Innovationen in der druckbaren Elektronik: Von der Idee zur Produktion. Eine technische und wirtschaftliche Analyse

Die druckbare Elektronik ist noch eine junge Technologie, der großes Potential vorhergesagt wird. So wird für die druckbare Elektronik mittel- bis langfristig ein globales Marktvolumen von mehreren hundert Milliarden Euro prognostiziert. Druckbare Elektronik beschreibt eine Technologie, die mit angepassten Materialien in Kombination mit adaptierten Fertigungstechnologien, neuartige Anwendung ermöglicht, die der konventionellen Elektronik bisher nicht zugänglich waren. Beispiele für diese neuen Anwendungen sind: OLED-Beleuchtung, intelligente Verpackungen, Smart Lables, RFIDs, Aktoren, flexible bzw. rollbare Displays, flexible Solarzellen und Batterien. Der Erfolg der druckbaren Elektronik hängt auch davon ab, ob die vielen Produktideen in eine erfolgreiche Produktion überführt werden können. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht daher die Fragestellung, welche Einflussfaktoren die Produktion von druckbarer Elektronik bestimmen.

Hierfür wird zunächst das Untersuchungsobjekt Produktion von druckbarer Elektronik definiert und die Begriffe abgegrenzt. Daraufhin werden die kritischen Parameter zum Aufbau einer Produktion druckbarer Elektronik analysiert und beschrieben, um daraus Hypothesen ableiten zu können. Die drei wichtigsten Parameter werden im Detail untersucht und Lösungsansätze erarbeitet: Auswahl eines Fertigungsverfahrens und der Substrattransportmethode sowie Anordnung von Bearbeitungseinheiten zu einem optimalen Produktionssystem. Daraus wird erstmals eine Systematik hergeleitet, welche grundlegend jede Art von substratbasierter Produktion mit sechs Komponenten charakterisiert.

Auf den Erkenntnissen aufbauend, wird der aus der Literatur im Detail dargestellte Innovationsprozess auf die druckbare Elektronik adaptiert. Der Innovationsprozess wird in fünf Phasen eingeteilt, die auf dem Weg von der Idee bis zur Produktion durchlaufen werden müssen. Der Innovationsprozess wird als Ablaufplan dargestellt, um den iterativen Charakter wiederzugeben. Dieser Innovationsprozess wird darauf folgend unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten betrachtet. Hierfür werden zunächst die erarbeiteten Produktionssysteme einer Wirtschaftlichkeitsanalyse unterzogen. Danach werden die Vorteile von Kooperationen in Innovationsprozessen erarbeitet und diese auf die druckbare Elektronik übertragen.

Somit wird einerseits ein Leitfaden für die Unternehmenspraxis erarbeitet, der Unternehmen die Möglichkeit bietet, ihre Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zu strukturieren und ein umfassendes Bild der Einflussfaktoren und möglicher Problemfelder zu erarbeiten. Andererseits dient diese Darstellung der theoretischen Diskussion, indem sie einen Beitrag zur Begriffsbildung und Strukturierung für den Innovationsprozess und speziell für die Produktion von druckbarer Elektronik leistet.

Printable electronics is a young technology whose mediumterm to longterm market worth is predicted to be several hundred billion euros. Printable electronics uses adapted materials and adapted production technologies to create new applications that were not previously feasible using conventional electronics. Examples include OLED lighting, smart packaging, smart labels, RFIDs, ac-tuators, flexible and rollable displays, flexible solar cells and batteries. Since the success of printable electronics depends on developing product ideas into practicable production processes, this work focuses on identifying the factors that determine the production of printable electronics.

First, we define printable electronics production. Then, we identify and describe the critical parameters for printable electronics production processes. Finally, the three main parameters - manufacturing method, substrate transport method and optimal arrangement of processing units - are analyzed in detail and solutions are developed. Here, we characterize for the first time each type of substrate-based manufacturing process using six components.

Based on the perception, we adapt the detailed, illustrated innovation process to printable electronics. We divide the innovation process into five phases that link the initial idea to the final production system, and display it in a flow chart to reflect its iterative nature. We then analyze the economics of the production system. Finally, we describe the advantages of cooperation in innovation pro-cesses and transfer them to printable electronics.

In summary, our presentation serves two purposes: First, it offers companies practical guidelines for structuring their R&D projects and provides them with an overview of the main parameters and problem areas. And second, it advances the theoretical discussion by more precisely describing the innovation process for printable electronics production systems.