Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung aktiv leuchtender, flexibler, flächiger Polymerverbunde durch Kombination elektrisch leitfähiger Polymerschichten mit LED-Elementen

Ziel des Projektes ist die Entwicklung dünner, flexibler Polymerverbunde, die durch Kombination von elektrisch leitfähigen Polymerschichten mit darauf applizierten LEDs eine aktive Beleuchtung von Flächenmaterialien ohne starre metallische Verbindungselemente ermöglichen. Die innovativen Flächen sollen als Rollenware zur Verfügung stehen, sodass eine individuelle Kaschierung mit unterschiedlichen Trägermaterialien durch etablierte Prozesse möglich ist. Die Innovation für das Beleuchtungskonzept besteht in:

• Nutzung einer flächigen Potentialdifferenz für die Stromversorgung

• Möglichkeit einer beliebigen, individuellen Anordnung der LEDs auf der Fläche

• Entwicklung von Designtools, mit denen eine solche Anordnung optimiert und

automatisiert werden kann

Zur Realisierung dessen, sind folgende Schritte geplant:

• Entwicklung einer dünnen Polymerschicht mit anwendungsgerechter elektrischer Leitfähigkeit

und flexibler Flächenkontaktierung

• Realisierung eines Kaschierverfahrens, um aus den LED-bestückten Flächen in Kombination

mit Textilien, hinterleuchtete Flächen zu realisieren

• Erarbeitung eines Design-Tools, mit dem die präzise Lage und Orientierung auf einer leitfähigen

Schicht berechnet und an einen Bestückungsautomaten übergeben werden kann

• Entwicklung eines LED-Elementes für eine nachträgliche, individuelle Applikation in die

leitfähigen Textilverbunde

Das größte Innovationspotential der Entwicklung wird im extrem breitgefächerten Bereich Smart Textiles gesehen, indem zahlreiche KMU tätig sind, die als potentieller Nutzerkreis entlang der gesamten Wertschöpfungskette beteiligt sind. Das Segment beinhaltet Textilien, die über miteinander verbundene elektronische Komponenten verfügen, deren Funktion von der Energiegewinnung über Sensorik, der Beheizung bis hin zur Beleuchtung reicht. Der größte Marktanteil der Smart Textiles für 2020 wird dem Sicherheits- und Militärbereich zugeschrieben, gefolgt von Architektur, Sport, Transport, Bekleidung und Medizin.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung dünner, flexibler Polymerverbunde, die durch Kombination von elektrisch leitfähigen Polymerschichten mit darauf applizierten LEDs eine aktive Beleuchtung von Flächenmaterialien ohne starre metallische Verbindungselemente ermöglicht. Grundprinzip war die Nutzung des Spannungsabfalls über eine Fläche mit definiertem Widerstand.

Im Rahmen des Projektes konnte dieses neue Prinzip zum Betrieb von elektronischen Komponenten auf polymeren Flächenmaterialien durch die Erzeugung der Potenzialfläche entwickelt werden.

Kernelement zur Erzeugung der Potenzialfläche waren leitfähige Polyurethanfolien, die mittels Additivierung von CNTs in wässrige Polyurethandispersionen erzeugt wurden. Durch die Nutzung von CNTs konnte die elektrische Leitfähigkeit der leitfähigen Folien bis zu einem Maximalwert von 120 S/m gezielt eingestellt werden. Eigens auf Basis von silberhaltigen Polyurethandispersionen entwickelte Massen ermöglichten die Herstellung flexibler Elektroden zur Kontaktierung leitfähiger Flächen >100 cm².

Die Entwicklung eines Simulationstools ermöglichte die Berechnung der Materialauslegung für SMD-LEDs und leitfähige Polymerschichten sowie die Charakterisierung des Potenzialfeldes. Die Simulationen dienten als Grundlage für die Herstellung von hinterleuchteten polymeren Verbundmaterialien mit kaschiertem Textil. Es wurden bis zu 72 LEDs auf die Folien aufgebracht und erfolgreich betrieben. Verschiedene Methoden zur Anbindung der LEDs auf den polymeren Flächen wurden erfolgreich entwickelt. Die Verbunde zeigten in mechanischen Prüfungen hohe Flexibilitäten und Stabilitäten. Der herausragende Vorteil der Entwicklungen ist, dass alle elektronischen Komponenten nicht individuell mit Leiterbahnen kontaktiert werden müssen, sondern über die polymere Potenzialfläche angebunden werden. Daraus folgt, dass in einer Potenzialfläche eine nahezu unbegrenzte Anzahl von elektronischen Komponenten eingebracht werden kann.