LOPEC 2023: Gedruckte Elektronik – dünn, brillant, dehnbar

Quantenmaterialien für elektrolumineszierende QD-LED-Displays, schnelles inline-Monitoring für den Druck dünner Schichten oder dehnbare gedruckte Elektroden.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP im Potsdam Science Park zeigen vom 1. bis 2. März 2023 auf der LOPEC 2023 in München (ICM, Stand FO.16), was im Bereich gedruckter Elektronik technologisch schon möglich ist und stellen aktuelle Projekte vor. Die LOPEC ist die führende Fachmesse und der wichtigste Kongress für gedruckte Elektronik.

Tinten für brillante Displays

Sie sind ausgesprochen dünn, leuchten in äußerst brillanten Farben und können sogar auf flexible Folien gedruckt werden – elektrolumineszierende QD-LED-Displays. Das, was sie so besonders macht, sind die Tinten mit denen sie gedruckt werden: neuartige Quantenmaterialien (Quantum Dots, QD) machen es möglich, dass jedes Pixel eines Displays beim Anlegen von Strom selber Licht einer definierten Farbe aussendet. Gegenüber herkömmlichen QD-LED-Displays, bei denen die Displaypixel mit blauem Licht hinterleuchtet werden, bieten die neuen elektrolumineszierende QD-LED Displays einige Vorteile. Sie versprechen noch energiesparender, effizienter und kostengünstiger zu sein. Die Eliminierung der Hintergrundbeleuchtung macht die elektrolumineszierenden QD-LED-Displays vor allem dünner.

Im Rahmen des EU-Projekts Hi-Accuracy, entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer IAP zusammen mit 11 Partnern Materialien und Methoden zur Herstellung von hoch aufgelösten und flexiblen Displays. Am Fraunhofer IAP werden neuartige Tinten auf Basis von Quantenmaterialien und Druckprozesse für elektrolumineszierende QD-LED-Displays entwickelt, damit diese noch leistungsfähiger und effizienter werden als bisher. Das Ziel: eine Display-Auflösung von mehr als 300 ppi. Um dies zu erreichen, wird der elektrohydrodynamische Jetting-Prozess (EHDJET) weiterentwickelt, eine Methode, mit der die QD-LED-Tinten auf vier Mikrometer genau gedruckt werden können.

Schnelle Fehlersuche noch während des Druckprozesses

Insbesondere bezüglich der Optimierung von Druckprozessen, bei denen verschiedene hauchdünne Schichten mit unterschiedlichen Funktionen und Eigenschaften aufeinander gedruckt werden, spielt die Qualitätskontrolle während dieses Prozesses eine elementare Rolle. Ist die Schicht morphologisch fehlerfrei? Gibt es Unregelmäßigkeiten in der Schichtdicke? Wie ist die chemische Zusammensetzung? Diese Fragen sollen Hersteller, die neben Druckprozessen auch andere Beschichtungsverfahren wie Atomic Layer Deposition (ALD), Rolle-zu-Rolle-Beschichtung im Vakuum oder Sinterprozesse nutzen, künftig noch während des Beschichtungsprozesses oder unmittelbar danach beantworten können.

Im Rahmen des EU-Projekts NanoQI entwickelt das Forscherteam des Fraunhofer IAP zusammen mit neun Partnern aus Industrie und Wissenschaft eine sehr schnelle und hochsensible inline-Messtechnik, um die Qualität dünner Schichten zu detektieren. Dafür werden die Informationen von drei Charakterisierungsmethoden kombiniert: Röntgendiffraktometrie (XRD), röntgenreflektomerische Messungen (XRR) und hyperspektrale Bilderfassung (HSI).

Am Fraunhofer IAP wird die hyperspektrale Bilderfassung weiterentwickelt. Diese nutzt eine Hyperspektralkamera, die bei der Messung das gesamte Lichtspektrum von 400 nm bis zu 960 nm aufnimmt. Die erfassten Daten vergleicht das Team mit Röntgenmessungen und zieht so Rückschlüsse auf verschiedene Qualitätsmerkmale der Schichten. Dadurch wird eine Kalibrierung der HSI erreicht, sodass künftig auf Röntgenmessungen ganz verzichtet und nur die HSI-Technologie eingesetzt werden kann. Sie bietet einen großen Vorteil für Industriekunden, da sie einfach in bestehende Produktionsanlagen integriert werden kann und keine Maßnahmen zum Strahlenschutz erfordert.

Weitere Themen zur gedruckten Elektronik auf der LOPEC

Neben der neuesten Generation des QD-LED-Displays stellen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IAP transparente und vollständig lösungsprozessierte OLEDs sowie Sensoren, Aktoren und dehnbare Elektroden für industrielle Anwendungen vor. Sie geben Einblicke in maßgeschneiderte Materialentwicklung, Prozessoptimierung und innovative Drucktechnologien.

Weitere Informationen:

https://www.iap.fraunhofer.de/de/Forschungsbereiche/Funktionale_Polymersysteme/t… Tintenformulierung
https://www.iap.fraunhofer.de/de/Forschungsbereiche/Funktionale_Polymersysteme/S… Dehnbare Elektroden, Sensoren, Aktoren
https://www.hi-accuracy.eu/ EU-Projekt Hi-Accuracy
https://nanoqi.eu/ EU-Projet NanoQI