Gastkommentar Dr. Stefan Mogck, Fraunhofer FEP

Die Verkapselung flexibler organischer Elektronik

| Redakteur: Hendrik Härter

Dr. Stefan Mogck, Fraunhofer FEP
Dr. Stefan Mogck, Fraunhofer FEP (Bild: VBM-Archiv)

OLEDs sind heute bereits technologisch auf dem Stand, um sie großflächig auf flexiblen Substraten aufzubringen. Geforscht wird bereits an dehn- und faltbarer organischer Elektronik.

Der flexiblen organischen Elektronik wird eine rasante Entwicklung vorausgesagt. Bereits seit einigen Jahren werden auf Ausstellungen und Messen, wie beispielsweise der Light+Building in Frankfurt oder der lighting fair in Asien, beeindruckende flexible organische Leuchtobjekte gezeigt. OLEDs sind bereits technologisch auf dem Stand, um sie großflächig auf flexiblen Substraten aufzubringen. Gegenüber den bereits am Markt erhältlichen OLED-Modulen auf Glas brauchen sie sich nicht zu verstecken.

In der Vorausentwicklung wird bereits an dehnbarer und faltbarer organischer Elektronik geforscht. Warum gibt es aber nach über 10 Jahren intensivster OLED-Forschung und -Entwicklung auf flexiblen Substraten noch keine erschwinglichen Produkte dieser Art auf dem Markt? In der Vergangenheit wurde verstärkt an OLED-Schichtstapeln für hohe Effizienzen gearbeitet, die Integration auf große Flächen wurde dabei aber eher vernachlässigt.

Flexible organische Elektronik durch verkapseln schützen

Fertigungsverfahren bei der OLED

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Bei der Aufskalierung auf diese großen Flächen spielt die Substratqualität ohne Oberflächendefekte eine entscheidende Rolle. Da diese Oberflächendefekte derzeit auch für viele Hersteller von Substratbahnen noch eine große Hürde darstellen und der erfolgreichen Beschichtung entgegen stehen, wurde am Fraunhofer FEP eine eigene Umwickel- und Inspektionsanlage mit einer Zeilenkamerabank und verfahrbarem optischen Mikroskop installiert, die die ganzflächige Bandinspektion vor der Prozessierung in der Rolle-zu-Rolle-Forschungslinie gewährleistet.

Die Anlage steht unter Reinraumbedingungen zur Verfügung und liefert für Substrathersteller und die spätere Prozessierung und Forschung vorab aussagekräftige Informationen zur Detektion von Fehlern auf den laufenden Bahnprodukten. Erste mögliche Fehler zur Aufskalierung von OLEDs lassen sich auf große Flächen identifizieren und spätere Prozessschritte optimieren bzw. Kosten eingrenzen.

Weiterhin sorgen Hochbarrierefolien auf Polymerbasis bereits für eine ausreichende Verkapselung erster OLED-Anwendungen. Die Verkapselung großer Flächen auf Rollenbahnen ist jedoch in gleichbleibender Qualität noch nicht gewährleistet. Als Alternative und Hoffnungsträger für gute Barriereeigenschaften wird biegbares, ultradünnes Glas angesehen. Allerdings sind für alle flexiblen Substrattypen einige Wirkzusammenhänge noch nicht ausreichend verstanden.

Die Integration des OLED-Schichtstapels und dessen Verkapselung sind sehr komplex. Unbeantwortet sind die mögliche Wechselwirkungen der Klebstoffe, mit denen die Verkapselungsfolien auf die OLED-Folien aufgeklebt werden, mit den OLED-Materialien selbst. Auch der Einfluss möglichen Restwassers, das in den Folienstapeln eingeschlossen wurde; die elektrische Kontaktierbarkeit und die mechanische Stabilität auf die Lebensdauer der flexiblen organischen Bauelemente, erfordern noch Forschungen und Versuche.

Bei der Integration von organischen Bauelementen auf Barrierefolien sind niedrige Permeationsraten eines unter vielen Kriterien, um eine erfolgreiche Etablierung der flexiblen organischen Elektronik, insbesondere in der OLED-Beleuchtung zu erreichen. Weiterhin gibt es keine einheitliche und genormte OLED-Teststruktur mit definiertem Layout, die eindeutige Aussagen zu OLED-Lebensdauern erlaubt.

Lebensdauerangaben sind derzeit immer material-, anlagen- und prozessabhängig. Hier wird im Moment Schritt für Schritt daran gearbeitet, die einzelnen Einflussfaktoren zu quantifizieren. Die am Fraunhofer FEP aufgebaute Rolle-zu-Rolle-Forschung und die dazugehörige Entwicklungslinie für flexible organische Bauelemente auf Metall, Kunststoff und Dünnglas hat sich daher zum Ziel gesetzt, die Kostensenkungspotenziale bei gleichzeitiger hoher Fertigungsausbeute auf verschiedensten Materialien zu demonstrieren. In Kürze werden ausreichende OLED-Lebensdauern aus der Rolle-zu-Rolle Fertigung für Produktentwicklungen zur Verfügung stehen.

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