Funktionsfolien für Displays der Zukunft

Displays, die biegbar und gleichzeitig dünn wie Papier sind. Was noch wie Zukunftsmusik anmuten mag, war ein Schwerpunkt auf der SID Display Week 2013 in Vancouver, Kanada. Dem kommerziellen Durchbruch von großflächigen, flexiblen OLED-Displays, zusammenrollbaren E-Papieren oder flexibler Leuchttapete stehen bislang noch die hohen Anschaffungskosten und die geringe Lebensdauer der Produkte im Wege. Das Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden präsentierte auf der SID Display Week kostengünstige Rolle-zu-Rolle-Verfahren zur Abscheidung von Hochbarriereschichten und für Displays mit angepassten Funktionsschichten, die flexible Bauelemente langlebiger machen und die Produktionskosten senken können. 

Hauptursache für die geringe Lebensdauer flexibler Elektronik ist die hohe Empfindlichkeit der aktiven Materialien im Inneren der Geräte. Besonders Wasserdampf und Sauerstoff, die in die Oberfläche eindringen, schädigen die Materialien. So verträgt flexible Elektronik mit der hypothetischen Fläche eines Fußballfeldes beispielsweise nicht mehr Feuchtigkeit als durch das Einsickern eines Wassertropfens innerhalb eines Monats eingebracht würde. Normale Kunststofffolie ließe jedoch im Vergleich eine ganze Tankladung Wasserdampf hindurch. Um dennoch kostengünstige und flexible Kunststofffolie einsetzen zu können, entwickeln Forscher des Fraunhofer FEP Vakuumverfahren, um großflächige Kunststofffolien mit sogenannten Hochbarriereschichten produktiv in Rolle-zu-Rolle-Verfahren aufzuwerten. 

Dr. John Fahlteich, Senior Scientist am Fraunhofer FEP, stellte in seinem Vortrag eine Hochbarrierebeschichtung mit einer extrem geringen Durchlässigkeit für Wasserdampf und Sauerstoff vor. Mithilfe eines Mehrlagenschichtsystems aus hybridpolymeren ORMOCER®-Schichten und gesputterten Zink-Zinn-Oxid (ZTO) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Schichten wird eine Wasserdampfdurchlässigkeit von weniger als 8×10^-5 g/(m²d) bei Raumtemperatur erreicht. Das in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISC Würzburg (ORMOCER®-Entwicklung) und Fraunhofer IVV Freising (ORMOCER®-Applikation) entwickelte Schichtsystem ist derzeit eines der im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellten Systeme mit der niedrigsten Wasserdampfdurchlässigkeit weltweit. 

Dr. Fahlteich ergänzt: Die geringe Wasserdampfpermeation ist das Eine. Besonders ist aber auch, dass die Schichten äußerst produktiv und kostengünstig in Rolle-zu-Rolle-Verfahren aufgebracht werden kann. Es wurden bereits im Pilotmaßstab Folien von 400 mm Breite und bis zu 500 m 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. Wie der Vortrag ebenfalls zeigen wird, lassen sich die beschichteten Folien ebenfalls mit zusätzlichen anwendungsbezogenen Funktionen erweitern. Darunter fällt zum Beispiel die Anpassung der optischen Eigenschaften an das Produkt oder das Aufbringen einer transparenten Elektrode. 

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