Gemaltes Display

News: Gemaltes Display

Die Technik zur Herstellung von Flüssigkristallanzeigen hat sich in den letzten dreißig Jahren prinzipiell nicht geändert. Doch nun haben Forscher ein einfaches Verfahren entwickelt, mit dem sich derartige Displays nicht nur schneller und günstiger herstellen lassen, sondern das auch ganz neue Möglichkeiten erschließt: So könnte es tatsächlich bald eine Art Multifunktionskleidung mit einbebautem Bildschirm geben.

Thorsten Krome

Die grüngrauen Displays, die uns mit schwarzen Zeichen über Gerätestatus und ähnliches informieren, sind aus unserem Alltag kaum wegzudenken. Fast jedes elektronische Gerät, ob Handy oder Armbanduhr, kommuniziert mit uns über diese Flüssigkristallanzeigen (LCD, Liquid Crystal Display). Mittlerweile können sie sogar farbige Bilder darstellen, was vor allem beim Einsatz in Laptops wichtig ist. Doch seit den siebziger Jahren, als diese Art der Anzeige zum ersten Mal auftauchte, hat sich die Technik zur Herstellung kaum verändert.

Zwischen zwei dünnen Glasscheiben, die sowohl mit einer Licht polarisierenden Beschichtung als auch mit Elektroden versehen sind, befinden sich unzählige kleine Zellen (Pixel), die mit Flüssigkristallen gefüllt sind – einer Zustandsform der Materie, die zwischen ungeordneter Flüssigkeit und geordnetem Kristall liegt. Flüssigkristalle bestehen in der Regel aus langgestreckten Molekülen aus etwa zehn bis hundert Atomen, die sich in einem elektrischen Feld ausrichten lassen. So gelingt es durch Anlegen einer bestimmten Spannung über einer Zelle, diese zwischen transparent und lichtundurchlässig hin und herzuschalten. Das ganze Bild setzt sich dann aus vielen dieser einzelnen Zellen zusammen.

Das Problem an der bestehenden Technik ist, dass alle Komponenten der späteren Anzeige nacheinander, in aufwändigen Prozessschritten, meist unter Vakuum aufgebracht werden müssen. Doch es geht auch einfacher, wie nun Roel Penterman und seine Kollegen von den Philips Research Laboratories in Eindhoven bewiesen. Die Forscher kamen nämlich bei ihrer Methode auch ohne eine abdeckende Glasplatte auf dem Schichtpaket aus, und auch die sonstige Herstellungsprozedur gestaltete sich wesentlich unkomplizierter.

Auf einem Glassubstrat, das bereits ein Flechtwerk aus paarweise angeordneten Elektroden und eine Schicht zur Orientierung des weiteren Aufbaus trug, tropften sie eine Flüssigkeit, die aus vier Komponenten bestand: Im einzelnen waren das die Flüssigkristalle, zwei verschiedene Monomere – also die Ausgangsstoffe eines Polymers – und ein UV-Licht absorbierender Farbstoff. Diese Flüssigkeit verteilten die Wissenschaftler gleichmäßig auf dem Substrat.

Anschließend belichteten sie die Schicht durch eine gitterförmige Maske mit Licht einer Wellenlänge von 400 Nanometern. Das bewirkte, dass sich die einen der beiden Monomere zusammenfanden und ein festes Gitter aus Polymerwänden an den Stellen bildete, wo das Licht durch die Maske drang.

Danach entfernten die Forscher die Maske wieder und belichteten die Schicht ein zweites Mal, jetzt jedoch mit 340 Nanometer Wellenlänge. Hierbei polymerisierte nun die andere Monomer-Komponente und formte so eine dünne Deckschicht über dem schachbrettartigen Muster aus abgeschlossen Zellen. Zu guter Letzt beschichteten die Forscher das ganze Schichtpaket mit einem polarisierenden Film, sodass eine voll funktionsfähige LC-Anzeige auf einem einzigen Substrat entstand.

Die Methode bietet dabei gegenüber herkömmlicher Technik einige Vorteile: So ist das gesamte Display viel dünner, als es sonst der Fall ist. Außerdem ist das Verfahren recht schnell, sodass sich die Produktionsrate der Anzeigen deutlich erhöhen lässt. Schließlich muss als Substrat auch nicht unbedingt eine Glasplatte verwendet werden, im Prinzip funktioniert auch jede beliebige Folie oder ein anderer fester Untergrund. So ist es auch denkbar, Textilien mit den Flüssigkristallzellen zu beschichten und so ein flexibles Display zu schaffen – für das Handy im Hemdsärmel beispielsweise.

Allerdings, so gestehen Penterman und seine Kollegen, seien noch einige technische Hürden zu überwinden, bis es soweit wäre. Da die Deckschicht nicht mehr mit Elektroden versehen ist, müssen nun alle Elektroden für die Anzeige im Substrat integriert werden. Anstelle ein elektrisches Feld vertikal zur Schichtebene zu erzeugen, liegt dabei das Feld in der Ebene, was für die Ausrichtung der Kristalle eher ungünstig ist.

Noch wichtiger ist vielleicht, dass die Polymerdeckschicht durchlässiger für Bestandteile der Luft ist, wie beispielsweise Wasser oder Sauerstoff. Das bedeutet aber, dass die Displays vermutlich über eine geringere Lebenszeit verfügen als ihre Kollegen aus Glas. Der LCD-Mode täte das jedoch sicherlich keinen Abbruch, denn wer will schon die Kollektion aus dem Vorjahr tragen?