In zahlreichen Alltagsprodukten steckt organische und gedruckte Elektronik
Auf der „Large-area Organic and Printed Electronics Convention“, kurz LOPE-C, in München zeigte sich das hohe Marktpotenzial der Technologie gedruckter elektronischer Schaltungen. Sichtbarstes Beispiel: die Oled-Bildschirme moderner Smartphones.
Vergleich zwischen herkömmlichen Leuchtmitteln und organischen Leuchtdioden (OLED). Organische Leuchtdioden sind kontrast- und farbreiche Flächenstrahler.
Foto: RWTH Aachen
„Die organische und gedruckte Elektronik hält Einzug in zahlreiche Produkte des täglichen Lebens, oftmals unbemerkt vom Anwender“, umreißt Wolfgang Mildner, Konferenzleiter der LOPE-C und Geschäftsführer der PolyIC GmbH, den Stand der neuen Technologie. Sie ist auf dem Wege, der Mikroelektronik neue und eher exotische Anwendungsfelder zu erschließen: In Autos, so Mildner, fänden sich schon heute gedruckte Antennen, Airbag-Sensoren, Rückfahr-Displays, Scheiben-Defroster und anderes mehr. Die nächsten Schritte sind dann Touch-Sensoren und Displays mit organischen Leuchtdioden (Oleds).
Aufgeklebte Oled-Folien für Autobauer nicht mehr interessant
Stephan Berlitz, Leiter der Lichtfunktionen/Innovationen bei Audi, entwickelt die gleichen Visionen: „Wir sind immer auf der Suche nach neuen Lösungen. Als erste Oled-Komponenten könnten sich Rückfahrscheinwerfer etablieren.“ Schon heute sind große Freiformscheinwerfer mit konventionellen LEDs en vogue, deren Oberfläche dreidimensional in die Karosserieform eingepasst ist. „In Zukunft“, so Berlitz, „werden Scheinwerfer und Kotflügel ineinander übergehen und nicht mehr als separate Anbauteile definierbar sein.“
Die aufgeklebten Oled-Folien allerdings, anfangs wegen ihres flexiblen Aufbaus aus extrem dünnen funktionalen Schichten propagiert, sind für die Autobauer nicht mehr interessant: Sie sind von den Premium-Kunden nicht gefragt.
Vom Konzept der „Killer-Applikation“ als Treiber der Massenanwendung hat sich die Industrie verabschiedet, sagt Stephan Kirchmeyer von Heraeus Precious Metals, zugleich Vorsitzender der OE-A (Organic and Printed Electronics Association). „Die organische und gedruckte Elektronik entwickelt sich mit stabilem Wachstum.“ Die Facetten der Technologie seien zu unterschiedlich, als dass sie von einer Anwendung getrieben werden könnten. „Wir sehen ein systematisches Vorgehen durch die Nutzung bereits bekannter Komponenten zur heterogenen Integration.“ Heterogene Systemintegration meint dabei die pragmatische Einbindung auch anorganischer Materialien, wie silberbasierter Tinten und Druckfarben, in die neuen, auf leitenden und halbleitenden organischen Schichten, meist Polymeren, basierenden Schaltungen.
Das Potenzial der organischen Elektronik ist, wie die fünfte Ausgabe der OE-A-Roadmap hervorhebt, enorm. Gegenwärtig erreicht sie ein Jahresvolumen von weltweit 9 Mrd. $, vor allem mit Oled-Bildschirmen für Smartphones. Bis 2025 sollen daraus – mit anderen entstehenden Anwendungsfeldern – knapp 200 Mrd. $ werden. Das ist die Größenordnung der heutigen Märkte für Siliziumchips.
Zeit einkalkuliert
Dass dieser Werdegang seine Zeit braucht, zeigt die siegessichere Gelassenheit, mit der die OE-A-Roadmap die Herausforderungen offen aufzählt – vor allem im Hinblick auf die Komplexität und den Datenumfang künftiger Logiksysteme. Da erwarten die Schaltungsentwickler substanzielle Fortschritte der Trägermobilität organischer Materialien, um mit den schnellen Halbleitern mitzuhalten. Auch wenn die ersten Anwendungsfelder mit leichtem Gewicht, Flexibilität, Einweggebrauch oder einfachem Recycling punkten.
Größter Hemmschuh der Oled-Displays und der organischen Photovoltaik ist deren Einkapselung gegen atmosphärischen Wasserdampf. Erst das kann ihre Lebensdauer auf 15 Jahre strecken. Daran wird weltweit intensiv geforscht und entwickelt: etwa bei der Fraunhofer Polymer Surfaces Alliance (Polo) oder beim japanischen National Institute of Advanced Industrial Sciences (AIST) – mit transparenten Schutzfolien. Sie sollen die starren Deckgläser der E-Reader und Tablets durch dünne Schichten aus molekular vernetztem amorphen Siliziumdioxid ersetzen.
An Beispielen für den breiten Fortschritt fehlte es auf der LOPE-C 2013 nicht. Plastic Logic und die französische Firma Isorg zeigten einen 4 x 4 cm2 großen Bildsensor mit 8930 Pixeln auf einem Plastiksubstrat. Das schwedische Forschungsinstitut Acreo war mit einem integrierten Glukose-Sensor mit Display und gedruckter Batterie präsent. Das finnische Unternehmen Thinfilm druckt signaturgesicherte ID-Label mit Speicher. Der Luxemburger Hersteller IEE entwickelt einen Autosensor für die Sitzbelegung zur Airbag-Auslösung.
Auch die Skalierung der Fertigung wird sichtbar. Bosch Rexrodt stellte eine Steuerfunktion zum Massendruck von der Rolle vor, die hohe Genauigkeit bei kleinsten Strukturdimensionen garantiert. Die MES-Lösung (Manufacturing Execution System) von 3D-Micromac zielt in die gleiche Richtung. Und eine kooperativ gestaltete Demo-Linie unter Federführung des Anlagenherstellers Coatema brillierte mit dem Druck eines scheckkartengroßen Batterietesters mit Anzeige und Batterie.
Ein Beitrag von:
