Nieuws

De jonge honden van het Natlab

Een groot beeldscherm in een kleine behuizing. Philips maakt zich op voor de productie van flexibele kunststof displays. Vijf onderzoekers aan het woord over hun R&D-project.

Het oprolbare beeldscherm van Philips Research bestaat uit twee delen: het display en de backplane, samen drie A4-tjes dik. Het display is gekocht van het Amerikaanse bedrijfje E-Ink, de backplane is zelf ontwikkeld. Het display bestaat uit witte en zwarte inktbolletjes. De backplane bestaat uit een zeer dunne kunststof folie met daarop een elektronische schakeling met 80.000 transistoren. Schakelen van de transistoren beïnvloedt via elektrische velden de verdeling van positief geladen witte en negatief geladen zwarte pigmentdeeltjes, waardoor een beeld ontstaat. De schermresolutie van 85 dots per inch is goed genoeg voor leesbaarheid.

Eind 2002 is dit project ondergebracht bij Polymer Vision. Dit is één van de vier projecten van Philips Technology Incubator, dat R&D-resultaten naar de markt probeert te brengen. De Technology Incubator is een afdeling die naast Research en het Centrum voor Industriële Technologie staat en rechtstreeks aan Chief Technology Officer en lid van de Raad van Bestuur dr. Ad Huijser rapporteert. Polymer Vision werkt met een tiental medewerkers aan verdere verbetering en productierijp maken van deze displays. Er is een prepilotlijn met een productiecapaciteit tot vijfduizend beeldschermen per jaar. Een beslissing over een productielijn voor jaarlijks meer dan honderdduizend stuks wordt niet voor 2005 verwacht.

 

Dr. Erik van Veenendaal (30),

schei en wiskunde in Nijmegen. In 2001 in Nijmegen gepromoveerd in de scheikunde. Werkt sinds 2001 voor Philips Research op het gebied van organische elektronica en sinds 2002 aan flexibele displays. Zijn taak is karakterisatie en modelling: geproduceerde wafers doormeten op de performance van transistors en display, niet alleen elektronisch maar ook optisch. De resultaten terugkoppelen naar degenen die de wafers en designs maken.

‘Een probleem is vaak het aantal shorts (ongewenste verbindingen, kortsluitingen) in een schakeling. Dat is al sterk verminderd, maar nog niet opgelost. Kleinere displays met minder pixels zaten eerst boordevol fouten, nu zijn dat er twee à drie per display. Dat is onder andere verminderd door het patroon contactloos van masker op folie over te brengen. Dat gebeurde eerst via contactafdruk.’

‘Het eerste goed werkende display in maart 2003 was een hoogtepunt. We hebben het research management er bij gehaald en het hele lab uitgenodigd. Veel collega’s zijn ook komen kijken. En natuurlijk hebben we het ook met het hele team gevierd.’

‘Het management reageerde heel positief, maar hield ons ook met beide benen op de grond. Ze zeiden: let op de levensduur. Dat is een belangrijk issue als het om geleidende kunststoffen gaat. Als onderzoeker ben je redelijk cynisch: er zal wel iets mislukken. Maar tot nu toe hebben we elke teleurstelling overwonnen. We halen onze milestones. De focus van de incubator is goed. Als dit een succes op de markt wordt, is dat een stimulans. Over twee jaar is dit misschien wel een apart bedrijf.’

 

Dr. Edzer Huitema (33), chemie Nijmegen. Gepromoveerd in de fysische chemie in Utrecht, 1998. In 2000 bij Philips Research. Van begin af betrokken bij het deel van het polymere elektronica-project dat gericht was op platte beeldschermen. Zijn huidige verantwoordelijkheid: aansturing van het display. Dit telt 600 aansluitingen. Pas als daar een signaal op wordt gezet ontstaat een beeld.

‘Dit is qua performance en schakelsnelheid zeer slechte elektronica. Het sterke punt is dat je het op hele dunne, flexibele folies kunt maken. Het is moeilijk om met zulke slechte elektronica een beeld op een display te toveren.’

‘Een maat voor de elektronische kwaliteit van materialen is de mobiliteit van ladingsdragers. Bij zuiver silicium bedraagt die 400 tot 1000 cm2/Vs. Bij poly-silicium, dat gebruikt wordt in mobiele displays, ligt dat rond de 50. Bij amorf-silicium, zoals toegepast in lcd’s: 0,5. En in de kunststof pentaceen, gebruikt in flexibele displays: 0,02. Als we daar 0,5 van kunnen maken, ligt de hele wereld voor ons open. Niet alleen is kunststof elektronica langzamer, er is ook meer spanning nodig. Amorf silicium werkt op vijf volt, plastic vraagt tien volt. Dat vereist ook weer duurdere chips.’

‘De performance is nu goed genoeg voor een kwart VGA (320 x 240 pixels). Het VGA-formaat (640 x 480 pixels) kunnen we ook aan. Willen we nog groter, dan zijn betere materialen nodig en moeten we nog een stap in de procestechnologie maken. De rek is er echter nog niet uit. De performance van de transistoren kan nog beter door het weerstandsverschil tussen de geleidende en isolerende toestand te vergroten.’

 

Dr.ir. Bas van Rens mba (32); werktuigbouw TU Eindhoven; daar ook gepromoveerd. Sinds 1/1/2000 bij Philips Research, eerst onder andere bij de afdeling business development. In die tijd haalt hij zijn mba. Raakt begin 2002 betrokken bij polymer electronics. Nu general manager van Polymer Vision. Zijn taak: opzetten van de strategie, zorgen voor mensen en middelen om deze uit te voeren, en het vinden van partners en klanten.

‘Begin 2002 evalueert Philips Research het onderzoeksproject polymere elektronica. De onderzoekers hebben zich tot dan toe voornamelijk gericht op de ontwikkeling van hele goedkope rfidchips. Indien het zou lukken deze te produceren voor een zeer lage kostprijs, die concurrerend is met barcodetechnologie, dan zou de wereld voor ons openliggen. Maar ondanks de gerealiseerde vooruitgang bleek dat er nog veel problemen opgelost moesten worden om chips van voldoende kwaliteit en met de juiste prijs te kunnen maken.

Daarom is toen gezocht naar een toepassing van polymere elektronica waarbij we niet op kosten hoefden te concurreren met bestaande technologieën.’

‘Het vervangen van amorf silicium in platte beeldschermen door polymere elektronica vormt begin 2002 het andere deel van het onderzoek. Men bekijkt deze technologie als mogelijkheid om flexibele displays te maken. Daarnaast hoopt men ook tot kostenbesparingen op de productie van bestaande displays te komen, maar dat valt tegen. Toch zien we hierin een uitdaging. Het is een interessant materiaal en de productie is een leuk proces. Maar de vraag is waarvoor we een flexibel display kunnen gebruiken. We moesten dus op zoek naar een unieke toepassing waar de wereld op zit te wachten.’

‘Duidelijk is dat er steeds meer info via mobiele telefoons wordt verstuurd. Die moet zichtbaar worden gemaakt via kleine en relatief slechte beeldschermpjes. Deze markt vertoont nog steeds een sterke groei, dus ook het aantal toestellen. Mogelijk dat daar een niche zit. Met het idee van een groot beeldscherm in een kleine behuizing zijn we naar het research management van Philips gestapt. Het display is dan nog klein (vijf centimeter diagonaal) en geeft tijdens de demonstratie al na één uur de geest. We worden dan ook weggestuurd met de opdracht om te laten zien dat deze displays groter kunnen worden en ook langer mee kunnen gaan.’

‘Eind 2002 gaat het project flexibele displays van start. Begin 2003 wordt een roadmap opgesteld, waarin staat wat er allemaal moet gebeuren om in 2006 de eerste producten te kunnen maken. Het lukt ons al snel de grootte en de duurzaamheid van het beeldscherm te vergroten. Eind 2003 hebben we dit wereldkundig gemaakt met een persbericht, een webpagina en een artikel in het wetenschapsblad Nature. Medio 2003 hebben we bouwers van mobieltjes en telecomoperators uitgenodigd, om onze ideeën over de telecommarkt te toetsen. Hun reacties waren boven verwachting positief.’

‘De samenwerking binnen ons team verloopt goed. De sfeer is heel professioneel. In zo’n groep is slechts beperkte ruimte voor ego’s, terwijl onderzoekers toch niet de kleinste ego’s hebben. In een jolige bui praten we bij het koffieapparaat soms over de kleur van de Jaguar die we zullen kopen, mocht het flexibele beeldscherm een wereldsucces worden.’

 

Ing. Fred Touwslager (39), chemie HTS Rotterdam 1985. In datzelfde jaar bij Philips Research. Opgeklommen van ondersteunend medewerker naar onderzoeker. Sinds vier jaar betrokken bij plastic elektronica, waarvan het laatste jaar flexibele displays. Zijn taak: ontwikkelen van nieuwe materialen en de processing daarvan.

‘Voor de backplane zijn folies nodig met een dikte van slechts 25 micron. Hoe dunner de folie, hoe moeilijker het wordt daarop elektronische schakelingen aan te brengen. Wij zijn de eerste die op zulke dunne folies elektronische structuren kunnen maken. De eerste krijgt altijd de meeste credits. Het is leuk om daar bij te horen. Eerst werkten we met polyimide (kapton) folie, nu met polyester, vanwege het minder ruwe oppervlak. Dat maakt het leggen van verbindingen gemakkelijker, en de kans op kortsluitingen kleiner.’

‘Een opgerold beeldscherm heeft nu een doorsnee van twee centimeter.

Dat moet worden teruggebracht tot onder de één. Een nog dunnere folie voor de backplane is niet aan de orde. Het probleem ligt bij het display, met een dikte van 200 micron. Dat kan verminderen door dunnere dragerfolies te gebruiken.’

‘De voortgang van het project loopt naar wens, alle milestones zijn gehaald. Ik heb dat als heel uitdagend ervaren. Alles viel echter meestal pas in de laatste weken/dagen op zijn plaats. In R&D zitten dingen mee en tegen. Het maken van de maskerset, waarmee de beeldlijnen worden vastgelegd, is in één keer goed gegaan. Dat was een meevaller, want soms lukt dat pas na twee of drie keer. Het ontwerpen en produceren van de aanstuurelektronica voor dit display duurde bijvoorbeeld langer.’

‘De dagelijkse ergernissen vallen mee. De meeste mensen worden goed betrokken bij de belangrijke beslissingen. Natuurlijk worden er wel eens beslissingen genomen die achteraf minder gelukkig zijn, maar dat is dan de verantwoordelijkheid van de groep. Soms is apparatuur niet op tijd binnen, maar dat zijn kleinere dingen.’

 

Dr. Gerwin Gelinck (33), scheikunde/vaste stof chemie Nijmegen; 1998 gepromoveerd in Delft in de fysische chemie. Daar al onderzoek aan materialen voor polyled’s. In 1998 in dienst bij Philips Research. Deed onder andere onderzoek naar elektronische barcodes op basis van polymere elektronica. Was vanaf het begin betrokken bij oprolbare displays. Zijn taak: ontwikkeling van een industrieel productieproces.

‘Ik werk aan de processing van nieuwe materialen. Een lastig aspect daarvan is de levensduur van organische materialen. Een flexibel display gaat nu enkele maanden mee, dat moet naar enkele jaren, een factor tien à honderd meer. We denken dat we dat kunnen halen. Philips heeft namelijk veel ervaring met vergelijkbare producten. De eerste polyled’s hadden een levensduur van enkele seconden. Nu staat er in Heerlen een fabriek waar polyled’s gemaakt worden met een levensduur van 100.000 uur. Vergeleken met dit huzarenstukje lijkt de degradatie van ons display een eitje. Het display degradeert door contact met zuurstof en water, dat kunnen we voorkomen door afscherming en isolatie. Maar hoe precies moeten we nog onderzoeken.’

‘Een ander probleem: transistors gaan ‘aan’ boven een bepaalde drempelspanning, maar die spanning verschuift als de transistor in bedrijf is. De oorzaak is dat ionen bewegen onder invloed van het elektrische veld, waardoor een andere ladingsverdeling ontstaat. Dat leidt weer tot een andere drempelspanning. De oplossing is het wegvangen van ionen. Dit probleem is de afgelopen tijd een stuk verminderd.’

‘Dit is een ‘disruptive technology’, dus er zijn geen spelregels. Er zitten heel veel plussen aan deze technologie, maar of die echt leiden tot een marktdoorbraak moet allemaal nog blijken. Ik vind het werken aan een disruptive technology leuk, omdat er zoveel dingen vanaf de bodem moeten worden opgebouwd. Disruptive technologies komen vaak tot ontwikkeling in kleine bedrijven. Zo zien wij ons ook: als een kleine start-up binnen het grote Philips. De risico’s zijn groot. Het merendeel van die bedrijfjes gaat over de kop. Maar als het slaagt, is de impact enorm. Ons grote voorbeeld is ASML.’

‘Dit was eerst een researchprogramma, met alle vooren nadelen. Als je een idee hebt om iets te verbeteren, dan kan dat ook worden onderzocht. Maar het risico bestaat dat je werkt aan iets dat de markt niet vraagt. In 2003 is dit een incubatorproject geworden. De manier van werken is veranderd. De houding is nu: goed is goed genoeg. Dingen hoeven niet tot op de bodem uitgezocht. Hier zijn ondernemers en onderzoekers bij elkaar gezet. Bas is een ondernemer, ik niet. Deze combinatie is uniek.’

Deel deze pagina
Gratis proefabonnement TW

Bestel nu GRATIS 2 proefnummers TW

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!

Vision & Robotics

Vision & Robotics is hét onafhankelijke vakblad voor machinebouwers, system integrators en eindgebruikers van productielijnen in de maak- en agro-/foodindustrie. 

Graag meer lezen over onderwerpen zoals robotica, sensoren, kunstmatige intellegentie en nog veel meer klik hier

Vision & Robotics heeft ook een nieuwsbrief! klik hier om je in te schrijven.

TW online gratis voor jongeren

TW Investeert in technisch onderwijs

Leerlingen tot 18 jaar lezen gratis TW. Meld je aan en ontvang 23 online edities per jaar geheel gratis!

Naar boven