Gedruckte Elektronik Henne-Ei-Problem

Das Spektrum Elektronik von der Grundlagenforschung bis zum Endprodukt.
Das Spektrum Elektronik von der Grundlagenforschung bis zum Endprodukt.

Die diesjährige LOPEC (Large-area, Organic & Printed Electronics Convention) war aus Sicht ihrer Veranstalter ein voller Erfolg. Und die Branchenzahlen sehen gut aus: Für dieses Jahr werden 11 Prozent Umsatzplus gegenüber 2015 erwartet, für 2017 sogar 13 Prozent.

An die 200 Vorträge von hochkarätigen Referenten aus 27 Ländern waren diesmal auf der LOPEC – einer der weltweit führenden Fachkongresse, veranstaltet von der Organic Electronic Association (OE-A) und Messe München GmbH (MMG) – zu hören, selektiert aus rund 500 Einreichungen.

Auf der begleitenden Messe waren 148 Aussteller vertreten, 10 Prozent mehr als 2015, davon über die Hälfte aus dem Ausland; 47 Aussteller waren in diesem Jahr neu dabei. In der ganzen Halle herrschte dichtes Gedränge. Die OE-A hat mittlerweile über 230 Mitglieder weltweit und repräsentiert das ganze Spektrum von der Grundlagenforschung bis zum Endprodukt.

Soweit alles positive Signale. Was aber nach wie vor fehlt, ist der wirkliche Durchbruch dieser revolutionären Technik. Immer noch ist überwiegend nur der Anfang der Wertschöpfungskette vertreten, sprich: Materiallieferanten und Anlagenhersteller; Hersteller am Ende der Kette, die konkrete Serienprodukte produzieren, treten noch spärlich auf. An neuen Ideen für potenzielle Anwendungen fehlt es dabei ganz und gar nicht. Viele Labormuster und Prototypen von potenziellen Produkten sind zu bestaunen, und in den Forschungslabors wächst noch weit mehr heran. Aber die entscheidende „Killer Application“ mit Millionen- oder gar Milliardenstückzahlen ist nicht zu sehen, auch für die nächsten Jahre noch nicht. Auf einer Podiumsdiskussion kamen führende Branchenvertreter zu dem Schluss: Wenn gedruckte Elektronik zum Erfolg kommen will, dann muss sich ihr Nutzen für den Endanwender deutlich lohnen. Die theoretisch extrem niedrigen Preise für die Produkte können erst dann Realität werden, wenn die Stückzahlen wirklich in die Höhe schnellen. Solange das unsicher ist, werden die Investoren mit dem Einstieg noch zögern. Es kommt darauf an, sich zuerst auf die Bereiche zu konzentrieren, wo gedruckte Elektronik im Vergleich zu konventioneller Elektronik bahnbrechende Vorteile bringt.

Ein wichtiger Punkt ist die Zuverlässigkeit. Die Anforderungen sind hier je nach Anwendung äußerst unterschiedlich. Im einen Fall muss das Produkt nur einmal funktionieren, dann aber hundertprozentig, anschließend kann es in den Müll wandern. Im anderen muss es jahrelang halten, so z.B. „smarte“ Textilien mit elektronischen Schaltungen oder leuchtenden Elementen. Die werden schnell mal unbedacht in die Waschmaschine gesteckt, wo sie nicht nur Wasser, Waschmitteln und hohen Temperaturen standhalten müssen, sondern auch noch harten mechanischen Beanspruchungen. Nach dem Schleudern sollen sie immer noch funktionieren, sonst wird die Begeisterung der Anwender sehr schnell verfliegen. Und für alle Arten von gedruckten elektronischen Erzeugnissen gilt: Sie dürfen keine giftigen Bestandteile enthalten, damit sie gefahrlos in den Müll geworfen werden dürfen.

Trend: flexible Substrate

Der generelle Trend geht immer mehr zu Kunststoffsubstraten, insbesondere bei OLEDs – für Displays wie für Beleuchtung, wo die bisher verwendeten Glasplatten buchstäblich zu unflexibel sind. Die Folien sind sehr dünn, leicht und mit kleinem Radius aufrollbar, einige sogar dehnbar wie Gummi. Die technische Herausforderung liegt hier darin, die aktiven Schichten hermetisch gegen die Außenwelt abzudichten, weil die organischen Halbleiter durch Wasser oder Sauerstoff zerstört werden. Ein entscheidender Vorteil bei den Folien ist die wesentlich größere Gestaltungsfreiheit. Entwickler und Designer sind nicht mehr an rechteckige Formate gebunden, sondern können ihrer Kreativität freien Lauf lassen. Folien erlauben z.B. runde Displays oder dekorative Solarzellen in Form von Blättern (Bild 1).

Außerdem sind sehr große Flächen möglich, die durchgehend in Silizium nicht machbar oder zumindest nicht bezahlbar wären. Eine ganz neu aufkommende Alternative zu Polymerfolien ist Dünnglas, nur einige 10 µm stark, vorgestellt von Schott, hochflexibel, aufrollbar und hervorragend dicht.

Eine Attraktion auf der Messe war die „Demo Line“ mitten in der Halle, konzipiert vom Fraunhofer-Institut für Elek­tronische Nanosysteme (ENAS): Die Besucher konnten beim Drucken unmittelbar darauf warten, wie ihnen mittels Siebdruck leuchtende personalisierte Namensschilder hergestellt wurden – Elektrolumineszenzschicht auf Karton, versorgt von zwei Mignon-Batterien mit Spannungswandler, Betrieb mit etwa 100 V (AC) bei 3 kHz (Bild 2).