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Ausg.Nr._21/2016

Inline-Detektionssystem

Von OLED-Verkapselung bis Plagiatschutz

B

eim Auftrag ultradün-

ner transparenter Lacke

auf transparente Folien-

bänder können Defekte in der

Schicht erstmals direkt wäh-

rend des Beschichtungsprozes-

ses sichtbar gemacht werden.

Möglich wird dies durch ein in-

line-Detektionssystem, das mit

Fluoreszenzfarbstoffen arbeitet.

Drei Institute der Fraunhofer-

Allianz Polymere Oberflächen

POLO

®

haben das Verfahren ent-

wickelt.

Hightech-Anwendun-

gen wie Ultrabarrierefolien für

OLEDs können davon profitieren,

denn die Inline-Prozesskontrol-

le verhindert Produktionsfehler

und erspart Reklamationen. Das

Farbstoff/Kamera-System kann

zudem die Echtheit von fluores-

zenzmarkierten Materialien be-

legen. Auf der Kunststoffmesse

K 2016 wird das System vorge-

stellt.

Die Ultrabarrierefolie der Fraun-

hofer-Allianz POLO

®

muss für

die Verkapselung organischer

Leuchtdioden oder Solarzellen

allerhöchste Anforderungen er-

füllen: Sie schützt die empfind-

lichen organischen Materialien

über Jahre vor Sauerstoff und

Wasserdampf. Die Folie soll da-

bei dünn und transparent sein.

Eine für die Barriereeigenschaf-

ten wichtige Schicht – ein extrem

dünner Lack – besteht aus einem

Hybridpolymer (ORMOCER

®

) des

Fraunhofer ISC. Die Lackschicht

muss an allen Stellen exakt

gleichmäßig dünn sein – und

unter einem Mikrometer liegen.

Die Fraunhofer-Institute für Ange-

wandte Polymerforschung IAP in

Potsdam, für Verfahrenstechnik

und Verpackungen IVV in Freising

und für Silicatforschung ISC in

Würzburg haben dafür ein inline-

Detektionssystem entwickelt.

Live ermittelt: Schichtdicken-

verteilung und Härtungsgrad

Der transparente Barrierelack

besteht aus dem Hybridpolymer

ORMOCER

®

des Fraunhofer ISC.

Er wird im Rolle-zu-Rolle-Verfah-

ren auf eine transparente Folie

aufgetragen. »Beide Materiali-

en, Lack und Folie, haben einen

sehr ähnlichen Brechungsindex.

Das macht die Bestimmung der

Schichtdicke zu einer großen Her-

ausforderung, insbesondere weil

der Lack extrem dünn aufgetragen

wird«, erklärt Dr. Andreas Hollän-

der, Sprecher der Fraunhofer-

Allianz POLO

®

und Oberflächen-

spezialist am Fraunhofer IAP. Die

Forscher haben dafür eine clevere

Lösung gefunden: Sie mischen

eine kleine Menge eines fluores-

zierenden organischen Farbstoffs

in den ORMOCER

®

-Lack. Seine

Konzentration entspricht in etwa

0,001 Prozent. Der Farbstoff ab-

sorbiert Licht einer bestimmten

Wellenlänge und sendet Licht

einer längeren Wellenlänge, also

einer anderen Farbe, aus. Bereits

geringste Konzentrationen des

Farbstoffes können detektiert

werden. Bei einigen Fluoreszenz-

farbstoffen können die benach-

barten Moleküle die Intensität

oder die Wellenlänge des ausge-

sandten Lichts beeinflussen. Bei-

spielsweise führt die Aushärtung

der Lackschicht zu einem stärke-

ren Fluoreszenzsignal. Werden

solche Farbstoffe kombiniert,

können Informationen über die

Dickenverteilung und den Här-

tungsgrad der Schicht gewonnen

werden.

Niedrigere Kosten durch

perfekte Schichten

Für

das

Auftragen

des

ORMOCER

®

-Lacks wurde das De-

tektionssystem in den Rolle-zu-

Rolle-Prozess am Fraunhofer IVV

zur Herstellung der Ultrabarriere-

folie eingebunden. Zwei Typen

monochromatischer LED-Lampen

bestrahlen den Lack. Zwei kom-

merziell erhältliche Digitalka-

meras messen die ausgestrahlte

Fluoreszenz zweier Farbstoffe im

Lack. »Die Farbstoffe bestimmen

z. B. die Art der Lichtquelle oder

der Filter«, erklärt Holländer, der

am Fraunhofer IAP das Farbstoff/

Kamera-System entwickelt hat.

»Die Farbstoffe müssen zudem

im Beschichtungssystem löslich

sein. Ihre optischen Eigenschaf-

ten dürfen sich nicht mit denen

der Beschichtung selbst überla-

gern«, so Holländer. Mit Hilfe der

elektronischen Bildgebung wer-

den Defekte in der Lackschicht

erstmals direkt sichtbar und der

Beschichtungsprozess kann so-

fort und präzise angepasst wer-

den. Solche Mängel zeigten sich

bisher erst während der Anwen-

dung, z.B. durch eine zu kurze

Lebensdauer der OLEDs. Ein Ima-

geschaden einerseits und ande-

rerseits auch zusätzliche Kosten

durch Rückrufaktionen oder Re-

klamationen können mit dem nun

zur Verfügung stehenden System

vermieden werden.

Chemisch nicht analysierbar:

Materialien mit Fluoreszenz

kennzeichnen

Da die Farbstoffe in so geringen

Konzentrationen zugesetzt wer-

den, dass sie chemisch nicht

analysierbar sind, setzen die

Forscher das Prinzip auch für den

Plagiatschutz von Materialien ein.

»Wenn man nicht herausfinden

kann, welche Farbstoffe enthalten

sind, kann man die Markierung

auch nicht so leicht kopieren«,

so Holländer. »Zudem gibt es ei-

nige Tausend kommerziell verfüg-

bare Fluoreszenzfarbstoffe, die

miteinander kombiniert werden

können. Daraus ergeben sich un-

zählig viele mögliche Varianten.

Werden Massenkunststoffe oder

auch hochwertige Materialien wie

Schmierstoffe damit markiert,

können diese über eine Art eige-

nen Fluoreszenz-Code auf ihre

Echtheit geprüft werden«, erklärt

der IAP-Wissenschaftler. Dank

seines einfachen Aufbaus kann

das fluoreszenzbasierte Inline-

Bildgebungssystem leicht in be-

stehende Prozesse integriert wer-

den. Künftig soll das System auch

kommerziell verfügbar sein.

Auf der K 2016, der führenden

Messe für die Kunststoff- und

Kautschukindustrie, stellen die

Forscher die Entwicklung vom 19.

bis 26. Oktober in Düsseldorf in

Halle 07 auf dem Fraunhofer-Ge-

meinschaftsstand SC01 vor.

Text & Bild:

Fraunhofer-Institut für

Angewandte Polymerforschung

IAP

Geiselbergstraße 69

D-14476 Potsdam-Golm

© Foto Fraunhofer IAP

Künftig können Verkapselungsfolien für flexibel organische Leuchtdio-

den (OLED) ohne Defekte hergestellt werden.