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Digital printing of organic optoelectronics on 3D compounds (OLE-3D)

Gedruckte organische Elektronik (Bildquelle: ZAE Bayern)

Das Thema des Monats

Since January 2018, we have been presenting an exciting topic in the field of materials science every month.

The “topic of the month” is explained in a simple and understandable way and provides informative insights into the research activities of our department.

The topic of the month in September comes from the Institute of Materials for Electronics and Energy Technology (WW6) and has the title:

 

Digital printing of organic optoelectronics on 3D compounds (OLE-3D)

by Philipp Maisch

Worum geht es bei dem Thema?

Getrieben durch den technischen Fortschritt steigen die Anforderungen an verschiedenste elektronische Produkte und somit auch deren Einzelkomponenten. Flexibilität und Integrationsmöglichkeit, welche durch die klassische Leiterplattentechnologie nur unzureichend erfüllt werden, gewinnen dabei zunehmend an Bedeutung.

Im gemeinsamen Forschungsprojekt OLE-3D bündeln der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) und das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung (ZAE Bayern), welches mit dem Lehrstuhl für Materialien der Elektronik und Energietechnologie (i-MEET) eng vernetzt ist, am Energie Campus Nürnberg ihre Kompetenzen, um die Grenzen der konventionellen planaren Elektronik zu überwinden. Durch die Kombination von digitalen Druckmethoden auf 3D-Oberflächen, SMT-Bauteilen (Surface mounted technlogy) und organischen Funktionsstrukturen, wie z.B. organischen Leuchtdioden (OLEDs) und organischer Photovoltaik (OPV), werden so hochleistungsfähige Hybridbauteile hergestellt. Mit dem in OLE-3D verfolgten Ansatz ist es möglich, immer mehr Funktionen auf einem Bauteil zu vereinen. Bestehende Produkte können durch die hohe Integrationsdichte und den geringen Materialeinsatz kostengünstiger gefertigt werden. Gleichzeitig werden völlig neue Anwendungsspektren erschlossen.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Herstellung hochintegrierter 3D Hybridelektronikbauteile (Bildquelle: FAPS) durch Kombination eines 5 Achs Robotersystems (Bildquelle: Neotech AMT) und gedruckter organischer Elektronik (Bildquelle: ZAE Bayern)

Wo findet es Anwendung?

Besonders in der Automobil-, Medizin- und Energietechnik sowie der Konsum- und Industrieelektronik könnte die Kombination aus organischer Elektronik und 3D-Oberflächen in naher Zukunft eine wichtige Rolle einnehmen. So ist beispielsweise der Einsatz von großflächig gedruckten OLEDs auf gekrümmten Oberflächen zur Be- und Ausleuchtung von Fahrzeuginnenräumen oder als Heckleuchte denkbar. Gedruckte OPV kann hingegen als Lichtsensor oder auch für das Energy-Harvesting bei autarken Systemen genutzt werden.

Was ist weiter geplant?

Aktuell konstruieren das ZAE/i-MEET und FAPS in enger Zusammenarbeit ein 5-Achs-Robotersystem, welches mit einem Tintenstahl- und einem Aerosol-Jet-Drucker ausgestattet ist.

Hierbei bringt FAPS seine Expertise im Maschinenbau und das ZAE/i-MEET sein Knowhow im Druck von Elektroden und komplexen Multischichtsystemen ein. Gleichzeitig werden mittels automatisierter Hochdurchsatzmethoden neue Materialien entwickelt, die den speziellen Anforderungen des Druckens auf 3D-Oberflächen (Viskosität, Oberflächenspannung und elektrische Funktionalität) gerecht werden.

Das IGF Vorhaben OLE-3D (Nr: 19854 N/1) der Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e.V. wird durch die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

 

Zur Person:

Name: Philipp Maisch

Studium: M.Sc. Materialwissenschaften und Werkstofftechnik (FAU)

Position: Wissenschaftlicher Mitarbeiter (Doktorand) am ZAE Bayern/i-MEET

Hobbys: Reisen, 3D-Druck (FDM), Basketball

 

 

Name: Mohd-Khairulamzari Hamjah

Studium: M.Eng. Mechanical Engineering

Position:Doktorand am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)

Hobbys: Reisen und Badminton spielen

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