Ein Start-up kombiniert amorphes Silizium mit Kunststoff zu flexiblen Displays.
Ingenieure und Techniker träumen schon seit langem von Kunststoff-basierten Displays, die im Vergleich zu ihren Glas-Gegenstücken flexibel, leichtgewichtig und kaum zu zerstören sind. Das Problem: Die Technik lässt sich noch immer nicht in größeren Stückzahlen verlässlich produzieren.
Das US-Unternehmen Phicot hat deshalb nun ein Verfahren aus der Schublade geholt, das eigentlich zum Drucken von Bauteilen aus amorphem Silizium auf Kunststoff gedacht war. Die Herstellungstechnik, mit der bereits kostengünstige Solarzellen produziert werden, umfasst das Aufbringen von Halbleitermaterial auf langen Kunststoffbahnen, die von mehreren Rollen zugeführt werden. Phicot kann dabei auf das Know-how seiner Mutterfirma PowerFilm zurückgreifen, die bereits Solarzellen aus amorphem Silizium in diesem "Roll-to-Roll"-Prozess fertigt. "Das Verfahren senkt den Preis und macht Kunststoff zu einer exzellenten Option für den hinteren Teil eines Displays", meint PowerFilm-Chef Frank Jeffrey.
Die meisten modernen Bildschirme setzen auf Transistoren aus Polysilizium – einem Halbleiter, der schnell genug für bewegte Bilder schaltet. Das Problem dabei ist, dass dieser Halbleiter bei hohen Temperaturen aufgebracht werden muss, so dass ein flexibler Kunststoffträger schmelzen würde. Aus diesem Grund wählte Phicot amorphes Silizium, das sich auch bei weniger hohen Tempraturen verarbeiten lässt und trotzdem flott genug schaltet – anfangs ausreichend für elektrophoretische Bildschirme wie jene aus elektronischer Tinte (E-Ink), später auch für Displays aus organischen Leuchtdioden (OLEDs).
In der Phicot-Fabrik werden Schichten aus amorphem Silizium und Isolationsmaterial auf Kunststoff aufgebracht. Diese Rollen werden dann an ein Labor des IT-Konzerns HP geschickt, wo Ingenieure einen von der Firma entwickelten, neuartigen Lithographie-Prozess verwenden, um die Transistoren in das Plastik zu ätzen.
Sobald die Transistoren aufgebracht sind, muss das Display selbst ergänzt werden. HP hat seine Technik bereits mit E-Ink und einem eigenen reflektierenden Bildschirmsystem getestet, das Farben und Video darstellen kann. Carl Taussig, Direktor des Information Surface Labs bei dem Unternehmen, ist sich sicher, dass auch die Ansteuerung von OLEDs mit geringen chemischen Änderungen möglich wäre.
Phicot ist nicht die einzige Firma, die sich an Kunststoff-basierten Bildschirmen probiert. Das Philips-Spin-off Polymer Vision sowie Plastic Logic versprechen erste Produkte in den nächsten Monaten. Dabei werden allerdings Transistoren aus organischen Materialien eingesetzt, die sich leichter bei niedrigen Temperaturen mit dem Kunststoff verbinden lassen, aber langsamer als amorphes Silizium schalten. Organische Transistoren reichen für E-Ink und Co. zwar aus, sind für OLEDs aber ungeeignet. Eine weitere Firma namens Kovio arbeitet unterdessen daran, Silizium direkt auf Kunststoff zu drucken – mit einer Technik, die an Tintenstrahler erinnert. Allerdings soll es hier zunächst nur um RFID-Funketiketten gehen.
Ein weiterer Vorteil amorphen Siliziums gegenüber organischen Materialien ist die Tatsache, dass die elektronischen Leistungswerte allgemein bekannt sind. "Im organischen Bereich ist man noch nicht so weit", sagt John Rogers, Professor für Materialwissenschaften an der University of Illinois in Urbana-Champaign. "Die Stabilität der Komponenten lässt sich schwer voraussagen und sie haben eine eingeschränkte Langzeitverlässlichkeit." Es fehle an langjährigen Erfahrungswerten.
Laut PowerFilm-Chef Jeffrey war es relativ einfach, seine Produktion von Dünnfilm-Solarzellen auf den Druck von Bildschirm-Transistoren umzustellen. Der Hauptunterschied sei, dass die Schichten in einer anderen Reihenfolge aufgebracht und sie zum Teil elektrisch verändert werden mussten. "Wir haben deshalb unsere Solarzellenmaschinen für die Entwicklungsarbeit nutzen können. Das ging alles sehr direkt."
Phicot plant nun den Umzug in eine Anlage im Silicon Valley, um die HP-Lithographietechnik SAIL im großen Umfang einsetzen zu können. Perfekt ist der Prozess jedoch noch nicht. Jeffrey ist sich trotzdem sicher, dass viele der Hürden, die eine Massenproduktion ohne großen Ausschuss bislang verhinderten, bald genommen sind. Dazu gehört eine Kalibrierung der Anlagen auf das jeweilige Kunststoffmaterial.
Auch der Rohstoff selbst benötigt eine große Reinheit: "Das Plastik muss glatt sein", sagt Alberto Salleo, Professor für Material- und Ingenieurwissenschaften an der Stanford University. Auch auf der Rolle dürfe es nie reißen. Jeffrey glaubt allerdings, dass sich auch auf Elektronikseite einiges tun lässt, um Probleme am Kunststoff zu beheben: "Wir haben die Option, die Komponenten so zu verändern, dass sie Defekte tolerieren."
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