Les substrats plastiques flexibles de type PEN

Pour certaines applications, les substrats plastiques, tout en étant flexibles, doivent

offrir des propriétés analogues à celle du verre. Par conséquent ils doivent avoir, une

clarté élevée, une surface lisse, une excellente stabilité dimensionnelle et thermique, un

faible coefficient de dilatation thermique (CTE) et une excellente propriété de barrière

à l’humidité et à l’oxygène.

Les films polyester (par exemple, le PET et le PEN) sont des substrats connus

pour une large gamme d’applications électroniques flexibles [36]. De nouveaux

déve-loppements dans les substrats de films de polyester contribueraient à la réussite du

développement des substrats en plastique pour une utilisation dans les applications

à l’électronique flexible. Dans cette section, nous discuterons des caractéristiques des

films de PEN car ils sont plus largement utilisés dans le développement de

l’électro-nique flexible. Ces substrats à base de PEN offrent une combinaison ul’électro-nique d’une

excellente stabilité dimensionnelle, une faible absorption d’humidité, une bonne

résis-tance aux solvants, une transparence optique élevée et une très bonne surface lisse et

bien régulière. Cette combinaison de caractéristiques fait du PEN un substrat

promet-teur (parmi les substrats en plastique disponibles) pour le vide subséquent et d’autres

procédés de revêtement en perspective d’une utilisation potentielle dans la fabrication

du dispositif électronique flexible.

1.1.5.1 Propriétés optiques

Les meilleures propriétés optiques sont obtenues avec des films de Teonex® Q65 par

le contrôle strict de la recette de polymère [36,47]. Typiquement, le Teonex® Q65 a

une transmission lumineuse totale (TLT) de 87% dans la gamme 400-700 nm couplé

avec une haze de moins de 0,7%. Le substrat est optiquement transparent et incolore,

et peut donc être utilisé pour les dispositifs transmissifs ou réfléchissants.

1.1.5.2 Qualité de surface

La rugosité et la propreté de la surface sont essentielles pour empêcher des piqûres

d’épingle dans les revêtements de barrière et pour s’assurer que les défauts du

sub-strat n’affectent pas de manière nuisible le rendement de l’appareil. Le PEN industriel

non traité a typiquement une surface rugueuse avec une grande concentration

(in-acceptable) des pics allant jusqu’à 0,1 µm en haut. Par le contrôle de la recette et

l’optimisation des processus de film, DTF (Dupont Teijin Films) permet d’obtenir une

surface plus lisse sans pics supérieurs à 0.1 µm en haut, mais seulement une petite

concentration de pics de 0,05 µm dans Teonex® Q65. Ces défauts de surface sont

tou-jours préjudiciables aux performances des couches minces déposées sur le dessus et sont

ensuite éliminées par l’application d’une couche de revêtement, généralement

consti-tuée d’un matériau résistant aux rayures. Cette couche de revêtement sert à aplanir

tous les défauts de la surface sous-jacents de PEN et contribue en outre à prévenir les

rayures de surface au cours des opérations de manipulation des substrats subséquents.

1.1.5.3 La stabilité dimensionnelle

Les films plastiques subissent un changement variable et indésirable de dimensions

à la température de transition vitreuse T

, dû aux deux événements de relaxation

mo-léculaires associés à la mobilité accrue des chaînes polymériques et le rétrécissement ou

l’expansion associées à la relaxation des contraintes résiduelles à l’intérieur des parties

orientées de la structure du film. Ceci est un artefact des conditions de fabrication

du film [48]. La stabilité dimensionnelle de PEN Teonex® Q65 produite par étirage

biaxial est améliorée par un procédé de stabilisation thermique lorsque la contrainte

interne dans le film est détendue par l’exposition à une température élevée tandis

que sous tension de la ligne minimale, le rétrécissement à une température donnée

est mesuré en plaçant l’échantillon dans un four chauffé pendant une période donnée.

Le pourcentage de rétrécissement est calculé comme le changement de pourcentage

de la dimension du film d’une direction donnée avant et après le chauffage. Les films

thermostables montrent le rétrécissement de l’ordre de < 0.1% et en général de <

0.05% lorsqu’ils sont exposés à des températures allant jusqu’à 180 °C pendant 5 min.

Une fois Teonex® Q65 est stabilisé thermiquement, il reste un substrat

dimension-nellement reproductible jusqu’à 200°C. Sa résistance thermique améliorée fournit un

substrat dimensionnellement reproductible sur cette gamme de température et permet

une utilisation continue à une température d’environ de 180°C.

1.1.5.4 Résistance aux solvants et à l’humidité

La marque Teonex® Q65 a une excellente résistance à la plupart des acides et des

solvants organiques. Tandis que le substrat de PEN ne réagit pas avec l’humidité, il

a un faible pouvoir d’absorption d’humidité résultant d’une variation dimensionnelle.

La Figure1.3 montre l’absorption d’humidité dans le substrat de PEN en fonction de

l’humidité relative (RH) et du temps [47]. A 40% d’humidité relative, la

concentra-tion en humidité à l’équilibre dans le film est environ 957 ppm, ce qui est très élevé

puisque, pour chaque 100 ppm d’humidité absorbée, le film est estimé à augmenter de

∼45 ppm. Il s’agit d’un changement dimensionnel très important et peut affecter de

manière néfaste le dispositif électronique s’il n’est pas contrôlé. L’absorption

d’humi-dité est réversible en chauffant le substrat dans le vide ou dans une atmosphère inerte.

L’absorption/désorption d’humidité incontrôlée pendant la fabrication de dispositif

peut potentiellement avoir beaucoup plus d’impact sur la stabilité dimensionnelle du

substrat que l’instabilité dimensionnelle due au rétrécissement du substrat de PEN

inhérent.

1.1.5.5 Propriétés de barrière

Les propriétés de barrière inhérentes de films de PEN sont typiquement de l’ordre de

1g/m

/jour pour le taux de perméabilité de vapeur d’eau et un équivalent à peu près

de 3mL/m

/jour pour le taux de perméabilité d’oxygène. Ceci est loin des niveaux

requis pour la protection des dispositifs par exemple les écrans OLED, qui exigent

des taux de perméabilité à la vapeur d’eau de < 10

g/m

/jour et à l’oxygène de

< 10

mL/m

/jour. Aucun substrat polymère ne répond à ces exigences et les

sub-Figure ^{1.3 – L’absorption d’humidité dans les substrats en plastique PEN [42,46].}

strats flexibles en cours de développement ont besoin d’utiliser une couche barrière

efficace pour encapsuler les dispositifs électroniques pour la protection contre

l’ingres-sion d’oxygène et d’humidité et pour améliorer la durée de vie du dispositif.

1.2 Les Oxydes Transparents Conducteurs (OTC)