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15.04.2016

Mit photochemischer Metallisierung zu biegsamen Displays


Forscher des INM stellen ein neues Verfahren vor, das die Herstellung von mikrometerschmalen Leiterbahnen auf biegsamen Folien in einem Schritt ermöglicht. Zukünftig werden damit neue Gerätedesigns mit biegsamen oder sogar aufrollbaren Anzeigen möglich.

Damit Touchscreens von Smartphones, Tablets und Co. funktionieren, sind sie auf den Oberflächen mit mikroskopisch feinen Leiterbahnen versehen. Wenn die Finger der Benutzer darauf tippen oder darüber wischen, öffnen und schließen sich elektrische Schaltkreise, die die verschiedenen Funktionen der Smartphones ermöglichen. In den Rändern der Geräte laufen diese mikroskopischen Bahnen zu größeren Leiterbahnen zusammen. Bisher mussten diese unterschiedlichen Leiterbahnen in aufwändigen Prozessen in mehreren Schritten hergestellt werden. Die Forscher des INM - Leibniz-Institut für neue Materialien stellen jetzt ein neues Verfahren vor, das die Herstellung von mikrometerschmalen Leiterbahnen auf Trägermaterialien wie Glas, aber auch auf biegsamen Folien in einem Schritt ermöglicht. Gerade auf Kunststoff-Folien wird die Herstellung über Rolle-zu-Rolle-Verfahren so besonders effizient. Zukünftig werden damit neue Gerätedesigns mit biegsamen oder sogar aufrollbaren Anzeigen möglich.

Für das neue Verfahren nutzen die Entwickler die sogenannte Photochemische Metallisierung: Farblose Silber-Verbindungen wandeln sich mithilfe einer photoaktiven Schicht beim Einwirken von UV-Licht in elektrisch leitendes Silber um. Über unterschiedliche Methoden lässt sich die Silber-Verbindung in Form von Bahnen oder anderen Strukturen auf Kunststoff-Folien oder Glas aufbringen. Dabei lassen sich verschieden große Bahnen bis zur kleinsten Größe von einem Tausendstel Millimeter darstellen. Durch Belichtung mit UV-Licht entstehen dann die entsprechenden Leiterbahnen.

Zuerst werden die Folien mit einer photoaktiven Schicht aus Metalloxid-Nanopartikeln überzogen. "Anschließend bringen wir die farblose, UV-stabile Silberverbindung auf", erklärt Peter William de Oliveira, Leiter des Programmbereichs Optische Materialien. Durch die Belichtung dieser Schichtfolge zersetzt sich die Silber-Verbindung an der photoaktiven Schicht und die Silber-Ionen werden zu metallischem, elektrisch leitendem Silber reduziert. Dieses Verfahren berge mehrere Vorteile: Es sei schnell, flexibel, größenvariabel, kostengünstig und umweltfreundlich. Weitere Prozess-Schritte für die Nachbehandlung entfielen.

Mit diesem Grundprinzip können Leiterbahnen sehr individuell aufgebracht werden. "Es gibt drei verschiedene Möglichkeiten, die wir je nach Anforderung nutzen können: Das "Schreiben von Leiterbahnen" mittels UV-Laser eignet sich besonders gut für die erste, maßgeschneiderte Anfertigung und das Austesten eines neuen Leiterbahn-Designs. Für die Massenproduktion ist diese Methode jedoch zu zeitaufwändig", erläutert der Physiker de Oliveira.

Auch Photomasken, die nur an den gewünschten Positionen UV-durchlässig sind, können für die Strukturierung genutzt werden. "Für einen "semikontinuierlichen Prozess" eignen sie sich besonders für das Aufbringen der Leiterbahnen auf Glas", sagt der Materialexperte.

Zurzeit arbeiten die Forscher intensiv an einer dritten Methode, der Nutzung durchsichtiger Stempel: "Diese Stempel verdrängen die Silberverbindung mechanisch; Leiterbahnen entstehen dann nur dort, wo noch Silberverbindung vorhanden ist", meint de Oliveira. Da die Stempel aus einem weichen Kunststoff bestehen, kann man sie auf einer Rolle anordnen. Weil sie durchsichtig sind, arbeiten die Forscher am INM nun daran, die UV-Quelle direkt in die Rolle einzubetten. Somit wären die ersten Schritte für ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren getan", fasst der Programmbereichsleiter zusammen. Damit ließen sich Leiterbahnstrukturen unterschiedlicher Größe auf Folien im Großmaßstab herstellen.

Quelle: Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM)




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