Gedruckte Elektronik
Henne-Ei-Problem
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Breit gestreute Anwendungsmöglichkeiten
Die Zielbranchen der gedruckten Elektronik sind vielfältig. So finden flexible OLED-Folien für die blendfreie Beleuchtung immer weitere Verbreitung, produziert z.B. von LG oder CDT Cambridge Display Technology. Das letztere Unternehmen bietet für Spezialanwendungen auch Ausführungen für nahes Infrarot (800–850 nm). Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) in Dresden zeigte Demonstratoren in Form von „Insekten“. Auch ins Auto werden solche Leuchtfolien einziehen: Bei Audi stehen sie kurz vor der Serieneinführung als Rücklicht, ein flächiger Strahler statt eines Punktstrahlers, flexibel an die Form der Heckpartie anpassbar. Wenn die Lichtintensität weiter steigt, dann können sie auch als Blink- und Bremsleuchten dienen. Nur in den Frontscheinwerfern werden die anorganischen LEDs bleiben.
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Auffällig wirken Textilien mit leuchtenden OLED-Flächen, etwa für Feuerwehrleute, die im Dunkeln weithin erkennbar sein sollen, oder einfach als dekorativer Modeartikel. Flexible OLED-Displays bietet z.B. CDT, mit RGBW-Ansteuerung, Helligkeit 400 cd/m², Betrieb mit 7 V, Lebensdauer über drei Jahre, 1000-mal biegbar mit 10 mm Radius. Ähnliches hat auch LG. Nicht zuletzt bieten sich für den Spieltrieb des Menschen ungeahnte Möglichkeiten durch interaktive Spiele, für die sich flexible OLED-Displays sehr gut eignen. Sogar auf einem T-Shirt gibt es so etwas schon (Bild 3).
Nicht nur Lichtemitter, auch Lichtempfänger entwickeln sich schnell weiter. Bei organischen Photodetektoren stellt CDT zwei Bauweisen vor: entweder mit Lichteinfall von unten durch das Substrat oder invertiert mit Lichteinfall von oben durch eine transparente Elektrode. Isorg zeigt großflächige Bildsensoren bis 86 × 86 mm² mit 1024 × 1024 Pixeln. Organische Solarzellen bieten ein unerreichtes Verhältnis von Stromerzeugung zu Gewicht; sie kommen mittlerweile von vielen Herstellern, zum Teil mit sehr kreativen Designs (Bild 1).
Schnelles Wachstum verzeichnen Wearables, am Körper getragene kleine Geräte, die physiologische Daten aufnehmen. Bei kranken Menschen überwachen sie Körperfunktionen wie Puls, Blutdruck oder EKG, wie z.B. am belgisch-niederländischen Forschungszentrum Holst Centre entwickelt, bei Sportlern registrieren sie als Fitnesstracker Trainingszeit und erbrachte Leistung.
Arbeiteten solche Geräte bisher rein mit Silizium-Elektronik, so verwenden neu auf den Markt kommende Geräte zunehmend auch gedruckte Elemente, vor allem für Sensoren und Displays. Beispielsweise das „Wove“-Armband vom Hersteller Polyera (Bild 4) mit flexiblem TFT-Display. Es kann u.a. Körperfunktionen anzeigen sowie aus dem Internet bezogene Informationen darstellen. Die Sensoren und das Display sind gedruckt, die Prozessoren sind nach wie vor aus Silizium. Solche hybriden Bauweisen sind häufig die Zwischenstufe, wo eine rein gedruckte Elektronik noch nicht machbar ist. Groß eingestiegen in Elektronik ist Adidas mit gedruckter Elektronik in Sportartikeln, Sportkleidung, T-Shirts und Schuhen. Im Auto dient eine gedruckte Sensormatrix zur Kraftaufnahme am Sitz, um festzustellen, ob und wie schwer dieser belegt ist. Das Unternehmen TempTraq bietet ein Funk-Thermometer in Pflasterform an, das die Körpertemperatur von Kleinkindern überwacht und bei Auffälligkeit ein Alarmsignal an das Smartphone der Eltern sendet.
Sensoren in der Verpackung
Ein sehr großer potenzieller Markt liegt im Bereich intelligenter Verpackungen. Die Funktionselemente sind direkt auf Papier oder Plastik druckbar. Möglich werden damit RFID-Funktionen zur Warenidentifikation oder Überwachung der Kühlkette bei Lebensmitteln oder Medikamenten mittels Aufnahme einer Temperaturkurve (PakSense). Eine echte Qualitätsüberprüfung ist hier sehr viel besser als das derzeitige feste Haltbarkeitsdatum, das aus Sicherheitsgründen oft allzu knapp gewählt wird, mit der Folge, dass Unmengen von noch guten Lebensmitteln weggeworfen werden. Immer wichtiger wird eine Echtheitskontrolle bei teuren Markenartikeln, z.B. erlesenen Weinen. Dazu hat das norwegische Unternehmen Thin Film Electronics ASA gedruckte Funketiketten entwickelt, die mittels NFC Informationen an ein davor gehaltenes Smartphone übertragen. Auch das Öffnen der Flasche wird erkannt. Dabei reißen haardünne Drähte. Unbemerktes Wiederverschließen ist nicht zu schaffen.
Ein weiteres Feld ist Energy Harvesting: Gedruckte Thermogeneratoren können sehr viel kostengünstiger werden als die derzeitigen aus kristallinem Wismut-Tellurid. Auf diesem Gebiet arbeiten z.B. das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) und die aus dem KIT ausgegründete Firma Otego. Nach gedruckten Primärzellen kommen jetzt auch Akkus, zunächst NiMH von Varta Microbattery. Die hier aufgezählten Beispiele sind bei Weitem nicht alles, was diese Branche noch vorhat. Die neuen Ideen überschlagen sich. Jetzt wird es spannend, wann sie die erhofften Großstückzahlen erreichen.
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