Günstige OLED-Materialien auf Kupferbasis Gedruckte Elektronik für smarte Verpackungen

Bild: Messe München
Bild: Messe München

Neben gedruckten Solarzellen, Sensoren und Displays liegt das Augenmerk der gedruckten Elektronik auf interaktiven Verpackungen. Das Karlsruher Unternehmen Cynora forscht derzeit im Verbund an neuen druckbaren OLED-Materialen für solche Applikationen.

Die Verpackungsindustrie nutzt die gedruckte Elektronik, um Verpackungen auffälliger und interaktiver zu gestalten. Gedruckt wird auf Folien aus Polyester oder anderen Kunststoffen. Papier ist für Verpackungen zwar interessanter, aber auch hier wird zunächst auf Folie gedruckt, die dann mit dem Papier laminiert wird. »Noch vor ein paar Jahren wurde vor allem mit organischen Materialien gedruckt, aber mittlerweile nutzt man dafür auch anorganische Substanzen bis hin zu Metallen. Entscheidend ist, dass sich die Materialien im Druck- und Beschichtungsprozess verarbeiten lassen«, erklärt Wolfgang Mildner, Vice Chairman Europe der OE-A (Organic and Printed Electronics Association). 

An diesem Punkt setzt das BMBF-Verbundprojekt cyFLEX an, um die OLED-Materialien an effiziente Druck- und Beschichtungsverfahren anzupassen. Das Hauptaugenmerk des Verbundprojekts liegt darauf, massenmarktfähige OLED-Materialien zu entwickeln. Die neuartigen Leuchtstoffe, die auf Basis vergleichsweise herkömmlicher Materialien wie Kupfer Licht emittieren, sollen anders als sonst üblich aus der Flüssigphase auf flexible Substrate abgeschieden werden. Gut verfügbare Ausgangsstoffe wie das eben genannte Kupfer und effiziente neue Herstellungsprozesse für OLEDs sollen leuchtenden Verpackungen zur baldigen Marktreife verhelfen. Wie cyFLEX die OLED-Herstellung erleichtern soll, schildert Dr. Thomas Baumann, Geschäftsführer von Cynora: »OLEDs bestehen aus mehreren nanometerdünnen Schichten, die nach und nach in speziellen Druckprozessen auf flexible Substrate wie beispielsweise Plastikfolien aufgebracht werden. Ein Kernthema des Projekts cyFLEX wird sein, die OLED-Materialien auf geeignete Druck- und Beschichtungsverfahren überzuführen. Unser nächstes Ziel ist es dann, flüssigprozessierbare OLEDs zu entwerfen, die im Verpackungsdruck zum Einsatz kommen können.« 

Gemeinsam mit dem Spitzencluster Forum Organic Electronics ist geplant, am InnovationLab die gedruckte flexiblen OLED-Folien in einer Kleinserie herzustellen. Dazu kooperieren die Materialforscher mit dem Cluster auf dem Gebiet der gedruckten organischen Elektronik, um die Material- und Prozessentwicklung in einer Anwendung zu bündeln. Insbesondere die Schicht- und Filmbildung, die für die Leistungsfähigkeit der Bauelemente wichtig ist, können die Projektpartner mit den im Spitzencluster vorhandenen Analytiktools untersuchen. Mit der Erforschung der neuartigen und kostengünstigen Emittermaterialien und deren Druck wollen die Partner nicht nur flexible OLEDs mit guten Bauelementeigenschaften, sondern auch eine günstige Prozesstechnologie demonstrieren. Neben den niedrigen Kosten der neuartigen Kupferkomplexe bieten diese aber auch den großen Vorteil, wichtige Material-Basispatente zu umgehen, die überwiegend von amerikanischen Unternehmen gehalten werden, was wiederum den Standort Deutschland stärkt. So könnten Verpackungen mit leuchtenden und beweglichen Bildern, Logos und Texten künftig neue Impulse für das Produktmarketing liefern. »Denkbar wäre auch, dass die Lichteffekte erst dann einsetzen, wenn ein Kunde sich dem Produkt nähert, um auf dieses aufmerksam zu machen«, beschreibt Dr. Norman Mechau vom Lichttechnischen Institut des KIT. cyFLEX läuft noch bis Herbst 2015 und wird vom BMBF mit rund 560.000 Euro gefördert. 

Auch wenn die Early Adopter der OLED-Anwendungen in Asien sitzen, sieht Experte Mildner Deutschland in der Fertigung und Marktreife »auch nicht schlecht aufgestellt«. Man liefere nicht nur Technologie, sondern produziere auch, wie viele Beispiele zeigen. Noch gibt es allerdings umfassenden Forschungsbedarf, um die gedruckte Elektronik  weiterhin nach vorne zu bringen, wie Mildner an einem Beispiel erläutert: »In der gedruckten Elektronik werden typischerweise p-Halbleiter verwendet, die ein Elektronendefizit aufweisen. Man hätte aber gerne auch n-Halbleiter, also solche mit einem Elektronenüberschuss. Denn dann könnte man p- und n-Halbleiter kombinieren und so schnellere und stabilere Schaltungen realisieren. Das wäre wirklich ein Sprung in der Performance. Auch in der Siliziumtechnik gab es einen enormen Schub, als man p- und n-Halbleiter durch Dotierung herstellen konnte. Bei der gedruckten Elektronik sind wir noch nicht so weit.« 

An öffentlicher Forschungs-Unterstützung mangelt es nicht. Die Bundesregierung stellt mit ihrer Photonik-Forschung Deutschland finanzielle Mittel für die organische und gedruckte Elektronik zur Verfügung und bietet über viele Netzwerkaktivitäten interessierten Firmen die Möglichkeit, sich auszutauschen.

Mehr Informationen dazu gibt es unter www.photonikforschung.de. Einen Einblick in die Praxis bietet übrigens auch die Fachmesse LOPEC auf dem Messegelände der Messe München von 3. bis 5. März 2015.