»Flexible Displays werden zur Domäne organischer Elektronik«

Flexible – organische – Displays spielen ihre Vorteile hauptsächlich in zwei Bereichen aus: neue Designmöglichkeiten und Kostenvorteile bei der Produktion, denn organische Elektronik ist druckbar und »Roll-to-Roll« herstellbar.

»Flexible Displays werden zur Domäne organischer Elektronik«, erklärt Prof. Karlheinz Blankenbach, Hochschule Pforzheim. Wer wünscht sich nicht für sein mobiles Kommunikationsgerät als Ergänzung zum »Bediendisplay« ein größeres Display für das komfortable Surfen im Internet und Betrachten von Dateien? Die ideale Lösung ist ein flexibles ausrollbares und damit größeres Display.

»Da mobile Geräte und flexible Displays sich ideal ergänzen, stehen bistabile Technologien wie E-Paper und einige Flüssigkristall-Technologien im Fokus der Entwicklung«, so Blankenbach. Auch für OLEDs ergeben sich seiner Meinung nach zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Hier müsse man allerdings besonderes Augenmerk auf die Barriereschichten bei Plastiksubstraten und die Aktiv-Matrix-Backplane legen, da OLEDs stromgetrieben sind. 

Herausforderung »Material«

»Für voll-flexible Displays sollten anorganische durch organische Materialien substituiert werden«, erläutert Blankenbach. Das heißt, alle Schichten »starrer« Displays und Produktionsprozesse – außer die elektrooptische Schicht, diese kann durchaus unverändert bleiben – müssen entsprechend modifiziert werden: Das sind vor allem das Substrat, die transparenten Halbleiter und die Aktiv-Matrix-Backplane. »Eine grundsätzliche Herausforderung sind die unterschiedlichen Biegeradien von Ober- und Untersubstrat bei Krümmung bzw. wiederholtem Biegen«, erläutert Blankenbach.

»Flexible Displays erfordern ferner spezielle ITO (transparenter Halbleiter) oder entsprechende Ersatzschichten, flexible Aktiv-Matrix-Backplanes und Barriereschichten speziell für OLEDs sowie Niedertemperatur-Prozesse in der Produktion bei Verwendung von Plastiksubstraten.« Bei der Roll-to-Roll-Produktion mit Druckprozessen ist Mikrometer-Präzision bei Substraten im Meterbereich mit hoher Durchsatz-Geschwindigkeit erforderlich.

Die in flexiblen Displays zum Einsatz kommenden Materialien unterteilen sich in Substrate, Schichten und TFTs sowie die elektrooptische Schicht. Als Substrate kommen dünnes Glas (hier besteht allerdings Bruchgefahr), Plastiksubstrate (vorzugsweise kostengünstiges PET) oder metallische Backplanes mit transparentem Frontsubstrat zum Einsatz.

Der bei Glassubstraten verwendete Aufbau der TFTs mit Silizium hält den Belastungen bei flexiblen Displays oft nicht stand. Deshalb gilt die Aufmerksamkeit den organischen TFTs (OTFT). Bei allen Materialien ist darauf zu achten, dass sie den gängigen Umweltnormen wie RoHS, WEEE und REACH und den Recycling-Vorschriften entsprechen.

Von der Forschung und Entwicklung in die Praxis

»Aus den Anforderungen und Materialien für flexible Displays folgen quasi automatisch die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten, um diese zur Marktreife zu bringen«, erklärt Blankenbach. »Derzeit arbeiten Forschung und Industrie an ITO-Ersatzmaterialien für Plastiksubstrate, OTFTs mit hohem On/Off-Stromverhalten und stabiler Kennlinie sowie ›Gleichmäßigkeit‹ auch auf größeren Substraten.«

Hergestellt werden solche Backplanes mittels Inkjet-Drucker, Spincoating und Transferprozessen. »Leitfähige Polymere stehen hier kurz vor dem entscheidenden Durchbruch und kommen auch als OLED-Material zum Einsatz«, so Blankenbach weiter. Viele Firmen evaluieren die unterschiedlichen Technologien für flexible Displays, und einige präsentierten bereits flexible Prototypen.

Allein an der Serienproduktion hapert es bislang noch. Doch auch das soll sich bald ändern: PVI, LG und Plasticlogic haben für 2010 die Massenproduktion elektrophoretischer Displays auf E-Ink-Basis angekündigt. Und auch flexible AMOLEDs von Samsung und LCDs von Sharp und Nemoptic sollen im kommenden Jahr in Serie gehen.

Welche Einsatzbereiche eignen sich für flexible Displays?

Flexible Displays unterteilt man in drei Kategorien:

• Conformable: wird während der Produktion gekrümmt produziert und ist danach quasi starr
• Bendable: ist mit einem gewissen Krümmungsradius öfter biegbar
• Rollable: mit kleinem Krümmungsradius vielfach aufrollbar

Bereits die einfachste Version (Conformable) erzeugt eine Vielzahl von neuen Anwendungsmöglichkeiten - beispielsweise ein Display, das sich einfach auf einem Armaturenbrett aufkleben lässt. Smartcards stellen einen Massenmarkt für »Bendable«-Displays dar. Weitere neuartige Einsatzgebiete sind auch »Wearable«-Displays in der (Sport-)Kleidung und ausrollbare Zusatzdisplays für mobile Geräte sowie E-Books.