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Biegsame Displays sind der nächste große Innovationsschritt bei Smartphones. Analysten rechnen mit den ersten serienreifen Geräten bereits für 2019, spätestens 2020. Bisher scheiterten die Versuche an der fehlenden Biegsamkeit der Touch-Sensoren. Diese Hürde überwindet nun eine neue Technologie von Tanaka.
Drucken statt ätzen
Der große Unterschied zu bisherigen Displays: Statt zwei Trägerschichten (Substraten) für die beiden Elektroden, benötigen diese Panels nur noch eine Trägerschicht. Die Elektroden aus zwei Lagen feiner Metallfäden liegen auf derselben Seite dieser Trägerschicht. Durch diese Innovation wird das Display dünner und damit auch flexibler. Auch die Herstellung der Elektroden – zwei Lagen feiner Metallfäden – ist neu: Tankaka ätzt diese nicht wie üblich in Indium-Zinn-Oxid, sondern druckt sie mit einer silberhaltigen Tinte. Damit lassen sich besonders dünne Leiter mit nur zwei Mikrometer Dicke erzeugen. Diese Metallgitter sind für das bloße Auge unsichtbar, was zu einer höheren Bildqualität beiträgt.
Damit löst Tanaka ein großes Problem vorhandener Touch-Panels mit Metallgitter, die bereits in einigen Displays und PCs im Einsatz sind. Die Leiter dieser Metallgitter sind nämlich drei bis sieben Mikrometer breit, was Menschen mit einem gutem Sehvermögen negativ empfinden. Bisher galt es als schwierig, Drähte unter vier Mikrometer Breite zu produzieren. Tanaka schafft dies mit einer Nanosilber-Tinte, die bei niedriger Temperatur unter 100° C gesintert wird. Die spezielle Tinte von Tanaka enthält eine hohe Konzentration an Silber-Nanopartikeln zwischen zehn und 100 Nanometern. Positiv ist zudem, dass dieses Verfahren die Haltbarkeit der Displays erhöht.
Außerdem setzt Tanaka SuPR-NaP (Surface Photo-Reactive Nanometal Printing) ein, eine Technologie zur Herstellung von Drähten, bei der eine Trägerschicht, zum Beispiel eine PET-Folie, überzogen mit einem wasserabweisenden Fluorpolymer, mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird. Dadurch werden die Silber-Nanopartikel chemisch absorbiert und haften aneinander. Beide Innovationen zusammen ermöglichen damit die Herstellung von dünneren und flexibleren Displays. Da Fertigungsschritte entfallen, ist das Verfahren von Tanaka kostengünstiger. Das Touch-Panel wird künftig in langen Filmen (Rolle zu Rolle) einfach auf Folie gedruckt und dann entsprechend zugeschnitten.
Elektrischer Widerstand steigt nicht mehr beim Biegen
Im Labor zeigt sich die Überlegenheit des neuen Verfahrens sehr anschaulich: Während bei herkömmlichen Panels mit Metalldrähten und einem zweiseitigen Aufbau der elektrische Widerstand nach dem Biegen erheblich ansteigt, ist das bei dem neuen Aufbau, wo beide Elektroden auf einem Substrat auf einer Seite liegen, nicht der Fall. Bei sehr dünnen Leitern zwischen einem und fünf Mikrometern leidet beim herkömmlichen Aufbau die Haltbarkeit beim Biegen, beim neuen Verfahren dagegen nicht.
Derzeit werden jedoch in Smartphones vor allem noch kapazitive Touch-Panels mit Multi-Touch-Funktionalität zur Erkennung mehrerer Punkte eingesetzt. Für eine hohe Transparenz und um eine Massenproduktion zu ermöglichen, verwenden diese Sensoren in der Regel transparente Elektroden aus Indiumzinnoxid (ITO), die in eine Glasträgerschicht geätzt werden. Ein kostenintensives und aufgrund der eingesetzten Chemikalien zudem umweltschädliches Verfahren. Und da ITO einen hohen elektrischen Widerstand besitzt und leicht bricht, eignet sich diese Technologie grundsätzlich nicht für die Herstellung großer und flexibler Panels, wie sie in künftigen Smartphones verbaut werden sollen.
Tanaka stellt Display-Herstellern derzeit Muster von Metallgitterfolien mit Standardspezifikationen (vier Mikrometer, einseitig, einlagig) zur Verfügung. Zeitnah wird Tanaka weitere Musterfolien (einseitig, zweilagig-strukturierte Metallgitterfolien) für Testzwecke der Display-Hersteller vorhalten.
