Funktionsfolien für gedruckte Elektronik

Gedruckte Elektronik, beispielsweise für Solarzellen, Sensoren oder Displays, wird immer beliebter im Massenmarkt. Neben neuen möglichen Funktionalitäten und Designs versprechen produktive Abscheideverfahren und die verwendeten flexiblen Materialien eine erhebliche Reduzierung für die Herstellungskosten. Ein Hindernis auf dem Weg zu einer breiten Kommerzialisierung ist bislang häufig noch die geringe Lebensdauer der Produkte. Die Hauptursache dafür liegt in der hohen Empfindlichkeit der elektronischen Funktionsmaterialien im Inneren der Geräte gegenüber Schädigungen durch Wasserdampf und Sauerstoff.

Das Fraunhofer FEP in Dresden entwickelt Vakuumverfahren, um Kunststofffolie mit sogenannten Hochbarriere- und Funktionsschichten produktiv im Rolle-zu-Rolle-Modus abzudichten. Normale Kunststofffolie lässt Wasserdampf und Sauerstoff in größeren Mengen hindurch. Die Barriereschichten verhindern die Diffusion und schützen somit die aktiven, meist organischen Materialien. Zusätzlich kann die Folie durch weitere anwendungsbezogene Funktionsschichten veredelt werden. Beispielsweise können die optischen Eigenschaften der Folie angepasst oder transparente Elektroden aufgebracht werden.
 
Im Rahmen eines Vortrages stellte Dr. John Fahlteich, Experte für Hochbarriereschichten am Fraunhofer FEP, im Juni auf der LOPE-C in München produktive Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsverfahren für Schichten mit einer extrem guten Barrierefunktion vor. Mithilfe eines Mehrlagenschichtsystems aus hybridpolymeren ORMOCER-Schichten und gesputterten Zink-Zinn-Oxid (ZTO)-Schichten wird eine Wasserdampfdurchlässigkeit von nur 8 · 10-5 g/(m2d) bei Raumtemperatur erreicht. Das entspricht in etwa dem Einsickern eines Tropfen Wassers auf der Fläche eines Fußballfeldes innerhalb eines Monats. Das innerhalb der Fraunhofer-Allianz Polymere Oberflächen (POLO) in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISC (ORMOCER-Entwicklung) und Fraunhofer IVV (ORMOCER-Applikation) entwickelte Schichtsystem ist derzeit eines der im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellten Systeme mit der niedrigsten Wasserdampfdurchlässigkeit weltweit.

Dr. Fahlteich erläutert: „Die geringe Wasserdampfpermeation ist das Eine. Besonders ist aber auch, dass wir die Schichten äußerst produktiv und kostengünstig in Rolle-zu-Rolle-Verfahren aufbringen können. Es wurden bereits im Pilotmaßstab Folien von 400 Millimetern Breite und bis zu 500 Metern Länge beschichtet. Das Verfahren lässt sich somit für die industrielle Produktion einsetzen." Neben der Anwendung für großflächige, flexible Displays, flexible Beleuchtung und flexible E-Papiere lassen sich die Barriereschichten auch für organische Transistoren und organische Solarzellen einsetzen. Ebenfalls lassen sich die beschichteten Folien mit zusätzlichen anwendungsbezogenen Funktionen erweitern. Darunter fällt zum Beispiel die Anpassung der optischen Eigenschaften an das Produkt oder das Aufbringen einer transparenten Elektrode.

Kontakt: Annett Arnold, Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
Annett.Arnold@fep.fraunhofer.de