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27.05.2016

Polymere Sensorpaste für 3D-Displays

Neue Verfahren und Materialien in Displays von morgen

Die Displays der Zukunft sind flexibel, transparent und druckbar (© ISC)

In der Welt der Displaytechnologien sind innovative Materialien und Verfahren entscheidend, um das Seherlebnis beispielsweise durch erhöhte Pixeldichte, besseren Kontrast, größere Formate und nutzerfreundliches Design zu steigern. Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Würzburg, eröffnet mit seinen Materialentwicklungen im Bereich Optik und Elektronik neue Anwendungsmöglichkeiten für die Displays der Zukunft. Kostengünstige nasschemische Druckverfahren bieten dabei eine Alternative zu herkömmlichen Sputter-Techniken und verringern Prozessschritte und Produktionskosten.

Für die Massenproduktion geeignet

Um progressive Herstellungsverfahren für die Massenproduktion tauglich zu machen, müssen kostengünstige, einfache Prozesse unter Verwendung adaptierbarer, preiswerter Materialien entwickelt werden. Wichtige Schlüsseldetails in der der Herstellung fehlten jedoch bisher.

Die anorganisch-organischen Hybridpolymere und Sol-Gel-Materialien des ISC lassen sich nach Angaben des Instituts mit nasschemischen Druckverfahren und Rolle-zu-Rolle-Verfahren unkompliziert und kostengünstig verarbeiten. Eine Verbesserung der optischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften sollen außerdem neue Anwendungen und Designmöglichkeiten bei flexiblen, transparenten und 3D-Displays eröffnen.

Sensorpaste für PET-Folien

Die gedruckten, quasi transparenten polymeren Piezosensoren wurden im Rahmen des EU-Projekts „Flashed!“ entwickelt. Die Sensoren messen Verformungen beispielsweise beim Verbiegen flexibler Displays oder den Druck eines Fingers sowie, falls gewünscht, Temperaturunterschiede. Sie seien nahezu beliebig skalierbar und damit auch für große Formate einsetzbar. Herkömmliche Touch-Screens auf Basis von Indiumzinnoxid (ITO) können bei flexiblen Displays aus Stabilitätsgründen nicht verwendet werden. Über einfachen Siebdruck können die Sensorpasten auf Polyethylenterephthalat (PET)-Folien oder andere Substrate aufgetragen werden.

Neben Touchscreens lassen sich Passivierungsschichten und Isolatoren für Backplanes mit flexiblen und transparenten Materialien herstellen, ebenso leitende und halbleitende Schichten. Als Alternative zu vakuumprozessierten ITO- oder halbleitenden Metalloxiden können nasschemisch verarbeitbare Sol-Gel-Materialien per Tauchen oder Sprühen appliziert werden.

Bessere Lichtausbeute

OLEDs sind zwar kostengünstig herzustellen und sparsam im Verbrauch, doch ein erheblicher Anteil des Lichts geht durch interne Streuverluste an zu rauen Grenzflächen mit Brechzahlhub zwischen leitfähiger Schicht und Substrat/Schutzschicht verloren. Mit einer auf Sol-Gel basierten glatten Schicht mit integrierten Streuzentren kann die Streuwirkung gezielt gesteuert und damit die Auskopplung des Lichts aus den OLED verbessert werden. So lässt sich die nutzbare Lichtausbeute je nach Aufbau deutlich auf über 50% erhöhen. Weitere Anwendungen zum besseren Lichtmanagement in Displays sind ebenfalls möglich.

Abtauchen in virtuelle Welten: Mit Smartphone und Brille ist das schon jetzt möglich (© Oculus)

Virtual Reality erlebbar machen

Im Bereich 3D und Virtual Reality gibt es noch viel Entwicklungspotenzial. Um die Technik, der holographischen, also möglichst lebensechten, dreidimensionalen Darstellungen voranzutreiben, setzen Hersteller auf neue Materialien und Verfahren. Das ISC bietet Entwicklungen im Bereich der diffraktiven und holographischen optischen Elemente und 3D-Strukturierung mittels 2-Photon-Polymerisation.

Das Laserdirektschreibverfahren auf Basis der 2-Photonen-Absorption (TPA) erlaubt laut eigener Aussage eine nahezu willkürliche Mikrostrukturierung von Oberflächen und ist im Vergleich zu konventionellen 3D-Strukturierungsmethoden schnell, einfach und günstig. Poröse Schichten für Flüssigkristalle sollen schaltbare optische Elemente in variabler Dicke für 3D-Displays ermöglichen. (me)

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