Wir drucken Materialien.

Wir machen Materialien druckbar.

Wir machen druckbare Materialien.

Formulierung von Tinten

Funktionale Materialien sind unsere Kompetenz

Tinten für OLEDs, QDs und OPV  |  Prozessentwicklung

Wie wird ein Material druckbar?

Unsere Leistung  |  Ausstattung und Expertise im Druck  |  Projektrelevante Fragen

Wie funktioniert Druck?

Tintenformulierung und Prozessparameter  |  Inkjet-Druck  |  ESJET-Druck

Wer sind die Druckexperten?

Dr. Christine Boeffel 

Dr. Manuel Gensler

Funktionale Materialien sind unsere Kompetenz

 

Der Forschungsbereich Funktionsmaterialien und Bauelemente am Fraunhofer IAP ist unter anderem spezialisiert auf  die Lösungsprozessierung von leitenden und halbleitenden Materialien für die organische Elektronik. Durch jahrelange Erfahrung, fundiertes Materialwissen und umfangreiche Möglichkeiten der Analyse sind wir in der Lage, funktionale Materialien anwendungsbezogen druckbar zu machen.

 

Wir entwicklen Tinten für OLEDs, Quantenpunkte und Solarzellen

Wir profitieren von jahrelanger Expertise im Bereich gedruckter organischer Leuchtdioden (OLED), organischer Solarzellen (OPV) und Quantenmaterialien (quantum dots, QD). Nur wenn alle aufeinanderfolgend gedruckten Schichten im Bauelement zueinander passen, kann die optimale Funktionalität erreicht werden. Dazu machen wir organische und anorganische Materialien druckbar oder passen die Druckparameter von kommerziell erhältlichen Tinten an. Dabei steht uns eine breite Auswahl industriell relevanter Druckköpfe zur Verfügung. Mit einer Pilotanlage verfügen wir außerdem über die aufstrebende Technologie des elektrostatischen Drucks (ESJET) bzw. elektrohydrodynamischen Drucks (EHDJET). 

 

Wir bieten umfassende Prozessentwicklung 

Gemeinsam mit Maschinenbauern bieten wir auch umfassende Prozessentwicklung an. Unser Consulting umfasst die Entwicklung von Prozessparametern und den  gesamten Produktionsprozess. Der Technologietransfer erfolgt vor Ort. Für die OLED-Produktion bieten wir Komplettlösungen auf Basis umfassender Expertise aus dem Technologienetzwerk GOTA - German OLED Technology Alliance - an.

 

 

Wie wird ein Material druckbar?

Wie machen wir Materialien druckbar?

Wir kombinieren Materialwissen, Analysekompetenz und Testmöglichkeiten zur optimalen Tintenformulierung

Unsere Leistung

Herausforderungen der einstellbaren Parameter einer Tinte 

 

  • Viskosität, Oberflächenspannung und Dichte müssen zum Druckkopf passen
  • Viskoelastische Eigenschaften: Gerade die funktionalen Tinten neigen dazu, eine starke Abhängigkeit der Viskosität von der Scherrate zu zeigen.
  • Hydrodynamischer Radius: Die Partikelgröße der enthaltenen Komponenten muss zum Tropfenvolumen passen
  • Waveform: Für optimale Druckergebnisse muss eine Tinte gleichmäßige und stabile Tropfen formen, um eine gleichmäßige Strukturierung auf dem Substrat aufzuweisen

Dr. Manuel Gensler sagt:

»Im Prinzip kann man fast jedes Material druckbar machen. Meist erzeugt die Optimierung eines Parameters unerwünschte Effekte bei anderen Parametern. Hier setzen wir mit unserer Expertise an und suchen gezielt Lösungen, die zur gewünschten Anwendung passen.«

Ausstattung und Expertise im Druck

Durch unsere langjährige Erfahrung und die umfangreiche Ausstattung sind wir in Projekten mit dem Ziel der Lösungsverarbeitung der ideale Partner. In einem (300 qm-großen) Reinraum sowie in inerter Umgebung stehen uns sechs verschiedene Druckertypen und verschiedene Messgeräte zur Verfügung.

Unsere Druckerfarm

Technische Ausstattung

 

  • Rotationsrheometer
  • Tensiometer
  • LP50 Drucker Reinraum, Abzug und Pilot
  • Dimatix Drucker 
  • Microdrop
  • Kalibriertes optisches Mikroskop 
  • 3D-Profilometer (Dektak XT)
  • AFM
  • 4-Punkt-Messplatz

Projektrelevante Fragen

 
  1. Welches Material soll druckbar gemacht werden?

  2. Welche Anforderungen werden an die gedruckten Schichten gestellt?
    (bspw. bzgl. Druckbild, Rauigkeit, Dicke, Leitfähigkeit, Dehnbarkeit)

  3. Welche Strukturen sollen gedruckt werden?

  4. Mit welchem Verfahren soll die Tinte gedruckt werden?

  5. Welche Temperaturstabilität hat das Substrat?

  6. Wie lang sind die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Druckprozessen?

 

 

 

Herausforderung der Lösungsprozessierung

Wir finden die richtige Tintenformulierung nach kundenspezifischen und materialseitigen Anforderungen.

Wie funktioniert Druck?

Tintenformulierung und Prozessparameter

Kurz erklärt: Inkjet-Druck


Inkjet ist eine etablierte Technologie in der Druckindustrie und wird in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt. Es handelt sich um eine digitale Drucktechnologie, die einen schnellen Wechsel von Layout und Designs ermöglicht. Als solches verwenden auch einige Heimdrucker Piezo- statt Heizelemente. Der Tintenstrahldruck ist berührungslos und kann auf fast allen Substraten eingesetzt werden, sogar auf klebrigen oder zähflüssigen Oberflächenbeschichtungen. Tröpfchen bis zu 1 Pikoliter werden aus Düsenkammern in Mehrdüsendruckköpfen durch mechanische Betätigung ausgestoßen. Die gezielte Bewegung eines Piezo-Elements in jeder Düsenkammer (die Wellenform) bringt die Tinte in Schwingung. Die Tröpfchengröße wird durch die Düsenöffnung bestimmt.  

Es besteht ein großes Interesse an der Lösungsprozessierung von OLED- oder QD-LED-Bauelementen für TV- und Monitoranwendungen durch Tintenstrahldruck. Die Vorteile sind hier die Skalierbarkeit auf größere Flächen, der hohe Grad an möglicher Individualisierung und die Materialeinsparung im Vergleich zu Verdampfungstechnologien. Am Fraunhofer IAP haben wir Erfahrung im Inkjet-Druck von OLED- und QD-LED-Bauelementen und bieten Prozessentwicklung an. 

Kurz erklärt: ESJET-Druck


Der elektrostatische Strahldruck (ESJET), auch als elektrohydrodynamischer Strahldruck (EHDJET) oder Super Inkjet (SIJ) bezeichnet, ist eine sich entwickelnde neue Technologie zum Drucken von Strukturen mit sehr hoher Auflösung und hohem Aspektverhältnis. Hier werden Tröpfchen oder kontinuierliche Strahlen durch angelegte elektrische Felder anstelle einer mechanischen Betätigung ausgestoßen. Auf diese Weise sind Tinten in einem sehr breiten Viskositätsbereich von 1 bis 10000 cP druckbar: 

  • Niedrigviskose Tinten können durch sehr kleine Düsenöffnungen von nur wenigen µm Durchmesser gedruckt werden, bei denen eine mechanische Betätigung keine ausreichend großen Kräfte aufbringt. Auf diese Weise sind Tröpfchen und durchgehende Linien mit einem
    Durchmesser von 1 - 10 µm druckbar.  
  • Hochviskose Tinten können durch größere Düsenöffnungen von 50 µm - 100 µm Durchmesser gedruckt werden. Der Tintenausstoß erfolgt an der Spitze eines Taylor-Kegels, der sich aufgrund der einwirkenden Kräfte am Meniskus bildet. Auf diese Weise sind wesentlich kleinere Tröpfchen und durchgehende Linien von 10 µm - 100 µm und hohem Aspektverhältnis druckbar. 

Bisher sind nur Einzeldüsen-ESJET-Systeme auf dem Markt erhältlich. Mehrere Unternehmen treiben diese Technologie weiter voran, um einen höheren Durchsatz und ein breiteres Anwendungsfeld zu erreichen, zum Beispiel für Smartphone- oder Mikrodisplay-Anwendungen. Am Fraunhofer IAP kennen wir die spezifischen Anforderungen an Tinte und Substrat und entwickeln entsprechende Prozesse nach Kundenanforderungen.

Geräte unserer Druckerfarm

Rotationsrheometer

Die Analyse der viskoelastischen Eigenschaften eines Materials erfolgt durch Messung der Schereffekte. Es wird der Widerstand einer Tinte gegen Scherung durch eine lineare oder oszillierende Bewegung gemessen.  Platte/Platte, Kegel/Platte und koaxiales Zylinder-Messsystem.

Tensiometer

Mittels Blasendruck-Methode wird die dynamische Oberflächenspannung einer Flüssigkeit bestimmt. Über eine dünne Kapillare wird eine Luftblase mit varrierbarer Geschwindigkeit erzeugt. Der maximale Innendruck der kugelförmigen Blase hängt von der Oberflächenspannung ab.

Dektak

Das Dektak ist ein taktiles Profilometer zur Oberflächenanalyse. Mithilfe einer feinen Tastnadel wird die Oberfläche zeilenweise abgerastert. Sowohl das zu bedruckende Substrat als auch das Druckerzeugnis können so analysiert werden.

4-Punkt-Messplatz

Die 4-Punkt-Messung ist eine Methode zur Bestimmung der Leitfähigkeit sehr dünner Schichten. Der Strom wird über die äußeren Elektroden induziert. Die Messung des Potentialunterschieds der mittleren Spitzen ist damit unabhängig vom Übergangswiderstand zu den Messspitzen. 

Microdrop

Der Microdrop ist ein piezo-basierter Mikrodispenser für Volumina von 25 bis 500 pl. Zum Druck werden einzelne, gut zugängliche Kapillaren benutzt. Damit eignet sich das Gerät für spezielle Entwicklungen und hoch komplizierte Tinten, bspw. Nanopartikel mit komplexen Geometrien. 

LP50 Glovebox

Der LP50 ist eine flexible Drucker-plattform für eine Vielzahl industriell relevanter Druckköpfe. Tinten und Druckparameter können im Labor-maßstab angepasst werden. Ein LP50 Drucker am IAP steht in einer Glovebox, um auch luftempfindliche Tinten druckbar zu machen. 

Dropwatcher

Unsere Drucker sind mit optischen Systemen und Kameras ausgestattet, um die Tropfenbildung aus der Seitenansicht zu beobachten. Damit lassen sich Form, Geschwindigkeit, Ausbreitungsrichtung und Volumen der Tropfen bestimmen und messen. 

Dimatix Drucker

Der Dimatix Materials Printer ist ein weit verbreiteter Labordrucker, für den viele Hersteller ihre Inkjet-Tinten anpassen. Die Druckköpfe sind recht einfach aufgebaut und daher preiswert. Das Gerät eignet sich hervorragend für erste Tests der Druckbarkeit unbekannter Tinten.

Ihre Ansprechpartner

Die Druckexperten

Christine Boeffel

Contact Press / Media

Dr. Christine Boeffel

Drucktechnologien

Geiselbergstr. 69
14476 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-1915

Manuel Gensler

Contact Press / Media

Dr. Manuel Gensler

Drucktechnologien

Fraunhofer IAP
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-1913