Elettronica organica e stampata

I circuiti organici e stampati rivoluzionano la microelettronica

Le materie plastiche con caratteristiche regolabili, indeformabili come termoplastiche, duroplastiche o elastomeri, sottoforma di film o rivestimento, granulari o espanse, costituiscono una parte inalienabile della nostra vita – dai semplici oggetti di uso quotidiano fino agli elementi strutturali più complessi, impiegati per la costruzione di automezzi o edifici.

Ora a questa poliedricità strutturale delle materie plastiche si aggiunge un’ulteriore dimensione: con l’opportuna configurazione molecolare esse si prestano anche come conduttori o semiconduttori elettrici (pur con una mobilità ancora limitata dei portatori di carica). In questo modo esse fungono da elementi strutturali dell’elettronica organica e stampata. Organica in quanto i suoi transistor, sensori e diodi elettroluminescenti non sono più a base di silicio o arseniuro di gallio ma di derivati di carbonio. Stampata perché il layout a superficie piana del circuito, con particolari strutturali di alcune decine di micrometri, può essere impresso da un rullo tramite sistemi di stampa di massa convenzionali (flexo, serigrafia, inkjet) su supporti flessibili e anche trasparenti.

Integrazione in oggetti
In questo modo si ottengono superfici, con funzionalizzazione elettronica o fotonica, tridimensionali su qualsiasi tipo di oggetto, anche di natura tessile. Con esse si realizzano sensori touch capacitivi o vasti campi luminosi con OLED (diodi elettroluminescenti organici), sensori e detector per la misurazione di dati medici o ambientali significativi come la temperatura o l’umidità. Oppure vengono impiegate come celle solari. O anche come batterie stampate sottili per l’alimentazione di dispositivi miniaturizzati. Quest’opportunità apre le porte ad applicazioni nuove ed esotiche in oggetti “smart” e relativo collegamento all’ “Internet delle Cose”.

La più recente (quinta) edizione della roadmap dell’OE-A (Organic and Printed Electronics Association) – un gruppo di lavoro all’interno del VDMA (Associazione tedesca dei costruttori di macchine) che conta più di 220 membri in tutto il mondo –, mette in chiaro lo status quo e i trend dell’elettronica organica per un arco di tempo di dieci anni.

Schermi OLED – il primo mercato di massa
I minischermi OLED per cellulari e smartphone sono diventati un mercato di massa, fruttando lo scorso anno all’elettronica organica un fatturato di quasi 9 miliardi di USD. Entro il 2025 questo settore dovrebbe raggiungere un volume annuo di 200 miliardi di USD. Schermi OLED ricchi di colore e di contrasto per televisori da 55 pollici sono già disponibili (ad es. presso Samsung e LG), tuttavia ancora con prezzi di listino attorno ai 10.000 USD.

Schermi flessibili per eReader
Anche gli eReader di Amazon o Sony con “carta elettronica” di eInk sono molto popolari grazie al principio di visualizzazione salva-energia bistabile degli schermi elettroforetici. Essi sono sostanzialmente adatti alla riproduzione di contenuti statici come le pagine di un libro.

La prossima fase evolutiva porterà eReader e tablet più leggeri, flessibili e forse addirittura arrotolabili, senza i pesanti e fragili vetri coprischermo. In questo campo la più avanzata è l’azienda Plastic Logic che produce “backplane”, costruiti con transistor organici a film sottile (OTFT), e dunque la matrice attiva per la regolazione individuale dei singoli pixel.

A frenare ancora lo sviluppo della fotovoltaica e della tecnologia di visualizzazione di tipo organico è l’incapsulatura ermetica contro il vapor acqueo presente nell’atmosfera, che altrimenti ne corroderebbe gli elettrodi, accorciando la durata di vita dei dispositivi. La soluzione sono i film accoppiati a barriera. Perfettamente idonei sembrano essere gli strati trasparenti di biossido di silicio amorfo.

I motori per lo sviluppo delle applicazioni
I motori per lo sviluppo di applicazioni sono da ricercare nell’industria automobilistica e farmaceutica, nell’elettronica di consumo e negli di imballaggi “intelligenti” per generi alimentari, medicinali e altri beni di consumo. Con convenienti etichette a radiofrequenza (RFID tag), stampate in superficie o all’interno, gli imballaggi intelligenti sono in grado di dare un’impronta più efficiente alla gestione merci e segnalare al consumatore, tramite display stampato ad aggiornamento dinamico, la data di scadenza, l’interruzione della catena del freddo per merci delicate o garantire l’autenticità di articoli pregiati mediante collegamento con catene di fornitura rintracciabili.

Nelle auto di categoria premium, il prossimo passo prevede l’impiego di display organici e sensori touch che verranno a sostituire indicatori e comandi di tipo meccanico. Seguiranno poi complesse luci di retromarcia con OLED – fra l’altro anche presso l’Audi – a rimpiazzare gli attuali fari LED, con risparmio di energia.

OLED Lighting
Le sorgenti luminose OLED sono in concorrenza con gli affermati LED e le lampade alogene. Esse promettono fonti di luce con un’ampia superficie ad emissione uniforme ed effetti cromatici regolabili. Inoltre possono essere applicate anche sulle superfici di elementi familiari negli ambienti interni, creando effetti architettonici accattivanti.

Fotovoltaica organica e batterie
La fotovoltaica organica (OPV) è già disponibile in commercio per l’alimentazione locale di periferiche dati e dispositivi consumer mobili. A lungo termine si prevede anche l’utilizzo sull’esterno di veicoli ed edifici (BIPV, building integrated photovoltaics).

Come componenti di sistema dell’elettronica organica, esistono memorie stampate sottoforma di pellicole ram ferroelettriche non volatili del produttore norvegese Thinfilm. Esse possono essere abbinate a una transistor-logic, sviluppata presso la società di ricerca a contratto californiana PARC, creando così un componente di memoria software indirizzabile. Con l’aggiunta di un termistore stampato come sensore di temperatura e di un display nonché di una batteria stampata, si può così creare un completo sistema di rilevamento.

Le batterie stampate sono a loro volta al centro delle ricerche relative all’integrazione di sistema. Abbinate a display e campi luminosi, sensori touch e celle solari, esse possono essere integrate in packaging, prodotti tessili e altri oggetti d’uso comune, elevandoli a nuovi livelli di valenza e funzionalità.

Anche la K 2013, la principale fiera internazionale per il settore delle materie plastiche e della gomma che si terrà a Düsseldorf dal 16 al 23 ottobre, esporrà innovazioni legate al tema dell’“elettronica organica e stampata” che avranno il loro centro nel padiglione “Printed Electronics Products and Solutions”. Qui sia le tecnologie di stampa che le superfici funzionalizzate – come le soluzioni RFID, i display flessibili e gli OLED –, troveranno una propria piattaforma per presentarsi agli operatori del settore provenienti dalle industrie di trasformazione e di applicazione.

Settembre 2013

Per contatti:
Ufficio stampa K 2013

Eva Rugenstein/Desislava Angelova
Tel.: +49-211-4560 240
Fax.: +49-211-4560 8548
E-mail: RugensteinE@messe-duesseldorf.de
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