Silber auf Folie macht Touchscreens aufrollbar

Silberbahnen über Photometallisierung erlauben große und kleine Leiterbahnen für aufrollbare Touchscreens. Copyright: INM

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.

Ihre Ergebnisse und Möglichkeiten zeigen die Entwickler auf der diesjährigen Hannover Messe am Stand B46 in Halle 2 im Rahmen der Leitmesse Research & Technology vom 25. bis 29. April.

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.

Ihr Ansprechpartner am Stand B46 in Halle 2:
Dr. Michael Opsölder

Ihr Experte am INM:
Dr. Peter William de Oliveira
INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien
Leiter Optische Materialien
Leiter InnovationsZentrum INM
Tel: 0681-9300-148
OptiMat@leibniz-inm.de

Das INM erforscht und entwickelt Materialien – für heute, morgen und übermorgen. Chemiker, Physiker, Biologen, Material- und Ingenieurwissenschaftler prägen die Arbeit am INM. Vom Molekül bis zur Pilotfertigung richten die Forscher ihren Blick auf drei wesentliche Fragen: Welche Materialeigenschaften sind neu, wie untersucht man sie und wie kann man sie zukünftig für industrielle und lebensnahe Anwendungen nutzen? Dabei bestimmen vier Leitthemen die aktuellen Entwicklungen am INM: Neue Materialien für Energieanwendungen, Neue Konzepte für medizinische Oberflächen, Neue Oberflächenmaterialien für tribologische Anwendungen sowie Nano-Sicherheit und Nano-Bio. Die Forschung am INM gliedert sich in die drei Felder Nanokomposit-Technologie, Grenzflächenmaterialien und Biogrenzflächen. Das INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien mit Sitz in Saarbrücken ist ein internationales Zentrum für Materialforschung. Es kooperiert wissenschaftlich mit nationalen und internationalen Instituten und entwickelt für Unternehmen in aller Welt. Das INM ist ein Institut der Leibniz-Gemeinschaft und beschäftigt rund 220 Mitarbeiter.

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