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Organische Elektronik

Organische Elektronik (Quelle: Imprint Energy)

 

1976 entdeckten Hideki Shirakawa, Alan MacDiarmid und Alan Heeger bei mit Chlor bzw. Brom oxidierten Polyacetylen eine bis dahin für Polymere undenkbar hohe Leitfähigkeit im Bereich von Halbleitern bzw. Metallen. Dieser Effekt war bis dahin völlig unbekannt, denn alle Polymere galten bis dahin als Isolatoren. Auf Basis dieser neuen Werkstoffe bildete sich die organische Elektronik, die auch als Kunststoffelektronik, Polymerelektronik oder Organic Large Area Electronics (OLAE) bezeichnet wird.

Organische Elektronik ist ein Teilgebiet der Elektronik, das elektronische Schaltungen aus leitfähigen Polymeren oder kleineren organischen Verbindungen verwendet. Generelles Merkmal aller Konzepte ist in der Regel das Design der Schaltkreise aus Makromolekülen und im Vergleich zu herkömmlicher Elektronik aus multi-molekularen Strukturen größerer Dimension. Daher wird außerdem der neue Kunstbegriff der Polytronik verwendet. Im englischen Sprachraum wird vorwiegend der Begriff "plastics electronics" verwendet.

Hauptvorteil im Vergleich zur anorganischen Elektronik mit den Grundbausteinen Silizium, Kupfer etc. ist, dass das organische Material billiger und flexibler ist. Das Anwendungsgebiet definiert sich derzeit zum einen durch einfach und kostengünstig zu fertigende Massenware (z. B. organisch gedruckte RFID-Tags oder Photovoltaikanlagen), aber auch durch flexible bzw. leichte Trägermaterialien (z. B. Flachbildschirme oder flexible Displays mit OLEDs). Weitere mögliche Anwendungsgebiete sind organisch gedruckte Batterien, Antennen, Dioden oder organische Transistoren (OFET/OTFT). Der VDE-Dialog 03/2013 bietet einen guten Überblick über die aktuellen Anwendungsfelder der organischen Elektronik.

Als nachteilig erweist sich vor allem die Dauerhaltbarkeit organischer Elektronik. Weiterhin ist die relativ geringe Leitfähigkeit der Polymere im Vergleich zu anorganischen Materialien wie Silizium dafür verantwortlich, dass die Schaltfrequenz von organischen Transistoren derzeit mit maximal 1 kHz nicht konkurrenzfähig sind. Diese vermeintlichen Nachteile werden je nach Anwendungsfeld jedoch relativiert, da nicht jede Anwendung eine hohe Dauerhaltbarkeit oder niedrige Schaltzeiten erfordert.

Aufgrund des noch jungen Themengebietes der organischen Elektronik ist derzeit noch nicht absehbar, welche Märkte mit welcher Größe entstehen werden. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die Marktrelevanz in absehbarer Zeit steigen wird. Der derzeitige Markt für organische Elektronik beschränkt sich weitestgehend auf die Anwendungen im Bereich der OLEDs in kleinen Geräten und ersten TV-Geräten von Samsung und LG. Der aktuelle Jahresumsatz der Branche beläuft sich derzeit auf etwa 8 Milliarden Dollar (siehe VDE-Dialog 03/2013). Analysten sehen ein enormes Wachstumspotenzial und schätzen den Markt der organischen Elektronik auf über 50 Milliarden Dollar in 2020 und über 300 Milliarden Dollar in 15 Jahren (http://www.semi.org/Industries/PlasticElectronics).

Im Bereich OLEDs sind in absehbarer Zukunft Anwendungen wie OLED-Fernseher oder rollbare Farbdisplays geplant. Bei LG ist man der Auffassung, dass Fernseher mit OLEDs im Jahre 2016 etwa das gleiche kosten wie heutige LCD-Fernseher und diese nach 2016 nach und nach ablösen werden. Längerfristig sind elektronische Bildtapeten oder rollbare OLED-TVs denkbar.

Im Bereich der Forschung sind eine Vielzahl von Aktivitäten zu nennen. Die Fördersumme der Europäischen Union beläuft sich auf 120 Mio. Euro in FP 7 (2007-2013). Innerhalb Deutschlands wurden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) insgesamt 200 Mio. Euro in zwei Innovationsallianzen und einem Spitzencluster bereitgestellt:

  • 100 Mio. Euro für die Innovationsallianz "OLED 2015"
  • 60 Mio. Euro für die Innovationsallianz "OPV 2015"
  • 40 Mio. Euro für das Spitzencluster Innovationlab in Heidelberg
Neben diesem Cluster existiert in Dresden das Organic Electronics Saxony mit mehr als 40 Unternehmen und 17 wissenschaftlichen Einrichtungen. Auf den Seiten der Organic Semiconductor World wird ersichtlich, dass Deutschland die Forschung in der organischen Elektronik maßgeblich beeinflusst und quantitativ am stärksten vertreten ist.

Ferner existieren zwei Interessensgruppen im Themenfeld der organischen Elektronik:

Entsprechend der zahlreichen Anwendungsfelder dieser Technologie sind verschiedene Normungsgremien auf allen Normungsebenen betroffen. Grundsätzlich wird das Themenfeld der organischen Elektronik derzeit auf internationaler Ebene über das IEC/TC 113 "Nanotechnologie" und das IEC/TC 119 "Printed Electronics" aufgefangen.

Auf nationaler Ebene wurde ein Gemeinschaftsunterkomitee DKE/GUK 682.1 gegründet, welches die Arbeiten des IEC/TC 119 "Printed Electronics" spiegelt. Das nationale Gemeinschaftsunterkomitee gehört fachlich zu den übergeordneten DKE-Gremien DKE/K 682 "Montageverfahren für elektronische Baugruppen" als auch zum DKE/K 141 "Nanotechnologie".

Weitere betroffene Gremien auf internationaler Ebene sind (mit den jeweiligen nationalen Spiegelgremien der DKE in Klammern):

  • IEC/TC 21 "Secondary cells and batteries" (DKE/K 371)
  • IEC/TC 34 "Lamps and related equipment" (DKE/K 521)
  • IEC/TC 35 "Primary cells and batteries" (DKE/K 372)
  • IEC/TC 82 "Solar photovoltaic energy systems" (DKE/K 373)
  • IEC/TC 91 "Electronics assembly technology" (DKE/K 682)
  • IEC/TC 110 "Electronic Display devices" (DKE/K 742)
  • IEC/TC 117 "Solar thermic electric plants" (DKE/K 374)

Die OLED-Technologie wird bereits in den relevanten Normungsgremien des IEC/TC 110 und IEC/TC 34 behandelt:

  • Normenreihe IEC 62341 "Organic light emitting diode (OLED) displays"
  • IEC 62868 "Organic light emitting diode (OLED) panels for general lighting - Safety requirements"
  • IEC 62992 "Organic light emitting diode (OLED) panels for general lighting - Performance requirements" (noch in Erarbeitung)
Nicht zwangsläufig auf organischer Elektronik basierende flexible Displays bzw. auch E-Paper sind in folgenden Normreihen beschrieben:

Neben der OLED-Technologie sind die organischen Photovoltaik-Anlagen bereits in einem fortgeschrittenen Stadium. Ein INS-Projekt zur Untersuchung des Alterungsverhaltens organisch-basierter Photovoltaik Module läuft derzeit.

Des Weiteren laufen im IEC/TC 113 derzeit u.a. folgende Aktivitäten:

  • IEC/TS 62607-5-1 "Nanomanufacturing - Key control characteristics Part 5-1: Thin-film organic/nano electronic devices - Carrier transport measurements"
  • IEC/TS 62876-2-1 "Nanotechnology - Reliability assessment - Part 2.1 Nano-enabled photovoltaic devices - Stability test" (noch in Erarbeitung)

Schließlich werden derzeit zahlreiche Normen mit Bezug zur organischen Elektronik unter aktiver Beteiligung der Experten der DKE im IEX/TC 119 "Printed Electronics" erarbeitet. Wenn auch Sie Interesse haben, an der Normung dieses spannenden Zukunftsthemas mitzuarbeiten, freuen wir uns über eine kurze Nachricht.

Quelle des Fotos: Imprint Energy