut	
  être	
  séparé	
  en	
  deux	
  catégories	
  correspondant	
  au	
  type	
  de	
  
molécules	
  organiques	
  utilisées,	
  à	
  savoir	
  les	
  «	
  petites	
  molécules	
  »	
  et	
  les	
  polymères.	
  En	
  ce	
  qui	
  concerne	
  
les	
  matériaux	
  utilisés	
  pour	
  cette	
  production,	
  l’ensemble	
  de	
  ceux-­‐ci	
  sont	
  repris	
  en	
  annexe.	
  
Pour	
  la	
  production	
  des	
  OLED	
  à	
  polymères,	
  deux	
  principales	
  méthodes	
  se	
  distinguent.	
  	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
1
	
  Plus	
  de	
  détails	
  sur	
  le	
  fonctionnement	
  d’une	
  diode	
  en	
  «	
  Partie	
  I	
  »	
  	
  des	
  annexes	
  
2
	
  Plus	
  de	
  détails	
  sur	
  le	
  fonctionnement	
  d’un	
  semi-­‐conducteur	
  en	
  «	
  Partie	
  I	
  »	
  des	
  annexes	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   5	
  
	
  
Dans	
  la	
  première	
  méthode,	
  le	
  matériau	
  organique	
  est	
  généralement	
  déposé	
  sous	
  forme	
  liquide	
  grâce	
  
au	
  «	
  spin-­‐coating	
  »	
  qui	
  consiste	
  en	
  la	
  déposition	
  du	
  polymère	
  organique	
  sous	
  sa	
  forme	
  liquide	
  sur	
  un	
  
substrat	
  mis	
  en	
  rotation.	
  Grâce	
  à	
  cette	
  rotation,	
  le	
  polymère	
  va	
  s’étendre	
  sur	
  toute	
  la	
  surface	
  du	
  
substrat	
  et	
  se	
  solidifier	
  tout	
  en	
  s’évaporant.	
  
La	
   seconde	
   méthode,	
   connue	
   sous	
   le	
   nom	
   de	
   «	
  inkjet	
   printing	
  »	
   est	
   considérée	
   comme	
   la	
   seule	
  
solution	
   pour	
   des	
   OLED	
   de	
   grandes	
   surfaces	
   et	
   son	
   fonctionnement	
   est	
   semblable	
   à	
   celui	
   d’une	
  
imprimante	
  classique.	
  La	
  principale	
  difficulté	
  de	
  cette	
  méthode	
  est	
  le	
  niveau	
  de	
  précision	
  requis	
  pour	
  
pouvoir	
  correctement	
  appliquer	
  «	
  l’encre	
  »	
  sur	
  le	
  substrat.	
  Ceci	
  constitue	
  l’inconvénient	
  majeur	
  de	
  
l’inkjet	
  printing.	
  
Pour	
   les	
   OLED	
   à	
   petites	
   molécules,	
   la	
   couche	
   de	
   matériaux	
   organiques	
   est	
   déposée	
   grâce	
   à	
  
l’évaporation	
  sous	
  vide.	
  Très	
  compliquée	
  et	
  délicate,	
  cette	
  méthode	
  est	
  toutefois	
  maîtrisée	
  par	
  les	
  
industriels.	
  En	
  outre,	
  bien	
  que	
  cette	
  technique	
  soit	
  plus	
  coûteuse	
  que	
  celle	
  utilisée	
  pour	
  la	
  production	
  
des	
   OLED	
   à	
   polymère,	
   elle	
   est	
   largement	
   employée	
   étant	
   donné	
   l’efficacité	
   et	
   la	
   durée	
   de	
   vie	
  
supérieure	
  des	
  OLED	
  à	
  petites	
  molécules	
  par	
  rapport	
  aux	
  OLED	
  à	
  polymères.	
  
EFFICACITE	
  DES	
  OLED	
  ET	
  EFFET	
  BURN-­‐IN	
  
Comme	
  leur	
  nom	
  l’indique,	
  les	
  OLED	
  ont	
  donc	
  pour	
  fonction	
  d’émettre	
  de	
  la	
  lumière.	
  Néanmoins,	
  
cette	
  aptitude	
  dépend	
  de	
  la	
  capacité	
  des	
  électrons	
  à	
  émettre	
  de	
  la	
  lumière	
  plutôt	
  que	
  de	
  la	
  chaleur	
  
lors	
  de	
  leur	
  changement	
  de	
  niveau	
  d’énergie.	
  Cela	
  est	
  principalement	
  lié	
  à	
  la	
  structure	
  moléculaire	
  du	
  
matériau	
  utilisé.	
  	
  
On	
  distinguera	
  ici	
  les	
  molécules	
  dites	
  «	
  fluorescentes	
  »	
  des	
  molécules	
  «	
  phosphorescentes	
  ».	
  Dans	
  le	
  
cas	
   des	
   molécules	
   phosphorescentes,	
   tous	
   les	
   excitons	
   (électrons	
   «	
  excités	
  »)	
   dégageront	
   de	
   la	
  
lumière	
   lors	
   de	
   leur	
   changement	
   d’état.	
   A	
   l’inverse,	
   dans	
   le	
   cas	
   des	
   molécules	
   fluorescentes,	
  
seulement	
  25%	
  des	
  électrons	
  émettront	
  de	
  la	
  lumière	
  tandis	
  que	
  les	
  75%	
  restant	
  dégageront	
  de	
  la	
  
chaleur.	
  Toutefois,	
  la	
  durée	
  de	
  vie	
  des	
  matériaux	
  phosphorescents	
  est	
  inférieure	
  à	
  celle	
  des	
  matériaux	
  
fluorescents,	
   en	
   particulier	
   pour	
   l’émission	
   d’onde	
   lumineuse	
   de	
   faible	
   amplitude	
   qui	
   use	
   plus	
  
rapidement	
   les	
   matériaux	
   (lumière	
   bleu).	
   Tout	
   le	
   défi	
   repose	
   dès	
   lors	
   sur	
   l’amélioration	
   de	
   ce	
  
rendement	
  lumineux	
  et	
  sur	
  l’augmentation	
  de	
  la	
  durée	
  de	
  vie	
  des	
  matériaux	
  phosphorescents.	
  	
  
L’effet	
  burn-­‐in	
  décrit	
  la	
  dégradation	
  accélérée	
  des	
  pixels	
  utilisés	
  pour	
  afficher	
  une	
  image	
  par	
  rapport	
  
à	
  leur	
  voisin.	
  Un	
  exemple	
  des	
  conséquences	
  de	
  cet	
  effet	
  est	
  illustré	
  en	
  annexe.	
  
DEVELOPPEMENTS	
  TECHNOLOGIQUES	
  
Les	
  développements	
  technologiques	
  basés	
  sur	
  la	
  technologie	
  OLED	
  sont	
  multiples	
  et	
  variés.	
  Parmi	
  
ceux-­‐ci,	
  l’écran	
  incurvé	
  est	
  probablement	
  le	
  domaine	
  d’exploitation	
  des	
  OLED	
  le	
  plus	
  connu	
  du	
  grand	
  
public.	
  Toutefois,	
  les	
  écrans	
  incurvés	
  ne	
  sont	
  pas	
  les	
  seuls	
  développements	
  possibles	
  de	
  la	
  technologie	
  
OLED,	
  car	
  celles-­‐ci	
  possèdent	
  de	
  nombreux	
  autres	
  avantages,	
  notamment	
  liés	
  à	
  sa	
  consommation	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   6	
  
	
  
réduite	
  pour	
  certaines	
  applications,	
  sa	
  souplesse,	
  sa	
  faible	
  épaisseur	
  et	
  la	
  possibilité	
  de	
  réaliser	
  des	
  
écrans	
  totalement	
  transparents.	
  	
  
Ces	
   avantages	
   prennent	
   la	
   forme	
   de	
   différentes	
   technologies,	
   chacune	
   basée	
   une	
   propriété	
  
particulière	
  de	
  l’OLED.	
  On	
  peut	
  les	
  classer	
  en	
  six	
  grandes	
  catégories	
  d’OLED	
  (l’ensemble	
  de	
  celles-­‐ci	
  
sont	
  reprises	
  en	
  annexe),	
  qui	
  peuvent	
  toutefois	
  être	
  séparées	
  en	
  deux	
  grands	
  types	
  se	
  distinguant	
  par	
  
leur	
  mode	
  de	
  fonctionnement.	
  
Le	
  premier	
  type,	
  les	
  OLED	
  à	
  Matrice	
  Passive	
  ou	
  PMOLED,	
  sont	
  peu	
  coûteuses	
  et	
  faciles	
  à	
  fabriquer.	
  
Toutefois,	
  elles	
  consomment	
  plus	
  d’énergie	
  et	
  ont	
  un	
  affichage	
  restreint	
  en	
  taille	
  et	
  en	
  résolution.	
  
C’est	
  pourquoi	
  elles	
  sont	
  principalement	
  utilisées	
  pour	
  les	
  petits	
  appareils	
  tels	
  que	
  les	
  montres,	
  les	
  
MP3,	
  smartphones,	
  etc.	
  
Le	
  deuxième	
  type,	
  les	
  OLED	
  à	
  Matrice	
  Active	
  ou	
  AMOLED,	
  est	
  beaucoup	
  moins	
  énergivore	
  et	
  permet	
  
la	
  réalisation	
  d’écrans	
  de	
  taille	
  virtuellement	
  illimitée.	
  Toutefois,	
  leur	
  production	
  est	
  beaucoup	
  plus	
  
complexe	
  et	
  coûteuse.	
  
LE	
  MARCHE	
  DES	
  OLED	
  
RECHERCHE	
  ET	
  DEVELOPPEMENT	
  	
  
Les	
  acteurs	
  de	
  la	
  recherche	
  et	
  du	
  développement	
  des	
  OLED	
  sont	
  de	
  deux	
  types,	
  soit	
  des	
  entreprises,	
  
soit	
  des	
  universités.	
  De	
  plus,	
  ils	
  sont	
  principalement	
  situés	
  en	
  Europe,	
  aux	
  Etats-­‐Unis,	
  en	
  Corée	
  du	
  Sud	
  
et	
  au	
  Japon.	
  	
  	
  
Les	
  entreprises	
  peuvent	
  avoir	
  le	
  R&D	
  pour	
  activité	
  principale	
  ou	
  activité	
  secondaire	
  et	
  être	
  spécialisées	
  
dans	
  une	
  ou	
  plusieurs	
  technologies.	
  Néanmoins,	
  une	
  tendance	
  se	
  dégage.	
  Les	
  petites	
  entreprises	
  sont	
  
en	
  effet	
  davantage	
  spécialisées	
  dans	
  une	
  technologie	
  bien	
  particulière,	
  par	
  exemple	
  le	
  Polymer-­‐OLED	
  
pour	
  Cambridge	
  Display	
  Technology,	
  et	
  les	
  grandes	
  entreprises	
  dans	
  plusieurs	
  technologies,	
  comme	
  
cela	
  est	
  le	
  cas	
  de	
  Universal	
  Display	
  Corporation,	
  leader	
  du	
  R&D	
  de	
  l’OLED.	
  Par	
  ailleurs,	
  un	
  élément	
  à	
  
prendre	
  en	
  compte	
  sur	
  ce	
  marché	
  est	
  l’omniprésence	
  des	
  groupes	
  internationaux.	
  Pour	
  asseoir	
  leur	
  
position,	
  ces	
  groupes	
  n’hésitent	
  en	
  effet	
  pas	
  à	
  racheter	
  PME	
  et	
  spin-­‐offs	
  spécialisées	
  dans	
  le	
  R&D.	
  	
  
Les	
   universités	
   ont	
   également	
   un	
   rôle	
   à	
   jouer	
   dans	
   ce	
   R&D	
   du	
   fait	
   des	
   recherches	
   qu’elles	
  
entreprennent,	
   souvent	
   grâce	
   aux	
   aides	
   financières	
   des	
   entreprises.	
   Lorsque	
   ces	
   recherches	
  
aboutissent	
  à	
  des	
  brevets,	
  les	
  universités	
  les	
  accordent	
  généralement	
  sous	
  licence	
  aux	
  entreprises	
  
ayant	
   financé	
   leurs	
   recherches.	
   Il	
   arrive	
   également	
   que	
   certaines	
   universités,	
   qui	
   parviennent	
   à	
  
développer	
  une	
  technologie,	
  créent	
  une	
  spin-­‐off	
  pour	
  entrer	
  sur	
  le	
  marché.	
  	
  
La	
  recherche	
  et	
  le	
  développement	
  de	
  l’OLED	
  se	
  caractérise	
  par	
  les	
  brevets	
  détenus	
  par	
  les	
  acteurs	
  du	
  
marché.	
   Les	
   brevets	
   peuvent	
   être	
   classés	
   selon	
   la	
   propriété	
   intellectuelle	
   qu’ils	
   visent,	
   allant	
   des	
  
composants	
  pour	
  OLED	
  à	
  l’intégration	
  des	
  OLED	
  à	
  une	
  autre	
  technologie,	
  telle	
  que	
  les	
  écrans	
  incurvés.	
  
De	
  plus,	
  ils	
  peuvent	
  avoir	
  une	
  portée	
  nationale,	
  européenne	
  ou	
  internationale	
  selon	
  l’organe	
  qui	
  les	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   7	
  
	
  
délivre.	
  De	
  manière	
  générale,	
  entreprises	
  et	
  universités	
  tendent	
  à	
  breveter	
  leurs	
  innovations	
  auprès	
  
de	
  grands	
  organes,	
  tels	
  que	
  l’OMPI	
  au	
  niveau	
  international	
  ou	
  l’EPO	
  au	
  niveau	
  européen,	
  de	
  sorte	
  à	
  
protéger	
  leur	
  propriété	
  intellectuelle	
  sur	
  le	
  plus	
  grand	
  territoire	
  possible.	
  	
  
LES	
  FABRICANTS	
  DE	
  COMPOSANTS	
  
Acteurs	
  importants	
  sur	
  le	
  marché	
  de	
  l’OLED,	
  sans	
  qui	
  aucun	
  des	
  produits	
  existants	
  aujourd’hui	
  ne	
  
pourraient	
  avoir	
  vu	
  le	
  jour,	
  les	
  fabricants	
  de	
  composants	
  sont	
  nombreux.	
  En	
  effet,	
  il	
  en	
  existe	
  plus	
  de	
  
50	
  qui	
  produisent	
  des	
  matériaux	
  semi-­‐conducteurs	
  nécessaires	
  au	
  bon	
  fonctionnement	
  des	
  OLED.	
  De	
  
plus,	
  les	
  entreprises	
  se	
  situent	
  majoritairement	
  en	
  Asie,	
  et	
  plus	
  particulièrement	
  au	
  Japon,	
  en	
  Corée	
  
du	
  sud	
  et	
  en	
  Chine.	
  On	
  retrouve	
  également,	
  dans	
  une	
  moindre	
  mesure,	
  des	
  fabricants	
  installés	
  en	
  
Europe	
  et	
  aux	
  Etats-­‐Unis.	
  	
  
Les	
  entreprises	
  combinent	
  par	
  ailleurs	
  souvent	
  la	
  fabrication	
  des	
  composants	
  pour	
  OLED	
  avec	
  d’autres	
  
activités,	
  mais	
  certaines	
  d’entre	
  elles	
  se	
  sont	
  entièrement	
  focalisées	
  sur	
  la	
  production	
  de	
  composants	
  
pour	
  OLED.	
  Ceci	
  est	
  notamment	
  le	
  cas	
  de	
  Polar	
  OLED.	
  Cette	
  entreprise	
  britannique	
  a	
  développé	
  son	
  
propre	
  matériau,	
  le	
  CrystOLED.	
  	
  
L’analyse	
   de	
   Polar	
   OLED	
   nous	
   révèle	
   que	
   l’entreprise	
   a	
   d’importantes	
   dettes,	
   en	
   constante	
  
augmentation.	
   Cette	
   situation	
   serait	
   justifiée,	
   selon	
   leurs	
   rapports	
   annuels,	
   par	
   d’importants	
  
investissements	
   en	
   recherche	
   et	
   développement.	
   Il	
   semblerait	
   que	
   cela	
   soit	
   caractéristique	
   des	
  
entreprises	
  dans	
  ce	
  secteur.	
  	
  
L’ECLAIRAGE	
  ET	
  L’AFFICHAGE	
  	
  
Le	
   marché	
   des	
   OLED,	
   en	
   ce	
   qui	
   concerne	
   les	
   produits	
   à	
   destination	
   du	
   public,	
   se	
   divise	
   en	
   deux	
  
segments	
   principaux,	
   le	
   marché	
   de	
   l’éclairage	
   et	
   le	
   marché	
   de	
   l’affichage.	
   Les	
   applications	
  
commerciales,	
  sur	
  ces	
  marchés,	
  consistent	
  le	
  plus	
  souvent	
  en	
  dalles	
  pour	
  les	
  écrans	
  et	
  panneaux	
  pour	
  
l’éclairage,	
  pouvant	
  être	
  transparents,	
  flexibles	
  ou	
  encore	
  courbés.	
  	
  
L’ECLAIRAGE	
  	
  
Le	
  marché	
  de	
  l’éclairage	
  est	
  toujours	
  au	
  stade	
  de	
  niche.	
  Les	
  processus	
  de	
  production	
  ne	
  sont	
  en	
  effet	
  
pas	
  encore	
  totalement	
  maîtrisés	
  et	
  donc,	
  les	
  prix	
  de	
  vente	
  beaucoup	
  trop	
  élevés	
  pour	
  attirer	
  le	
  grand	
  
public.	
  Rien	
  n’indique	
  que	
  le	
  marché	
  de	
  l’éclairage	
  OLED	
  deviendra	
  un	
  jour	
  un	
  marché	
  de	
  masse,	
  
néanmoins,	
  de	
  manière	
  générale,	
  les	
  perspectives	
  de	
  croissance	
  sont	
  optimistes.	
  	
  
IDTechEx	
  a	
  estimé	
  que	
  le	
  marché	
  des	
  panneaux	
  d’éclairage	
  à	
  OLED	
  atteindrait	
  80	
  millions	
  de	
  dollars	
  
en	
  2017	
  et	
  840	
  millions	
  de	
  dollars	
  en	
  2022,	
  tandis	
  que	
  UBIResearch	
  l’estime	
  à	
  4,7	
  milliards	
  de	
  dollars	
  
pour	
  2020.	
  Bien	
  que	
  ces	
  estimations	
  soient	
  conséquentes,	
  il	
  faut	
  garder	
  à	
  l’esprit	
  que	
  l’OLED	
  est	
  loin	
  
derrière	
  la	
  LED,	
  son	
  principal	
  concurrent.	
  En	
  effet,	
  en	
  2015,	
  le	
  marché	
  de	
  l’éclairage	
  à	
  LED	
  était	
  estimé	
  
à	
  25,7	
  milliards	
  de	
  dollars.	
  	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   8	
  
	
  
Les	
  segments	
  visés	
  sur	
  le	
  marché	
  sont	
  principalement	
  les	
  hôtels	
  et	
  magasins	
  de	
  luxe	
  ou	
  encore	
  le	
  
domaine	
  architectural,	
  car	
  ceux-­‐ci	
  sont	
  friands	
  de	
  nouvelles	
  technologies.	
  Dans	
  le	
  futur,	
  l’éclairage	
  à	
  
OLED	
  pourrait	
  bien	
  intéresser	
  d’autres	
  secteurs,	
  tels	
  que	
  les	
  industries	
  (automobiles	
  notamment).	
  
Plusieurs	
  entreprises	
  sont	
  actives	
  sur	
  ce	
  marché,	
  telles	
  que	
  Philips,	
  LG	
  Display,	
  Konica	
  Minolta,	
  Kaneka,	
  
Lumiotec,	
  Osram	
  et	
  NEC	
  Lighting	
  Limited.	
  Parmi	
  celles-­‐ci,	
  les	
  deux	
  principaux	
  acteurs	
  sont	
  Konica	
  
Minolta	
  et	
  LG	
  Display.	
  L’analyse	
  des	
  produits	
  disponibles	
  sur	
  le	
  marché	
  nous	
  permet	
  de	
  conclure	
  que	
  
les	
   applications	
   sont	
   actuellement	
   produites	
   en	
   petites	
   quantités	
   et	
   consistent	
   uniquement	
   en	
  
panneaux	
  destinés	
  à	
  l’éclairage	
  d’intérieur.	
  En	
  effet,	
  aucun	
  prototype	
  d’éclairage	
  extérieur	
  n’existe	
  
actuellement.	
  
AFFICHAGE	
  
Alors	
  que	
  le	
  marché	
  de	
   l’éclairage	
  est	
  toujours	
  une	
  niche	
  de	
  marché,	
  celui	
  de	
   l’affichage	
  est	
  aux	
  
prémices	
   du	
   marché	
   de	
   masse.	
   Cela	
   est	
   notamment	
   grâce	
   à	
   la	
   technologie	
   AMOLED	
   qui	
   domine	
  
actuellement	
  le	
  marché	
  des	
  écrans	
  OLED.	
  	
  
En	
  2014,	
  le	
  marché	
  de	
  l’AMOLED	
  représentait	
  plus	
  de	
  10	
  milliards	
  de	
  dollars	
  dont	
  la	
  plus	
  grande	
  partie	
  
provenait	
  de	
  la	
  vente	
  des	
  smartphones	
  AMOLED.	
  D’après	
  DisplayResearch,	
  le	
  marché	
  devrait	
  encore	
  
croître,	
  jusqu’à	
  atteindre	
  une	
  valeur	
  estimée	
  à	
  23	
  milliards	
  de	
  dollars	
  en	
  2022.	
  Il	
  faut	
  néanmoins	
  
garder	
  à	
  l’esprit	
  qu’aujourd’hui,	
  la	
  technologie	
  OLED	
  n’est	
  pas	
  la	
  technologie	
  la	
  plus	
  populaire.	
  En	
  
effet,	
  l’OLED	
  représente	
  encore	
  qu’une	
  petite	
  fraction	
  du	
  marché	
  de	
  l’affichage	
  global,	
  par	
  rapport	
  
aux	
  écrans	
  LCD	
  principalement.	
  	
  
Le	
  marché	
  des	
  écrans	
  OLED	
  est	
  divisé	
  en	
  deux	
  subdivisions	
  selon	
  la	
  taille	
  de	
  l’écran.	
  On	
  distingue	
  ainsi	
  
les	
  grands	
  et	
  les	
  petits	
  écrans.	
  Les	
  grands	
  sont	
  utilisés	
  dans	
  les	
  téléviseurs,	
  tandis	
  que	
  les	
  petits	
  sont	
  
utilisés	
  dans	
  les	
  smartphones,	
  les	
  tablettes	
  ou	
  encore	
  les	
  montres	
  connectées.	
  	
  
En	
  ce	
  qui	
  concerne	
  les	
  petits	
  écrans,	
  la	
  plupart	
  des	
  grands	
  acteurs	
  de	
  la	
  téléphonie	
  mobile,	
  tels	
  que	
  
Samsung,	
   Microsoft,	
   Acer	
   ou	
   Motorola,	
   offrent	
   actuellement	
   au	
   moins	
   un	
   modèle	
   utilisant	
   la	
  
technologie	
  OLED.	
  Il	
  se	
  pourrait	
  par	
  ailleurs	
  qu’Apple	
  rentre	
  sur	
  le	
  marché	
  en	
  2017	
  avec	
  son	
  nouvel	
  
iPhone.	
  Parmi	
  les	
  entreprises,	
  Samsung	
  se	
  démarque	
  largement	
  de	
  ses	
  concurrents.	
  En	
  effet,	
  cette	
  
entreprise	
  est	
  le	
  plus	
  grand	
  producteur	
  d’AMOLED,	
  avec	
  une	
  production	
  qui	
  représente	
  près	
  de	
  90%	
  
du	
  marché	
  des	
  petits	
  écrans	
  OLED.	
  D’autres	
  entreprises,	
  telles	
  que	
  AU	
  Optronics	
  et	
  EveryDisplay,	
  
produisent	
  également	
  des	
  petits	
  écrans	
  à	
  OLED,	
  mais	
  dans	
  une	
  moindre	
  mesure.	
  	
  
En	
  ce	
  qui	
  concerne	
  les	
  grands	
  écrans,	
  LG	
  Display	
  est	
  actuellement	
  le	
  leader	
  de	
  la	
  vente	
  d’écrans	
  OLED,	
  
mais	
   également	
   le	
   plus	
   grand	
   producteur	
   au	
   monde	
   d’écrans	
   à	
   OLED	
   destinés	
   aux	
   téléviseurs.	
  
Néanmoins,	
  il	
  se	
  pourrait	
  que	
  Samsung	
  décide	
  de	
  faire	
  son	
  retour	
  sur	
  le	
  marché	
  en	
  2017,	
  après	
  un	
  
arrêt	
  en	
  2013.	
  Rien	
  n’est	
  encore	
  cependant	
  officiellement	
  confirmé.	
  
	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   9	
  
	
  
DEUX	
  ENTREPRISES	
  A	
  LA	
  LOUPE	
  :	
  SONY	
  ET	
  LG	
  
Afin	
   de	
   déterminer	
   s’il	
   est	
   viable	
   ou	
   non	
   d’entrer	
   sur	
   le	
   marché,	
   nous	
   avons	
   analysé	
   la	
   situation	
  
financière	
  de	
  deux	
  entreprises	
  actives	
  ou	
  ayant	
  été	
  actives	
  sur	
  le	
  marché	
  des	
  écrans	
  OLED,	
  à	
  savoir	
  
Sony,	
  qui	
  a	
  stoppé	
  ses	
  activités,	
  et	
  LG,	
  qui	
  a	
  persévéré.	
  	
  	
  
L’entreprise	
  nippone	
  Sony	
  a	
  été	
  un	
  véritable	
  pionnier	
  sur	
  le	
  marché	
  des	
  TV	
  OLED,	
  avec	
  le	
  premier	
  
écran	
   OLED	
   en	
   2008.	
   Néanmoins,	
   entre	
   2007	
   et	
   2009,	
   années	
   qui	
   marquent	
   le	
   début	
   du	
  
développement	
   d’écrans	
   à	
   OLED	
   pour	
   Sony,	
   l’entreprise	
   accusait	
   des	
   pertes	
   de	
   plus	
   en	
   plus	
  
importantes.	
  Ces	
  pertes	
  se	
  sont	
  par	
  ailleurs	
  prolongées,	
  dans	
  une	
  moindre	
  mesure,	
  jusqu’en	
  2013.	
  A	
  
cause	
   de	
   ces	
   difficultés	
   financières	
   et	
   probablement	
   techniques,	
   liées	
   au	
   développement	
   de	
   la	
  
technologie,	
  la	
  société	
  a	
  arrêté	
  tout	
  développement	
  d’écrans	
  OLED	
  en	
  2014,	
  pour	
  se	
  consacrer	
  aux	
  
écrans	
  LCD	
  dont	
  la	
  demande	
  était	
  (et	
  est	
  toujours)	
  bien	
  plus	
  élevée.	
  Suite	
  à	
  la	
  cessation	
  de	
  ses	
  activités	
  
dans	
   le	
   domaine	
   de	
   l’OLED,	
   l’entreprise	
   aurait	
   vraisemblablement	
   redressé	
   la	
   barre,	
   affichant	
   un	
  
bénéfice	
  opérationnel	
  en	
  2014	
  et	
  2015.	
  	
  
Nous	
   ne	
   pouvons	
   affirmer	
   avec	
   certitude	
   que	
   les	
   pertes	
   de	
   2007	
   à	
   2013	
   aient	
   été	
   dues	
   au	
  
développement	
  de	
  l’OLED,	
  car	
  l’entreprise	
  est	
  un	
  grand	
  groupe	
  actif	
  dans	
  beaucoup	
  de	
  secteurs.	
  
Néanmoins,	
  même	
  s’il	
  est	
  certain	
  qu’il	
  existe	
  un	
  lien	
  entre	
  ces	
  pertes	
  et	
  le	
  développement	
  de	
  l’OLED,	
  
nous	
  ne	
  pouvons	
  le	
  quantifier	
  précisément.	
  
En	
   comparaison	
   à	
   Sony,	
   LG	
   Display	
   n’a	
   jamais	
   cessé	
   de	
   développer	
   des	
   dalles	
   à	
   OLED	
   pour	
   ses	
  
téléviseurs.	
  En	
  effet,	
  après	
  le	
  lancement	
  d’une	
  première	
  TV	
  OLED	
  en	
  2010,	
  la	
  société	
  sud-­‐coréenne	
  a	
  
décidé	
   de	
   continuer	
   le	
   développement	
   de	
   ce	
   type	
   d’écrans,	
   persuadée	
   de	
   la	
   capacité	
   d’une	
   telle	
  
technologie	
   à	
   remplacer	
   le	
   LCD	
   dans	
   les	
   années	
   à	
   venir.	
   Elle	
   est	
   d’ailleurs	
   en	
   situation	
   de	
   quasi-­‐
monopole	
  depuis	
  2014,	
  suite	
  à	
  l’arrêt	
  des	
  activités	
  de	
  Samsung	
  et	
  Sony	
  et	
  dû	
  au	
  fait	
  qu’elle	
  soit	
  la	
  
seule	
  entreprise	
  à	
  pouvoir	
  produire	
  des	
  téléviseurs	
  OLED	
  avec	
  un	
  taux	
  de	
  réussite	
  inégalé	
  avoisinant	
  
les	
  80%.	
  Ce	
  taux	
  de	
  réussite	
  fait	
  d’elle	
  l’une	
  des	
  seules	
  entreprises	
  à	
  maitriser	
  la	
  technologie.	
  En	
  ce	
  qui	
  
concerne	
   ses	
   résultats,	
   l’entreprise	
   est	
   en	
   bénéfice	
   opérationnel	
   malgré	
   des	
   dépenses	
   en	
   R&D	
  
toujours	
  plus	
  importantes.	
  Néanmoins,	
  ces	
  bénéfices	
  ne	
  sont	
  pas	
  le	
  seul	
  fait	
  de	
  la	
  vente	
  de	
  téléviseurs,	
  
car	
  LG	
  est	
  également	
  active	
  sur	
  des	
  marchés	
  plus	
  matures,	
  tel	
  que	
  le	
  LCD.	
  	
  
CONCLUSION	
  
De	
   manière	
   générale,	
   peu	
   d’entreprises	
   sont	
   enclines	
   à	
   adopter	
   l’OLED	
   à	
   l’heure	
   actuelle.	
   Cela	
  
s’explique	
  par	
  une	
  production	
  encore	
  fort	
  coûteuse	
  et	
  des	
  ventes	
  ne	
  permettant	
  pas	
  de	
  compenser	
  
les	
   dépenses.	
   La	
   plupart	
   des	
   entreprises	
   actives	
   dans	
   le	
   secteur,	
   que	
   ce	
   soit	
   au	
   niveau	
   R&D	
   ou	
  
production,	
  sont	
  donc	
  de	
  grandes	
  sociétés,	
  possédant	
  les	
  fonds	
  nécessaires	
  au	
  développement	
  de	
  
l’OLED.	
  De	
  petites	
  entreprises,	
  telle	
  que	
  Polar	
  OLED,	
  sont	
  également	
  sur	
  le	
  marché,	
  mais	
  essuient	
  des	
  
pertes	
  importantes.	
  Certaines	
  sociétés	
  n’écartent	
  cependant	
  pas	
  l’éventualité	
  d’intégrer	
  un	
  jour	
  le	
  
marché,	
   lorsque	
   la	
   technologie	
   sera	
   plus	
   accessible	
   et	
   la	
   demande	
   plus	
   importante,	
   comme	
   par	
  
exemple	
  Samsung	
  pour	
  le	
  marché	
  des	
  grands	
  écrans	
  ou	
  Apple	
  pour	
  celui	
  des	
  petits	
  écrans.	
  	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   10	
  
	
  
APPLICATIONS	
  COMMERCIALES	
  
AVANTAGES/INCONVENIENTS	
  (ECLAIRAGE	
  ET	
  AFFICHAGE)	
  
Pour	
   l’éclairage,	
   les	
   avantages	
   de	
   la	
   technologie	
   OLED	
   sont	
   une	
   lumière	
   diffuse	
   et	
   douce,	
  
s’accompagnant	
  d’une	
  très	
  faible	
  émission	
  de	
  chaleur.	
  Les	
  luminaires	
  à	
  OLED	
  ne	
  nécessitent	
  donc	
  
aucun	
   abat-­‐jour	
   ou	
   autre	
   diffuseur	
   et	
   peuvent	
   s’adapter	
   à	
   une	
   large	
   variété	
   de	
   surfaces	
   (si	
  
technologique	
  Flexible-­‐OLED	
  utilisée).	
  En	
  matière	
  d’affichage,	
  les	
  écrans	
  OLED	
  offrent	
  un	
  contraste,	
  
un	
  angle	
  de	
  vision	
  et	
  une	
  réactivité	
  supérieurs	
  à	
  toute	
  autre	
  technologie	
  d’affichage	
  existante.	
  La	
  
finesse	
   inégalée,	
   la	
   flexibilité	
   et	
   la	
   transparence	
   de	
   ce	
   type	
   d’écran	
   sont	
   également	
   des	
  
caractéristiques	
  pouvant	
  servir	
  d’atout	
  dans	
  les	
  années	
  à	
  venir.	
  
Que	
  ce	
  soit	
  pour	
  une	
  application	
  lumineuse	
  ou	
  pour	
  un	
  écran,	
  la	
  technologie	
  OLED	
  présente	
  tout	
  de	
  
même	
  deux	
  inconvénients	
  principaux,	
  la	
  durabilité	
  et	
  l’étanchéité.	
  En	
  effet,	
  la	
  durée	
  de	
  vie	
  des	
  OLED	
  
n’égale	
   pas	
   encore	
   celle	
   d’autres	
   technologies	
   d’éclairage	
   ou	
   d’affichage	
   déjà	
   présentes	
   sur	
   le	
  
marché.3
	
  De	
  plus,	
  les	
  OLED	
  sont	
  très	
  sensibles	
  à	
  l’humidité,	
  ce	
  qui	
  limite	
  les	
  applications	
  d’extérieur	
  
notamment.	
  Un	
  dernier	
  inconvénient	
  est	
  le	
  prix	
  des	
  applications	
  (affichage	
  ou	
  éclairage).	
  En	
  effet,	
  les	
  
dispositifs	
  à	
  OLED	
  ont	
  un	
  prix	
  très	
  élevé,	
  notamment	
  dû	
  à	
  d’importants	
  coûts	
  de	
  production.	
  	
  
APPLICATIONS	
  MILITAIRES	
  ET	
  APPLICATIONS	
  COMMERCIALES	
  FUTURES	
  
Le	
  domaine	
  militaire,	
  connu	
  pour	
  ses	
  inventions	
  et	
  avancées	
  technologiques,	
  pourrait	
  être	
  intéressé	
  
par	
  l’OLED	
  au	
  vu	
  des	
  possibilités	
  qu’elle	
  offre.	
  Ainsi,	
  des	
  écrans,	
  placés	
  directement	
  autour	
  du	
  poignet	
  
des	
   militaires,	
   capables	
   d’afficher	
   des	
   informations	
   invisibles	
   à	
   l’œil	
   nu	
   ainsi	
   que	
   des	
   «	
  capes	
  
d’invisibilité	
  »	
  sont	
  envisageables	
  grâce	
  à	
  une	
  telle	
  technologie.	
  De	
  plus,	
  le	
  caractère	
  transparent	
  des	
  
OLED	
  pourrait	
  bien	
  permettre	
  la	
  conception	
  de	
  toute	
  sorte	
  d’outils	
  visuels,	
  permettant	
  l’affichage	
  
d’informations	
  directement	
  devant	
  les	
  yeux.	
  	
  
Grâce	
  à	
  des	
  propriétés	
  telles	
  que	
  la	
  flexibilité,	
  la	
  transparence	
  ou	
  encore	
  la	
  finesse,	
  les	
  applications	
  
commerciales	
  sont	
  encore	
  nombreuses.	
  Des	
  parebrises	
  à	
  affichage	
  intégré	
  aux	
  écrans	
  enroulables,	
  
l’OLED	
  pourrait	
  faire	
  l’objet	
  d’applications	
  autant	
  utiles	
  qu’insolites.	
  	
  
ENJEUX	
  ENVIRONNEMENTAUX	
  
MATERIAUX	
  UTILISES	
  ET	
  PRODUCTION	
  
La	
  production	
  d’OLED	
  a	
  un	
  impact	
  environnemental	
  différent	
  selon	
  les	
  matériaux	
  utilisés	
  dans	
  l’OLED	
  
(au	
  niveau	
  du	
  substrat,	
  des	
  polymères	
  et	
  des	
  électrodes).	
  L’extraction	
  minière	
  ou	
  les	
  quantités	
  limitées	
  
de	
  certains	
  métaux	
  peuvent	
  notamment	
  poser	
  problème.	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
3
	
  Se	
  référer	
  à	
  «	
  Efficacité	
  des	
  OLED	
  et	
  effet	
  burn-­‐in	
  »	
  de	
  l’Executive	
  Summary	
  ou	
  aux	
  annexes,	
  «	
  Partie	
  I	
  »	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   11	
  
	
  
Outre	
  les	
  matériaux	
  utilisés,	
  les	
  processus	
  de	
  production	
  doivent	
  également	
  être	
  pris	
  en	
  compte	
  pour	
  
calculer	
   l’impact	
   écologique.	
   En	
   ce	
   qui	
   concerne	
   l’évaporation	
   sous	
   vide,	
   son	
   exécution	
   implique	
  
beaucoup	
  de	
  pertes	
  matérielles,	
  environ	
  40	
  à	
  60%	
  des	
  quantités	
  de	
  matières	
  utilisées.	
  Le	
  spin-­‐coating	
  
et	
   l’inkjet	
   printing	
   provoquent	
   également	
   beaucoup	
   de	
   déchets,	
   plastiques	
   notamment.	
   En	
   effet,	
  
chaque	
  étape	
  nécessite	
  souvent	
  l’utilisation	
  d’un	
  support	
  à	
  usage	
  unique.	
  De	
  plus,	
  le	
  manque	
  de	
  
maîtrise	
   de	
   certains	
   matériaux	
   implique	
   la	
   production	
   de	
   nombreuses	
   OLED	
   défectueuses	
   qui	
   ne	
  
pourront	
  donc	
  pas	
  être	
  utilisées.	
  
UTILISATION	
  DES	
  OLED	
  
Le	
   rendement	
   lumineux	
   est	
   essentiel	
   pour	
   déterminer	
   la	
   consommation	
   énergétique	
   d’une	
  
technologie	
  d’éclairage.	
  A	
  cet	
  égard,	
  l’OLED	
  n’est	
  pas	
  encore	
  aussi	
  efficace	
  énergétiquement	
  que	
  la	
  
LED.	
  Néanmoins,	
  pour	
  ce	
  qui	
  est	
  du	
  domaine	
  de	
  l’affichage,	
  cette	
  nouvelle	
  technologie	
  se	
  montre	
  
souvent	
  moins	
  énergivore	
  que	
  ses	
  concurrentes,	
  car	
  elle	
  émet	
  sa	
  propre	
  lumière	
  et	
  ne	
  nécessite	
  donc	
  
pas	
  le	
  recours	
  à	
  une	
  source	
  de	
  lumière	
  additionnelle,	
  comme	
  cela	
  est	
  le	
  cas	
  pour	
  les	
  écrans	
  LCD.	
  	
  
FIN	
  DE	
  VIE	
  
Trois	
  possibilités	
  de	
  traitement	
  des	
  déchets	
  existent	
  :	
  l’incinération,	
  l’enfouissement	
  ou	
  le	
  recyclage,	
  
ce	
  dernier	
  étant	
  le	
  moins	
  polluant.	
  Selon	
  les	
  matériaux	
  utilisés	
  pour	
  l’OLED,	
  le	
  traitement	
  des	
  déchets	
  
sera	
  plus	
  ou	
  moins	
  polluant.	
  Par	
  exemple,	
  le	
  plastique	
  utilisé	
  comme	
  substrat	
  pose	
  un	
  grand	
  problème	
  
en	
  ce	
  qui	
  concerne	
  sa	
  fin	
  de	
  vie	
  dû	
  à	
  son	
  incinération.	
  	
  	
  
Certains	
   métaux	
   utilisés	
   dans	
   les	
   OLED	
   peuvent	
   également	
   représenter	
   un	
   grand	
   danger	
   pour	
   la	
  
nature.	
  Cela	
  est	
  notamment	
  le	
  cas	
  de	
  l’argent	
  qui,	
  s’il	
  n’est	
  pas	
  recyclé,	
  finit	
  dans	
  les	
  océans	
  où	
  il	
  
constitue	
  une	
  menace	
  pour	
  les	
  organismes	
  aquatiques.	
  Néanmoins,	
  les	
  métaux	
  sont	
  utilisés	
  en	
  faibles	
  
quantités	
   dans	
   la	
   fabrication	
   d’OLED.	
   Couplé	
   à	
   une	
   faible	
   production	
   d’OLED	
   à	
   l’heure	
   actuelle,	
  
l’impact	
  de	
  la	
  gestion	
  des	
  métaux	
  sur	
  l’environnement	
  est	
  encore	
  minime.	
  	
  
DIMENSION	
  SOCIETALE	
  	
  
Actuellement,	
  l’OLED	
   n’est	
   pas	
   une	
   technologie	
   qui	
   pose	
   problème	
   d’un	
   point	
   de	
   vue	
   éthique.	
   Il	
  
convient	
  donc	
  d’imaginer	
  quelles	
  pourraient	
  être	
  les	
  applications	
  futures	
  et	
  leurs	
  impacts	
  sociétaux.	
  	
  
En	
  ce	
  qui	
  concerne	
  les	
  écrans,	
  la	
  technologie	
  pourrait	
  être	
  appliquée	
  au	
  domaine	
  de	
  la	
  publicité,	
  grâce	
  
à	
  des	
  panneaux	
  lumineux	
  «	
  enroulables	
  »	
  qui	
  se	
  mettraient	
  autour	
  des	
  pilonnes	
  et	
  poteaux.	
  Cette	
  
utilisation	
  pourrait	
  néanmoins	
  être	
  limitée	
  selon	
  les	
  pays,	
  car	
  des	
  lois	
  existent	
  déjà	
  pour	
  réguler	
  la	
  
publicité	
  en	
  extérieur.	
  Concernant	
  des	
  pays	
  laxistes	
  dans	
  ce	
  domaine,	
  tels	
  que	
  les	
  Etats-­‐Unis	
  ou	
  la	
  
Corée	
  du	
  Sud,	
  il	
  s’agira	
  alors	
  de	
  s’intéresser	
  aux	
  actions	
  menées	
  par	
  les	
  populations,	
  déjà	
  envahies	
  par	
  
la	
  publicité	
  dans	
  leur	
  quotidien.	
  	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   12	
  
	
  
L’éclairage	
   à	
   OLED	
   est	
   à	
   l’origine	
   de	
   deux	
   concepts	
   en	
   matière	
   de	
   sécurité	
   routière,	
   sujet	
   qui	
  
représente	
  un	
  enjeu	
  sociétal	
  particulier	
  dû	
  au	
  nombre	
  de	
  personnes	
  tuées	
  chaque	
  jour	
  sur	
  les	
  routes.	
  
Le	
  premier,	
  développé	
  par	
  Audi	
  et	
  appelé	
  Swarm,	
  consiste	
  à	
  installer	
  une	
  lumière	
  mouvante	
  à	
  la	
  place	
  
des	
  traditionnels	
  phares	
  arrière.	
  Cette	
  lumière	
  pourrait	
  afficher	
  des	
  informations	
  aux	
  conducteurs	
  
environnants.	
  Le	
  deuxième	
  concept	
  est	
  celui	
  des	
  lampadaires	
  publics	
  ayant	
  une	
  fonction	
  d’indication	
  
routière.	
  Les	
  OLED	
  seraient	
  ainsi	
  utilisées	
  pour	
  créer	
  des	
  panneaux	
  aux	
  formes	
  particulières	
  indiquant	
  
une	
  priorité	
  de	
  droite	
  par	
  exemple.	
  	
  
DIMENSION	
  POLITIQUE	
  
Comme	
  l’OLED	
  est	
  une	
  technologie	
  innovante,	
  il	
  est	
  intéressant	
  de	
  regarder	
  de	
  plus	
  près	
  ce	
  qui	
  se	
  fait	
  
en	
  matière	
  d’aide	
  financière	
  gouvernementale.	
  	
  	
  	
  
En	
   Europe,	
   deux	
   programmes	
   ont	
   été	
   mis	
   en	
   place	
   pour	
   développer	
   le	
   solid-­‐state	
   lighting	
   (SSL),	
  
dénomination	
  qui	
  reprend	
  les	
  LED	
  et	
  OLED,	
  ce	
  sont	
  Green	
  Paper	
  et	
  Horizon	
  2020.	
  Actuellement,	
  le	
  
premier	
  programme	
  n’apporte	
  rien	
  pour	
  les	
  OLED.	
  Le	
  second,	
  par	
  contre,	
  a	
  un	
  rôle	
  à	
  jouer.	
  En	
  effet,	
  
ce	
  programme,	
  créé	
  en	
  2014	
  et	
  disposant	
  d’un	
  fonds	
  de	
  17	
  milliards	
  d’euros,	
  a	
  déjà	
  financé	
  20	
  projets	
  
européens	
  portés	
  sur	
  les	
  OLED	
  pour	
  un	
  montant	
  d’aide	
  total	
  de	
  71	
  millions	
  d’euros.	
  Aux	
  Etats-­‐Unis,	
  le	
  
Department	
   of	
   Energy	
   dispose	
   d’un	
   programme	
   de	
   financement	
   appelé	
   «	
  SSL	
   R&D	
   Program	
  ».	
  
Néanmoins,	
  peu	
  de	
  fonds	
  sont	
  actuellement	
  attribués	
  aux	
  projets	
  portant	
  sur	
  l’OLED.	
  En	
  effet,	
  sur	
  23	
  
millions	
  d’euros	
  de	
  fonds	
  en	
  2015,	
  seulement	
  900.000€	
  ont	
  été	
  alloués	
  aux	
  OLED.	
  Le	
  Japon	
  quant	
  à	
  lui	
  
finance	
  les	
  OLED	
  au	
  travers	
  d’institutions	
  basant	
  leurs	
  programmes	
  sur	
  le	
  «	
  Science	
  and	
  Technology	
  
Basic	
  Plan	
  ».	
  L’institution	
  la	
  plus	
  importante	
  en	
  matière	
  de	
  financement	
  de	
  l’OLED	
  est	
  NEDO4
.	
  Elle	
  a	
  
par	
  exemple	
  investi	
  6	
  millions	
  d’€	
  dans	
  la	
  technologie	
  entre	
  2008	
  et	
  2012.	
  	
  
L’enjeu	
  de	
  ces	
  investissements	
  par	
  les	
  gouvernements	
  est	
  économique	
  et	
  environnemental.	
  Il	
  s’agit	
  
en	
   effet	
   d’aider	
   le	
   développement	
   d’une	
   nouvelle	
   technologie	
   de	
   sorte	
   à	
   conquérir	
   de	
   nouveaux	
  
marchés,	
  et	
  également	
  de	
  réduire	
  la	
  consommation	
  d’énergie	
  au	
  moyen	
  de	
  cette	
  technologie,	
  dans	
  la	
  
même	
  optique	
  que	
  la	
  LED.	
  	
  	
  
	
  
	
  
	
   	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
4
	
  New	
  Energy	
  and	
  Industrial	
  Technology	
  Development	
  and	
  Organization	
  	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   13	
  
	
  
ANNEXES	
  
PARTIE	
  I	
  :	
  FONDEMENTS	
  SCIENTIFIQUES	
  
A.   PRINCIPE	
  DE	
  FONCTIONNEMENT	
  DES	
  OLED	
  
Cette	
  partie	
  sera	
  dédiée	
  aux	
  fondements	
  scientifiques	
  et	
  au	
  fonctionnement	
  de	
  la	
  technologie	
  utilisant	
  
les	
  OLED	
  (Organic	
  Light	
  Emitting	
  Diode)	
  	
  
I.   LA	
  DIODE	
  AU	
  MICROSCOPE	
  
Avant	
  de	
  nous	
  intéresser	
  aux	
  spécificités	
  des	
  OLED,	
  il	
  paraît	
  avant	
  tout	
  indispensable	
  de	
  revenir	
  sur	
  
les	
  principes	
  scientifiques	
  sur	
  lesquels	
  repose	
  le	
  fonctionnement	
  d’une	
  diode.	
  En	
  effet,	
  bien	
  qu’il	
  existe	
  
une	
  multitude	
  de	
  diodes	
  différentes,	
  elles	
  reposent	
  toutes	
  sur	
  un	
  certain	
  nombre	
  de	
  principes	
  de	
  base	
  
similaires.	
  
De	
  manière	
  simplifiée,	
  une	
  diode	
  est	
  un	
  élément	
  permettant	
  de	
  laisser	
  passer,	
  ou	
  non,	
  des	
  électrons	
  
au	
  sein	
  d’un	
  circuit	
  en	
  créant	
  ainsi,	
  selon	
  que	
  ces	
  électrons	
  passent	
  ou	
  ne	
  passent	
  pas	
  au	
  travers	
  de	
  la	
  
diode,	
  un	
  certain	
  courant	
  électrique.	
  
Les	
  caractéristiques	
  des	
  diodes	
  reposent	
  avant	
  tout	
  sur	
  les	
  propriétés	
  fondamentales	
  des	
  atomes	
  et	
  
plus	
  particulièrement	
  sur	
  celles	
  des	
  électrons.	
  
AU	
  CŒUR	
  DE	
  L’ATOME	
  
Un	
  atome	
  est	
  composé	
  d’un	
  noyau	
  chargé	
  positivement	
  (+)	
  autour	
  duquel	
  orbitent	
  des	
  électrons	
  
chargés	
   négativement	
   (-­‐).	
   La	
   position	
   d’un	
   électron	
   dans	
   la	
   structure	
   électronique	
   détermine	
   la	
  
quantité	
  d’énergie	
  nécessaire	
  pour	
  l’arracher	
  à	
  cette	
  structure.	
  Plus	
  l’orbite	
  dans	
  laquelle	
  se	
  trouve	
  
l’électron	
  est	
  loin	
  du	
  noyau,	
  moins	
  il	
  faudra	
  apporter	
  d’énergie	
  (quantum)	
  à	
  l’électron	
  pour	
  l’arracher	
  
du	
  noyau.	
  
	
  
Source	
  de	
  l’image	
  :	
  Energie	
  photovoltaïque,	
  «	
  Principe	
  de	
  l’énergie	
  photovoltaïque	
  au	
  niveau	
  atomique	
  ».	
  En	
  
ligne	
  http://plateformeco.com	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   14	
  
	
  
Quand	
  la	
  température	
  est	
  au	
  zéro	
  absolu	
  (0K),	
  seule	
  l’orbite	
  de	
  valence	
  peut	
  ne	
  pas	
  être	
  entièrement	
  
peuplée.	
  	
  
Dans	
  une	
  structure	
  cristalline,	
  le	
  niveau	
  énergétique	
  d’une	
  orbite	
  d’un	
  atome	
  du	
  cristal	
  est	
  influencé	
  
par	
  ses	
  voisins,	
  et	
  inversement.	
  	
  
On	
   a	
   alors	
   affaire	
   à	
   des	
   «	
  bandes	
   d’énergie	
   autorisée	
  »	
   (correspondant	
   aux	
   niveaux	
   énergétiques	
  
dégénérées	
  des	
  atomes	
  isolés)	
  séparées	
  par	
  des	
  «	
  bandes	
  d’énergie	
  interdites	
  ».	
  
	
  
Source	
  de	
  l’image	
  :	
  La	
  molybdénite	
  supplantera-­‐t-­‐elle	
  le	
  silicium	
  dans	
  les	
  circuits	
  intégrés	
  de	
  demain	
  ?	
  En	
  ligne	
  
http://mavoiescientifique.onisep.fr	
  
La	
  bande	
  la	
  plus	
  énergétique	
  entièrement	
  occupée	
  est	
  la	
  «	
  bande	
  de	
  valence	
  »	
  tandis	
  que	
  la	
  bande	
  
d’énergie	
  directement	
  supérieure	
  à	
  la	
  bande	
  de	
  valence	
  est	
  la	
  «	
  bande	
  de	
  conduction	
  ».	
  
Pour	
   qu’un	
   électron	
   passe	
   d’une	
   bande	
   à	
   une	
   autre,	
   il	
   y	
   a	
   des	
   «	
  sauts	
   énergétiques	
  »	
   à	
   franchir.	
  
Toutefois,	
  il	
  ne	
  peut	
  y	
  avoir	
  de	
  saut	
  entre	
  deux	
  bandes	
  entièrement	
  peuplées.	
  Le	
  niveau	
  d’énergie	
  à	
  
fournir	
  pour	
  qu’un	
  électron	
  passe	
  d’une	
  bande	
  à	
  l’autre	
  dépend	
  du	
  type	
  de	
  matériau.	
  
	
  
Source	
  de	
  l’image	
  :	
  Les	
  effets	
  photoélectrique	
  et	
  électroluminescent.	
  En	
  ligne	
  http://www.energieplus-­‐lesite.be	
  
De	
  manière	
  schématique,	
  la	
  diode	
  sera	
  composée	
  de	
  deux	
  semi-­‐conducteurs,	
  l’un	
  dopé	
  positivement	
  
(type	
  «	
  p	
  »)	
  et	
  l’autre	
  dopé	
  négativement	
  (type	
  «	
  n	
  »).	
  La	
  juxtaposition	
  de	
  ces	
  deux	
  semi-­‐conducteurs	
  
va	
  entraîner	
  la	
  migration	
  d’une	
  partie	
  des	
  électrons	
  de	
  la	
  partie	
  dopée	
  négativement	
  vers	
  la	
  partie	
  
dopée	
  positivement,	
  créant	
  ainsi	
  ce	
  que	
  l’on	
  appellera	
  une	
  «	
  zone	
  de	
  recombinaison	
  ».	
  On	
  verra	
  alors	
  
Pour	
  qu’un	
  électron	
  passe	
  de	
  la	
  
bande	
  de	
  valence	
  à	
  la	
  bande	
  de	
  
conduction,	
   il	
   faut	
   qu’il	
   ait	
  
assez	
  d’énergie	
  pour	
  franchir	
  la	
  
bande	
  interdite.	
  
Notons	
  que	
  1eV	
  est	
  très	
  
faible.	
   Il	
   s’agit	
   de	
  
l’énergie	
  nécessaire	
  pour	
  
déplacer	
  un	
  électron	
  sur	
  
une	
  d.d.p.	
  de	
  1	
  V.	
  
	
  
1𝑒𝑉 = 1,6.10)*+
𝐽	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   15	
  
	
  
apparaître	
  une	
  barrière	
  de	
  potentiel	
  qui	
  s’opposera	
  à	
  la	
  formation	
  d’un	
  courant	
  entre	
  les	
  deux	
  semi-­‐
conducteurs.	
  	
  
LES	
  SEMI-­‐CONDUCTEURS	
  A	
  LA	
  LOUPE	
  
SEMI-­‐CONDUCTEURS	
  INTRINSEQUES	
  
Les	
  semi-­‐conducteurs	
  intrinsèques	
  (purs,	
  non	
  dopés),	
  sont	
  ceux	
  de	
  la	
  famille	
  des	
  éléments	
  ayant	
  4	
  
électrons	
  sur	
  l’orbite	
  de	
  valence.	
  C’est	
  le	
  cas	
  notamment	
  du	
  Silicium	
  (Si)	
  et	
  du	
  Germanium	
  (Ge).	
  Dans	
  
un	
  cristal,	
  chaque	
  atome	
  est	
  lié	
  à	
  ses	
  4	
  voisins	
  par	
  une	
  liaison	
  covalente	
  et	
  tout	
  se	
  passe	
  alors	
  comme	
  
si	
  chaque	
  atome	
  du	
  cristal	
  possédait	
  une	
  orbite	
  de	
  valence	
  «	
  saturée	
  »,	
  c’est	
  à	
  dire	
  occupée	
  par	
  8	
  
électrons.	
  
Au-­‐delà	
  du	
  zéro	
  absolu	
  (0K),	
  l’énergie	
  thermique	
  va	
  permettre	
  à	
  quelques	
  électrons	
  de	
  passer	
  de	
  la	
  
bande	
  de	
  valence	
  à	
  la	
  bande	
  de	
  conduction	
  et	
  on	
  aura	
  donc	
  un	
  faible	
  courant	
  (c’est	
  notamment	
  pour	
  
ça	
   qu’on	
   a	
   des	
   systèmes	
   de	
   refroidissements	
   dans	
   l’électronique).	
   L’électron	
   thermique	
   laisse	
  
également	
  dans	
  la	
  bande	
  de	
  valence	
  un	
  trou	
  thermique.	
  Ce	
  trou	
  équivaut	
  à	
  une	
  charge	
  positive	
  et	
  va	
  
donc	
  attirer	
  un	
  électron	
  de	
  valence	
  d’un	
  atome	
  voisin	
  qui	
  va	
  alors	
  créer	
  un	
  nouveau	
  trou,	
  etc.	
  Cela	
  va	
  
donc	
  générer	
  un	
  faible	
  courant	
  intrinsèque	
  (naturel).	
  
	
  
Source	
  :	
  Emplit,	
  P.	
  Physique	
  des	
  technologies	
  de	
  l’information,	
  Chapitre	
  3	
  :	
  «	
  Electronique	
  analogique,	
  
matériaux	
  semi-­‐conducteurs	
  et	
  composant	
  »	
  
SEMI-­‐CONDUCTEURS	
  EXTRINSEQUES	
  P	
  ET	
  N	
  
Pour	
  obtenir	
  des	
  semi-­‐conducteurs	
  extrinsèques,	
  on	
  va	
  ajouter	
  des	
  «	
  impuretés	
  »	
  dans	
  le	
  cristal,	
  c’est	
  
à	
   dire	
   des	
   éléments	
   pentavalents	
   (5	
   électrons	
   de	
   valence)	
   ou	
   trivalents	
   (3	
  électrons	
   de	
   valence).	
  
Toutefois,	
  on	
  ne	
  modifiera	
  que	
  très	
  peu	
  la	
  structure	
  du	
  cristal.	
  
Le	
  but	
  recherché	
  est	
  d’augmenter	
  la	
  conductibilité	
  en	
  réduisant	
  l’énergie	
  nécessaire	
  pour	
  franchir	
  la	
  
«	
  bande	
   interdite	
  ».	
   On	
   distinguera	
   ici	
   deux	
   types	
   de	
   dopages,	
   et	
   donc	
   deux	
   types	
   de	
   semi-­‐
conducteurs	
  :	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   16	
  
	
  
	
   Semi-­‐conducteur	
  de	
  type	
  	
  «	
  n	
  »	
   Semi-­‐conducteur	
  de	
  type	
  «	
  p	
  »	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Représentation	
  
	
   	
  
Elément	
  ajouté	
  au	
  
cristal	
  
Pentavalents	
  (P,	
  As,	
  Sb,…)	
   Trivalents	
  (B,	
  Al,	
  Ga,…)	
  
	
  
Caractéristiques	
  
•   «	
  Donneurs	
  d’électrons	
  »	
  
•   Electrons	
  libres	
  
	
  
•   «	
  Accepteurs	
  d’électrons	
  »	
  
•   Trous	
  libres	
  
Source	
  :	
  Emplit,	
  P.	
  Physique	
  des	
  technologies	
  de	
  l’information,	
  Chapitre	
  3	
  :	
  «	
  Electronique	
  analogique,	
  
matériaux	
  semi-­‐conducteurs	
  et	
  composant	
  »	
  
Dans	
  les	
  deux	
  cas,	
  on	
  aura	
  donc	
  maintenant	
  des	
  courants	
  de	
  porteurs	
  «	
  majoritaires	
  »	
  liés	
  au	
  dopage	
  
et	
  des	
  courants	
  de	
  porteurs	
  «	
  minoritaires	
  »	
  liés	
  à	
  l’énergie	
  thermique.	
  
Nous	
  noterons	
  tout	
  de	
  même	
  qu’un	
  cristal	
  semi-­‐conducteur	
  «	
  n	
  »	
  ou	
  «	
  p	
  est	
  globalement	
  neutre.	
  
JONCTION	
  DE	
  2	
  SEMI-­‐CONDUCTEURS	
  P	
  ET	
  N	
  –	
  BARRIERE	
  DE	
  POTENTIEL	
  
En	
  mettant	
  côté	
  à	
  côté	
  deux	
  conducteurs,	
  l’un	
  dopé	
  «	
  p	
  »	
  et	
  l’autre	
  dopé	
  «	
  n	
  »,	
  on	
  aura	
  bel	
  et	
  bien	
  
une	
  différence	
  de	
  potentiel	
  entre	
  les	
  deux.	
  Il	
  va	
  donc	
  y	
  avoir	
  une	
  recombinaison	
  d’une	
  fraction	
  de	
  ces	
  
porteurs	
  libres.	
  
	
  
Source	
  :	
  Emplit,	
  P.	
  Physique	
  des	
  technologies	
  de	
  l’information,	
  Chapitre	
  3	
  :	
  «	
  Electronique	
  analogique,	
  
matériaux	
  semi-­‐conducteurs	
  et	
  composant	
  »	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   17	
  
	
  
On	
  va	
  donc	
  voir	
  apparaître	
  une	
  barrière	
  de	
  potentiel	
  𝑉-	
  qui	
  s’oppose	
  à	
  la	
  migration	
  des	
  porteurs	
  
majoritaires	
   entre	
   les	
   semi-­‐conducteurs	
   n	
   et	
   p.	
   Cette	
   différence	
   de	
   potentiel	
   dépendra	
   de	
   la	
  
température	
  et	
  du	
  semi-­‐conducteur	
  utilisé.	
  
	
  
Notons	
  également	
  que,	
  dans	
  la	
  zone	
  de	
  recombinaison,	
  sous	
  l’action	
  du	
  champ	
  E,	
  toute	
  paire	
  de	
  
porteurs	
  thermiques	
  générée	
  migrera	
  rapidement	
  et	
  sera	
  à	
  l’origine	
  d’un	
  faible	
  courant	
  de	
  fuite.	
  
POLARISATION	
  D’UNE	
  JONCTION	
  PN	
  
La	
  polarisation	
  d’un	
  composant	
  à	
  2	
  bornes	
  (comme	
  une	
  jonction	
  p-­‐n)	
  revient	
  à	
  appliquer	
  à	
  ses	
  bornes	
  
une	
  différence	
  de	
  potentiel	
  continue	
  DC	
  pour	
  l’amener	
  dans	
  l’état	
  de	
  fonctionnement	
  désiré.	
  Et	
  on	
  a	
  
donc	
  deux	
  possibilités	
  :	
  
	
  
Source	
  :	
  Emplit,	
  P.	
  Physique	
  des	
  technologies	
  de	
  l’information,	
  Chapitre	
  3	
  :	
  «	
  Electronique	
  analogique,	
  
matériaux	
  semi-­‐conducteurs	
  et	
  composant	
  »	
  
A	
  300K,	
  on	
  a	
  :	
  
	
  
𝑽 𝟎
𝑺𝒊𝒍𝒊𝒄𝒊𝒖𝒎
≈ 𝟎, 𝟕𝑽	
  
	
  
𝑽 𝟎
𝑮𝒆𝒓𝒎𝒂𝒏𝒊𝒖𝒎
≈ 𝟎, 𝟑𝑽	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   18	
  
	
  
Afin	
  d’obtenir	
  le	
  mode	
  de	
  fonctionnement	
  désirée	
  de	
  la	
  diode,	
  il	
  ne	
  restera	
  alors	
  plus	
  qu’à	
  «	
  polariser	
  »	
  
la	
  jonction	
  p-­‐n	
  en	
  appliquant	
  à	
  ses	
  bornes	
  une	
  différence	
  de	
  potentiel	
  continue	
  (DC5
).	
  Dans	
  le	
  cas	
  de	
  
la	
  polarisation	
  directe,	
  la	
  tension	
  appliquée	
  permettra	
  de	
  contrecarrer	
  la	
  barrière	
  de	
  potentiel	
  et	
  un	
  
courant	
  significatif	
  sera	
  alors	
  établi	
  dans	
  le	
  circuit	
  formé	
  tandis	
  que	
  dans	
  le	
  cas	
  de	
  la	
  polarisation	
  
inverse,	
  la	
  tension	
  appliquée	
  aura	
  tendance	
  à	
  renforcer	
  la	
  barrière	
  de	
  potentiel	
  et	
  ainsi	
  à	
  empêcher	
  le	
  
passage	
  des	
  électrons	
  (du	
  courant).	
  
Au	
  niveau	
  microscopique	
  et	
  sous	
  l’impulsion	
  de	
  l’énergie	
  induite	
  par	
  le	
  générateur,	
  des	
  électrons	
  
«	
  sauteront	
  »	
  de	
  la	
  bande	
  de	
  valence	
  vers	
  la	
  bande	
  de	
  conduction	
  en	
  laissant	
  ainsi	
  un	
  «	
  trou	
  »	
  (charge	
  
imaginaire	
   positive)	
   dans	
   la	
   bande	
   de	
   valence.	
   Comme	
   la	
   nature	
   tend	
   toujours	
   à	
   revenir	
   à	
   l’état	
  
fondamental,	
  un	
  électron	
  «	
  excité	
  »	
  (on	
  l’appellera	
  «	
  exciton	
  »)	
  retombera	
  dans	
  la	
  bande	
  de	
  valence.	
  
L’énergie	
  de	
  l’exciton	
  n’étant	
  pas	
  perdue,	
  elle	
  sera	
  alors	
  réémise	
  soit	
  sous	
  forme	
  de	
  chaleur,	
  soit	
  sous	
  
forme	
  de	
  lumière.	
  Dans	
  le	
  cas	
  des	
  diodes	
  électroluminescentes,	
  cette	
  énergie	
  sera	
  réémise	
  sous	
  forme	
  
de	
  lumière.	
  
	
  
Source	
  :	
  Emplit,	
  P.	
  Physique	
  des	
  technologies	
  de	
  l’information,	
  Chapitre	
  3	
  :	
  «	
  Electronique	
  analogique,	
  
matériaux	
  semi-­‐conducteurs	
  et	
  composant	
  »	
  	
  
II.   LES	
  OLED	
  :	
  DES	
  DIODES	
  ORGANIQUES	
  EMETTRICES	
  DE	
  LUMIERE	
  
Une	
  des	
  particularités	
  des	
  OLED	
  (Organic	
  Light	
  Emitting	
  Diode)	
  est,	
  comme	
  leur	
  nom	
  l’indique,	
  d’être	
  
composées	
  de	
  matériaux	
  organiques.	
  Dans	
  le	
  cas	
  des	
  diodes	
  dites	
  «	
  non	
  organiques	
  »,	
  les	
  matériaux	
  
semi-­‐conducteurs	
  utilisés	
  sont	
  principalement	
  le	
  silicium	
  (Si)	
  et	
  le	
  Germanium	
  (Ge).	
  Dans	
  le	
  cas	
  des	
  
diodes	
  dites	
  «	
  organiques	
  »,	
  il	
  existe	
  une	
  multitude	
  de	
  semi-­‐conducteurs	
  envisageables	
  que	
  l’on	
  peut	
  
toutefois	
  classer	
  en	
  deux	
  principales	
  catégories	
  selon	
  la	
  taille	
  des	
  molécules	
  utilisées.	
  On	
  distingue	
  
ainsi	
   les	
   semi-­‐conducteurs	
   formés	
   de	
   petites	
   molécules	
   et	
   ceux	
   formés	
   de	
   macromolécules	
   ou	
  
polymères.	
   Le	
   choix	
   de	
   l’un	
   ou	
   l’autre	
   de	
   ces	
   types	
   de	
   molécules	
   sera	
   dépendant	
   des	
   propriétés	
  
recherchées,	
  mais	
  sera	
  également	
  lié	
  à	
  la	
  production	
  des	
  OLED,	
  point	
  sur	
  lequel	
  nous	
  reviendrons	
  par	
  
la	
  suite.	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
5
	
  «	
  Direct	
  Current	
  »	
  ou	
  Courant	
  Continu	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   19	
  
	
  
Du	
   point	
   de	
   vue	
   de	
   la	
   structure,	
   les	
   OLED	
   sont	
   composées	
   d’une	
   couche	
   de	
   semi-­‐conducteurs	
  
organiques	
  entourés	
  de	
  deux	
  électrodes	
  (dont	
  au	
  moins	
  une	
  transparente)	
  permettant	
  le	
  passage	
  
d’une	
  tension	
  continue	
  (DC).	
  Actuellement,	
  les	
  électrodes	
  utilisées	
  sont	
  principalement	
  composées	
  de	
  
d’oxyde	
   d’indium-­‐étain	
   (ITO)	
   pour	
   l’anode	
   transparente	
   et	
   d’un	
   métal	
   opaque	
   (ou	
   non)	
   pour	
   la	
  
cathode.	
  
Source:	
  OSRAM	
  OLED.	
  «	
  Introduction	
  to	
  OLED	
  technology	
  ».	
  En	
  ligne	
  www.osram-­‐oled.com	
  
Un	
  des	
  avantages	
  principaux	
  des	
  OLED	
  en	
  comparaison	
  avec	
  les	
  diodes	
  non	
  organiques	
  est	
  leur	
  taille.	
  
Leur	
   épaisseur	
   est	
   de	
   l’ordre	
   de	
   quelques	
   centaines	
   de	
   nanomètres	
   et	
   permet	
   ainsi	
   une	
   grande	
  
flexibilité	
  dans	
  leurs	
  applications.	
  
Tout	
  comme	
  les	
  diodes	
  «	
  classiques	
  »,	
  leur	
  fonctionnement	
  est	
  basé	
  sur	
  l’instigation	
  d’une	
  tension	
  
continue	
  (DC)	
  qui	
  provoque	
  la	
  création	
  d’un	
  courant	
  «	
  trou-­‐électrons	
  ».	
  Les	
  diodes	
  émettent	
  alors	
  une	
  
lumière	
   dont	
   la	
   couleur	
   dépend	
   des	
   propriétés	
   du	
   matériau	
   utilisé.	
   A	
   la	
   différence	
   des	
   diodes	
  
«	
  classiques	
  »,	
  on	
  ne	
  parle	
  pas	
  toutefois	
  ici	
  de	
  bande	
  de	
  conduction	
  et	
  de	
  bande	
  de	
  valence	
  mais	
  plutôt	
  
de	
  niveau	
  «	
  HOMO	
  »	
  (Highest	
  Occupied	
  Molecular	
  Orbital)	
  et	
  «	
  HUMO	
  »	
  (Lowest	
  Uncoppied	
  Molecular	
  
Orbital	
  Level).	
  
Afin	
  d’avoir	
  une	
  vision	
  plus	
  exacte	
  des	
  processus	
  internes	
  liés	
  au	
  «	
  saut	
  »	
  des	
  électrons	
  d’un	
  niveau	
  à	
  
l’autre,	
  et	
  sans	
  toutefois	
  rentrer	
  dans	
  des	
  détails	
  trop	
  techniques,	
  nous	
  tenterons	
  d’expliquer	
  ici,	
  de	
  
manière	
  simplifiée,	
  la	
  distinction	
  faite	
  entre	
  niveau	
  HOMO/LUMO	
  et	
  les	
  bandes	
  de	
  valences	
  et	
  de	
  
conduction.	
  
Afin	
  d’illustrer	
  cette	
  différence,	
  nous	
  prendrons	
  le	
  cas	
  de	
  l’éthylène	
  dont	
  la	
  représentation	
  moléculaire	
  
est	
  illustrée	
  ci-­‐dessous.	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   20	
  
	
  
	
  
Au	
   sein	
   d’une	
   molécule,	
   la	
   liaison	
   entre	
   atomes	
   se	
   fait	
   par	
   recouvrement	
   d’orbitales	
   comme	
  
représenté	
  sur	
  la	
  figure	
  B	
  dans	
  le	
  cas	
  d’une	
  liaison	
  Carbone-­‐Carbone.	
  Lorsqu’une	
  orbitale	
  est	
  remplie,	
  
on	
  parlera	
  de	
  niveau	
  HOMO	
  (Highest	
  Occupied	
  Molecular	
  Orbital)	
  et	
  on	
  peut	
  la	
  comparer	
  à	
  la	
  bande	
  
de	
   valence.	
   A	
   l’inverse,	
   les	
   orbitales	
   de	
   plus	
   haut	
   niveau	
   d’énergie	
   ne	
   sont	
   pas	
   remplies	
   et	
  
correspondent	
  au	
  niveau	
  LUMO	
  (Lowest	
  Unnocupied	
  Molecular	
  Orbital)	
  que	
  nous	
  comparerons	
  à	
  la	
  
bande	
  de	
  conduction.	
  Le	
  «	
  saut	
  d’électron	
  »	
  correspond	
  ici	
  au	
  passage	
  d’un	
  électron,	
  grâce	
  à	
  un	
  apport	
  
énergétique,	
  d’une	
  orbitale	
  de	
  niveau	
  HOMO	
  vers	
  une	
  orbitale	
  de	
  niveau	
  LUMO	
  et	
  le	
  principe	
  est	
  alors	
  
tout	
  à	
  fait	
  similaire	
  à	
  celui	
  des	
  bandes	
  de	
  valences	
  et	
  des	
  bandes	
  de	
  conduction,	
  comme	
  illustré	
  ci-­‐
dessous.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   21	
  
	
  
B.   PROCESSUS	
  DE	
  FABRICATION	
  DES	
  OLED	
  
Les	
  processus	
  de	
  fabrication	
  des	
  OLED	
  peuvent	
  être	
  séparés	
  en	
  deux	
  catégories	
  correspondant	
  au	
  type	
  
de	
   molécules	
   organiques	
   utilisées,	
   à	
   savoir	
   les	
   «	
  petites	
   molécules	
  »	
   et	
   les	
   polymères.	
   En	
   ce	
   qui	
  
concerne	
  les	
  matériaux	
  utilisés	
  pour	
  cette	
  production,	
  ceux-­‐ci	
  sont	
  repris	
  dans	
  le	
  tableau	
  ci-­‐dessous.	
  
Couches	
   Matériaux	
  utilisés	
   Détails	
  
Anode	
   Indium	
  tin	
  oxide	
  (ITO)	
  ou	
  
Oxyde	
  d’indium-­‐étain	
  
Couche	
  transparente	
  
	
  
Cathode	
  
Couche	
  métallique,	
  
principalement	
  Aluminium	
  (Al)	
  
et	
  	
  Magnésium	
  (Mg)	
  
Couche	
  opaque	
  ou	
  
transparente	
  
Substrat	
   Verre	
  ou	
  plastique	
   Le	
  plastique	
  permet	
  une	
  plus	
  
grande	
  souplesse	
  dans	
  les	
  
applications	
  
	
  
Matériaux	
  semi-­‐conducteurs	
  
Polymères	
  :	
  larges	
  possibilités	
  
selon	
  les	
  propriétés	
  
recherchées	
  
Surtout	
  utilisés	
  pour	
  les	
  
grandes	
  surfaces	
  
Petites	
  moléculaires	
  :	
  larges	
  
possibilités	
  selon	
  les	
  
propriétés	
  recherchées	
  
Plus	
  efficace	
  et	
  meilleure	
  
durée	
  de	
  vie	
  que	
  les	
  
polymères,	
  mais	
  production	
  
plus	
  coûteuse	
  
De	
  manière	
  générale,	
  la	
  structure	
  des	
  OLED	
  se	
  compose	
  de	
  cinq	
  couches	
  distinctes	
  comme	
  représenté	
  
ci-­‐dessous.	
  L’apposition	
  de	
  l’anode	
  et	
  de	
  la	
  cathode	
  ne	
  présente	
  pas	
  de	
  difficulté	
  particulière.	
  Tout	
  le	
  
processus	
  de	
  production	
  est	
  dès	
  lors	
  orienté	
  vers	
  le	
  placement	
  des	
  couches	
  de	
  matériaux	
  organiques.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  Source	
  :	
  Summitt,	
  C.	
  (2006).	
  OLED	
  Fabrication	
  for	
  Use	
  in	
  Display	
  Systems.	
  Optical	
  Sciences	
  Center,	
  
University	
  of	
  Arizona,	
  Arizona.	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   22	
  
	
  
I.   PRODUCTION	
  DES	
  OLED	
  A	
  POLYMERE	
  
En	
  ce	
  qui	
  concerne	
  la	
  production	
  des	
  OLED	
  à	
  polymères,	
  deux	
  méthodes	
  principales	
  se	
  distinguent.	
  	
  
Dans	
  la	
  première	
  méthode,	
  le	
  matériau	
  organique	
  est	
  généralement	
  déposé	
  sous	
  forme	
  liquide	
  grâce	
  
au	
  «	
  spin-­‐coating	
  »,	
  qui	
  consiste	
  en	
  la	
  déposition	
  du	
  polymère	
  organique	
  sous	
  sa	
  forme	
  liquide	
  sur	
  un	
  
substrat	
  mis	
  en	
  rotation.	
  Grâce	
  à	
  cette	
  rotation,	
  le	
  polymère	
  va	
  s’étendre	
  sur	
  toute	
  la	
  surface	
  du	
  
substrat	
  se	
  solidifier	
  tout	
  en	
  s’évaporant.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
La	
   seconde	
   méthode,	
   connue	
   sous	
   le	
   nom	
   de	
   «	
  inkjet	
   printing	
  »,	
   est	
   considérée	
   comme	
   la	
   seule	
  
solution	
   pour	
   des	
   OLED	
   de	
   grandes	
   surfaces	
   et	
   son	
   fonctionnement	
   est	
   semblable	
   à	
   celui	
   d’une	
  
imprimante	
  classique.	
  Son	
  principal	
  inconvénient	
  est	
  la	
  difficulté	
  d’obtenir	
  la	
  précision	
  nécessaire	
  dans	
  
l’application	
  de	
  «	
  l’encre	
  »	
  sur	
  le	
  substrat.	
  Nous	
  noterons	
  également	
  que	
  chaque	
  pixel	
  doit	
  être	
  apposé	
  
séparément	
  sur	
  le	
  substrat.	
  
	
  
Source	
  :	
  Chénais,	
  S.	
  &	
  Forget,	
  S.	
  (s.d.).	
  Diodes	
  électroluminescentes	
  organiques	
  :	
  de	
  la	
  visualisation	
  à	
  
l’éclairage.	
  	
  Laboratoire	
  de	
  physique	
  des	
  Lasers,	
  Université	
  Paris	
  13,	
  Villetaneuse.	
  
Source	
  :	
  Summitt,	
  C.	
  (2006).	
  OLED	
  Fabrication	
  for	
  Use	
  in	
  Display	
  Systems.	
  Optical	
  Sciences	
  Center,	
  University	
  of	
  
Arizona,	
  Arizona.	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   23	
  
	
  
II.   PRODUCTION	
  DES	
  OLED	
  A	
  PETITES	
  MOLECULES	
  
Pour	
   les	
   OLED	
   à	
   petites	
   molécules,	
   la	
   couche	
   de	
   matériaux	
   organiques	
   est	
   déposée	
   grâce	
   à	
  
l’évaporation	
  sous	
  vide.	
  Très	
  compliquée	
  et	
  délicate,	
  cette	
  méthode	
  est	
  toutefois	
  maîtrisée	
  par	
  les	
  
industriels.	
  En	
  outre,	
  bien	
  que	
  cette	
  technique	
  soit	
  plus	
  coûteuse	
  que	
  celle	
  utilisée	
  pour	
  la	
  production	
  
des	
   OLED	
   à	
   polymère,	
   elle	
   est	
   largement	
   employée	
   étant	
   donné	
   l’efficacité	
   et	
   la	
   durée	
   de	
   vie	
  
supérieure	
  des	
  OLED	
  à	
  petites	
  molécules	
  par	
  rapport	
  aux	
  OLED	
  à	
  polymères.	
  
	
  
Source	
  :	
  Chénais,	
  S.	
  &	
  Forget,	
  S.	
  (s.d.).	
  Diodes	
  électroluminescentes	
  organiques	
  :	
  de	
  la	
  visualisation	
  à	
  
l’éclairage.	
  	
  Laboratoire	
  de	
  physique	
  des	
  Lasers,	
  Université	
  Paris	
  13,	
  Villetaneuse.	
  
C.   EFFICACITE	
  DES	
  OLED	
  ET	
  EFFET	
  BURN-­‐IN	
  
Les	
  avantages	
  et	
  inconvénients	
  des	
  applications	
  utilisant	
  des	
  OLED	
  seront	
  analysés	
  plus	
  en	
  détail	
  dans	
  
la	
  suite	
  du	
  rapport.	
  Nous	
  nous	
  contenterons	
  ici	
  d’une	
  brève	
  explication	
  d’un	
  défi	
  scientifique	
  relatif	
  à	
  
l’efficacité	
  des	
  OLED.	
  
La	
  capacité	
  des	
  électrons	
  à	
  émettre	
  de	
  la	
  lumière	
  plutôt	
  que	
  de	
  la	
  chaleur	
  lors	
  de	
  leur	
  changement	
  de	
  
niveau	
  d’énergie	
  est	
  principalement	
  liée	
  à	
  la	
  structure	
  moléculaire	
  du	
  matériau	
  utilisé.	
  On	
  distinguera	
  
ici	
   les	
   molécules	
   dites	
   «	
  fluorescentes	
  »	
   et	
   les	
   molécules	
   «	
  phosphorescentes	
  ».	
   Dans	
   le	
   cas	
   des	
  
molécules	
  phosphorescentes,	
  tous	
  les	
  excitons	
  (électrons	
  «	
  excités	
  »)	
  dégageront	
  de	
  la	
  lumière	
  lors	
  
de	
  leur	
  changement	
  d’état.	
  A	
  l’inverse,	
  dans	
  le	
  cas	
  des	
  molécules	
  fluorescentes,	
  seulement	
  25%	
  des	
  
électrons	
  émettront	
  de	
  la	
  lumière	
  tandis	
  que	
  les	
  75%	
  restant	
  dégageront	
  de	
  la	
  chaleur.	
  Toutefois,	
  la	
  
durée	
  de	
  vie	
  des	
  matériaux	
  phosphorescents	
  est	
  inférieure	
  à	
  celle	
  des	
  matériaux	
  fluorescents,	
  en	
  
particulier	
   pour	
   l’émission	
   d’onde	
   lumineuse	
   de	
   faible	
   amplitude	
   qui	
   use	
   plus	
   rapidement	
   les	
  
matériaux	
  (lumière	
  bleu).	
  Tout	
  le	
  défi	
  repose	
  dès	
  lors	
  sur	
  l’amélioration	
  de	
  ce	
  rendement	
  lumineux	
  et	
  
sur	
  l’augmentation	
  de	
  la	
  durée	
  de	
  vie	
  des	
  matériaux	
  phosphorescents.	
  	
  
L’effet	
  burn-­‐in	
  décrit	
  la	
  dégradation	
  accélérée	
  des	
  pixels	
  utilisés	
  pour	
  afficher	
  une	
  image	
  par	
  rapport	
  
à	
  leur	
  voisin.	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   24	
  
	
  
Par	
  exemple	
  :	
  
	
  
Ici,	
  on	
  voit	
  que	
  les	
  pixels	
  utilisés	
  dans	
  la	
  première	
  image	
  sont	
  moins	
  lumineux	
  (dans	
  la	
  deuxième),	
  ce	
  
qui	
  mène	
  à	
  une	
  moins	
  bonne	
  qualité.	
  
	
  
	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   25	
  
	
  
PARTIE	
  II	
  :	
  DEVELOPPEMENTS	
  TECHNOLOGIQUES	
  
A.   LES	
  OLED	
  :	
  QUELS	
  DEVELOPPEMENTS	
  POSSIBLES	
  ?	
  
Les	
  développements	
  technologiques	
  basés	
  sur	
  la	
  technologie	
  OLED	
  sont	
  multiples	
  et	
  variés.	
  Nous	
  nous	
  
intéresserons,	
  dans	
  cette	
  section,	
  tout	
  particulièrement	
  aux	
  écrans	
  incurvés	
  avant	
  de	
  passer	
  en	
  revue	
  
les	
  autres	
  développements	
  technologiques	
  possibles.	
  	
  
I.   LES	
  ECRANS	
  INCURVES	
  
L’écran	
  incurvé	
  est	
  probablement	
  le	
  domaine	
  d’exploitation	
  des	
  OLED	
  le	
  plus	
  connu	
  du	
  grand	
  public.	
  
Le	
  grand	
  avantage	
  des	
  OLED	
  par	
  rapport	
  aux	
  autres	
  sources	
  de	
  lumière	
  est	
  leur	
  capacité	
  à	
  créer	
  eux-­‐
mêmes	
  leur	
  propre	
  lumière	
  via	
  le	
  simple	
  passage	
  d’un	
  courant	
  électrique.	
  
Contrairement	
  aux	
  autres	
  sources	
  de	
  lumière	
  qui	
  nécessitent	
  un	
  dispositif	
  lumineux	
  externe,	
  les	
  OLED	
  
produisent	
  ainsi	
  leur	
  propre	
  lumière	
  dès	
  qu’un	
  courant	
  les	
  traverse	
  (voir	
  image	
  ci-­‐dessous).	
  Cette	
  
caractéristique	
   des	
   diodes	
   électroluminescentes	
   organiques	
   permet	
   ainsi	
   de	
   réduire	
   de	
   manière	
  
importante	
  l’épaisseur	
  des	
  écrans.	
  	
  
	
  
Source	
  de	
  l’image:	
  LG	
  Display,	
  Why	
  should	
  it	
  be	
  OLED,	
  for	
  the	
  Flexible	
  Display?	
  
Cette	
  taille	
  réduite,	
  combinée	
  à	
  des	
  matériaux	
  facilement	
  malléables,	
  permet	
  la	
  production	
  d’écrans	
  
ultra	
  fins	
  incurvés,	
  voir	
  «	
  enroulables	
  ».	
  
Cette	
   caractéristique,	
   en	
   plus	
   de	
   la	
   grande	
   flexibilité	
   et	
   la	
   taille	
   réduite	
   des	
   matériaux,	
   fait	
   de	
   la	
  
technologie	
   OLED	
   le	
   choix	
   idéal	
   pour	
   la	
   fabrication	
   d’écrans	
   incurvés.	
   Ainsi,	
   de	
   nombreuses	
  
compagnies	
   ont	
   déjà	
   développé	
   de	
   nouveaux	
   écrans	
   incurvés,	
   voire	
   «	
  enroulable	
  »	
   comme	
  
représentés	
  ci-­‐dessous.	
  	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   26	
  
	
  
	
  
	
  Prototype	
  de	
  TV	
  LG	
  OLED	
  enroulable6
	
  	
   	
   	
   	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  TV	
  OLED	
  WRGB	
  incurvée	
  (LG)7
	
  
II.   PROPRIETES	
  ET	
  AUTRES	
  DEVELOPPEMENTS	
  TECHNOLOGIQUES	
  
La	
  technologie	
  OLED	
  appliquée	
  aux	
  écrans	
  comporte	
  de	
  nombreux	
  avantages	
  en	
  comparaison	
  avec	
  
les	
  technologies	
  alternatives,	
  comme	
  en	
  dénote	
  le	
  tableau	
  ci-­‐dessous.	
  
	
  
Source	
  de	
  l’image	
  :	
  LCD-­‐Compare	
  :	
  TV	
  OLED	
  :	
  explications,	
  avantages	
  et	
  modèles	
  OLED	
  
Néanmoins,	
   les	
   OLED	
   ouvrent	
   la	
   voie	
   vers	
   de	
   nombreuses	
   autres	
   exploitations	
   possibles.	
   Nous	
  
reprendrons,	
  dans	
  le	
  tableau	
  ci-­‐dessous,	
  les	
  principales	
  exploitations	
  possibles	
  liées	
  aux	
  propriétés	
  
des	
  OLED.	
  
Propriétés	
   Description	
   Exploitations	
  possibles	
  
	
  
Ecrans	
  transparents	
  
Les	
  OLED	
  transparentes	
  
permettent	
  l’émission	
  de	
  
lumière	
  de	
  part	
  et	
  d’autre	
  d’un	
  
écran	
  
Parmi	
  les	
  exploitations	
  
possibles	
  de	
  cette	
  propriété,	
  
nous	
  noterons	
  les	
  «	
  fenêtres	
  
interactives	
  »	
  mais	
  également	
  
les	
  smartphones,	
  par	
  exemple	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
6
	
  Source	
  de	
  l’image	
  :	
  http://www.lcd-­‐compare.com/tv-­‐oled-­‐amoled-­‐dossier-­‐61.htm	
  
7
	
  Source	
  de	
  l’image	
  :	
  http://www.lcd-­‐compare.com/tv-­‐oled-­‐amoled-­‐dossier-­‐61.htm	
  
	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   27	
  
	
  
Souplesse	
  et	
  faible	
  épaisseur	
   Les	
  matériaux	
  et	
  les	
  propriétés	
  
des	
  OLED	
  permettent	
  de	
  
«	
  plier	
  »	
  celles-­‐ci	
  
Panneaux	
  publicitaires	
  autour	
  
de	
  poteaux,	
  écrans	
  incurvés	
  
(voir	
  ci-­‐dessus),	
  écrans	
  
«	
  incassables	
  »,	
  etc.	
  
Bonne	
  luminosité	
  et	
  fort	
  
contraste	
  pour	
  une	
  faible	
  
consommation.	
  
Les	
  OLED	
  ont,	
  de	
  manière	
  
générale,	
  une	
  meilleure	
  
luminosité	
  et	
  un	
  meilleur	
  
contraste	
  que	
  des	
  
technologies	
  similaires	
  
Feux	
  de	
  routes	
  pour	
  les	
  
voitures,	
  écrans	
  de	
  grandes	
  
dimensions,	
  panneaux	
  
murales,	
  etc.	
  
Faible	
  consommation	
   Les	
  OLED	
  consomment	
  moins	
  
d’énergie	
  que	
  les	
  autres	
  
sources	
  de	
  lumière	
  
Applicable	
  à	
  toutes	
  les	
  
exploitations	
  envisageables	
  
B.   LES	
  DIFFERENTS	
  TYPES	
  D’OLED	
  
Il	
  existe	
  une	
  multitude	
  de	
  types	
  d’OLED.	
  Nous	
  nous	
  concentrerons	
  ici	
  sur	
  les	
  deux	
  catégories	
  les	
  plus	
  
importantes.	
  Les	
  autres	
  catégories	
  seront	
  simplement	
  reprises	
  dans	
  le	
  tableau	
  ci-­‐dessous.	
  
Catégorie	
   Description	
   Utilisation	
  
	
  
OLED	
  à	
  Matrice	
  Passive	
  
(PMOLED)	
  
Voir	
  ci-­‐dessous	
   Petits	
  écrans	
  (smartphone,	
  
MP3,	
  etc.)	
  
OLED	
  à	
  Matrice	
  Active	
  
(AMOLED)	
  
Voir	
  ci-­‐dessous	
   Grands	
  écrans	
  (TV,	
  panneaux	
  
publicitaires,	
  etc.)	
  
	
  
OLED	
  transparente	
  (TOLED)	
  
	
  
Elles	
  sont	
  complètement	
  
transparentes,	
  ce	
  qui	
  permet	
  à	
  
la	
  lumière	
  d’être	
  visible	
  dans	
  
les	
  deux	
  directions.	
  Elles	
  
peuvent	
  être	
  incluses	
  dans	
  des	
  
modèles	
  aussi	
  bien	
  de	
  matrice	
  
active	
  que	
  passive	
  
Ordinateurs,	
  «	
  smart	
  
windows	
  »,	
  smartphones,	
  etc.	
  
	
  
Foldable	
  OLED	
  (FOLED)	
  
Ou	
  OLED	
  «	
  pliable	
  »	
  
Elles	
  sont	
  très	
  flexibles	
  et	
  
légères	
  
Elles	
  sont	
  principalement	
  
utilisées	
  pour	
  des	
  écrans	
  ayant	
  
de	
  grande	
  chance	
  de	
  
«	
  casser	
  »	
  et	
  dans	
  les	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   28	
  
	
  
applications	
  utilisant	
  des	
  
écrans	
  incurvés	
  
	
  
White	
  OLED	
  (WOLED)	
  
Ou	
  OLED	
  blanche	
  
Elles	
  émettent	
  de	
  la	
  lumière	
  
blanche	
  (mais	
  pas	
  
uniquement)	
  d’une	
  plus	
  
grande	
  intensité	
  que	
  les	
  autres	
  
types	
  d’OLED	
  et	
  consomment	
  
moins	
  d’énergie	
  
Elles	
  sont	
  utilisées	
  notamment	
  
pour	
  les	
  véhicules	
  
Top	
  emitting	
  OLED	
   Elles	
  sont	
  principalement	
  
destinées	
  au	
  schéma	
  des	
  
matrices	
  actives	
  
Carte	
  à	
  puce	
  
I.   LES	
  OLED	
  A	
  MATRICE	
  PASSIVE	
  (PMOLED)	
  
Le	
  nom	
  vient	
  de	
  la	
  manière	
  dont	
  on	
  contrôle	
  l’OLED.	
  Ainsi,	
  chaque	
  ligne	
  de	
  «	
  cathode	
  »	
  est	
  arrangée	
  
perpendiculairement	
  à	
  chaque	
  ligne	
  d’	
  «	
  anode	
  »	
  (voir	
  schéma	
  ci-­‐dessous).	
  L’intersection	
  des	
  anodes	
  
et	
  cathodes	
  forme	
  les	
  pixels	
  d’où	
  la	
  lumière	
  est	
  émise.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Source	
  de	
  l’image:	
  HowStuffWorks,	
  electronics.howstuffworks.com/oled1.htm	
  
Bien	
  que	
  les	
  PMOLED	
  soient	
  faciles	
  à	
  fabriquer	
  et	
  peu	
  coûteuses,	
  elles	
  consomment	
  plus	
  d’énergie	
  
que	
  les	
  AMOLED,	
  mais	
  toujours	
  moins	
  que	
  la	
  technologie	
  LCD	
  et	
  LED.	
  En	
  outre,	
  son	
  affichage	
  est	
  
restreint	
  en	
  taille	
  et	
  en	
  résolution,	
  c’est	
  pourquoi	
  on	
  les	
  utilise	
  en	
  général	
  dans	
  les	
  petits	
  appareils	
  tels	
  
que	
  les	
  montres,	
  les	
  MP3,	
  téléphones,	
  etc.	
  	
  
II.   LES	
  OLED	
  A	
  MATRICE	
  ACTIVE	
  (AMOLED)	
  
Contrairement	
  aux	
  PMOLED,	
  la	
  couche	
  d’anode	
  et	
  celle	
  de	
  cathode	
  est	
  continue	
  sur	
  toute	
  la	
  surface.	
  
Ici,	
  un	
  support	
  électronique	
  est	
  directement	
  intégré	
  de	
  sorte	
  que	
  chaque	
  pixel	
  puisse	
  être	
  contrôlé	
  
individuellement	
  via	
  un	
  réseau	
  de	
  transistors	
  TFT	
  (Thin	
  Film	
  Transistor).	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   29	
  
	
  
	
  
Source	
  de	
  l’image:	
  HowStuffWorks,	
  electronics.howstuffworks.com/oled1.htm	
  
Les	
  AMOLED	
  sont	
  beaucoup	
  moins	
  énergivores	
  que	
  les	
  PMOLED	
  et	
  permettent	
  la	
  réalisation	
  d’écrans	
  
de	
  taille	
  virtuellement	
  illimitée.	
  Toutefois,	
  leur	
  production	
  est	
  plus	
  complexe	
  et	
  plus	
  coûteuse.	
  
BERTIAU	
  GARY,	
  CLEMENT	
  MELISSA,	
  PAPADOPOULOS	
  NICOLAS,	
  PHETSARATH	
  SOULYVANH	
   30	
  
	
  
PARTIE	
  III	
  :	
  LE	
  MARCHE	
  DES	
  OLED	
  
A.   PERSPECTIVES	
  DU	
  MARCHE	
  
Le	
  marché	
  des	
  OLED	
  se	
  divise	
  en	
  deux	
  grands	
  secteurs	
  que	
  sont	
  l’affichage	
  et	
  l’éclairage.	
  Chacun	
  de	
  
ces	
  marchés	
  suit	
  des	
  évolutions	
  différentes,	
  c’est	
  pourquoi	
  il	
  convient	
  de	
  les	
  analyser	
  séparément.	
  	
  
I.   AFFICHAGE	
  
Les	
  premiers	
  écrans	
  OLED	
  ont	
  été	
  mis	
  sur	
  le	
  marché	
  il	
  y	
  a	
  déjà	
  une	
  dizaine	
  d’années.	
  Néanmoins,	
  en	
  
1998,	
  certains	
  pionniers	
  utilisaient	
  déjà	
  la	
  technologie,	
  sous	
  la	
  forme	
  de	
  PMOLED,	
  dans	
  les	
  autoradios	
  
des	
  voitures.	
  	
  
Aujourd’hui,	
  le	
  marché	
  des	
  écrans	
  OLED	
  pèse	
  plusieurs	
  milliards	
  de	
  dollars,	
  dont	
  la	
  plus	
  grosse	
  partie	
  
provient	
  du	
  marché	
  des	
  téléphones	
  mobiles.	
  De	
  sorte	
  à	
  analyser	
  le	
  marché,	
  nous	
  nous	
  concentrerons	
  
sur	
  la	
  technologie	
  AMOLED,	
  un	
  type	
  particulier	
  d’OLED.	
  En	
  effet,	
  cette	
  technologie	
  est	
  aujourd’hui	
  la	
  
plus	
  utilisée	
  en	
  ce	
  qui	
  concerne	
  les	
  applications	
  d’affichage	
  de	
  haute	
  résolution,	
  par	
  rapport	
  à	
  la	
  
technologie	
  PMOLED.	
  
	
  
Source	
  :	
  DisplaySearch,	
  Cintelliq	
  
Le	
  marché	
  de	
  l’AMOLED	
  serait	
  par	
  ailleurs	
  en	
  pleine	
  croissance	
  selon	
  DisplayResearch.	
  En	
  effet,	
  le	
  total	
  
des	
  ventes	
  est	
  passé	
  d’une	
  valeur	
  de	
  500	
  millions	
  de	
  dollars	
  en	
  2009	
  à	
  plus	
  de	
  10	
  milliards	
  de	
  dollars	
  
en	
  2014	
  et	
  les	
  perspectives	
  de	
  croissance	
  sont	
  optimistes,	
  comme	
  en	
  démontre	
  le	
  graphique	
  ci-­‐dessus.	
  
La	
  société	
  DisplayResearch	
  estime	
  en	
  effet	
  le	
  marché	
  à	
  23	
  milliards	
  de	
  dollars	
  pour	
  2022,	
  soit	
  une	
  
croissance	
  de	
  230%	
  sur	
  8	
  ans,	
  notamment	
  grâce	
  à	
  la	
  démocratisation	
  des	
  TV	
  OLED.	
  	
  
La	
   vente	
   d’écrans	
   AMOLED	
   pour	
   téléphones	
   mobiles	
   ne	
   devrait	
   pas	
   augmenter	
   de	
   manière	
  
significative.	
  Cela	
  pourrait	
  être	
  dû	
  au	
  fait	
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OLED - Travail

  • 1. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   SOLVAY  BRUSSELS  SCHOOL  |  ASSISTANT:  ARNHEM  MATTHIEU     2015  -­‐  2016   Les   diodes   électroluminescentes   organiques   (OLED)  :  La  révolution  de  la  lumière   SEMINAIRE  PLURIDISCIPLINAIRE  DES  SCIENCES  ET  TECHNOLOGIES      
  • 2.
  • 3. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   1     TABLE  DES  MATIERES   EXECUTIVE  SUMMARY   4   FONDEMENTS  SCIENTIFIQUES   4   PROCESSUS  DE  PRODUCTION   4   EFFICACITE  DES  OLED  ET  EFFET  BURN-­‐IN   5   DEVELOPPEMENTS  TECHNOLOGIQUES   5   LE  MARCHE  DES  OLED   6   RECHERCHE  ET  DEVELOPPEMENT   6   LES  FABRICANTS  DE  COMPOSANTS   7   L’ECLAIRAGE  ET  L’AFFICHAGE   7   APPLICATIONS  COMMERCIALES   10   AVANTAGES/INCONVENIENTS  (ECLAIRAGE  ET  AFFICHAGE)   10   APPLICATIONS  MILITAIRES  ET  APPLICATIONS  COMMERCIALES  FUTURES   10   ENJEUX  ENVIRONNEMENTAUX   10   MATERIAUX  UTILISES  ET  PRODUCTION   10   UTILISATION  DES  OLED   11   FIN  DE  VIE   11   DIMENSION  SOCIETALE   11   DIMENSION  POLITIQUE   12   ANNEXES   13   PARTIE  I  :  FONDEMENTS  SCIENTIFIQUES   13   A.   PRINCIPE  DE  FONCTIONNEMENT  DES  OLED   13   I.   LA  DIODE  AU  MICROSCOPE   13   II.   LES  OLED  :  DES  DIODES  ORGANIQUES  EMETTRICES  DE  LUMIERE   18   B.   PROCESSUS  DE  FABRICATION  DES  OLED   21   I.   PRODUCTION  DES  OLED  A  POLYMERE   22   II.   PRODUCTION  DES  OLED  A  PETITES  MOLECULES   23   C.   EFFICACITE  DES  OLED  ET  EFFET  BURN-­‐IN   23   PARTIE  II  :  DEVELOPPEMENTS  TECHNOLOGIQUES   25   A.   LES  OLED  :  QUELS  DEVELOPPEMENTS  POSSIBLES  ?   25   I.   LES  ECRANS  INCURVES   25   II.   PROPRIETES  ET  AUTRES  DEVELOPPEMENTS  TECHNOLOGIQUES   26   B.   LES  DIFFERENTS  TYPES  D’OLED   27   I.   LES  OLED  A  MATRICE  PASSIVE  (PMOLED)   28   II.   LES  OLED  A  MATRICE  ACTIVE  (AMOLED)   28  
  • 4. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   2     PARTIE  III  :  LE  MARCHE  DES  OLED   30   A.   PERSPECTIVES  DU  MARCHE   30   I.   AFFICHAGE   30   II.   ECLAIRAGE   32   B.   RECHERCHE  ET  DEVELOPPEMENT   33   I.   LES  BREVETS   34   II.   LES  ENTREPRISES  ACTIVES  DANS  LA  RECHERCHE  ET  LE  DEVELOPPEMENT   35   III.   UNIVERSITES  ET  SPIN-­‐OFFS   39   IV.   CONCLUSION   40   C.   LES  ACTEURS  DU  MARCHE   40   I.   FABRICANTS  DE  COMPOSANTS   40   II.   LES  FABRICANTS  DE  PRODUITS  A  DESTINATION  DU  PUBLIC   42   PARTIE  IV  :  APPLICATIONS  COMMERCIALES   60   A.   AVANTAGES/INCONVENIENTS  DES  PRODUITS   60   I.   ECLAIRAGE,  AVANTAGES   60   II.   AFFICHAGE,  AVANTAGES   61   III.   INCONVENIENTS  COMMUNS   62   B.   APPLICATIONS  MILITAIRES   63   I.   CAMOUFLAGE   63   II.   LUNETTES  A  AFFICHAGE  INTEGRE   64   C.   APPLICATIONS  COMMERCIALES  FUTURES   64   D.   CONCLUSION   65   PARTIE  V  :  ENJEUX  ENVIRONNEMENTAUX   66   A.   MATERIAUX  UTILISES  ET  PRODUCTION   66   B.   PROCESSUS  DE  FABRICATION   67   I.   EVAPORATION  SOUS  VIDE   67   II.   SPIN-­‐COATING  ET  INKJET  PRINTING   68   C.   UTILISATION   68   I.   RENDEMENT  LUMINEUX   69   II.   DURABILITE   70   D.   FIN  DE  VIE   71   E.   CONCLUSION   72   PARTIE  VI  :  DIMENSION  SOCIETALE   73   A.   PUBLICITE   73   B.   SECURITE  ROUTIERE   75  
  • 5. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   3     PARTIE  VII  :  DIMENSION  POLITIQUE,  AIDE  FINANCIERE   77   A.   UNION  EUROPEENNE   77   I.   GREEN  PAPER   78   II.   HORIZON  2020   78   B.   ETRANGER   79   I.   ETATS-­‐UNIS   79   II.   JAPON   80   C.   CONCLUSION   81   BIBLIOGRAPHIE   83        
  • 6. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   4     EXECUTIVE  SUMMARY   Les   OLED,   acronymes   de   «  organic   light   emitting   diode  »   ou   diodes   électroluminescentes   organiques  en  français,  sont  une  nouvelle  avancée  dans  le  domaine  des  diodes  émettrices  de  lumière.   Alors  que  la  première  diode  fut  inventée  en  1874  et  la  LED  brevetée  pour  la  première  fois  en  1927,   l’OLED  est  née  en  1987  suite  aux  travaux  de  recherche  de  la  société  Kodak.  En  1997,  la  première   application  commerciale  voit  le  jour  à  travers  l’intégration  de  la  technologie  dans  les  autoradios  des   voitures.     Cette  technologie  n’a  réellement  été  apprivoisée  qu’aux  alentours  de  2009,  année  où  le  processus  de   production  a  commencé  à  être  maîtrisé.  La  maîtrise  de  cette  technologie  a  par  ailleurs  ouvert  la  porte   à  un  nouveau  marché,  dans  lequel  des  entreprises  n’ont  pas  hésité  à  s’engouffrer,  malgré  le  manque   de  rentabilité,  la  hauteur  des  investissements  nécessaires  et  les  défis  qui  doivent  encore  être  relevés   avant  que  la  technologie  n’égale  la  LED,  pour  l’éclairage,  et  le  LCD,  pour  l’affichage.   FONDEMENTS  SCIENTIFIQUES   Le  principe  de  fonctionnement  des  OLED  est  basé  sur  celui  des  diodes.1  Néanmoins,  la  distinction   fondamentale  entre  l’OLED  et  les  autres  types  de  diodes  est  que,  plutôt  que  de  dégager  leur  énergie   sous  forme  de  chaleur  lors  de  leur  passage  d’une  bande  de  conduction  à  une  bande  de  valence,  les   électrons   dégagent   cette   énergie   (en   partie)   sous   forme   de   lumière.   Cette   différence   s’explique   simplement  par  les  propriétés  des  matériaux  organiques  utilisés.  Il  existe  par  ailleurs  une  très  large   gamme  de  matériaux  organiques  possibles.   Du   point   de   vue   de   la   structure,   les   OLED   sont   composées   d’une   couche   de   semi-­‐conducteurs2   organiques  entourée  de  deux  électrodes  (dont  au  moins  l’une  transparente)  permettant  le  passage   d’une  tension  continue  nécessaire  à  leur  fonctionnement.  Actuellement,  les  électrodes  utilisées  sont   principalement   composées   d’oxyde   d’indium-­‐étain   (ITO)   pour   l’anode   transparente   et   d’un   métal   opaque  (ou  non)  pour  la  cathode.   PROCESSUS  DE  PRODUCTION     Le  processus  de  fabrication  des  OLED  peut  être  séparé  en  deux  catégories  correspondant  au  type  de   molécules  organiques  utilisées,  à  savoir  les  «  petites  molécules  »  et  les  polymères.  En  ce  qui  concerne   les  matériaux  utilisés  pour  cette  production,  l’ensemble  de  ceux-­‐ci  sont  repris  en  annexe.   Pour  la  production  des  OLED  à  polymères,  deux  principales  méthodes  se  distinguent.                                                                                                                               1  Plus  de  détails  sur  le  fonctionnement  d’une  diode  en  «  Partie  I  »    des  annexes   2  Plus  de  détails  sur  le  fonctionnement  d’un  semi-­‐conducteur  en  «  Partie  I  »  des  annexes  
  • 7. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   5     Dans  la  première  méthode,  le  matériau  organique  est  généralement  déposé  sous  forme  liquide  grâce   au  «  spin-­‐coating  »  qui  consiste  en  la  déposition  du  polymère  organique  sous  sa  forme  liquide  sur  un   substrat  mis  en  rotation.  Grâce  à  cette  rotation,  le  polymère  va  s’étendre  sur  toute  la  surface  du   substrat  et  se  solidifier  tout  en  s’évaporant.   La   seconde   méthode,   connue   sous   le   nom   de   «  inkjet   printing  »   est   considérée   comme   la   seule   solution   pour   des   OLED   de   grandes   surfaces   et   son   fonctionnement   est   semblable   à   celui   d’une   imprimante  classique.  La  principale  difficulté  de  cette  méthode  est  le  niveau  de  précision  requis  pour   pouvoir  correctement  appliquer  «  l’encre  »  sur  le  substrat.  Ceci  constitue  l’inconvénient  majeur  de   l’inkjet  printing.   Pour   les   OLED   à   petites   molécules,   la   couche   de   matériaux   organiques   est   déposée   grâce   à   l’évaporation  sous  vide.  Très  compliquée  et  délicate,  cette  méthode  est  toutefois  maîtrisée  par  les   industriels.  En  outre,  bien  que  cette  technique  soit  plus  coûteuse  que  celle  utilisée  pour  la  production   des   OLED   à   polymère,   elle   est   largement   employée   étant   donné   l’efficacité   et   la   durée   de   vie   supérieure  des  OLED  à  petites  molécules  par  rapport  aux  OLED  à  polymères.   EFFICACITE  DES  OLED  ET  EFFET  BURN-­‐IN   Comme  leur  nom  l’indique,  les  OLED  ont  donc  pour  fonction  d’émettre  de  la  lumière.  Néanmoins,   cette  aptitude  dépend  de  la  capacité  des  électrons  à  émettre  de  la  lumière  plutôt  que  de  la  chaleur   lors  de  leur  changement  de  niveau  d’énergie.  Cela  est  principalement  lié  à  la  structure  moléculaire  du   matériau  utilisé.     On  distinguera  ici  les  molécules  dites  «  fluorescentes  »  des  molécules  «  phosphorescentes  ».  Dans  le   cas   des   molécules   phosphorescentes,   tous   les   excitons   (électrons   «  excités  »)   dégageront   de   la   lumière   lors   de   leur   changement   d’état.   A   l’inverse,   dans   le   cas   des   molécules   fluorescentes,   seulement  25%  des  électrons  émettront  de  la  lumière  tandis  que  les  75%  restant  dégageront  de  la   chaleur.  Toutefois,  la  durée  de  vie  des  matériaux  phosphorescents  est  inférieure  à  celle  des  matériaux   fluorescents,   en   particulier   pour   l’émission   d’onde   lumineuse   de   faible   amplitude   qui   use   plus   rapidement   les   matériaux   (lumière   bleu).   Tout   le   défi   repose   dès   lors   sur   l’amélioration   de   ce   rendement  lumineux  et  sur  l’augmentation  de  la  durée  de  vie  des  matériaux  phosphorescents.     L’effet  burn-­‐in  décrit  la  dégradation  accélérée  des  pixels  utilisés  pour  afficher  une  image  par  rapport   à  leur  voisin.  Un  exemple  des  conséquences  de  cet  effet  est  illustré  en  annexe.   DEVELOPPEMENTS  TECHNOLOGIQUES   Les  développements  technologiques  basés  sur  la  technologie  OLED  sont  multiples  et  variés.  Parmi   ceux-­‐ci,  l’écran  incurvé  est  probablement  le  domaine  d’exploitation  des  OLED  le  plus  connu  du  grand   public.  Toutefois,  les  écrans  incurvés  ne  sont  pas  les  seuls  développements  possibles  de  la  technologie   OLED,  car  celles-­‐ci  possèdent  de  nombreux  autres  avantages,  notamment  liés  à  sa  consommation  
  • 8. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   6     réduite  pour  certaines  applications,  sa  souplesse,  sa  faible  épaisseur  et  la  possibilité  de  réaliser  des   écrans  totalement  transparents.     Ces   avantages   prennent   la   forme   de   différentes   technologies,   chacune   basée   une   propriété   particulière  de  l’OLED.  On  peut  les  classer  en  six  grandes  catégories  d’OLED  (l’ensemble  de  celles-­‐ci   sont  reprises  en  annexe),  qui  peuvent  toutefois  être  séparées  en  deux  grands  types  se  distinguant  par   leur  mode  de  fonctionnement.   Le  premier  type,  les  OLED  à  Matrice  Passive  ou  PMOLED,  sont  peu  coûteuses  et  faciles  à  fabriquer.   Toutefois,  elles  consomment  plus  d’énergie  et  ont  un  affichage  restreint  en  taille  et  en  résolution.   C’est  pourquoi  elles  sont  principalement  utilisées  pour  les  petits  appareils  tels  que  les  montres,  les   MP3,  smartphones,  etc.   Le  deuxième  type,  les  OLED  à  Matrice  Active  ou  AMOLED,  est  beaucoup  moins  énergivore  et  permet   la  réalisation  d’écrans  de  taille  virtuellement  illimitée.  Toutefois,  leur  production  est  beaucoup  plus   complexe  et  coûteuse.   LE  MARCHE  DES  OLED   RECHERCHE  ET  DEVELOPPEMENT     Les  acteurs  de  la  recherche  et  du  développement  des  OLED  sont  de  deux  types,  soit  des  entreprises,   soit  des  universités.  De  plus,  ils  sont  principalement  situés  en  Europe,  aux  Etats-­‐Unis,  en  Corée  du  Sud   et  au  Japon.       Les  entreprises  peuvent  avoir  le  R&D  pour  activité  principale  ou  activité  secondaire  et  être  spécialisées   dans  une  ou  plusieurs  technologies.  Néanmoins,  une  tendance  se  dégage.  Les  petites  entreprises  sont   en  effet  davantage  spécialisées  dans  une  technologie  bien  particulière,  par  exemple  le  Polymer-­‐OLED   pour  Cambridge  Display  Technology,  et  les  grandes  entreprises  dans  plusieurs  technologies,  comme   cela  est  le  cas  de  Universal  Display  Corporation,  leader  du  R&D  de  l’OLED.  Par  ailleurs,  un  élément  à   prendre  en  compte  sur  ce  marché  est  l’omniprésence  des  groupes  internationaux.  Pour  asseoir  leur   position,  ces  groupes  n’hésitent  en  effet  pas  à  racheter  PME  et  spin-­‐offs  spécialisées  dans  le  R&D.     Les   universités   ont   également   un   rôle   à   jouer   dans   ce   R&D   du   fait   des   recherches   qu’elles   entreprennent,   souvent   grâce   aux   aides   financières   des   entreprises.   Lorsque   ces   recherches   aboutissent  à  des  brevets,  les  universités  les  accordent  généralement  sous  licence  aux  entreprises   ayant   financé   leurs   recherches.   Il   arrive   également   que   certaines   universités,   qui   parviennent   à   développer  une  technologie,  créent  une  spin-­‐off  pour  entrer  sur  le  marché.     La  recherche  et  le  développement  de  l’OLED  se  caractérise  par  les  brevets  détenus  par  les  acteurs  du   marché.   Les   brevets   peuvent   être   classés   selon   la   propriété   intellectuelle   qu’ils   visent,   allant   des   composants  pour  OLED  à  l’intégration  des  OLED  à  une  autre  technologie,  telle  que  les  écrans  incurvés.   De  plus,  ils  peuvent  avoir  une  portée  nationale,  européenne  ou  internationale  selon  l’organe  qui  les  
  • 9. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   7     délivre.  De  manière  générale,  entreprises  et  universités  tendent  à  breveter  leurs  innovations  auprès   de  grands  organes,  tels  que  l’OMPI  au  niveau  international  ou  l’EPO  au  niveau  européen,  de  sorte  à   protéger  leur  propriété  intellectuelle  sur  le  plus  grand  territoire  possible.     LES  FABRICANTS  DE  COMPOSANTS   Acteurs  importants  sur  le  marché  de  l’OLED,  sans  qui  aucun  des  produits  existants  aujourd’hui  ne   pourraient  avoir  vu  le  jour,  les  fabricants  de  composants  sont  nombreux.  En  effet,  il  en  existe  plus  de   50  qui  produisent  des  matériaux  semi-­‐conducteurs  nécessaires  au  bon  fonctionnement  des  OLED.  De   plus,  les  entreprises  se  situent  majoritairement  en  Asie,  et  plus  particulièrement  au  Japon,  en  Corée   du  sud  et  en  Chine.  On  retrouve  également,  dans  une  moindre  mesure,  des  fabricants  installés  en   Europe  et  aux  Etats-­‐Unis.     Les  entreprises  combinent  par  ailleurs  souvent  la  fabrication  des  composants  pour  OLED  avec  d’autres   activités,  mais  certaines  d’entre  elles  se  sont  entièrement  focalisées  sur  la  production  de  composants   pour  OLED.  Ceci  est  notamment  le  cas  de  Polar  OLED.  Cette  entreprise  britannique  a  développé  son   propre  matériau,  le  CrystOLED.     L’analyse   de   Polar   OLED   nous   révèle   que   l’entreprise   a   d’importantes   dettes,   en   constante   augmentation.   Cette   situation   serait   justifiée,   selon   leurs   rapports   annuels,   par   d’importants   investissements   en   recherche   et   développement.   Il   semblerait   que   cela   soit   caractéristique   des   entreprises  dans  ce  secteur.     L’ECLAIRAGE  ET  L’AFFICHAGE     Le   marché   des   OLED,   en   ce   qui   concerne   les   produits   à   destination   du   public,   se   divise   en   deux   segments   principaux,   le   marché   de   l’éclairage   et   le   marché   de   l’affichage.   Les   applications   commerciales,  sur  ces  marchés,  consistent  le  plus  souvent  en  dalles  pour  les  écrans  et  panneaux  pour   l’éclairage,  pouvant  être  transparents,  flexibles  ou  encore  courbés.     L’ECLAIRAGE     Le  marché  de  l’éclairage  est  toujours  au  stade  de  niche.  Les  processus  de  production  ne  sont  en  effet   pas  encore  totalement  maîtrisés  et  donc,  les  prix  de  vente  beaucoup  trop  élevés  pour  attirer  le  grand   public.  Rien  n’indique  que  le  marché  de  l’éclairage  OLED  deviendra  un  jour  un  marché  de  masse,   néanmoins,  de  manière  générale,  les  perspectives  de  croissance  sont  optimistes.     IDTechEx  a  estimé  que  le  marché  des  panneaux  d’éclairage  à  OLED  atteindrait  80  millions  de  dollars   en  2017  et  840  millions  de  dollars  en  2022,  tandis  que  UBIResearch  l’estime  à  4,7  milliards  de  dollars   pour  2020.  Bien  que  ces  estimations  soient  conséquentes,  il  faut  garder  à  l’esprit  que  l’OLED  est  loin   derrière  la  LED,  son  principal  concurrent.  En  effet,  en  2015,  le  marché  de  l’éclairage  à  LED  était  estimé   à  25,7  milliards  de  dollars.    
  • 10. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   8     Les  segments  visés  sur  le  marché  sont  principalement  les  hôtels  et  magasins  de  luxe  ou  encore  le   domaine  architectural,  car  ceux-­‐ci  sont  friands  de  nouvelles  technologies.  Dans  le  futur,  l’éclairage  à   OLED  pourrait  bien  intéresser  d’autres  secteurs,  tels  que  les  industries  (automobiles  notamment).   Plusieurs  entreprises  sont  actives  sur  ce  marché,  telles  que  Philips,  LG  Display,  Konica  Minolta,  Kaneka,   Lumiotec,  Osram  et  NEC  Lighting  Limited.  Parmi  celles-­‐ci,  les  deux  principaux  acteurs  sont  Konica   Minolta  et  LG  Display.  L’analyse  des  produits  disponibles  sur  le  marché  nous  permet  de  conclure  que   les   applications   sont   actuellement   produites   en   petites   quantités   et   consistent   uniquement   en   panneaux  destinés  à  l’éclairage  d’intérieur.  En  effet,  aucun  prototype  d’éclairage  extérieur  n’existe   actuellement.   AFFICHAGE   Alors  que  le  marché  de   l’éclairage  est  toujours  une  niche  de  marché,  celui  de   l’affichage  est  aux   prémices   du   marché   de   masse.   Cela   est   notamment   grâce   à   la   technologie   AMOLED   qui   domine   actuellement  le  marché  des  écrans  OLED.     En  2014,  le  marché  de  l’AMOLED  représentait  plus  de  10  milliards  de  dollars  dont  la  plus  grande  partie   provenait  de  la  vente  des  smartphones  AMOLED.  D’après  DisplayResearch,  le  marché  devrait  encore   croître,  jusqu’à  atteindre  une  valeur  estimée  à  23  milliards  de  dollars  en  2022.  Il  faut  néanmoins   garder  à  l’esprit  qu’aujourd’hui,  la  technologie  OLED  n’est  pas  la  technologie  la  plus  populaire.  En   effet,  l’OLED  représente  encore  qu’une  petite  fraction  du  marché  de  l’affichage  global,  par  rapport   aux  écrans  LCD  principalement.     Le  marché  des  écrans  OLED  est  divisé  en  deux  subdivisions  selon  la  taille  de  l’écran.  On  distingue  ainsi   les  grands  et  les  petits  écrans.  Les  grands  sont  utilisés  dans  les  téléviseurs,  tandis  que  les  petits  sont   utilisés  dans  les  smartphones,  les  tablettes  ou  encore  les  montres  connectées.     En  ce  qui  concerne  les  petits  écrans,  la  plupart  des  grands  acteurs  de  la  téléphonie  mobile,  tels  que   Samsung,   Microsoft,   Acer   ou   Motorola,   offrent   actuellement   au   moins   un   modèle   utilisant   la   technologie  OLED.  Il  se  pourrait  par  ailleurs  qu’Apple  rentre  sur  le  marché  en  2017  avec  son  nouvel   iPhone.  Parmi  les  entreprises,  Samsung  se  démarque  largement  de  ses  concurrents.  En  effet,  cette   entreprise  est  le  plus  grand  producteur  d’AMOLED,  avec  une  production  qui  représente  près  de  90%   du  marché  des  petits  écrans  OLED.  D’autres  entreprises,  telles  que  AU  Optronics  et  EveryDisplay,   produisent  également  des  petits  écrans  à  OLED,  mais  dans  une  moindre  mesure.     En  ce  qui  concerne  les  grands  écrans,  LG  Display  est  actuellement  le  leader  de  la  vente  d’écrans  OLED,   mais   également   le   plus   grand   producteur   au   monde   d’écrans   à   OLED   destinés   aux   téléviseurs.   Néanmoins,  il  se  pourrait  que  Samsung  décide  de  faire  son  retour  sur  le  marché  en  2017,  après  un   arrêt  en  2013.  Rien  n’est  encore  cependant  officiellement  confirmé.    
  • 11. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   9     DEUX  ENTREPRISES  A  LA  LOUPE  :  SONY  ET  LG   Afin   de   déterminer   s’il   est   viable   ou   non   d’entrer   sur   le   marché,   nous   avons   analysé   la   situation   financière  de  deux  entreprises  actives  ou  ayant  été  actives  sur  le  marché  des  écrans  OLED,  à  savoir   Sony,  qui  a  stoppé  ses  activités,  et  LG,  qui  a  persévéré.       L’entreprise  nippone  Sony  a  été  un  véritable  pionnier  sur  le  marché  des  TV  OLED,  avec  le  premier   écran   OLED   en   2008.   Néanmoins,   entre   2007   et   2009,   années   qui   marquent   le   début   du   développement   d’écrans   à   OLED   pour   Sony,   l’entreprise   accusait   des   pertes   de   plus   en   plus   importantes.  Ces  pertes  se  sont  par  ailleurs  prolongées,  dans  une  moindre  mesure,  jusqu’en  2013.  A   cause   de   ces   difficultés   financières   et   probablement   techniques,   liées   au   développement   de   la   technologie,  la  société  a  arrêté  tout  développement  d’écrans  OLED  en  2014,  pour  se  consacrer  aux   écrans  LCD  dont  la  demande  était  (et  est  toujours)  bien  plus  élevée.  Suite  à  la  cessation  de  ses  activités   dans   le   domaine   de   l’OLED,   l’entreprise   aurait   vraisemblablement   redressé   la   barre,   affichant   un   bénéfice  opérationnel  en  2014  et  2015.     Nous   ne   pouvons   affirmer   avec   certitude   que   les   pertes   de   2007   à   2013   aient   été   dues   au   développement  de  l’OLED,  car  l’entreprise  est  un  grand  groupe  actif  dans  beaucoup  de  secteurs.   Néanmoins,  même  s’il  est  certain  qu’il  existe  un  lien  entre  ces  pertes  et  le  développement  de  l’OLED,   nous  ne  pouvons  le  quantifier  précisément.   En   comparaison   à   Sony,   LG   Display   n’a   jamais   cessé   de   développer   des   dalles   à   OLED   pour   ses   téléviseurs.  En  effet,  après  le  lancement  d’une  première  TV  OLED  en  2010,  la  société  sud-­‐coréenne  a   décidé   de   continuer   le   développement   de   ce   type   d’écrans,   persuadée   de   la   capacité   d’une   telle   technologie   à   remplacer   le   LCD   dans   les   années   à   venir.   Elle   est   d’ailleurs   en   situation   de   quasi-­‐ monopole  depuis  2014,  suite  à  l’arrêt  des  activités  de  Samsung  et  Sony  et  dû  au  fait  qu’elle  soit  la   seule  entreprise  à  pouvoir  produire  des  téléviseurs  OLED  avec  un  taux  de  réussite  inégalé  avoisinant   les  80%.  Ce  taux  de  réussite  fait  d’elle  l’une  des  seules  entreprises  à  maitriser  la  technologie.  En  ce  qui   concerne   ses   résultats,   l’entreprise   est   en   bénéfice   opérationnel   malgré   des   dépenses   en   R&D   toujours  plus  importantes.  Néanmoins,  ces  bénéfices  ne  sont  pas  le  seul  fait  de  la  vente  de  téléviseurs,   car  LG  est  également  active  sur  des  marchés  plus  matures,  tel  que  le  LCD.     CONCLUSION   De   manière   générale,   peu   d’entreprises   sont   enclines   à   adopter   l’OLED   à   l’heure   actuelle.   Cela   s’explique  par  une  production  encore  fort  coûteuse  et  des  ventes  ne  permettant  pas  de  compenser   les   dépenses.   La   plupart   des   entreprises   actives   dans   le   secteur,   que   ce   soit   au   niveau   R&D   ou   production,  sont  donc  de  grandes  sociétés,  possédant  les  fonds  nécessaires  au  développement  de   l’OLED.  De  petites  entreprises,  telle  que  Polar  OLED,  sont  également  sur  le  marché,  mais  essuient  des   pertes  importantes.  Certaines  sociétés  n’écartent  cependant  pas  l’éventualité  d’intégrer  un  jour  le   marché,   lorsque   la   technologie   sera   plus   accessible   et   la   demande   plus   importante,   comme   par   exemple  Samsung  pour  le  marché  des  grands  écrans  ou  Apple  pour  celui  des  petits  écrans.    
  • 12. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   10     APPLICATIONS  COMMERCIALES   AVANTAGES/INCONVENIENTS  (ECLAIRAGE  ET  AFFICHAGE)   Pour   l’éclairage,   les   avantages   de   la   technologie   OLED   sont   une   lumière   diffuse   et   douce,   s’accompagnant  d’une  très  faible  émission  de  chaleur.  Les  luminaires  à  OLED  ne  nécessitent  donc   aucun   abat-­‐jour   ou   autre   diffuseur   et   peuvent   s’adapter   à   une   large   variété   de   surfaces   (si   technologique  Flexible-­‐OLED  utilisée).  En  matière  d’affichage,  les  écrans  OLED  offrent  un  contraste,   un  angle  de  vision  et  une  réactivité  supérieurs  à  toute  autre  technologie  d’affichage  existante.  La   finesse   inégalée,   la   flexibilité   et   la   transparence   de   ce   type   d’écran   sont   également   des   caractéristiques  pouvant  servir  d’atout  dans  les  années  à  venir.   Que  ce  soit  pour  une  application  lumineuse  ou  pour  un  écran,  la  technologie  OLED  présente  tout  de   même  deux  inconvénients  principaux,  la  durabilité  et  l’étanchéité.  En  effet,  la  durée  de  vie  des  OLED   n’égale   pas   encore   celle   d’autres   technologies   d’éclairage   ou   d’affichage   déjà   présentes   sur   le   marché.3  De  plus,  les  OLED  sont  très  sensibles  à  l’humidité,  ce  qui  limite  les  applications  d’extérieur   notamment.  Un  dernier  inconvénient  est  le  prix  des  applications  (affichage  ou  éclairage).  En  effet,  les   dispositifs  à  OLED  ont  un  prix  très  élevé,  notamment  dû  à  d’importants  coûts  de  production.     APPLICATIONS  MILITAIRES  ET  APPLICATIONS  COMMERCIALES  FUTURES   Le  domaine  militaire,  connu  pour  ses  inventions  et  avancées  technologiques,  pourrait  être  intéressé   par  l’OLED  au  vu  des  possibilités  qu’elle  offre.  Ainsi,  des  écrans,  placés  directement  autour  du  poignet   des   militaires,   capables   d’afficher   des   informations   invisibles   à   l’œil   nu   ainsi   que   des   «  capes   d’invisibilité  »  sont  envisageables  grâce  à  une  telle  technologie.  De  plus,  le  caractère  transparent  des   OLED  pourrait  bien  permettre  la  conception  de  toute  sorte  d’outils  visuels,  permettant  l’affichage   d’informations  directement  devant  les  yeux.     Grâce  à  des  propriétés  telles  que  la  flexibilité,  la  transparence  ou  encore  la  finesse,  les  applications   commerciales  sont  encore  nombreuses.  Des  parebrises  à  affichage  intégré  aux  écrans  enroulables,   l’OLED  pourrait  faire  l’objet  d’applications  autant  utiles  qu’insolites.     ENJEUX  ENVIRONNEMENTAUX   MATERIAUX  UTILISES  ET  PRODUCTION   La  production  d’OLED  a  un  impact  environnemental  différent  selon  les  matériaux  utilisés  dans  l’OLED   (au  niveau  du  substrat,  des  polymères  et  des  électrodes).  L’extraction  minière  ou  les  quantités  limitées   de  certains  métaux  peuvent  notamment  poser  problème.                                                                                                                             3  Se  référer  à  «  Efficacité  des  OLED  et  effet  burn-­‐in  »  de  l’Executive  Summary  ou  aux  annexes,  «  Partie  I  »  
  • 13. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   11     Outre  les  matériaux  utilisés,  les  processus  de  production  doivent  également  être  pris  en  compte  pour   calculer   l’impact   écologique.   En   ce   qui   concerne   l’évaporation   sous   vide,   son   exécution   implique   beaucoup  de  pertes  matérielles,  environ  40  à  60%  des  quantités  de  matières  utilisées.  Le  spin-­‐coating   et   l’inkjet   printing   provoquent   également   beaucoup   de   déchets,   plastiques   notamment.   En   effet,   chaque  étape  nécessite  souvent  l’utilisation  d’un  support  à  usage  unique.  De  plus,  le  manque  de   maîtrise   de   certains   matériaux   implique   la   production   de   nombreuses   OLED   défectueuses   qui   ne   pourront  donc  pas  être  utilisées.   UTILISATION  DES  OLED   Le   rendement   lumineux   est   essentiel   pour   déterminer   la   consommation   énergétique   d’une   technologie  d’éclairage.  A  cet  égard,  l’OLED  n’est  pas  encore  aussi  efficace  énergétiquement  que  la   LED.  Néanmoins,  pour  ce  qui  est  du  domaine  de  l’affichage,  cette  nouvelle  technologie  se  montre   souvent  moins  énergivore  que  ses  concurrentes,  car  elle  émet  sa  propre  lumière  et  ne  nécessite  donc   pas  le  recours  à  une  source  de  lumière  additionnelle,  comme  cela  est  le  cas  pour  les  écrans  LCD.     FIN  DE  VIE   Trois  possibilités  de  traitement  des  déchets  existent  :  l’incinération,  l’enfouissement  ou  le  recyclage,   ce  dernier  étant  le  moins  polluant.  Selon  les  matériaux  utilisés  pour  l’OLED,  le  traitement  des  déchets   sera  plus  ou  moins  polluant.  Par  exemple,  le  plastique  utilisé  comme  substrat  pose  un  grand  problème   en  ce  qui  concerne  sa  fin  de  vie  dû  à  son  incinération.       Certains   métaux   utilisés   dans   les   OLED   peuvent   également   représenter   un   grand   danger   pour   la   nature.  Cela  est  notamment  le  cas  de  l’argent  qui,  s’il  n’est  pas  recyclé,  finit  dans  les  océans  où  il   constitue  une  menace  pour  les  organismes  aquatiques.  Néanmoins,  les  métaux  sont  utilisés  en  faibles   quantités   dans   la   fabrication   d’OLED.   Couplé   à   une   faible   production   d’OLED   à   l’heure   actuelle,   l’impact  de  la  gestion  des  métaux  sur  l’environnement  est  encore  minime.     DIMENSION  SOCIETALE     Actuellement,  l’OLED   n’est   pas   une   technologie   qui   pose   problème   d’un   point   de   vue   éthique.   Il   convient  donc  d’imaginer  quelles  pourraient  être  les  applications  futures  et  leurs  impacts  sociétaux.     En  ce  qui  concerne  les  écrans,  la  technologie  pourrait  être  appliquée  au  domaine  de  la  publicité,  grâce   à  des  panneaux  lumineux  «  enroulables  »  qui  se  mettraient  autour  des  pilonnes  et  poteaux.  Cette   utilisation  pourrait  néanmoins  être  limitée  selon  les  pays,  car  des  lois  existent  déjà  pour  réguler  la   publicité  en  extérieur.  Concernant  des  pays  laxistes  dans  ce  domaine,  tels  que  les  Etats-­‐Unis  ou  la   Corée  du  Sud,  il  s’agira  alors  de  s’intéresser  aux  actions  menées  par  les  populations,  déjà  envahies  par   la  publicité  dans  leur  quotidien.    
  • 14. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   12     L’éclairage   à   OLED   est   à   l’origine   de   deux   concepts   en   matière   de   sécurité   routière,   sujet   qui   représente  un  enjeu  sociétal  particulier  dû  au  nombre  de  personnes  tuées  chaque  jour  sur  les  routes.   Le  premier,  développé  par  Audi  et  appelé  Swarm,  consiste  à  installer  une  lumière  mouvante  à  la  place   des  traditionnels  phares  arrière.  Cette  lumière  pourrait  afficher  des  informations  aux  conducteurs   environnants.  Le  deuxième  concept  est  celui  des  lampadaires  publics  ayant  une  fonction  d’indication   routière.  Les  OLED  seraient  ainsi  utilisées  pour  créer  des  panneaux  aux  formes  particulières  indiquant   une  priorité  de  droite  par  exemple.     DIMENSION  POLITIQUE   Comme  l’OLED  est  une  technologie  innovante,  il  est  intéressant  de  regarder  de  plus  près  ce  qui  se  fait   en  matière  d’aide  financière  gouvernementale.         En   Europe,   deux   programmes   ont   été   mis   en   place   pour   développer   le   solid-­‐state   lighting   (SSL),   dénomination  qui  reprend  les  LED  et  OLED,  ce  sont  Green  Paper  et  Horizon  2020.  Actuellement,  le   premier  programme  n’apporte  rien  pour  les  OLED.  Le  second,  par  contre,  a  un  rôle  à  jouer.  En  effet,   ce  programme,  créé  en  2014  et  disposant  d’un  fonds  de  17  milliards  d’euros,  a  déjà  financé  20  projets   européens  portés  sur  les  OLED  pour  un  montant  d’aide  total  de  71  millions  d’euros.  Aux  Etats-­‐Unis,  le   Department   of   Energy   dispose   d’un   programme   de   financement   appelé   «  SSL   R&D   Program  ».   Néanmoins,  peu  de  fonds  sont  actuellement  attribués  aux  projets  portant  sur  l’OLED.  En  effet,  sur  23   millions  d’euros  de  fonds  en  2015,  seulement  900.000€  ont  été  alloués  aux  OLED.  Le  Japon  quant  à  lui   finance  les  OLED  au  travers  d’institutions  basant  leurs  programmes  sur  le  «  Science  and  Technology   Basic  Plan  ».  L’institution  la  plus  importante  en  matière  de  financement  de  l’OLED  est  NEDO4 .  Elle  a   par  exemple  investi  6  millions  d’€  dans  la  technologie  entre  2008  et  2012.     L’enjeu  de  ces  investissements  par  les  gouvernements  est  économique  et  environnemental.  Il  s’agit   en   effet   d’aider   le   développement   d’une   nouvelle   technologie   de   sorte   à   conquérir   de   nouveaux   marchés,  et  également  de  réduire  la  consommation  d’énergie  au  moyen  de  cette  technologie,  dans  la   même  optique  que  la  LED.                                                                                                                                         4  New  Energy  and  Industrial  Technology  Development  and  Organization    
  • 15. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   13     ANNEXES   PARTIE  I  :  FONDEMENTS  SCIENTIFIQUES   A.   PRINCIPE  DE  FONCTIONNEMENT  DES  OLED   Cette  partie  sera  dédiée  aux  fondements  scientifiques  et  au  fonctionnement  de  la  technologie  utilisant   les  OLED  (Organic  Light  Emitting  Diode)     I.   LA  DIODE  AU  MICROSCOPE   Avant  de  nous  intéresser  aux  spécificités  des  OLED,  il  paraît  avant  tout  indispensable  de  revenir  sur   les  principes  scientifiques  sur  lesquels  repose  le  fonctionnement  d’une  diode.  En  effet,  bien  qu’il  existe   une  multitude  de  diodes  différentes,  elles  reposent  toutes  sur  un  certain  nombre  de  principes  de  base   similaires.   De  manière  simplifiée,  une  diode  est  un  élément  permettant  de  laisser  passer,  ou  non,  des  électrons   au  sein  d’un  circuit  en  créant  ainsi,  selon  que  ces  électrons  passent  ou  ne  passent  pas  au  travers  de  la   diode,  un  certain  courant  électrique.   Les  caractéristiques  des  diodes  reposent  avant  tout  sur  les  propriétés  fondamentales  des  atomes  et   plus  particulièrement  sur  celles  des  électrons.   AU  CŒUR  DE  L’ATOME   Un  atome  est  composé  d’un  noyau  chargé  positivement  (+)  autour  duquel  orbitent  des  électrons   chargés   négativement   (-­‐).   La   position   d’un   électron   dans   la   structure   électronique   détermine   la   quantité  d’énergie  nécessaire  pour  l’arracher  à  cette  structure.  Plus  l’orbite  dans  laquelle  se  trouve   l’électron  est  loin  du  noyau,  moins  il  faudra  apporter  d’énergie  (quantum)  à  l’électron  pour  l’arracher   du  noyau.     Source  de  l’image  :  Energie  photovoltaïque,  «  Principe  de  l’énergie  photovoltaïque  au  niveau  atomique  ».  En   ligne  http://plateformeco.com  
  • 16. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   14     Quand  la  température  est  au  zéro  absolu  (0K),  seule  l’orbite  de  valence  peut  ne  pas  être  entièrement   peuplée.     Dans  une  structure  cristalline,  le  niveau  énergétique  d’une  orbite  d’un  atome  du  cristal  est  influencé   par  ses  voisins,  et  inversement.     On   a   alors   affaire   à   des   «  bandes   d’énergie   autorisée  »   (correspondant   aux   niveaux   énergétiques   dégénérées  des  atomes  isolés)  séparées  par  des  «  bandes  d’énergie  interdites  ».     Source  de  l’image  :  La  molybdénite  supplantera-­‐t-­‐elle  le  silicium  dans  les  circuits  intégrés  de  demain  ?  En  ligne   http://mavoiescientifique.onisep.fr   La  bande  la  plus  énergétique  entièrement  occupée  est  la  «  bande  de  valence  »  tandis  que  la  bande   d’énergie  directement  supérieure  à  la  bande  de  valence  est  la  «  bande  de  conduction  ».   Pour   qu’un   électron   passe   d’une   bande   à   une   autre,   il   y   a   des   «  sauts   énergétiques  »   à   franchir.   Toutefois,  il  ne  peut  y  avoir  de  saut  entre  deux  bandes  entièrement  peuplées.  Le  niveau  d’énergie  à   fournir  pour  qu’un  électron  passe  d’une  bande  à  l’autre  dépend  du  type  de  matériau.     Source  de  l’image  :  Les  effets  photoélectrique  et  électroluminescent.  En  ligne  http://www.energieplus-­‐lesite.be   De  manière  schématique,  la  diode  sera  composée  de  deux  semi-­‐conducteurs,  l’un  dopé  positivement   (type  «  p  »)  et  l’autre  dopé  négativement  (type  «  n  »).  La  juxtaposition  de  ces  deux  semi-­‐conducteurs   va  entraîner  la  migration  d’une  partie  des  électrons  de  la  partie  dopée  négativement  vers  la  partie   dopée  positivement,  créant  ainsi  ce  que  l’on  appellera  une  «  zone  de  recombinaison  ».  On  verra  alors   Pour  qu’un  électron  passe  de  la   bande  de  valence  à  la  bande  de   conduction,   il   faut   qu’il   ait   assez  d’énergie  pour  franchir  la   bande  interdite.   Notons  que  1eV  est  très   faible.   Il   s’agit   de   l’énergie  nécessaire  pour   déplacer  un  électron  sur   une  d.d.p.  de  1  V.     1𝑒𝑉 = 1,6.10)*+ 𝐽  
  • 17. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   15     apparaître  une  barrière  de  potentiel  qui  s’opposera  à  la  formation  d’un  courant  entre  les  deux  semi-­‐ conducteurs.     LES  SEMI-­‐CONDUCTEURS  A  LA  LOUPE   SEMI-­‐CONDUCTEURS  INTRINSEQUES   Les  semi-­‐conducteurs  intrinsèques  (purs,  non  dopés),  sont  ceux  de  la  famille  des  éléments  ayant  4   électrons  sur  l’orbite  de  valence.  C’est  le  cas  notamment  du  Silicium  (Si)  et  du  Germanium  (Ge).  Dans   un  cristal,  chaque  atome  est  lié  à  ses  4  voisins  par  une  liaison  covalente  et  tout  se  passe  alors  comme   si  chaque  atome  du  cristal  possédait  une  orbite  de  valence  «  saturée  »,  c’est  à  dire  occupée  par  8   électrons.   Au-­‐delà  du  zéro  absolu  (0K),  l’énergie  thermique  va  permettre  à  quelques  électrons  de  passer  de  la   bande  de  valence  à  la  bande  de  conduction  et  on  aura  donc  un  faible  courant  (c’est  notamment  pour   ça   qu’on   a   des   systèmes   de   refroidissements   dans   l’électronique).   L’électron   thermique   laisse   également  dans  la  bande  de  valence  un  trou  thermique.  Ce  trou  équivaut  à  une  charge  positive  et  va   donc  attirer  un  électron  de  valence  d’un  atome  voisin  qui  va  alors  créer  un  nouveau  trou,  etc.  Cela  va   donc  générer  un  faible  courant  intrinsèque  (naturel).     Source  :  Emplit,  P.  Physique  des  technologies  de  l’information,  Chapitre  3  :  «  Electronique  analogique,   matériaux  semi-­‐conducteurs  et  composant  »   SEMI-­‐CONDUCTEURS  EXTRINSEQUES  P  ET  N   Pour  obtenir  des  semi-­‐conducteurs  extrinsèques,  on  va  ajouter  des  «  impuretés  »  dans  le  cristal,  c’est   à   dire   des   éléments   pentavalents   (5   électrons   de   valence)   ou   trivalents   (3  électrons   de   valence).   Toutefois,  on  ne  modifiera  que  très  peu  la  structure  du  cristal.   Le  but  recherché  est  d’augmenter  la  conductibilité  en  réduisant  l’énergie  nécessaire  pour  franchir  la   «  bande   interdite  ».   On   distinguera   ici   deux   types   de   dopages,   et   donc   deux   types   de   semi-­‐ conducteurs  :  
  • 18. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   16       Semi-­‐conducteur  de  type    «  n  »   Semi-­‐conducteur  de  type  «  p  »           Représentation       Elément  ajouté  au   cristal   Pentavalents  (P,  As,  Sb,…)   Trivalents  (B,  Al,  Ga,…)     Caractéristiques   •   «  Donneurs  d’électrons  »   •   Electrons  libres     •   «  Accepteurs  d’électrons  »   •   Trous  libres   Source  :  Emplit,  P.  Physique  des  technologies  de  l’information,  Chapitre  3  :  «  Electronique  analogique,   matériaux  semi-­‐conducteurs  et  composant  »   Dans  les  deux  cas,  on  aura  donc  maintenant  des  courants  de  porteurs  «  majoritaires  »  liés  au  dopage   et  des  courants  de  porteurs  «  minoritaires  »  liés  à  l’énergie  thermique.   Nous  noterons  tout  de  même  qu’un  cristal  semi-­‐conducteur  «  n  »  ou  «  p  est  globalement  neutre.   JONCTION  DE  2  SEMI-­‐CONDUCTEURS  P  ET  N  –  BARRIERE  DE  POTENTIEL   En  mettant  côté  à  côté  deux  conducteurs,  l’un  dopé  «  p  »  et  l’autre  dopé  «  n  »,  on  aura  bel  et  bien   une  différence  de  potentiel  entre  les  deux.  Il  va  donc  y  avoir  une  recombinaison  d’une  fraction  de  ces   porteurs  libres.     Source  :  Emplit,  P.  Physique  des  technologies  de  l’information,  Chapitre  3  :  «  Electronique  analogique,   matériaux  semi-­‐conducteurs  et  composant  »  
  • 19. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   17     On  va  donc  voir  apparaître  une  barrière  de  potentiel  𝑉-  qui  s’oppose  à  la  migration  des  porteurs   majoritaires   entre   les   semi-­‐conducteurs   n   et   p.   Cette   différence   de   potentiel   dépendra   de   la   température  et  du  semi-­‐conducteur  utilisé.     Notons  également  que,  dans  la  zone  de  recombinaison,  sous  l’action  du  champ  E,  toute  paire  de   porteurs  thermiques  générée  migrera  rapidement  et  sera  à  l’origine  d’un  faible  courant  de  fuite.   POLARISATION  D’UNE  JONCTION  PN   La  polarisation  d’un  composant  à  2  bornes  (comme  une  jonction  p-­‐n)  revient  à  appliquer  à  ses  bornes   une  différence  de  potentiel  continue  DC  pour  l’amener  dans  l’état  de  fonctionnement  désiré.  Et  on  a   donc  deux  possibilités  :     Source  :  Emplit,  P.  Physique  des  technologies  de  l’information,  Chapitre  3  :  «  Electronique  analogique,   matériaux  semi-­‐conducteurs  et  composant  »   A  300K,  on  a  :     𝑽 𝟎 𝑺𝒊𝒍𝒊𝒄𝒊𝒖𝒎 ≈ 𝟎, 𝟕𝑽     𝑽 𝟎 𝑮𝒆𝒓𝒎𝒂𝒏𝒊𝒖𝒎 ≈ 𝟎, 𝟑𝑽  
  • 20. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   18     Afin  d’obtenir  le  mode  de  fonctionnement  désirée  de  la  diode,  il  ne  restera  alors  plus  qu’à  «  polariser  »   la  jonction  p-­‐n  en  appliquant  à  ses  bornes  une  différence  de  potentiel  continue  (DC5 ).  Dans  le  cas  de   la  polarisation  directe,  la  tension  appliquée  permettra  de  contrecarrer  la  barrière  de  potentiel  et  un   courant  significatif  sera  alors  établi  dans  le  circuit  formé  tandis  que  dans  le  cas  de  la  polarisation   inverse,  la  tension  appliquée  aura  tendance  à  renforcer  la  barrière  de  potentiel  et  ainsi  à  empêcher  le   passage  des  électrons  (du  courant).   Au  niveau  microscopique  et  sous  l’impulsion  de  l’énergie  induite  par  le  générateur,  des  électrons   «  sauteront  »  de  la  bande  de  valence  vers  la  bande  de  conduction  en  laissant  ainsi  un  «  trou  »  (charge   imaginaire   positive)   dans   la   bande   de   valence.   Comme   la   nature   tend   toujours   à   revenir   à   l’état   fondamental,  un  électron  «  excité  »  (on  l’appellera  «  exciton  »)  retombera  dans  la  bande  de  valence.   L’énergie  de  l’exciton  n’étant  pas  perdue,  elle  sera  alors  réémise  soit  sous  forme  de  chaleur,  soit  sous   forme  de  lumière.  Dans  le  cas  des  diodes  électroluminescentes,  cette  énergie  sera  réémise  sous  forme   de  lumière.     Source  :  Emplit,  P.  Physique  des  technologies  de  l’information,  Chapitre  3  :  «  Electronique  analogique,   matériaux  semi-­‐conducteurs  et  composant  »     II.   LES  OLED  :  DES  DIODES  ORGANIQUES  EMETTRICES  DE  LUMIERE   Une  des  particularités  des  OLED  (Organic  Light  Emitting  Diode)  est,  comme  leur  nom  l’indique,  d’être   composées  de  matériaux  organiques.  Dans  le  cas  des  diodes  dites  «  non  organiques  »,  les  matériaux   semi-­‐conducteurs  utilisés  sont  principalement  le  silicium  (Si)  et  le  Germanium  (Ge).  Dans  le  cas  des   diodes  dites  «  organiques  »,  il  existe  une  multitude  de  semi-­‐conducteurs  envisageables  que  l’on  peut   toutefois  classer  en  deux  principales  catégories  selon  la  taille  des  molécules  utilisées.  On  distingue   ainsi   les   semi-­‐conducteurs   formés   de   petites   molécules   et   ceux   formés   de   macromolécules   ou   polymères.   Le   choix   de   l’un   ou   l’autre   de   ces   types   de   molécules   sera   dépendant   des   propriétés   recherchées,  mais  sera  également  lié  à  la  production  des  OLED,  point  sur  lequel  nous  reviendrons  par   la  suite.                                                                                                                             5  «  Direct  Current  »  ou  Courant  Continu  
  • 21. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   19     Du   point   de   vue   de   la   structure,   les   OLED   sont   composées   d’une   couche   de   semi-­‐conducteurs   organiques  entourés  de  deux  électrodes  (dont  au  moins  une  transparente)  permettant  le  passage   d’une  tension  continue  (DC).  Actuellement,  les  électrodes  utilisées  sont  principalement  composées  de   d’oxyde   d’indium-­‐étain   (ITO)   pour   l’anode   transparente   et   d’un   métal   opaque   (ou   non)   pour   la   cathode.   Source:  OSRAM  OLED.  «  Introduction  to  OLED  technology  ».  En  ligne  www.osram-­‐oled.com   Un  des  avantages  principaux  des  OLED  en  comparaison  avec  les  diodes  non  organiques  est  leur  taille.   Leur   épaisseur   est   de   l’ordre   de   quelques   centaines   de   nanomètres   et   permet   ainsi   une   grande   flexibilité  dans  leurs  applications.   Tout  comme  les  diodes  «  classiques  »,  leur  fonctionnement  est  basé  sur  l’instigation  d’une  tension   continue  (DC)  qui  provoque  la  création  d’un  courant  «  trou-­‐électrons  ».  Les  diodes  émettent  alors  une   lumière   dont   la   couleur   dépend   des   propriétés   du   matériau   utilisé.   A   la   différence   des   diodes   «  classiques  »,  on  ne  parle  pas  toutefois  ici  de  bande  de  conduction  et  de  bande  de  valence  mais  plutôt   de  niveau  «  HOMO  »  (Highest  Occupied  Molecular  Orbital)  et  «  HUMO  »  (Lowest  Uncoppied  Molecular   Orbital  Level).   Afin  d’avoir  une  vision  plus  exacte  des  processus  internes  liés  au  «  saut  »  des  électrons  d’un  niveau  à   l’autre,  et  sans  toutefois  rentrer  dans  des  détails  trop  techniques,  nous  tenterons  d’expliquer  ici,  de   manière  simplifiée,  la  distinction  faite  entre  niveau  HOMO/LUMO  et  les  bandes  de  valences  et  de   conduction.   Afin  d’illustrer  cette  différence,  nous  prendrons  le  cas  de  l’éthylène  dont  la  représentation  moléculaire   est  illustrée  ci-­‐dessous.  
  • 22. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   20       Au   sein   d’une   molécule,   la   liaison   entre   atomes   se   fait   par   recouvrement   d’orbitales   comme   représenté  sur  la  figure  B  dans  le  cas  d’une  liaison  Carbone-­‐Carbone.  Lorsqu’une  orbitale  est  remplie,   on  parlera  de  niveau  HOMO  (Highest  Occupied  Molecular  Orbital)  et  on  peut  la  comparer  à  la  bande   de   valence.   A   l’inverse,   les   orbitales   de   plus   haut   niveau   d’énergie   ne   sont   pas   remplies   et   correspondent  au  niveau  LUMO  (Lowest  Unnocupied  Molecular  Orbital)  que  nous  comparerons  à  la   bande  de  conduction.  Le  «  saut  d’électron  »  correspond  ici  au  passage  d’un  électron,  grâce  à  un  apport   énergétique,  d’une  orbitale  de  niveau  HOMO  vers  une  orbitale  de  niveau  LUMO  et  le  principe  est  alors   tout  à  fait  similaire  à  celui  des  bandes  de  valences  et  des  bandes  de  conduction,  comme  illustré  ci-­‐ dessous.          
  • 23. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   21     B.   PROCESSUS  DE  FABRICATION  DES  OLED   Les  processus  de  fabrication  des  OLED  peuvent  être  séparés  en  deux  catégories  correspondant  au  type   de   molécules   organiques   utilisées,   à   savoir   les   «  petites   molécules  »   et   les   polymères.   En   ce   qui   concerne  les  matériaux  utilisés  pour  cette  production,  ceux-­‐ci  sont  repris  dans  le  tableau  ci-­‐dessous.   Couches   Matériaux  utilisés   Détails   Anode   Indium  tin  oxide  (ITO)  ou   Oxyde  d’indium-­‐étain   Couche  transparente     Cathode   Couche  métallique,   principalement  Aluminium  (Al)   et    Magnésium  (Mg)   Couche  opaque  ou   transparente   Substrat   Verre  ou  plastique   Le  plastique  permet  une  plus   grande  souplesse  dans  les   applications     Matériaux  semi-­‐conducteurs   Polymères  :  larges  possibilités   selon  les  propriétés   recherchées   Surtout  utilisés  pour  les   grandes  surfaces   Petites  moléculaires  :  larges   possibilités  selon  les   propriétés  recherchées   Plus  efficace  et  meilleure   durée  de  vie  que  les   polymères,  mais  production   plus  coûteuse   De  manière  générale,  la  structure  des  OLED  se  compose  de  cinq  couches  distinctes  comme  représenté   ci-­‐dessous.  L’apposition  de  l’anode  et  de  la  cathode  ne  présente  pas  de  difficulté  particulière.  Tout  le   processus  de  production  est  dès  lors  orienté  vers  le  placement  des  couches  de  matériaux  organiques.              Source  :  Summitt,  C.  (2006).  OLED  Fabrication  for  Use  in  Display  Systems.  Optical  Sciences  Center,   University  of  Arizona,  Arizona.  
  • 24. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   22     I.   PRODUCTION  DES  OLED  A  POLYMERE   En  ce  qui  concerne  la  production  des  OLED  à  polymères,  deux  méthodes  principales  se  distinguent.     Dans  la  première  méthode,  le  matériau  organique  est  généralement  déposé  sous  forme  liquide  grâce   au  «  spin-­‐coating  »,  qui  consiste  en  la  déposition  du  polymère  organique  sous  sa  forme  liquide  sur  un   substrat  mis  en  rotation.  Grâce  à  cette  rotation,  le  polymère  va  s’étendre  sur  toute  la  surface  du   substrat  se  solidifier  tout  en  s’évaporant.                   La   seconde   méthode,   connue   sous   le   nom   de   «  inkjet   printing  »,   est   considérée   comme   la   seule   solution   pour   des   OLED   de   grandes   surfaces   et   son   fonctionnement   est   semblable   à   celui   d’une   imprimante  classique.  Son  principal  inconvénient  est  la  difficulté  d’obtenir  la  précision  nécessaire  dans   l’application  de  «  l’encre  »  sur  le  substrat.  Nous  noterons  également  que  chaque  pixel  doit  être  apposé   séparément  sur  le  substrat.     Source  :  Chénais,  S.  &  Forget,  S.  (s.d.).  Diodes  électroluminescentes  organiques  :  de  la  visualisation  à   l’éclairage.    Laboratoire  de  physique  des  Lasers,  Université  Paris  13,  Villetaneuse.   Source  :  Summitt,  C.  (2006).  OLED  Fabrication  for  Use  in  Display  Systems.  Optical  Sciences  Center,  University  of   Arizona,  Arizona.  
  • 25. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   23     II.   PRODUCTION  DES  OLED  A  PETITES  MOLECULES   Pour   les   OLED   à   petites   molécules,   la   couche   de   matériaux   organiques   est   déposée   grâce   à   l’évaporation  sous  vide.  Très  compliquée  et  délicate,  cette  méthode  est  toutefois  maîtrisée  par  les   industriels.  En  outre,  bien  que  cette  technique  soit  plus  coûteuse  que  celle  utilisée  pour  la  production   des   OLED   à   polymère,   elle   est   largement   employée   étant   donné   l’efficacité   et   la   durée   de   vie   supérieure  des  OLED  à  petites  molécules  par  rapport  aux  OLED  à  polymères.     Source  :  Chénais,  S.  &  Forget,  S.  (s.d.).  Diodes  électroluminescentes  organiques  :  de  la  visualisation  à   l’éclairage.    Laboratoire  de  physique  des  Lasers,  Université  Paris  13,  Villetaneuse.   C.   EFFICACITE  DES  OLED  ET  EFFET  BURN-­‐IN   Les  avantages  et  inconvénients  des  applications  utilisant  des  OLED  seront  analysés  plus  en  détail  dans   la  suite  du  rapport.  Nous  nous  contenterons  ici  d’une  brève  explication  d’un  défi  scientifique  relatif  à   l’efficacité  des  OLED.   La  capacité  des  électrons  à  émettre  de  la  lumière  plutôt  que  de  la  chaleur  lors  de  leur  changement  de   niveau  d’énergie  est  principalement  liée  à  la  structure  moléculaire  du  matériau  utilisé.  On  distinguera   ici   les   molécules   dites   «  fluorescentes  »   et   les   molécules   «  phosphorescentes  ».   Dans   le   cas   des   molécules  phosphorescentes,  tous  les  excitons  (électrons  «  excités  »)  dégageront  de  la  lumière  lors   de  leur  changement  d’état.  A  l’inverse,  dans  le  cas  des  molécules  fluorescentes,  seulement  25%  des   électrons  émettront  de  la  lumière  tandis  que  les  75%  restant  dégageront  de  la  chaleur.  Toutefois,  la   durée  de  vie  des  matériaux  phosphorescents  est  inférieure  à  celle  des  matériaux  fluorescents,  en   particulier   pour   l’émission   d’onde   lumineuse   de   faible   amplitude   qui   use   plus   rapidement   les   matériaux  (lumière  bleu).  Tout  le  défi  repose  dès  lors  sur  l’amélioration  de  ce  rendement  lumineux  et   sur  l’augmentation  de  la  durée  de  vie  des  matériaux  phosphorescents.     L’effet  burn-­‐in  décrit  la  dégradation  accélérée  des  pixels  utilisés  pour  afficher  une  image  par  rapport   à  leur  voisin.  
  • 26. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   24     Par  exemple  :     Ici,  on  voit  que  les  pixels  utilisés  dans  la  première  image  sont  moins  lumineux  (dans  la  deuxième),  ce   qui  mène  à  une  moins  bonne  qualité.      
  • 27. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   25     PARTIE  II  :  DEVELOPPEMENTS  TECHNOLOGIQUES   A.   LES  OLED  :  QUELS  DEVELOPPEMENTS  POSSIBLES  ?   Les  développements  technologiques  basés  sur  la  technologie  OLED  sont  multiples  et  variés.  Nous  nous   intéresserons,  dans  cette  section,  tout  particulièrement  aux  écrans  incurvés  avant  de  passer  en  revue   les  autres  développements  technologiques  possibles.     I.   LES  ECRANS  INCURVES   L’écran  incurvé  est  probablement  le  domaine  d’exploitation  des  OLED  le  plus  connu  du  grand  public.   Le  grand  avantage  des  OLED  par  rapport  aux  autres  sources  de  lumière  est  leur  capacité  à  créer  eux-­‐ mêmes  leur  propre  lumière  via  le  simple  passage  d’un  courant  électrique.   Contrairement  aux  autres  sources  de  lumière  qui  nécessitent  un  dispositif  lumineux  externe,  les  OLED   produisent  ainsi  leur  propre  lumière  dès  qu’un  courant  les  traverse  (voir  image  ci-­‐dessous).  Cette   caractéristique   des   diodes   électroluminescentes   organiques   permet   ainsi   de   réduire   de   manière   importante  l’épaisseur  des  écrans.       Source  de  l’image:  LG  Display,  Why  should  it  be  OLED,  for  the  Flexible  Display?   Cette  taille  réduite,  combinée  à  des  matériaux  facilement  malléables,  permet  la  production  d’écrans   ultra  fins  incurvés,  voir  «  enroulables  ».   Cette   caractéristique,   en   plus   de   la   grande   flexibilité   et   la   taille   réduite   des   matériaux,   fait   de   la   technologie   OLED   le   choix   idéal   pour   la   fabrication   d’écrans   incurvés.   Ainsi,   de   nombreuses   compagnies   ont   déjà   développé   de   nouveaux   écrans   incurvés,   voire   «  enroulable  »   comme   représentés  ci-­‐dessous.    
  • 28. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   26        Prototype  de  TV  LG  OLED  enroulable6                        TV  OLED  WRGB  incurvée  (LG)7   II.   PROPRIETES  ET  AUTRES  DEVELOPPEMENTS  TECHNOLOGIQUES   La  technologie  OLED  appliquée  aux  écrans  comporte  de  nombreux  avantages  en  comparaison  avec   les  technologies  alternatives,  comme  en  dénote  le  tableau  ci-­‐dessous.     Source  de  l’image  :  LCD-­‐Compare  :  TV  OLED  :  explications,  avantages  et  modèles  OLED   Néanmoins,   les   OLED   ouvrent   la   voie   vers   de   nombreuses   autres   exploitations   possibles.   Nous   reprendrons,  dans  le  tableau  ci-­‐dessous,  les  principales  exploitations  possibles  liées  aux  propriétés   des  OLED.   Propriétés   Description   Exploitations  possibles     Ecrans  transparents   Les  OLED  transparentes   permettent  l’émission  de   lumière  de  part  et  d’autre  d’un   écran   Parmi  les  exploitations   possibles  de  cette  propriété,   nous  noterons  les  «  fenêtres   interactives  »  mais  également   les  smartphones,  par  exemple                                                                                                                             6  Source  de  l’image  :  http://www.lcd-­‐compare.com/tv-­‐oled-­‐amoled-­‐dossier-­‐61.htm   7  Source  de  l’image  :  http://www.lcd-­‐compare.com/tv-­‐oled-­‐amoled-­‐dossier-­‐61.htm    
  • 29. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   27     Souplesse  et  faible  épaisseur   Les  matériaux  et  les  propriétés   des  OLED  permettent  de   «  plier  »  celles-­‐ci   Panneaux  publicitaires  autour   de  poteaux,  écrans  incurvés   (voir  ci-­‐dessus),  écrans   «  incassables  »,  etc.   Bonne  luminosité  et  fort   contraste  pour  une  faible   consommation.   Les  OLED  ont,  de  manière   générale,  une  meilleure   luminosité  et  un  meilleur   contraste  que  des   technologies  similaires   Feux  de  routes  pour  les   voitures,  écrans  de  grandes   dimensions,  panneaux   murales,  etc.   Faible  consommation   Les  OLED  consomment  moins   d’énergie  que  les  autres   sources  de  lumière   Applicable  à  toutes  les   exploitations  envisageables   B.   LES  DIFFERENTS  TYPES  D’OLED   Il  existe  une  multitude  de  types  d’OLED.  Nous  nous  concentrerons  ici  sur  les  deux  catégories  les  plus   importantes.  Les  autres  catégories  seront  simplement  reprises  dans  le  tableau  ci-­‐dessous.   Catégorie   Description   Utilisation     OLED  à  Matrice  Passive   (PMOLED)   Voir  ci-­‐dessous   Petits  écrans  (smartphone,   MP3,  etc.)   OLED  à  Matrice  Active   (AMOLED)   Voir  ci-­‐dessous   Grands  écrans  (TV,  panneaux   publicitaires,  etc.)     OLED  transparente  (TOLED)     Elles  sont  complètement   transparentes,  ce  qui  permet  à   la  lumière  d’être  visible  dans   les  deux  directions.  Elles   peuvent  être  incluses  dans  des   modèles  aussi  bien  de  matrice   active  que  passive   Ordinateurs,  «  smart   windows  »,  smartphones,  etc.     Foldable  OLED  (FOLED)   Ou  OLED  «  pliable  »   Elles  sont  très  flexibles  et   légères   Elles  sont  principalement   utilisées  pour  des  écrans  ayant   de  grande  chance  de   «  casser  »  et  dans  les  
  • 30. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   28     applications  utilisant  des   écrans  incurvés     White  OLED  (WOLED)   Ou  OLED  blanche   Elles  émettent  de  la  lumière   blanche  (mais  pas   uniquement)  d’une  plus   grande  intensité  que  les  autres   types  d’OLED  et  consomment   moins  d’énergie   Elles  sont  utilisées  notamment   pour  les  véhicules   Top  emitting  OLED   Elles  sont  principalement   destinées  au  schéma  des   matrices  actives   Carte  à  puce   I.   LES  OLED  A  MATRICE  PASSIVE  (PMOLED)   Le  nom  vient  de  la  manière  dont  on  contrôle  l’OLED.  Ainsi,  chaque  ligne  de  «  cathode  »  est  arrangée   perpendiculairement  à  chaque  ligne  d’  «  anode  »  (voir  schéma  ci-­‐dessous).  L’intersection  des  anodes   et  cathodes  forme  les  pixels  d’où  la  lumière  est  émise.             Source  de  l’image:  HowStuffWorks,  electronics.howstuffworks.com/oled1.htm   Bien  que  les  PMOLED  soient  faciles  à  fabriquer  et  peu  coûteuses,  elles  consomment  plus  d’énergie   que  les  AMOLED,  mais  toujours  moins  que  la  technologie  LCD  et  LED.  En  outre,  son  affichage  est   restreint  en  taille  et  en  résolution,  c’est  pourquoi  on  les  utilise  en  général  dans  les  petits  appareils  tels   que  les  montres,  les  MP3,  téléphones,  etc.     II.   LES  OLED  A  MATRICE  ACTIVE  (AMOLED)   Contrairement  aux  PMOLED,  la  couche  d’anode  et  celle  de  cathode  est  continue  sur  toute  la  surface.   Ici,  un  support  électronique  est  directement  intégré  de  sorte  que  chaque  pixel  puisse  être  contrôlé   individuellement  via  un  réseau  de  transistors  TFT  (Thin  Film  Transistor).  
  • 31. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   29       Source  de  l’image:  HowStuffWorks,  electronics.howstuffworks.com/oled1.htm   Les  AMOLED  sont  beaucoup  moins  énergivores  que  les  PMOLED  et  permettent  la  réalisation  d’écrans   de  taille  virtuellement  illimitée.  Toutefois,  leur  production  est  plus  complexe  et  plus  coûteuse.  
  • 32. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   30     PARTIE  III  :  LE  MARCHE  DES  OLED   A.   PERSPECTIVES  DU  MARCHE   Le  marché  des  OLED  se  divise  en  deux  grands  secteurs  que  sont  l’affichage  et  l’éclairage.  Chacun  de   ces  marchés  suit  des  évolutions  différentes,  c’est  pourquoi  il  convient  de  les  analyser  séparément.     I.   AFFICHAGE   Les  premiers  écrans  OLED  ont  été  mis  sur  le  marché  il  y  a  déjà  une  dizaine  d’années.  Néanmoins,  en   1998,  certains  pionniers  utilisaient  déjà  la  technologie,  sous  la  forme  de  PMOLED,  dans  les  autoradios   des  voitures.     Aujourd’hui,  le  marché  des  écrans  OLED  pèse  plusieurs  milliards  de  dollars,  dont  la  plus  grosse  partie   provient  du  marché  des  téléphones  mobiles.  De  sorte  à  analyser  le  marché,  nous  nous  concentrerons   sur  la  technologie  AMOLED,  un  type  particulier  d’OLED.  En  effet,  cette  technologie  est  aujourd’hui  la   plus  utilisée  en  ce  qui  concerne  les  applications  d’affichage  de  haute  résolution,  par  rapport  à  la   technologie  PMOLED.     Source  :  DisplaySearch,  Cintelliq   Le  marché  de  l’AMOLED  serait  par  ailleurs  en  pleine  croissance  selon  DisplayResearch.  En  effet,  le  total   des  ventes  est  passé  d’une  valeur  de  500  millions  de  dollars  en  2009  à  plus  de  10  milliards  de  dollars   en  2014  et  les  perspectives  de  croissance  sont  optimistes,  comme  en  démontre  le  graphique  ci-­‐dessus.   La  société  DisplayResearch  estime  en  effet  le  marché  à  23  milliards  de  dollars  pour  2022,  soit  une   croissance  de  230%  sur  8  ans,  notamment  grâce  à  la  démocratisation  des  TV  OLED.     La   vente   d’écrans   AMOLED   pour   téléphones   mobiles   ne   devrait   pas   augmenter   de   manière   significative.  Cela  pourrait  être  dû  au  fait  que  la  production  des  écrans  deviendra  de  plus  en  plus  
  • 33. BERTIAU  GARY,  CLEMENT  MELISSA,  PAPADOPOULOS  NICOLAS,  PHETSARATH  SOULYVANH   31     rentable  avec  le  temps,  ce  qui  tendra  à  diminuer  les  prix  de  vente,  compensant  ainsi  une  augmentation   du   nombre   de   ventes.   Le   reste   de   la   croissance   devrait   s’expliquer   notamment   par   l’avènement   d’autres  applications  d’écrans  AMOLED.     Ces  chiffres  ne  sont  cependant  que  des  prévisions.  Les  ventes  futures  dépendront  non  seulement  de   la  capacité  des  entreprises  à  produire  de  manière  plus  efficace  et  rentable,  mais  aussi  de  la  volonté   des  consommateurs  de  passer  à  cette  nouvelle  technologie.   Ces  incertitudes  se  reflètent  dans  la  tendance  actuelle  du  marché  global  de  l’affichage.  En  effet,  de   manière  générale,  à  l’heure  actuelle,  les  entreprises  tendent  à  se  concentrer  sur  des  technologies  plus   sûres  et  dont  la  production  est  mieux  maitrisée,  tel  que  le  LCD  notamment.       Source  :  DisplaySearch,  Cintelliq   Comme  nous  pouvons  le  voir  sur  le  graphique  ci-­‐dessus,  l’OLED  ne  représente  qu’une  petite  fraction   du  marché  actuel,  en  comparaison  aux  LCD  principalement.  Les  écrans  OLED  restent  un  petit  segment   du  marché,  n’égalant  pas  les  autres  technologies.   Néanmoins,  le  faible  attrait  du  public  et  les  efforts  qui  sont  encore  à  réaliser  ne  freinent  pas  toutes  les   entreprises.  En  effet,  certaines  d’entre  elles,  souvent  de  grande  taille,  comme  Samsung  ou  encore  LG,   semblent  décidées  à  adopter  la  nouvelle  technologie,  voire  à  en  faire  la  remplaçante  désignée  face   aux   autres   technologies   d’affichage.   A   contrario,   d’autres   entreprises   ont   tenté   de   d’adopter   la   technologie   assez   tôt,   mais   ont   fini   par   l’abandonner   étant   donné   les   difficultés   techniques   et   financières  qu’impliquent  son  développement.  Cela  est  le  cas  de  SONY  par  exemple.  Les  deux  cas  de   figure,  persévérance  ou  abandon,  seront  explicités  en  détails  dans  la  suite  du  rapport  via  une  étude   financière  approfondie  de  LG  et  SONY.