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Michael Heckmeier & Dieter Schroth

»Ein sehr guter Zeitpunkt, um den Markt zu bedienen«

Die Entwicklung von falt- und rollbaren OLED-Displays nimmt Fahrt auf
© Merck

Die Entwicklung von falt- und rollbaren OLED-Displays nimmt Fahrt auf. Die große Herausforderung ist der mechanische Stress an der Faltkante. Um sie zu meistern, sind viele Hersteller offen für Materialwechsel – eine seltene Gelegenheit für Materialforscher.

Unternehmen wie Samsung, Huawei oder Motorola haben die erste und zweite Generation von Smartphones mit faltbarem OLED-Display zur Serienreife gebracht. Das Marktforschungsunternehmen Omdia prognostiziert bis 2025 eine Verdreizehnfachung des weltweiten Umsatzes mit faltbaren OLED-Displays auf 8,9 Mrd. US-Dollar. Die Einschätzung teilt auch die interne Marktforschung von Merck. Das Unternehmen aus Darmstadt ist in der öffentlichen Wahrnehmung eher als Pharmakonzern bekannt, unterhält aber auch einen Geschäftsbereich Electronics. Dort werden Materialien für die Halbleiterherstellung und die Displayfertigung entwickelt. Bei Flüssigkristallen für LCDs ist Merck Weltmarktführer, bei OLED-Material gehört man zu den führenden Unternehmen. Das Geschäft mit LCDs ist seit einigen Jahren leicht rückläufig und soll durch andere Märkte kompensiert werden. Eine große Chance dafür sehen Michael Heckmeier, Geschäftsführer der Einheit Display Solutions innerhalb von Merck Electronics, und Dieter Schroth, Senior Director Display Solutions, bei den neuen Märkten, die sich mit falt- und rollbaren OLED-Displays eröffnen.

Relevante Anbieter

Welche Märkte gibt es für falt- und rollbare OLED-Displays?

Michael Heckmeier: Wir sehen faltbare Smartphone-Displays als einen ganz wichtigen Anwendungsfall, den so gut wie jedes größere Unternehmen aus der Smartphone-Branche adressieren möchte und auf seiner Roadmap hat. Rollbare Fernsehgeräte sind ebenfalls ein großer Techniktreiber. Sehr interessant, aber noch ein eher kleiner Bereich, sind rollbare Notebook-Displays.

Wo ist neuer Forschungsbedarf für die Materialhersteller entstanden?

Dieter-Schroth von Merck.meint: "Forschungsbedarf gibt es bei der Dünnfilmverkapselung und Oberflächenbeschichtung"
Dieter Schroth, Senior Director in der Geschäftseinheit Display Solutions bei Merck Electonics: »Forschungsbedarf gibt es bei der Dünnfilmverkapselung und Oberflächenbeschichtung.«
© Merck

Dieter Schroth: Ein OLED-Display besteht aus rund 30 bis 40 Schichten. Ein Teil davon ist der aktive OLED-Stack, also der lichterzeugende Schichtenstapel. Dort können die Emitter-Materialien genutzt werden, die bereits für starre OLED-Displays entwickelt wurden. Dass es diese Konstante gibt, ist vielleicht etwas überraschend, denn faltbare Displays stellen die Display- anwendungen eigentlich komplett auf den Kopf.

Forschungsbedarf gibt es im anderen Teil des Schichtsystems und zwar bei der Dünnfilmverkapselung und der Oberflächenbeschichtung. Die aktuellen Modelle sind zum Beispiel noch nicht kratzfest genug. Dafür braucht man neue Beschichtungen, die sehr dünn, flexibel und gleichzeitig auch hart genug sind. Wenn das nicht gelingt, werden sich faltbare Displays nicht durchsetzen. Für starre Anwendungen erfüllt Glas diesen Zweck sehr gut, kann aber in dieser Form natürlich nicht für falt- und rollbare Displays genutzt werden. Daher wird an ultradünnem Glas geforscht, ein Gebiet, auf dem wir auch tätig sind. Nicht am Glas selbst, sondern an den Beschichtungen, die benötigt werden, um dem Gesamtsystem die notwendigen Eigenschaften zu geben.

Nun gibt es im Display eine Faltkante, an der mechanischer Stress auftritt.

Dieter Schroth: Und zwar sehr hoher mechanischer Stress. Ganz zu Beginn der Diskussion um flexible Displays ging es noch um eher fließende Formen mit leichter Krümmung und nun sind wir bei einem inneren Biegeradius von etwa 1,5 Millimetern angelangt, wie zum Beispiel in Samsungs »Galaxy Z Flip«. Das ist schon ein großer Unterschied. Und wegen der enormen Kräfte an der inneren Faltkante gab es auch zu Beginn der Entwicklung Überlegungen, speziell an dieser Stelle ein anderes Material einzusetzen. Aber damit wäre die homogene Bilddarstellung verloren gegangen und der Produktionsprozess noch komplexer geworden.

Michael-Heckmeier von Merck sagt: "Wir sehen faltbare Smartphone-Displays als einen ganz wichtigen Anwendungsfall "
Michael Heckmeier, Geschäftsführer des Bereichs Display Solutions: »Wir sehen faltbare Smartphone-Displays als einen ganz wichtigen Anwendungsfall.«
© Merck

Michael Heckmeier: Die Faltkante ist genau der spannende Punkt. Dass es hier noch Optimierungspotenzial gibt, sieht man zum Beispiel bei den einrollbaren Fernsehern an der nicht ganz so kompakten Box, in die sich das Display mit relativ großem Krümmungsradius einrollen kann. Auch die Smartphone-Entwickler haben einige ausgeklügelte Biegemechaniken konstruiert, um den Flaschenhals Biegeradius in den Griff zu bekommen. Eine besondere Herausforderung wird der Weg von der Krümmung hin zur Falz sein, also ein Knick mit Krümmungsradius null. Wir können mit unserem Ansatz hier gut weiterhelfen. Wir entwickeln mit einer Formulierungslösung, bei der wir zur Optimierung des Materials relativ einfach einzelne Komponenten dieser Formulierungen austauschen und die Komposition optimieren können. Zur Anpassung eines Materials muss man nicht grundsätzlich neue Materialien im Chemiesyntheselabor entwickeln, sondern arbeitet im Formulierungslabor mit deutlich kürzeren Entwicklungszyklen.

Dieter Schroth: Wegen des hohen mechanischen Stresses hat bei faltbaren Systemen auch die Dicke der einzelnen Schicht eine besondere Bedeutung, die sie bei starren Displays nicht hat. Je dicker das gesamte System ist, desto mehr mechanischer Stress entsteht beim Falten. Um diesen Stress zu reduzieren, wird jede einzelne Schicht bzgl. ihrer Dicke optimiert. Das gilt für die Verkapselungsschichten genauso wie für die Beschichtung und generell alle Schichten im OLED-Display. Dünnere Schichten sind also auch ein Schritt in Richtung höhere Robustheit des Gesamtsystems. Aber auch unabhängig vom Trend hin zu flexiblen und faltbaren Displays wollen die Hersteller die Dicke des gesamten OLED-Displays reduzieren.

Transformation bei Merck Electronics
Mit dem Geschäftsbereich Electronics bedient Merck die Marktsegmente Halbleiter- und Displaylösungen als Materialzulieferer. 2018 wurde als Reaktion auf das rückläufige Geschäft mit LCDs das Transformationsprogramm »Bright Future« gestartet, mit dem sich der Geschäftsbereich stärker auf zukunftsfähige Elektronikmaterialien ausrichtet. Rund drei Jahre nach Beginn des Transferprogramms sieht sich der Konzern auf einem guten Weg. Neben dem Segment Flüssigkristalle für Displays, auf dem Merck nach wie vor Weltmarktführer ist, bedient Electronics neue Wachstumsmärkte, mit denen man das rückläufige LCD-Geschäft nach Ansicht von Merck mehr als kompensieren könne. Zu den Wachstumsmärkten gehören OLED-Materialien, Display-Strukturierungs-materialien und neue Anwendungen für die Flüssigkristalltechnik, u.a. in intelligenten Antennen oder die Steuerung der Lichttransparenz in Fenstern. Der größte Wachstumstreiber für den Bereich Electronics ist die Geschäftseinheit Semiconductor Solutions, die auch den meisten Umsatz generiert. Dort werden Materialien, Zuführsysteme und Dienstleistungen für die Halbleiterindustrie entwickelt. Als Ziel für den gesamten Unternehmensbereich Electronics hat sich Merck ein Umsatzwachstum gesteckt, das deutlich über dem Durchschnitt der Branche Spezialchemie liegt

 


  1. »Ein sehr guter Zeitpunkt, um den Markt zu bedienen«
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