Einfach belichtet für hochsensible Touch Screens

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Maximal berührungsempfindlich. Ein neues Fertigungsverfahren ermöglicht das Fertigen von sehr sensiblen Oberflächen in nur einem Schritt. Photometallisierung nennt sich das und wird das Berühren revolutionieren.

Das Geheimnis berührungsempfindlicher Oberflächen findet sich in kleinsten elektronischen Leiterbahnen. Sie bestimmen die Funktionsfähigkeit vieler Geräte und Instrumente, wie in TFT-Bildschirmen von Displays oder Touch-Screens. Der Erfolg von Geräten mit berührungsempfindlichen Oberflächen überrascht dabei sogar Experten der Elektronikbranche. Innerhalb weniger Jahre, so schreiben es die Springer-Autoren Khalid Saeed und Tomomasa Nagashima in „Biometrics and Kansei Engineering“, eroberten vor allem Smartphones und Tablets den Markt.

Das Prinzip der Touch Screens beruht auf wechselnden Strukturen mit großen Leiterbahnen mehrerer Millimeter und kleinsten Strukturen von 1µm. Weil aber diese Leiterbahnen bisher in unterschiedlichen Produktionsstufen hergestellt wurden, waren die Systeme aufwendig und teuer. Die absolute Berührungsempfindlichkeit moderner Touch-Screens wollen Forscher künftig wesentlich einfacher erreichen.

Photoaktive Schicht aus Metalloxid-Nanopartikel

Forscher am INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien haben dazu ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sie makroskopische und mikroskopische Leiterbahnen in einem einzigen Produktionsschritt erzeugen können. Sie versehen für die Produktion solcher Leiterbahnen für Touch Screens ein Substrat mit einer photoaktiven Schicht, die aus Metalloxid-Nanopartikeln besteht. Anschließend bringen sie einen farblosen, UV-stabilen Silberkomplex auf. Durch das Belichten dieser Schichtfolge würden der Silber-Komplex an der photoaktiven Schicht zersetzt und die Silber-Ionen zu Silber reduziert. Laut Peter William de Oliveira, Leiter des Programmbereichs Optische Materialien birgt dieses Verfahren berge mehrere Vorteile: Es sei schnell, flexibel, kostengünstig und umweltfreundlich.

In nur einem Belichtungsschritt und anschließendem Spülen mit Wasser sei die Herstellung in nur wenigen Minuten abgeschlossen. Weitere Prozess-Schritte für die Nachbehandlung entfielen. Selbst eine Temperaturbehandlung sei nicht unbedingt notwendig. Mit diesem Verfahren erhalten die Forscher am INM Schichtdicken bis zu 100 Nanometern und eine spezifische Leitfähigkeit, die rund einem Viertel der spezifischen Leitfähigkeit von reinem Silber entspricht. Eine Wärmebehandlung bei 120 °C steigert die Leitfähigkeit auf die Hälfte von Silber

Individuelle Leiterbahnen auf Glas oder Kunststoff

Mit diesem Grundprinzip können die Forscher sehr individuell Leiterbahnen unterschiedlicher Größe auf Substrate wie Glas oder Kunststoff aufbringen. Es gibt drei verschiedene Möglichkeiten, die je nach Anforderung genutzt werden kann: Das „Schreiben“ 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.

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 feste Substrate, wie zum Beispiel Glas. Für ein mögliches Rolle-zu-Rolle-Verfahren eigneten sie sich jedoch nicht, da sie meist aus Quarzglas bestünden und nicht flexibel seien.

Transparente Stempel formen Strukturen

Zurzeit arbeiten die Forscher intensiv an einer dritten Methode, der Nutzung sogenannter transparenter Stempel: Diese Stempel verdrängen mechanisch den Silberkomplex und wo kein Silber, da auch keine Leiterbahn. Damit können Strukturen von wenigen Mikrometern geformt werden. Da die Stempel aus einem weichen Polymer bestehen, besteht die Möglichkeit, sie auf einer Rolle anzuordnen. Und weil sie transparent sind, arbeiten die Forscher daran, die UV-Quelle direkt in die Rolle einzubetten. Somit wären die ersten Schritte für ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren getan. Damit ließen sich Leiterbahnstrukturen unterschiedlicher Größe auf Substraten wie Polyethylen- oder Poylcarbonatfolien im Großmaßstab herstellen.