Transparante geleidende lagen van de zogenaamde TCO (transparent conduc-ting oxides) zijn terug te vinden in veel dagelijkse toepassingen. Hun rol als transparante elektroden in displays, aanraakschermen en vlakke beeldschermen is in de moderne communicatietechnologie niet meer weg te denken. Onderzoekers van het Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM) hebben een proces ontwikkeld, waarbij ze TCO nanodeeltjes via een diepdrukproces rechtstreeks op kunststoffolie kunnen aanbrengen. Op deze manier wordt het drukken van transparante geleidende structuren op folies mogelijk.
De onderzoekers van het vakgebied Optische materialen maken speciale nanopartikels van transparante geleidende oxiden. Door het toevoegen van een oplosmiddel en speciale bindmiddelen kunnen ze deze gemodificeerde TCO-nanopartikels als een soort inkt met behulp van een drukplaten direct in diepdruk op het folie aanbrengen.
Voordelen
Dit proces heeft een aantal voordelen. Diepdruk maakt het mogelijk om met slechts een processtap gestructureerde TCO-lagen goedkoop te drukken. Door de UV-uitharding bij temperaturen onder 150°C zijn ook dunne kunst-stoffolies te bedrukken. De bindmiddelen zorgen niet alleen voor een goede adhesie van de TCO-nanopartikels aan het substraat maar verhogen ook de flexibiliteit van de TCO-lagen. Door de goede fixering blijft de geleiding zelfs bij het buigen van de folie in stand, een voordeel ten opzichte van de gang-bare technieken met hoog vacuüm zoals het sputteren.
Bovendien verhogen de bindmiddelen de geleidbaarheid van de gebruikte oxiden, hoewel ze zelf niet geleidend zijn. Als de onderzoekers het voor elkaar zouden krijgen om ook de bindmiddelen geleidend te maken, wordt de geleidbaarheid van het totaal nog groter en zal de oppervlakteweerstand verder dalen.
Door de coating op flexibele foliesubstraat is het bedrukken mogelijk met het klassieke ‘rol tegen rol’ proces. De onderzoekers zijn het erover eens, dat door het gebruik van gestructureerde walsen in de toekomst ook grote, gestructureerde geleidende vlakken goedkoper en met hoge doorloop-snelheid kunnen worden bedrukt, als ook de nauwkeurige dosering van systemen voor het opschalen zijn uitgevoerd.
Aanvullend onderzoek
Behalve aan de TCO-nanodeeltjes werken de ontwikkelaars ook met het nat chemische sol-gel-proces. Dat is geschikt voor een thermische stabiele ondergrond als glas of keramiek. Het harden bij dit proces verloopt bij temperaturen boven de 450 °C . Behalve substraten met een groot opper-vlak kunnen ook complexe geometrieën als buizen of andere vormen worden gecoat.
Ook hier ligt het voordeel bij de kosten. Met het vacuüm coating proces zoals de sputtermethode zijn voor grote oppervlakken dure hoog vacuüm-apparaten en veel TCO-materiaal nodig. Ook is een gelijkmatige coating van kromme oppervlakken op deze manier maar beperkt mogelijk.
De keuze voor het materiaal bij het INM bestaat hoofdzakelijk uit met tin gedoteerd indiumoxide (Indium Tin Oxide, ITO). Door het verminderen van de bronnen en de hoge grondstofprijzen voor indium testen de onderzoekers van het INM ook steeds meer alternatieve transparante oxiden, zoals het aluminium gedoteerd zinkoxide (AZO) of met antimoon gedoteerd tin oxide.
