24/10/2016
Door Ad Spijkers
Drie instituten binnen de Fraunhofer-Allianz Polymere Oberflächen (POLO) hebben een methode ontwikkeld voor de kwaliteitscontrole van ultrabarrèrefolies. Ook kunnen ze hiermee plagiaat aantonen.
Ultrabarrièrefolies beschermen de gevoelige organische materialen van organische lichtdiodes of zonnecellen jarenlang tegen zuurstof en waterdamp. De folies moeten daartoe dun en transparant zijn. Een zo'n voor de barrière-eigenschappen belangrijke laag (een extreem dunne lak) bestaat uit een hybride polymeer (Ormocer) van Fraunhofer-ISC. De laklaag moet op alle plaatsen exact gelijkmatig dun zijn en minder dan een micrometer bedragen. Drie Fraunhofer-Instituten hebben hiervoor een in-line detectiesysteem ontwikkeld.
Laagdikteverdeling
De transparante barrièrelak uit Orcomer wordt met een rol-op-rol methode op een transparante folie aangebracht. Beide materialen (lak en folie) hebben een vergelijkbare brekingsindex. Dat maakt het bepalen van de laagdikte tot een grote uitdaging, in het bijzonder omdat de lak extreem dun wordt aangebracht.
De onderzoekers hebben daar een slimme oplossing voor gevonden. Ze mengen een kleine hoeveelheid (0,001 %) fluorescerende organische kleurstof in de Ormocer-lak. De kleurstof absorbeert licht van een bepaalde golflengte en zendt licht van een langere golflengte (dus een andere kleur) uit. Al de geringste concentraties van de kleurstof kunnen worden gedetecteerd.
Bij enkele fluorescerende kleurstoffen kunnen de naastliggende moleculen de intensiteit of de golflengte van het uitgezonden licht beïnvloeden. Zo leidt de uitharding van de laklaag tot een sterker fluorescerend signaal. Als kleurstoffen worden gecombineerd, kan informatie worden verkregen over de dikteverdeling en de uithardingsgraad van de lak.
Lagere kosten
Voor het aanbrengen van de Ormocer-lak werd het detectiesysteem ingebouwd in een rol-op-rol proces voor het produceren van de ultrabarrièrefolie. Twee types monochromatische LED-lampen bestralen de lak. Twee commercieel verkrijgbare digitale camera's meten de uitgestraalde fluorescentie van de twee kleurstoffen in de lak.
De kleurstoffen bepalen de soort lichtbron of het filter. De kleurstoffen moeten bovendien oplosbaar zijn in het coatingsysteem. Hun optische eigenschappen mogen niet overeenkomen met die van de coating zelf. Met behulp van de elektronische beeldvorming worden defecten in de laklaag direct zichtbaar kan het coatingproces direct en nauwkeurig worden aangepast.
Fouten kwamen tot nu toe pas aan het licht tijdens de toepassing, bijvoorbeeld door een te korte levensduur van de OLED. Imagoschade en extra kosten voor terugroepactief of claims kunnen met deze systemen nu worden vermeden.
Materialen typeren
Omdat de kleurstoffen in zulke geringe concentraties worden toegevoegd dat ze chemisch niet aantoonbaar zijn, gebruiken de onderzoekers het principe ook voor bescherming van materialen tegen plagiaat. Omdat analisten niet kunnen traceren welke kleurstoffen zijn toegepast, kunnen ze de marketing ook niet zo gemakkelijk kopiëren.
Bovendien zijn een paar duizend commercieel verkrijgbare fluorescerende kleurstoffen beschikbaar, die met elkaar kunnen worden gecombineerd. Daaruit ontstaan oneindig veel mogelijke varianten. Worden bulkkunststoffen of hoogwaardige materialen zoals smeermiddelen daarmee gemarkeerd, dan kunnen deze via een soort eigen fluorescentiecode op echtheid worden gecontroleerd.
Dankzij de eenvoudige opbouw kan het op fluorescentie gebaseerde in-line beeldvormingssysteem gemakkelijk in bestaande processen worden geïntegreerd (foto: Armin Okulla, Fraunhofer IAP).