Dentro del proyecto conjunto LAOLA (código de financiación: 03INT509AF), financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF) y que ya ha concluido, debían desarrollarse aplicaciones de iluminación de gran superficie con diodos emisores de luz orgánicos (OLED) sobre sustratos flexibles.
El proyecto se centró en el vidrio ultrafino, que ofrece ventajas en comparación con el plástico como sustrato debido a sus excelentes propiedades de barrera. En el Instituto Fraunhofer de Electrónica Orgánica, Tecnología de Haz de Electrones y Plasma FEP, los OLED se aplicaron al vidrio flexible mediante un proceso de rollo a rollo. Una lámpara quirúrgica diseñada mediante este proceso se presentará en LOPEC 2022, los días 23 y 24 de marzo de 2022, en Múnich, en el stand conjunto del coordinador del proyecto Organic Electronics Saxony e.V. (OES), nº B0.308.
La luz homogénea y sin deslumbramientos de los diodos luminosos orgánicos de gran superficie (OLED) se percibe como muy agradable y ofrece muchas ventajas para el diseño de productos. Por ello, en el proyecto LAOLA, recientemente finalizado, se desarrollaron los OLED como iluminación planar para una amplia gama de aplicaciones en sustratos flexibles. El proyecto se centró en el vidrio flexible ultrafino, que ofrece ventajas sobre el plástico como sustrato debido a sus excelentes propiedades de barrera. Algunas de las tecnologías se investigaron en el marco del proyecto de internacionalización entre Japón y Alemania asociado a LAOLA con socios de cooperación del clúster japonés YUFIC de la Universidad de Yamagata. En particular, se avanzó aquí en el establecimiento del vidrio ultrafino flexible como sustrato.
Para considerar las aplicaciones adecuadas, además de los desarrollos tecnológicos, WOLFRAM Designers and Engineers (WDI) elaboró un ámbito de aplicación concreto para los OLED sobre vidrio ultrafino. Esto se puso en práctica en forma de lámpara quirúrgica, que combina grandes superficies luminosas OLED con focos LED en su diseño de forma. Los OLED se instalan como elementos de ala y proporcionan una iluminación indirecta y sin deslumbramientos, mientras que los focos LED permiten una iluminación directa.
Cooperación germano-japonesa en materia de tecnologías de vidrio ultrafino
Otros socios han colaborado para producir el OLED real en vidrio ultrafino. El inicio de esta cadena de valor es Nippon Electric Glass Co. (NEG) como fabricante de rollos de vidrio ultrafino. En la Universidad de Yamagata se depositó un óxido conductor transparente (TCO) en el vidrio ultrafino con una anchura de 300 milímetros para su posterior procesamiento como material anódico para el OLED. Sin embargo, la resistencia de la lámina de ~30 ohmios por metro cuadrado no es suficiente para iluminar de forma homogénea toda el área luminosa de 206 × máx. 95 mm². Para solucionarlo, se imprimieron finas líneas de ganancia. Esto se hizo en un sistema de serigrafía rollo a rollo de la Universidad de Yamagata en colaboración con la empresa SERIA ENGINEERING, INC. (proceso de serigrafía rollo a rollo) y Fujikura Kasei Co. Ltd. (fabricante de pasta de impresión).
Nuevas tecnologías para los procesos de evaporación, corte y estructuración
"Garantizar la estabilidad a largo plazo de los dispositivos OLED y la superficie higiénica de la luminaria desempeñó un papel fundamental en la selección del vidrio ultrafino como sustrato", explica la Dra. Jacqueline Hauptmann, científica de Fraunhofer FEP. "Uno de los objetivos del proyecto era la readaptación de un sistema de recubrimiento al vacío rollo a rollo existente en Fraunhofer FEP para enrollar, recubrir y encapsular fácilmente vidrio ultrafino puro de 50 y 100 micrómetros de grosor con tensiones de banda en el rango de 30 a 50 newtons. La empresa FHR Anlagenbau GmbH llevó a cabo con éxito el reequipamiento de la planta".
Para la deposición de capas finas de metal en un proceso de rollo a rollo para el recubrimiento de ánodos y cátodos, el socio del proyecto CREAVAC-Creative Vakuumbeschichtung GmbH transformó el evaporador de metal. Esto permitió evaporar simultáneamente calcio y plata para conseguir capas transparentes de 8 nanómetros de grosor (relación calcio/plata 1:7) en una anchura de 290 milímetros con una variación de grosor de capa de ~1%.
Los procesos de corte y estructuración por láser necesarios para la separación e interconexión de los OLED resultaron ser un reto adicional. Junto con el socio del proyecto, Heliatek GmbH, se desarrolló un método de estructuración alternativo que tiene un enorme potencial para estructurar posteriormente dispositivos ya terminados con un bajo número de partículas. Para ello, el ánodo, que está cubierto con pasivación impresa, se somete a láser a través del vidrio ultrafino. Además, en el proyecto se validó el uso de melamina evaporada térmicamente y se avanzó con los socios del proyecto Creaphys GmbH y Heliatek GmbH. Ambas tecnologías tienen un enorme potencial de uso en nuevos campos de aplicación de la electrónica orgánica flexible.
Resultados listos para la transferencia de tecnología a la industria
La separación final del OLED pudo desarrollarse con éxito dentro del proyecto con el socio del proyecto 3D-Micromac AG. Con la ayuda de un láser equipado con óptica de Bessel1, se pudo demostrar la llamada filamentación del vidrio ultrafino por ambas caras en el lado del sustrato y del encapsulado y la posterior separación mecánica del adhesivo. Se alcanzaron velocidades de corte de 400 milímetros por segundo. Del socio del proyecto, Tesa SE, se probaron diferentes cintas adhesivas para la encapsulación en el laminado de vidrio fino, también con componentes de trampa de agua, y se examinaron los vidrios cortados y los laminados de vidrio-adhesivo-vidrio para comprobar su resistencia mecánica.
Se probó una película flexible de acero inoxidable de NIPPON STEEL Chemical & Material CO., LTD para la encapsulación de dispositivos OLED opacos. La película fina de 30 micrómetros puede procesarse muy bien por el método de rollo a rollo y tiene perspectivas de ser una alternativa prometedora a la encapsulación de vidrio ultrafino debido a su gestión más favorable de la temperatura. La separación del OLED de vidrio-adhesivo-acero inoxidable fue realizada aquí por Mitsuboshi Diamond Industrial Co, Ltd (MDI)2.
Además de la coordinación del proyecto, Organic Electronics Management GmbH ha preparado un estudio de mercado para las aplicaciones principales desarrolladas por WDI, así como un concepto de fabricación, lo que allana el camino para la transferencia de tecnología por parte de los socios. El Dr. Jonas Jung, director del proyecto en OES, afirma: "Mediante la aplicación de tecnologías de producción innovadoras por parte de todos los socios, se ha desarrollado un prometedor demostrador OLED que abre nuevas posibilidades de aplicación para la electrónica flexible. Este gran resultado del proyecto LAOLA subraya la fuerza innovadora de la prolongada colaboración germano-japonesa".
Los resultados obtenidos en el proyecto LAOLA, de tres años de duración (2018 - 2021), pueden transferirse directamente a otras líneas de cinta de rollo existentes. La exitosa separación de los módulos OLED del compuesto de vidrio adherido, que se encontraba en un estado enrollado después del procesamiento, también puede transferirse fácilmente en el futuro.
Agradecemos al Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF) el apoyo en el proyecto LAOLA (Large-area OLED lighting applications on thin flexible substrates, código de financiación 03INT509A), así como a todos los socios alemanes y japoneses del proyecto.
1 Libro blanco: "Procesos de corte por láser optimizados y soluciones de sistema para la separación de vidrio ultrafino para aplicaciones de iluminación y pantallas OLED", René Liebers
2 "Roll-to-Roll Fabrication for OLED Lighting Using Ultra-Thin Glass Substrate and Encapsulating Stainless Steel Foil" - Tadahiro Furukawa, Jacqueline Hauptmann et.al., IDW'21, FLX5/FMC6-1 2021
Más información: https://www.fep.fraunhofer.de/en/press_media/01_2022.html
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