Hommage à l'inventeur qui a mis en lumière les semi-conducteurs organiques : Karl Leo finaliste du Prix de l'inventeur européen 2021

• Le scientifique allemand Karl Leo est nommé finaliste du Prix de l'Office européen des brevets (OEB) pour l'ensemble de ses travaux dans le domaine des semi-conducteurs organiques
• La méthode pionnière de Karl Leo consiste à renforcer les semi-conducteurs organiques avec des substances productrices d'électrons. Elle a donné naissance à une nouvelle génération de diodes électroluminescentes organiques (OLED) très efficaces, rentables et sans silicium
• Ses inventions ont transformé l'industrie électronique et ouvrent la voie à une nouvelle génération de technologies solaires

Munich, le 4 mai 2021 - L'Office européen des brevets (OEB) annonce que le scientifique, professeur et entrepreneur allemand Karl Leo est nommé finaliste du Prix de l'inventeur européen 2021 dans la catégorie « Œuvre d'une vie ». Les travaux pionniers de Karl Leo sur les semi-conducteurs organiques ont conduit au développement de la technologie très efficace d'affichage à diodes électroluminescentes organiques (OLED). Tout l'impact des innovations de Karl Leo est perceptible dans l'ensemble de l'industrie électronique : la technique d'affichage OLED permet d'améliorer la luminosité des images, la résolution des couleurs et l'efficacité énergétique dans les derniers modèles de smartphones et autres appareils électroniques que nous utilisons tous les jours.

Karl Leo, physicien de renommée internationale, est également un entrepreneur qui, durant sa carrière, a cofondé de nombreuses start-ups en Allemagne, dans la « Silicon Saxony », la région « tech ». De ses recherches sont nées des entreprises d'électronique et de photovoltaïque qui ont connu un réel succès. Ses réalisations dans le domaine des semi-conducteurs organiques lui ont même valu le surnom d'Organik Papst, le « pape de l'organique ».

« Tout au long de sa carrière prolifique, l'ingéniosité et le sens des affaires de Karl Leo l'ont poussé à développer une technologie puissante qui, aujourd'hui, est utilisée par des millions de personnes dans le monde », a déclaré le Président de l'OEB, António Campinos, lors de l'annonce de sa nomination au Prix de l'inventeur européen 2021. « Son utilisation efficace des droits de propriété intellectuelle a permis à Karl Leo de créer des entreprises et de commercialiser des inventions dans de multiples secteurs. »

Les lauréats de l'édition 2021 du Prix de l'inventeur européen décerné chaque année par l'OEB seront annoncés le 17 juin prochain lors d'une cérémonie qui débutera à 19h00 CEST et repensée cette année en un événement virtuel d'envergure mondiale. 

L'étincelle organique

En tant que chercheur de premier plan, le travail de Leo découle d'une curiosité originelle qui s'appuie néanmoins sur des applications pratiques. Cette passion a débuté dès son plus jeune âge où le goût de Karl Leo pour la réparation de l'électronique lui a valu le surnom de « technicien » parmi les membres de sa famille. Sa fascination précoce pour l'électronique domestique a ensuite éveillé son intérêt pour les semi-conducteurs, qui sont devenus le sujet de sa thèse de premier cycle sur les cellules solaires à l'Institut Fraunhofer pour les Systèmes d'Energie Solaire (ISE de Freiburg) en 1985. Sa première exploration des semi-conducteurs l'a incité à réfléchir à la manière dont les dispositifs électroniques pourraient être améliorés grâce aux propriétés uniques des semi-conducteurs, telles que la capacité des diodes à faire passer le courant plus facilement dans une direction.

Le doctorat de Karl Leo et le début de sa carrière post-universitaire se sont concentrés sur les semi-conducteurs inorganiques, c'est-à-dire les semi-conducteurs composés de matériaux non carbonés tels que le silicium ou l'arséniure de gallium. Karl Leo a finalement consolidé son apport dans le domaine des semi-conducteurs organiques lorsqu'il a accepté un poste de professeur titulaire en opto-électronique à la Technische Universität Dresden (TU Dresden). À l'époque, ses collègues effectuaient des recherches sur les semi-conducteurs organiques (composés de matériaux à base de carbone) en tant qu'alternative émergente aux composants inorganiques plus coûteux des appareils électroniques. Bien que les semi-conducteurs organiques soient abordables, flexibles et recyclables, ils étaient encore considérés comme peu pratiques, en raison de leur faible conductivité électrique et de leur courte durée de vie.

Kar Leo a observé que peu de personnes avaient envisagé le « dopage » des semi-conducteurs organiques, c'est-à-dire l'ajout d'infimes quantités de substances qui produisent des électrons en mouvement libre pour augmenter la conductivité d'un matériau. Le dopage était déjà une technique courante pour augmenter la conductivité des semi-conducteurs inorganiques, par exemple en ajoutant des traces de bore, d'arsenic, de phosphore ou de gallium aux tranches de silicium. Karl Leo et son groupe de recherche ont cherché à savoir si cette technique pouvait également s'appliquer aux semi-conducteurs organiques. Ils ont pris des matériaux semi-conducteurs organiques de base, tels que des composés contenant de la phtalocyanine de lithium (utilisée pour la couleur bleue des panneaux d'autoroute allemands) et ont ajouté de petites molécules organiques ayant des propriétés de retrait d'électrons, comme la bathophénanthroline. En utilisant un processus d'évaporation sous vide, les chercheurs ont ensuite chauffé les matériaux de base (sous forme de poudre) jusqu'à ce qu'ils s'évaporent, ce qui a donné lieu à des films semi-conducteurs condensés.

La percée a eu lieu en 1998, lorsque les doctorants très talentueux de son équipe, Martin Pfeiffer et Jan Blochwitz, ont réussi à créer une LED à semi-conducteurs organiques ne nécessitant qu'un cinquième de la tension auparavant nécessaire. Les semi-conducteurs organiques de Karl Leo étaient plus durables que les semi-conducteurs inorganiques en raison de leur haute efficacité, de leur longue durée de vie, de leur processus de production à faible consommation d'énergie et de leur potentiel de recyclage. Motivée par ces premiers résultats, l'équipe de Karl Leo a travaillé à améliorer encore le processus. « Nous avons découvert qu'il était possible d'augmenter la conductivité des semi-conducteurs organiques d'un facteur d'un million ou plus, dans certains cas. Nous avons également réalisé que ce procédé pouvait être utilisé pour des dispositifs, des diodes électroluminescentes organiques, des cellules solaires, des transistors et bien d'autres choses encore », explique Karl Leo.

Commercialiser la recherche fondamentale

Le travail de Karl Leo a toujours été alimenté par une passion pour la recherche et une curiosité innée. Ses succès ont également reposé sur son esprit d'entreprenariat. Au cours de sa carrière, Karl Leo a cofondé de nombreuses start-ups dans la région tech, la « Silicon Saxony » en Allemagne. Il reconnaît la valeur de la protection de la propriété intellectuelle dans ce processus, notant qu' « aucun investisseur n'investira dans une entreprise technologique sans une base solide de propriété intellectuelle ».

En 2001, par exemple, Karl Leo a cofondé la start-up allemande Novaled AG® pour commercialiser les technologies et les matériaux OLED. Le scientifique entrepreneur a été nommé dans une demande de brevet déposée par Novaled pour une OLED transparente, thermiquement stable et facile à produire avec une efficacité énergétique inégalée, et le brevet européen a été accordé en 2006. Ce brevet européen a défini les bases de la technologie PIN OLED® de Novaled, qui a été introduite dans les écrans plats et les éclairages OLED deux fois supérieure à celle de tout concurrent sur le marché. Les PIN OLED de Karl Leo ont fini par attirer Samsung, qui a racheté Novaled en 2013 pour 260 millions d'euros.

En 2004, Karl Leo, son équipe de chercheurs et l'université d'Ulm ont commencé à adapter les semi-conducteurs aux cellules solaires organiques, dans l'espoir d'obtenir un succès similaire dans ce domaine. En 2006, ils ont déposé une demande de brevet au nom de Heliatek GmbH®. Karl Leo est cofondateur de cette société technologique qui a créé le premier film solaire organique de qualité industrielle, ultraléger, durable et flexible, pouvant être monté sur des bâtiments qui ne peuvent pas, physiquement ou légalement, porter des modules solaires conventionnels.

Les transistors de champ à semi-conducteurs organiques que Karl Leo espère commercialiser prochainement pourraient avoir de nombreuses applications pratiques pour les circuits électroniques dans les domaines des écrans, de l'énergie solaire et même de la bioélectronique. En tant que professeur et cofondateur d'entreprise, cet homme de 60 ans n'a jamais cessé de chercher à faire progresser le domaine des semi-conducteurs organiques. « Je vois des perspectives au-delà de ce qui a été réalisé aujourd'hui », explique-t-il.

Notes aux rédactions

A propos de l'inventeur
Le professeur Karl Leo est né à Fribourg-en-Brisgau, en Allemagne, le 10 juillet 1960. Après des études de physique à Fribourg, il a obtenu un doctorat à l'université de Stuttgart et à l'Institut Max-Planck de recherche sur les semi-conducteurs. Après un début de carrière post-universitaire axé sur les semi-conducteurs inorganiques aux AT&T Bell Laboratories aux États-Unis, puis en Allemagne à l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle, il a accepté un poste de professeur titulaire en optoélectronique à la Technische Universität Dresden (TU Dresden) en 1993. Ses recherches sur l'amélioration de la conductivité des semi-conducteurs organiques ont conduit à la commercialisation de composants tels que les diodes électroluminescentes organiques (OLED) et à l'acquisition de Novaled par Samsung, société spécialisée dans les technologies OLED. Il vit avec sa femme et ses deux enfants à Dresde, où il est président et professeur d'optoélectronique à la TU Dresden et directeur du centre interdisciplinaire intégré de Dresde pour la physique appliquée et les matériaux photoniques (IAPP). Il est cité dans 22 brevets européens délivrés et est le cofondateur de plusieurs entreprises.

Karl Leo est cité dans 22 brevets européens accordés, dont les brevets EP1488468, EP1861886 et EP2658006 qui constituent la base de sa nomination pour le Prix de l'inventeur européen.

• Retrouvez la vidéo et les visuels sur Karl Leo ici.

A propos du Prix de l'inventeur européen
Le Prix de l'inventeur européen est l'une des compétitions européennes les plus prestigieuses de sa catégorie. Lancé par l'OEB en 2006, ce prix annuel récompense, individuellement ou en équipe, les inventeurs dont les innovations ont apporté des réponses aux grands défis de notre temps. Les finalistes et les lauréats sont sélectionnés par un jury indépendant constitué d'autorités internationales issues du monde universitaire, des affaires, de la politique, des sciences et de la recherche. Il examine les innovations à l'aune de leur contribution au progrès technologique, au développement social, à la croissance économique et à la création d'emplois en Europe. Le Prix est décerné dans cinq catégories (Industrie, Recherche, Petites et moyennes entreprises, Pays non membres de l'OEB et Œuvre d'une vie). Par ailleurs, les internautes choisissent le gagnant du Prix du public parmi les 15 finalistes en votant en ligne sur popular-prize.epo.org

A propos de l'Office européen des brevets
Avec près de 6 400 agents, l'Office européen des brevets (OEB) est l'une des plus grandes institutions publiques européennes. Son siège est à Munich et il dispose de bureaux à Berlin, Bruxelles, La Haye et Vienne. L'OEB a été créé dans l'objectif de renforcer la coopération sur les brevets en Europe. Grâce à sa procédure centralisée de délivrance de brevets, les inventeurs peuvent obtenir une protection par brevet de haute qualité dans non moins de 44 pays, couvrant un marché de quelque 700 millions de personnes. L'OEB fait aussi autorité au niveau mondial en matière d'information brevets et de recherche de brevets.

Contacts à l'Office européen des brevets

Luis Berenguer Giménez
Directeur principal Communication, Porte-parole
Tel.: +49 89 2399 1203