Dans le cadre du projet conjoint LAOLA (code de financement : 03INT509AF), qui a été financé par le ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF) et qui est désormais achevé, des applications d'éclairage de grande surface avec des diodes électroluminescentes organiques (OLED) sur des substrats flexibles devraient être développées.
Le projet s'est concentré sur le verre ultra-mince, qui offre des avantages par rapport au plastique comme substrat en raison de ses excellentes propriétés de barrière. Au Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology FEP, les OLED ont été appliquées sur le verre flexible à l'aide d'un procédé roll-to-roll. Une lampe chirurgicale conçue à l'aide de ce procédé sera présentée au salon LOPEC 2022, les 23 et 24 mars 2022, à Munich, sur le stand commun du coordinateur du projet, Organic Electronics Saxony e.V. (OES), n° B0.308.
La lumière homogène et sans éblouissement des diodes électroluminescentes organiques (OLED) de grande surface est perçue comme très agréable et offre de nombreux avantages pour la conception des produits. Dans le cadre du projet LAOLA, qui vient de s'achever, les OLED ont donc été développées comme éclairage planaire pour une large gamme d'applications sur des substrats flexibles. Le projet s'est concentré sur le verre flexible ultra-fin, qui offre des avantages par rapport au plastique comme substrat en raison de ses excellentes propriétés de barrière. Certaines des technologies ont fait l'objet de recherches dans le cadre du projet d'internationalisation entre le Japon et l'Allemagne associé à LAOLA avec des partenaires de coopération du cluster partenaire japonais YUFIC de l'université de Yamagata. En particulier, l'établissement du verre ultra-mince flexible comme substrat a été avancé ici.
Afin d'envisager des applications appropriées en plus des développements technologiques, WOLFRAM Designers and Engineers (WDI) a élaboré un domaine d'application concret pour les OLED sur verre ultra-fin. Cela a été mis en œuvre sous la forme d'un éclairage chirurgical, qui combine de grandes surfaces lumineuses OLED avec des spots LED dans son design de forme. Les OLED sont installées comme des éléments d'aile et fournissent un éclairage indirect, sans éblouissement, tandis que les spots à LED permettent un éclairage direct.
Coopération germano-japonaise pour l'expertise sur les technologies du verre ultrafin
Un certain nombre d'autres partenaires ont collaboré pour produire la véritable OLED sur du verre ultrafin. Le point de départ de cette chaîne de valeur est Nippon Electric Glass Co., Ltd. (NEG) en tant que fabricant de rouleaux de verre ultrafin. À l'université de Yamagata, un oxyde conducteur transparent (TCO) a été déposé sur le verre ultrafin d'une largeur de 300 millimètres pour être traité ultérieurement comme matériau d'anode pour les OLED. Cependant, la résistance de la feuille de ~30 ohms par mètre carré n'est pas suffisante pour éclairer de manière homogène toute la surface lumineuse de 206 × max. 95 mm². Pour résoudre ce problème, de fines lignes de gain ont été imprimées. Cette opération a été réalisée sur un système de sérigraphie de rouleau à rouleau à l'Université de Yamagata en collaboration avec la société SERIA ENGINEERING, INC. (procédé de sérigraphie de rouleau à rouleau) et Fujikura Kasei Co., Ltd. (fabricant de pâte d'impression).
Nouvelles technologies pour les procédés d'évaporation, de coupe et de structuration
"La garantie de la stabilité à long terme des dispositifs OLED et de la surface hygiénique du luminaire a joué un rôle clé dans le choix du verre ultrafin comme substrat", explique le Dr Jacqueline Hauptmann, scientifique à Fraunhofer FEP. "L'un des objectifs du projet était la modernisation d'un système de revêtement sous vide de type rouleau à rouleau existant à Fraunhofer FEP pour enrouler, revêtir et encapsuler facilement du verre pur ultrafin de 50 et 100 micromètres d'épaisseur avec des tensions de bande de l'ordre de 30 à 50 newtons. La modernisation de l'installation a été réalisée avec succès par la société FHR Anlagenbau GmbH."
Pour le dépôt de fines couches de métal dans un processus de rouleau à rouleau pour le revêtement des anodes et des cathodes, l'évaporateur de métal a été converti par le partenaire du projet CREAVAC-Creative Vakuumbeschichtung GmbH. Cela a permis d'évaporer simultanément le calcium et l'argent pour obtenir des couches transparentes de 8 nanomètres d'épaisseur (rapport calcium/argent 1:7) sur une largeur de 290 millimètres avec une variation de l'épaisseur des couches de ~1%.
Les processus de découpe au laser et de structuration nécessaires à la séparation et à l'interconnexion des OLED se sont révélés être un autre défi. En collaboration avec le partenaire du projet, Heliatek GmbH, une méthode de structuration alternative a été développée, qui présente un énorme potentiel pour la structuration ultérieure de dispositifs déjà terminés avec un faible nombre de particules. À cette fin, l'anode, qui est recouverte d'une passivation imprimée, est gravée au laser à travers le verre ultra-mince. En outre, l'utilisation de la mélamine évaporée thermiquement a été validée dans le projet et avancée avec les partenaires du projet Creaphys GmbH et Heliatek GmbH. Ces deux technologies présentent un énorme potentiel d'utilisation dans de nouveaux domaines d'application de l'électronique organique flexible.
Des résultats prêts pour le transfert de technologie vers l'industrie
La séparation finale de l'OLED a pu être développée avec succès dans le cadre du projet avec le partenaire 3D-Micromac AG. À l'aide d'un laser équipé d'une optique de Bessel1, il a été possible de démontrer la filamentation du verre ultrafin sur les deux faces du substrat et de l'encapsulation, puis la séparation mécanique de l'adhésif. Des vitesses de coupe de 400 millimètres par seconde ont été atteintes. Le partenaire du projet, Tesa SE, a testé différents rubans adhésifs pour l'encapsulation dans le verre mince stratifié, également avec des composants de piège à eau, et la résistance mécanique des verres coupés et des laminés verre-adhésif-verre a été examinée.
Un film flexible en acier inoxydable de NIPPON STEEL Chemical & Material CO., LTD a été testé pour l'encapsulation de dispositifs OLED opaques. Le film mince de 30 micromètres peut être très bien traité par la méthode roll-to-roll et semble être une alternative prometteuse à l'encapsulation de verre ultra-mince en raison de sa gestion plus favorable de la température. La séparation de l'OLED verre-adhésif-acier inoxydable a été réalisée ici par Mitsuboshi Diamond Industrial Co, Ltd (MDI)2.
En plus de la coordination du projet, Organic Electronics Management GmbH a préparé une étude de marché pour les applications principales développées par WDI, ainsi qu'un concept de fabrication, ouvrant la voie au transfert de technologie par les partenaires. Jonas Jung, chef de projet chez OES, déclare : "En appliquant des technologies de production innovantes à tous les partenaires, un démonstrateur OLED prometteur a été développé, ouvrant de nouvelles possibilités d'application pour l'électronique flexible. Cet excellent résultat du projet LAOLA souligne la puissance d'innovation de la collaboration germano-japonaise de longue date."
Les résultats obtenus dans le cadre du projet LAOLA, d'une durée de trois ans (2018 - 2021), peuvent être directement transférés à d'autres lignes de ruban adhésif en rouleau existantes. La séparation réussie des modules OLED du composite verre-verre collé, qui se trouvait dans un état enroulé après le traitement, peut également être facilement transférée à l'avenir.
Nous remercions le ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF) pour son soutien au projet LAOLA (Large-area OLED lighting applications on thin flexible substrates, funding code 03INT509A), ainsi que tous les partenaires allemands et japonais du projet. 1 Livre blanc : 1 Livre blanc : "Optimized Laser Cutting Processes and System Solutions for Separation of Ultra-Thin Glass for OLED Lighting and Display Applications", 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
Plus d'informations : https://www.fep.fraunhofer.de/en/press_media/01_2022.html
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