‘De toekomstige omzet van producten gebaseerd op plastic elektronica kan net zo groot worden als de huidige omzet in plastics. De veelbelovende start is er en beide gebieden startten met de toekenning van een Nobelprijs, respectievelijk die van 2000 aan Alan Heeger, Alan McDiarmid en Hideki Shirakawa en die 1963 aan Giulio Natta en Karl Ziegler.’

Met die vergelijking opende de dagvoorzitter, George van Os, directeur van het Dutch Polymer Institute het congres over plastic elektronica op 9 september in het Evoluon.. Het huwelijk tussen plastics en elektronica moet veel goedkoop te produceren producten opleveren die, bij voorkeur voor Nederland en Europa, economisch voordeel moeten kunnen opleveren.

Flexibele displays waarvan de pixels aangestuurd worden met plastic elektronica.

Phillips Research

Phillips Research

Procesonderzoek

Het onderzoek is zich langzaam aan het verplaatsen is van puur materiaalonderzoek naar procesonderzoek. Niet dat het materiaalonderzoek niet meer nodig is of dat daar geen spectaculaire vooruitgang meer geboekt wordt, integendeel. De geleidbaarheid van de elektronen in polymeren die in elektronische identificatielabels gebruikt worden is spectaculair gestegen met een factor honderd. De levensduur van de blauw licht uitzendende polymeren is het laatste jaar verdubbeld en is inmiddels gestegen tot 70.000 uur wat bijvoorbeeld oled-televisie (organic light-emitting diode) dichterbij de realiteit brengt.

Maar daarnaast is nu veel meer aandacht voor de productieprocessen. Werd er jaren geleden alleen gezegd dat de productiemethoden in principe erg eenvoudig zijn en dat inkjetprinten mogelijk was, nu is dat ook aangetoond met werkende prototypes. In de loop van 2004 zijn prototypes van platte kleurentelevisies met diameters van 13 (Philips) en zelfs 40 (Epson) inch gemaakt met inkjetprinten.

Vergeleken met de aanvankelijk gebruikte spincoattechnieken leveren druktechnieken enorme besparingen in materiaalgebruik op. Daarvoor zijn spuitkoppen ontwikkeld die 10 picoliter van een oplossing in putjes met afmetingen van 50 micron deponeren. Dat is te vergelijken met een golfbal neerleggen op elk afzonderlijk visitekaartje waarmee een voetbalveld is vol gelegd. En dat in twee seconden.

Voor displays is de resolutie die daarmee behaald kan worden (130 dpi) voldoende, voor nog kleinere details ontwikkelt Philips bijvoorbeeld een microstempeltechniek.

Samenwerking

Een andere trend is de samenwerking tussen bedrijven en onderzoeksinstituten maar ook tussen bedrijven onderling. Samenwerking met printerfirma’s is bijna vanzelfsprekend, maar ook machinebouwers zoals het Veldhovense OTB spelen inmiddels een duidelijke rol. De eerste inline productiemachine voor OLED’s wordt binnenkort bij de eerste klant afgeleverd. Dat is een compacte machine, waarin zonder tussenkomst van operateurs het product de diverse productiestadia ondergaat in een gecontroleerde omgeving, zoals OTB die ook voor bijvoorbeeld cd-productie ontwikkeld heeft. Daarmee blijft productie ook in Europa betaalbaar.

Daarnaast heeft OTB samen met het DPI en TNO Industrie (in de joint venture Orgatronics) een flexibele proefproductielijn ontwikkeld die vanaf begin volgend jaar geïnteresseerde bedrijven de mogelijkheid biedt producten op het gebied van plastic elektronica te ontwikkelen en kleine proefseries te produceren. Die lijn wordt beheerd door TNO, is voor de helft van de tijd bedoeld voor onderzoek van DPI en kan de rest van de tijd gehuurd worden door derden. TNO levert er expertise en training bij. Die faciliteit moet er mede voor zorgen dat de voorsprong, die Europa volgens een van de sprekers nu nog heeft op Japan en de Verenigde Staten, behouden blijft.

Egbert-Jan Sol van TNO Industrie pleitte ervoor om een internationaal samenwerkingsverband op te richten: ‘Een publieke roadmap net als die in de halfgeleiderindustrie gebruikelijk is, zal de de samenwerking bevorderen.’

Geld

De meest bekende producten zijn de kleinere displays zoals bijvoorbeeld in een scheerapparaat van Philips en een mobiele telefoon. Elektronische barcodes (rfid-labels) zullen nog jaren op zich laten wachten. PolyIC, een joint venture van Siemens en Kurz (een Duitse drukker) denkt dat pas in 2008 producten op de markt komen. Dago de Leeuw van Philips Research denkt dat het nog wel tien jaar duurt voordat de rfid-labels er zijn. De mobiliteit van de ladingsdragers in de gebruikte halfgeleidende polymeren mag dan drastisch verbeterd zijn, de uitleesfrequentie is nog niet hoog genoeg en ook de integratie van de benodigde elektronica in één plastic chip is geen sinecure.

Bij ‘normale’ halfgeleiderchips hebben ontwerpers enorme bibliotheken met programma’s ter beschikking, hier moeten alle stappen doorlopen worden. De Leeuw: ‘We hebben inmiddels polymere 64-bits rfid-chip ontwikkeld. Die werkt , zij het dan in het laboratorium en nog niet onder praktijkomstandigheden en dat is een geweldige stap in de goede richting.’

Het zal dus zeker nog enige tijd duren voor die miljardenomzet gerealiseerd kan worden. Dat brengt met zich mee dat nog lange tijd voldoende geld ter beschikking moet zijn voor onderzoek en ontwikkeling. Particuliere investeerders blijken in sommige gevallen niet over voldoende adem te beschikken.

David Fyffe van Cambridge Display Technology, een spin-off van de universiteit van Cambridge, vroeg zich af of ‘plastic elektronica wel echt een veld is voor venture capitalists of dat het aan grote bedrijven en de overheid overgelaten moet worden geld te verschaffen voor R&D.’

Sensoren en zonnecellen

Naast de twee eerder genoemde gebieden, displays en elektronische barcodes, werd ook aandacht besteed aan sensoren en zonnecellen. In de medische wetenschap en voor voedselcontrole zouden wegwerpsensoren van plastic een grote rol kunnen spelen, maar op dit moment is de stabiliteit van de gebruikte materialen en hun geringe resistentie tegen de aantasting door vloeistoffen nog een groot probleem.

Plastic zonnecellen liggen wat energieopbrengst betreft nog ver achter bij op silicium gebaseerde systemen, maar bieden toch zoveel voordelen (grote oppervlakken van willekeurige vorm, goedkope productie) dat er voor de lange termijn veel van verwacht wordt. In dat verband zijn de resultaten van een ontwikkeld productieproces voor flexibele zonnecelpanelen, die Akzo en Shell lieten zien, van groot belang.

Het waren weliswaar nog op silicium gebaseerde flexibele zonnecellen, maar het silicium zou eenvoudig te vervangen zijn door een halfgeleidend polymeer. Ook daaruit blijkt de toegenomen aandacht voor productieprocessen en dat brengt producten een stapje dichterbij. Maar een miljardenomzet is het voorlopig niet.