Die Consumer-Elektronik hat als erste organische und gedruckte elektronische Elemente eingeführt. Aber auch andere Branchen zeigen Interesse an den Entwicklungen. Die Erwartungen sind groß. Der aktuelle Stand ist auf der Messe K zu sehen.
Kunststoffe können – mit entsprechender Dotierung und molekularer Konfiguration – als elektrische Leiter und Halbleiter eingesetzt werden. Zwar sind die Ladungsträger noch nicht ganz so mobil, wie mancher sich das wünscht. Aber die entsprechenden Teile fungieren bereits als Bauelemente und Systemkomponenten einer neuen Art von Mikroelektronik: der organischen und gedruckten Elektronik. Diese lässt sich nahtlos in alle geeigneten Gegenstände integrieren. Das ermöglicht bisher ungekannte, sogar exotische Applikationen in „smarten“ Objekten, die sich im „Internet der Dinge“ vernetzen lassen.
Erste Produkte, oft nicht unmittelbar sichtbar für die Anwender, sind bereits verfügbar, von Anzeigen im Handy bis zum Luxusbildschirm für den Fernseher. Und die Technologie gilt als Plattform für eine künftige Industrie, die die Felder Drucktechnik, Elektronik und Materialforschung vereint.
Doch sollte man in nächster Zukunft noch nicht zu viel erwarten: „Printed Electronics“ ist ein äußerst forschungsintensives Feld mit einer langen Entwicklungsperspektive. An der Entwicklung geeigneter Materialien und Produkte sowie der Fertigungsverfahren wird weltweit gearbeitet, in Forschungsverbünden und Unternehmen der Chemie-, Pharma-, Medizintechnik-, Elektronik-, Automobil-, Konsumgüter- und Verpackungsindustrie.
Mit über 220 Mitgliedern weltweit koordiniert die Organic and Printed Electronics Association (OE-A) die Forschungs- und Entwicklungsprojekte sowie die Standardisierung im Rahmen von IEC (International Electrotechnical Commission) TC119 und anderer Organisationen. Die neueste (inzwischen fünfte) Edition der OE-A-Roadmap verdeutlicht die Trends über die kommenden zehn Jahre. Vier große Anwendungsfelder schlüsselt sie auf:
- OLED Lighting,
- organische Photovoltaik,
- elektrophoretische (E-Paper) und OLED-Displays sowie
- elektronische Bauelemente, die Silizium-basierte Mikroelektronik ergänzen.
Darunter sind die OLED-Lichtquellen wohl die am heißesten diskutierten. Sie versprechen großflächig emittiertes und dynamisch farbsteuerbares Licht und können architektonisch attraktiv auf Oberflächen vertrauter Objekte aufgebracht werden.
Ihre ersten Einsatzfelder hat die gedruckte Elektronik aber heute schon in Produkten für die privaten Nutzer gefunden. Die OLED-Bildschirme in Handys und Smartphones haben der organischen Elektronik im letzten Jahr bereits ein Umsatzvolumen von 9 Mrd. USD verschafft, stellt der britische Marktforscher Smithers Pira fest. Bis 2025 prognostiziert er ein Anwachsen des Bereichs auf einen weltweiten Jahresmarkt von 200 Mrd. USD.
Treiber der Applikationsentwicklung finden sich laut OE-A-Roadmap in vier großen Branchen: der Automobil- und der Pharmaindustrie, der Consumer-Elektronik und bei den Herstellern von „smarten“ Verpackungen für Lebensmittel, Medikamente und andere Konsumartikel. Smarte Verpackungen können mit RFID-Tags die Warenwirtschaft und Logistik effizienter gestalten. Außerdem können sie dem Verbraucher durch aufgedruckte, dynamisch aktualisierte Anzeigefelder das Verfalldatum nennen oder auf unterbrochene Kühlketten hinweisen.
Systemkomponenten der organischen Elektronik liegen in gedruckten Datenspeichern vor, etwa in Gestalt der ferroelektrischen, nicht-flüchtigen Speicherfolien des führenden finnischen Herstellers Thinfilm. Sie lassen sich in konventionelle Schaltungen integrieren. So kombiniert Thinfilm seine Speicher mit einer gedruckten, beim kalifornischen Auftragsforscher Parc entstandenen ersten Transistor-Logik zu einem software-adressierbaren Speicherbaustein. Dieser lässt sich zudem erweitern: Mit einem gedruckten Thermistor als Temperaturfühler und einem Anzeigefeld des Forschungsinstituts Acreo Swedish ICT sowie einer gedruckten Batterie entsteht ein kompaktes Messsystem. op
Weitere Informationen Auf der Messe K ist das Thema vom 16. bis 23. Oktober im Pavillon Printed Electronics Products and Solutions vertreten (im Eingang Nord B). Mehr über die Branche: www.pepso-global.de/
Ihr Stichwort
- Gedruckte Elektronik
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- Forschungsansätze
Gedruckte Elektronik
Die winzigen Schaltungsstrukturen der organischen und gedruckten Elektronik basieren nicht mehr auf Silizium oder Galliumarsenid. Transistoren, Sensoren und Leuchtdioden und deren Verbindungswege bestehen vielmehr aus Kohlenstoff-Derivaten. Die Schaltungsmuster werden als flächiges Layout mit Strukturfeinheiten von derzeit einigen zehn Mikrometern mit gängigen Massendruckverfahren auf leichte, flexible, auch transparente Substrate aufgedruckt. Die funktionalen Schichten organischer Fotozellen lassen sich auch unter Vakuum sequenziell aufdampfen.
Die elektronisch funktionalisierten Oberflächen sind damit als Folien oder Beschichtungen verfügbar, bei Bedarf sogar auf Textilien. Sie bilden kapazitive Touch-Sensoren oder großflächige Leuchtfelder in Gestalt von organischen Leuchtdioden (OLEDs), komplette Messfühler und Detektoren für Umwelt- oder medizinisch relevante Daten wie Temperatur oder Feuchte. Oder sie arbeiten als flache, gedruckte Batterien zur Versorgung miniaturisierter Geräte.
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