Brevet FR3023120A1 — publié le 20160101

DISPOSITIF ELECTROLUMINESCENT ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne de manière générale un procédé de réalisation de dispositifs électroluminescents 5 comportant une ou plusieurs couches déposées par impression numérique à jet d'encre. L'invention appartient au domaine de la réalisation de dispositifs électroluminescents et, plus particulièrement aux dispositifs électroluminescents sous forme d'empilements de 10 matériaux de différentes natures. Ces dispositifs sont élaborés à partir d'un matériau actif réagissant sous l'effet d'un facteur externe : on parle de matériau électroluminescent lorsque celui-ci génère des photons sous l'effet d'une excitation électrique. 15 Le principe de réalisation de dispositifs électroluminescents réside dans un empilement successif de couches, composé de deux électrodes conductrices dont l'une au moins est transparente, afin de permettre l'émission des photons générés. Entre ces deux électrodes, on introduit un 20 matériau dit actif, l'électroluminescent, et au moins un diélectrique. Ce diélectrique permet d'assurer l'isolation électrique entre les deux électrodes. Un tel empilement peut être considéré, de par sa structure, à une capacité MIM (Métal Isolant Métal). 25 Les applications actuelles sont cependant limitées par : - la formation de différentes couches nécessairement de forme géométrique simple, par exemple rectangulaire (aplats), 30 - l'impossibilité technique de personnaliser les produits sans modification de l'outillage de réalisation, - des coûts élevés dus à un faible taux d'utilisation des matériaux mis en oeuvre (pertes importantes) en raison du type de procédé utilisé (sérigraphie ou autres techniques d'impression ou d'enduction ou de dépôt sous vide), - des épaisseurs uniformes et déterminées de par le procédé de réalisation, - des dispositifs électroluminescents émettant uniquement sur une de ses faces. Afin de résoudre les inconvénients de l'art antérieur, le demandeur a mis au point un procédé de fabrication d'un 10 dispositif électroluminescent, dans lequel une ou plusieurs, voire même la totalité des couches sont appliquées par impression numérique à jet d'encre ce qui rend possible la personnalisation, à façon, des couches ainsi appliquées, et par conséquent du produit final. 15 En outre, le procédé de fabrication selon l'invention permet d'obtenir des dispositifs possédant des formes plus ou moins complexes et personnalisables. De plus, en fonction de la nature de la couche électroluminescente et des épaisseurs des couches formant le dispositif, la couleur de la lumière 20 émise ainsi que son intensité sont maitrisées. Plus particulièrement, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif électroluminescent comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d'un support conducteur, pouvant être : 25 soit un substrat non conducteur présentant au moins deux faces opposées, dont l'une est revêtue d'au moins une couche, transparente ou non, d'un premier matériau conducteur (pouvant notamment être appliqué au cours du procédé), ou 30 - soit un substrat de premier matériau conducteur ; b) le dépôt d'une ou plusieurs couches de matériau diélectrique ; c) le dépôt d'une encre active comportant au moins une substance luminophore (c'est-à-dire émettant des photons sous excitation) pour former une couche électroluminescente ; l'étape c) pouvant être réalisée entre les étapes a) et b), soit après l'étape b) ; d) le dépôt d'au moins une couche, transparente ou non, d'un deuxième matériau conducteur ; e) le dépôt d'une reprise de contact au-dessus de la deuxième couche de matériau conducteur ; ledit procédé étant caractérisé en ce que le dépôt de la couche d'au moins une couche d'un premier matériau conducteur, et/ou le dépôt de la ou des couche(s) de matériau(x) diélectrique(s), et/ou le dépôt de la couche électroluminescente sont réalisées par un procédé d'impression numérique à jet d'encre, de sorte à définir un motif prédéfini pouvant être réalisé à façon. La reprise de contact permet l'excitation électrique entre les deux couches de premier et de deuxième matériau conducteur, qui conduit à la photoluminescence du matériau actif. Le dépôt de chacune des couches appliquées peut nécessiter un traitement thermique, en respect des contraintes des couches antérieures et du support (50 à 300°C), ou un traitement UV, par insolation, afin d'obtenir ses propriété fonctionnelles. L'impression numérique permet de maitriser et d'adapter l'intensité lumineuse et la couleur projetée à l'extérieur du dispositif. La variation de cette intensité et sa couleur sont rendues possible par la ou les variations de l'une au moins des caractéristiques suivantes : - la nature du diélectrique, - le contrôle de la nature de la couche active, - le contrôle de la nature d'un ou des matériaux conducteur, - le contrôle de l'épaisseur de la ou les couches diélectriques, - le contrôle de l'épaisseur de la couche active, et - le contrôle de l'épaisseur de la ou les couches de matériaux conducteurs. En effet, le motif est défini de manière à ajuster cette intensité lumineuse. Si la couche de diélectrique est trop épaisse, cela peut créer une extinction de la lumière projetée vers l'extérieur. En outre, l'utilisation de l'impression numérique à jet d'encre permet de réduire considérablement le volume des matériaux utilisés pour la réalisation des couches dont le coût impacte de façon considérable le prix du produit final. Selon un premier mode de réalisation, on utilise un 15 support conducteur comprenant un substrat non conducteur muni sur l'une de ses faces d'une couche conductrice, imprimée ou non, sur laquelle on applique par impression numérique à jet d'encre la couche de diélectrique en ajustant son épaisseur selon un motif prédéfini. 20 Selon un deuxième mode de réalisation, on utilise un support conducteur comprenant un substrat non conducteur muni sur l'une de ses faces d'une couche conductrice, imprimée ou non, sur laquelle on applique la couche électroluminescente. Avantageusement, ladite couche diélectrique est 25 constituée d'un polymère souple photo-réticulable sous UV. Selon une alternative avantageuse de ces deux modes de réalisations, on applique, suivant un motif prédéfini, sur l'une des faces opposées du substrat non conducteur une encre conductrice possédant des propriétés physico-chimiques 30 particulières : une viscosité comprise entre 1 et 60 mPa/s, à la température de travail, et une tension superficielle comprise entre 18 à 46 mN/m. Un traitement thermique pourra avantageusement, après le dépôt de l'encre conductrice, être réalisé à une température comprise entre 50°C et 300°C, en respectant les contraintes des couches antérieurs et du support non conducteur. Avantageusement, les encres conductrices peuvent comprendre au moins un polymère conducteur comme par exemple 5 le Pedot/PSS, ou au moins des nanoparticules métalliques de taille pouvant être comprise entre 10 nm et 5 }gym. Avantageusement, on utilisera à titre de nanoparticules métalliques dans ces deux modes de réalisation ou même dans l'alternative, des nanoparticules d'aluminium, de cuivre, 10 d'étain, ou d'argent. Le motif peut être réalisé, dans ces deux modes de réalisations, par la variation de l'épaisseur de la couche de diélectrique, de manière à faire varier l'intensité lumineuse projetée vers l'extérieur du dispositif et produite par la 15 couche électroluminescente. Et dans l'alternative, le motif est réalisé par la variation de l'épaisseur de la couche de premier matériau conducteur. Les propriétés liées aux tailles des nanoparticules métalliques de l'encre (du premier matériau conducteur) et à leur viscosité sont importantes car ces 20 nanoparticules doivent être projetables par une tête d'impression numérique. On applique selon un motif prédéfini, conformément aux deux modes de réalisations ainsi qu'à l'alternative selon l'invention, une encre active comportant au moins un matériau 25 électroluminescent soit sur la couche de diélectrique, soit sur la couche de premier matériau conducteur, pour former une couche électroluminescente. Avantageusement, la couche active peut se présenter sous forme d'une encre comprenant au moins un matériau 30 électroluminescent de type sulfure de zinc dopé (ZnS), de type semiconducteur inorganique de type III-V ou de type semiconducteur organique. Après le dépôt de la couche active, on applique conformément au procédé selon l'invention, soit sur cette couche, soit sur la couche de diélectrique, au moins une couche d'un deuxième matériau conducteur (qui peut être transparent ou non) selon un motif prédéfini. La couche de deuxième matériau conducteur peut être 5 avantageusement transparente pour laisser passer la lumière émise par la surface active qu'elle recouvre lorsque le produit est utilisé suivant la technologie électroluminescente. Avantageusement, la couche de deuxième matériau 10 conducteur pourra également être appliquée par impression numérique à jet d'encre de manière à optimiser la quantité de matière appliquée. Avantageusement, la couche de premier matériau conducteur est également transparente pour permettre une 15 émission biface de la lumière émise par la couche électroluminescente. La couche de deuxième matériau conducteur peut comprendre au moins du PEDOT/PSS se présentant sous forme de solution colloïdale pulvérulente, avec ou sans grille 20 métallique imprimée à particules d'argent. Cette grille a pour rôle d'améliorer la conductivité de cette couche. Dans le procédé de l'invention, les différents matériaux appliqués se présentent sous forme d'une formulation chimique spécifique afin de pouvoir être appliqués par jet 25 d'encre et dans le but que l'adhésion et la compatibilité de chaque couche soient assurées. Avantageusement, la reprise de contact est également appliquée par impression numérique à jet d'encre. Selon l'invention, les couches de matériaux conducteurs 30 matérialisant les deux électrodes et/ou la couche diélectrique jouant le rôle de l'isolant et/ou la reprise de contact, peuvent être appliquées par impression jet d'encre de type « goutte à la demande » ou « Drop On Demand » (DOD) d'après la terminologie anglo-saxonne. La présente invention a encore pour objet un dispositif électroluminescent susceptible d'être obtenu selon le procédé de l'invention. La consommation électrique lors de l'utilisation d'un 5 tel dispositif électroluminescent est optimisée. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le dispositif souple électroluminescent peut comprendre un matériau stratifié (substrat non conducteur)/métal ou (substrat non 10 conducteur)/métal/(substrat non conducteur) pouvant se substituer aux deux ou trois couches inférieures qui composent l'empilement : substrat non conducteur - première couche conductrice - diélectrique. L'utilisation d'un complexe substrat/métal (par exemple 15 (film plastique)/Al, (carton ou papier)/(film plastique)/Al, (film plastique)/Al/(film plastique)) peut permettre de réduire considérablement le niveau de tension électrique appliqué aux bornes des dispositifs électroluminescents nécessaires à son activation lumineuse, et de réduire le 20 nombre d'étapes pour la fabrication du support selon le procédé de l'invention. Avantageusement, ce matériau complexe peut être un complexe polyester aluminisé. Selon un mode de réalisation particulièrement 25 avantageux de l'invention, le dispositif électroluminescent pourra comporter un substrat non conducteur en carton, en papier, à base de polymère, ou à base de matériaux inorganiques comme le verre ou le métal. Selon un mode de réalisation particulièrement 30 avantageux de l'invention, le dispositif est souple. Par souple, on entend dans la présente demande, un dispositif pouvant en outre supporter une modification réversible de sa forme sous contrainte mécanique et ainsi se conformer en acceptant un rayon de courbure supérieur à 1 cm, cette épaisseur dépendant de l'épaisseur du support. Le dispositif électroluminescent selon l'invention peut être appliqué sous forme souple ou rigide à des produits de 5 type poussette, packaging (emballage, flaconnage, bouchon), article de sport, puériculture, bagagerie, décoration intérieur, publicité sur lieu de vente, afficheur, rétroéclairage, sécurité, signalétique, électronique, jouet, mobilier, parasol, textiles, cycle, automobile, luxe, 10 intégrant des solutions électroluminescentes souples ou rigides. Le dispositif électroluminescent selon l'invention peut être associé à un dispositif photovoltaïque, l'association étant gérée par une carte électronique et une batterie. 15 Le dispositif électroluminescent selon l'invention peut présenter un électroluminescent dont l'état actif permet d'être perçu à travers un filtre capable de camoufler sa structure en l'état éteint. Le dispositif électroluminescent selon l'invention peut 20 présenter un électroluminescent dont l'état actif est apte à être perçu à travers un filtre capable de modifier les propriétés d'émission afin de créer des couleurs et/ou des images. Avantageusement, le filtre est réalisé par impression 25 numérique à jet d'encre. Le dispositif électroluminescent selon l'invention peut présenter un électroluminescent dont les zones éclairantes peuvent être discrètes et pilotable indépendamment. D'autres avantages et particularités de la présente 30 invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées et aux exemples correspondants : - la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif électroluminescent dans lequel la couche de premier matériau conducteur est composée d'une encre à base d'argent ; ce mode d'élaboration est dit « mode 1 » ; - la figure 2 représente une vue schématique d'un dispositif électroluminescent dans lequel la couche de premier matériau conducteur est une couche d'un conducteur pouvant être de l'ITO, ou encore une encre conductrice transparente ; ce mode d'élaboration est également dit « mode 1 ». - la figure 2 bis représente une vue schématique d'un dispositif électroluminescent dans lequel les couches de diélectrique et de pâte électroluminescente ont été inversées. - la figure 3 représente une vue schématique d'un dispositif électroluminescent dans lequel la couche l'épaisseur de la couche de diélectrique a été maitrisée dans le but de réaliser un motif. - la figure 4 représente une vue schématique d'un dispositif électroluminescent dans lequel la réalisation du motif s'effectue par les maitrises conjuguées des épaisseurs des couches de diélectriques et de premier matériau conducteur. EXEMPLE 1 (selon l'invention) illustré sur la figure 1 : « Monoface à façon » - mode 1 - allumage : à façon, ON/OFF On élabore un empilement de mode 1 de couches de 5 natures différentes, suivant un premier mode de réalisation du procédé de l'invention. Cet ordre de succession des couches est nommé mode 1. Cet empilement est fabriqué de la manière suivante : - fourniture d'un substrat 2 non conducteur pouvant être en 10 PET ; - dépôt par impression numérique à jet d'encre d'une première couche conductrice 3 pouvant être constituée de nanoparticules d'argent, dite électrode arrière 3, pouvant être continue ou discontinue suivant le motif 15 qu'on souhaite dessiner, sur le substrat non conducteur 2 ; - dépôt par impression numérique à jet d'encre d'une couche continue d'un matériau diélectrique 4 pouvant être un polymère réticulable sous UV sur ladite électrode arrière 20 3 ; - dépôt d'une encre électroluminescente 5 par sérigraphie ; - dépôt par impression numérique à jet d'encre, (d'autres modes de dépôt sont possibles) d'une seconde couche conductrice 6 qui est transparente et peut être 25 constituée de PEDOT-PSS, sur la couche électroluminescente 5, - dépôt par jet d'encre d'une reprise de contact 7 pouvant être en argent, cette encre présentant des propriétés de conductivités meilleures que l'encre conductrice 30 transparente. L'encre ne peut être appliquée en vis-à- vis du motif en raison de son opacité, mais elle peut être appliquée sous forme de grille si en vis-à-vis du motif. EXEMPLE 2 (selon l'invention) illustré sur la figure 2 : Biface « pleine plaque » - mode : 1 - allumage homogène, ON/OFF On élabore un empilement de mode 1 de couches de natures différentes, de façon similaire au premier mode de réalisation du procédé de l'invention, tel que décrit dans l'exemple 1, dans lequel la couche conductrice 3 imprimée par jet d'encre est une couche d'un conducteur pouvant être de l'ITO, ou encore une encre conductrice transparente. Cet exemple illustre une des substitutions possibles à la couche conductrice 3, constituant l'électrode arrière 3. L'utilisation de conducteur pleine plaque, par exemple d'un substrat rendu conducteur de façon homogène et continue sur l'ensemble de sa surface ne permet pas de réaliser en l'état des motifs à façon. Seule l'impression numérique d'un conducteur sur le substrat rend possible la réalisation à façon de motifs dans ce type d'empilement. Ce type de substitution peut aussi être fait par l'utilisation de film polyester rendu conducteur par une couche d'aluminium sur une de ses faces. Ce sont alors les couches 2 et 3, respectivement substrat et électrode arrière qui sont alors substituées par ce type de produit. EXEMPLE 2 bis (selon l'invention) illustré sur la figure 2bis : Biface « pleine plaque » - empilement 2 - allumage homogène, ON/OFF On élabore un empilement de mode 2, aussi appelé mode inverse de couches de nature différente, suivant le procédé de l'invention, similaire à l'exemple 2 mais en inversant les couches 4 et 5, respectivement diélectrique et encre électroluminescente. EXEMPLE 3 (selon l'invention) illustré sur la figure 3 : « biface à façon » - mode 1 - allumage variable pleine plaque On élabore un empilement indifféremment de mode 1 ou 2 de couches de natures différentes, suivant l'un des deux modes de réalisation du procédé de l'invention décrits aux exemples 1 ou 2. Cet empilement a pour objectif de pallier la perte de personnalisation du motif par utilisation d'un substrat conducteur pleine plaque. Il reprend l'empilement de l'exemple 2. C'est grâce à la maitrise de l'épaisseur de diélectrique 4 que le motif de différentes intensités lumineuses pourra être obtenu. Cette épaisseur est maitrisée par : - le nombre de passages successifs d'impression numérique (plus le diélectrique est fin plus le motif est lumineux, et inversement), - ainsi que le taux d'encre dans le fluide projeté lors de chaque passage ; EXEMPLE 4 (selon l'invention) illustré sur la figure 4 : « mono ou biface à façon sectorisé » - mode 1 - allumage variable et sectorisé On élabore un empilement indifféremment de mode 1 ou 2 de couches de natures différentes, suivant l'un des deux modes de réalisation du procédé de l'invention décrits aux exemples 1 ou 2. Cet empilement a pour objectif de pallier la perte de personnalisation du motif par utilisation d'un substrat conducteur pleine plaque. A cette empilement, on convertit la couche conductrice 3 pleine plaque de l'électrode arrière 3 par une impression à jet d'encre de cette couche conductrice. Cela permet de sectoriser les zones du support susceptibles d'être allumées. C'est ensuite, selon l'impression de la couche diélectrique 4 de l'exemple 4 de l'invention, que ces zones éclairables seront alors modulées en intensité. Cela permet de ne pas avoir à effectuer un trop grand 5 nombre de passages successifs en vu d'éteindre une zone par le seul effet de l'accumulation de couches diélectriques. De plus, cela permet d'améliorer la résolution des zones éclairées lorsqu'elles coïncident avec un bord de secteur rendu éclairable par l'impression sectorisée. Cela 10 permet, entre autres de déterminer des zones libres de tout aspect fonctionnel en vue de l'impression des interconnections entre plusieurs motifs. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un dispositif électroluminescent (1), comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d'un support conducteur, pouvant être : soit un substrat non conducteur (2) présentant au moins deux faces opposées (20, 21), dont l'une (21) est revêtue d'au moins une couche d'un premier matériau conducteur (3), ou - soit un substrat de premier matériau conducteur (3) ; b) le dépôt d'une ou plusieurs couches de matériau diélectrique (4) ; c) le dépôt d'une encre active comportant au moins une substance luminophore pour former une couche électroluminescente (5) ; l'étape c) pouvant être réalisée entre les étapes a) et b), soit après l'étape b) ; d) le dépôt d'au moins une couche d'un deuxième matériau conducteur (6) ; e) le dépôt d'une reprise de contact (7) au-dessus de la couche de deuxième matériau conducteur (6) ; ledit procédé étant caractérisé en ce que le dépôt de la couche d'au moins une couche d'un premier matériau conducteur (3), et/ou le dépôt de la ou des couche(s) de matériau(x) diélectrique(s) (4), et/ou le dépôt de la couche électroluminescente (5) sont réalisées par un procédé d'impression numérique à jet d'encre, de sorte à définir un motif prédéfini pouvant être réalisé à façon. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel : - on utilise un support conducteur comprenant un substrat non conducteur (2) muni sur l'une de ses faces (21) d'une couche conductrice (3), sur laquelle- on applique par impression numérique à jet d'encre soit ladite couche diélectrique (4) en ajustant son épaisseur suivant un motif prédéfini, soit ladite couche électroluminescente (5). 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel on applique, suivant un motif prédéfini, sur l'une des faces opposées (20, 21) du substrat non conducteur (2), une encre conductrice pour former une couche d'un premier matériau conducteur (3) possédant des propriétés physico-chimiques particulières : une viscosité comprise entre 1 et 60 mPa/s, à la température de travail ; et une tension superficielle comprise entre 18 à 46 mN/m ; après ce dépôt, on procède à un traitement thermique à une température comprise entre 50 et 300°C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'encre conductrice comprend au moins un polymère conducteur, ou au moins des nanoparticules 20 métalliques soit d'aluminium, soit de cuivre, soit d'étain, soit d'argent. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'encre active comprend au moins un matériau 25 électroluminescent choisi parmi le sulfure de Zinc dopé, les semiconducteurs inorganiques de type III-V ou les semiconducteurs organiques. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes 1 à 5, dans lequel les couches de premier (3) et/ou de deuxième (6) matériaux conducteurs sont transparentes. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la couche de deuxième matériau conducteur (6) est appliquée par impression numérique à jet d'encre. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la reprise de contact (7) est appliquée par impression numérique à jet d'encre. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les couches de matériaux conducteurs (3,6), et/ou de diélectrique (4), et/ou de couche électroluminescente (5), et/ou la reprise de contact (7), sont appliquées par impression à jet d'encre de type goutte à la demande. 10. Dispositif électroluminescent (1) susceptible d'être obtenu selon le procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Dispositif électroluminescent (1) selon la revendication 10, dans lequel le dispositif électroluminescent peut comprendre un matériau stratifié (substrat non conducteur)/métal ou (substrat non conducteur)/métal/(substrat non conducteur) se substituant aux deux ou trois couches inférieures qui composent l'empilement : substrat non conducteur (2) première couche conductrice (3) diélectrique (4). 12. Dispositif électroluminescent (1) selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, dans lequel le substrat non conducteur (2) est en carton, en papier, à base de polymère, ou à base de matériaux inorganiques comme le verre ou le métal. 13. Dispositif électroluminescent (1) selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel le dispositif est souple. 14. Dispositif électroluminescent (1), selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, pouvant être appliqué sous forme souple ou rigide à des produits de type poussette, packaging (emballage, flaconnage, bouchon), article de sport, puériculture, bagagerie, décoration intérieur, publicité sur lieu de vente, afficheur, rétroéclairage, sécurité, signalétique, électronique, jouet, mobilier, parasol, textiles, cycle, automobile, luxe. 15. Dispositif électroluminescent (1) selon l'une 15 quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce qu'il est associé à un dispositif photovoltaïque, l'association étant gérée par une carte électronique et une batterie. 16. Dispositif électroluminescent (1), selon l'une 20 quelconque des revendications de 10 à 15, présentant un électroluminescent dont l'état actif permet d'être perçu à travers un filtre capable de camoufler sa structure en l'état éteint. 25 17. Dispositif électroluminescent (1), selon l'une quelconque des revendications de 10 à 16, présentant un électroluminescent dont l'état actif est apte à être perçu à travers un filtre capable de modifier les propriétés d'émission afin de créer des couleurs et/ou des images. 30 18. Dispositif électroluminescent (1), selon l'une quelconque des revendications 10 à 17, dans lequel le filtre est réalisé par impression numérique à jet d'encre. 19. Dispositif électroluminescent (1), selon l'une quelconque des revendications 10 à 18, dans lequel les zones éclairantes peuvent être discrètes et pilotable indépendamment.5