Studie Flachdisplays in Deutschland

Beteiligte Partner:
Balzers Process Systems GmbH
BMW AG
Robert Bosch GmbH
Covion Organic Semiconductors GmbH
DaimlerChrysler AG
Deutsche Bank AG
Giesecke & Devrient GmbH
IBM Deutschland Speichersysteme GmbH
Lambda Physik GmbH
Mannesmann VDO AG
Merck KGaA
Optrex Europe GmbH
Schott Glas
Siemens AG
Unternehmensberatung J. Weidinger
Wammes & Partner GmbH
VDE/VDI GMM e.V.
VDMA e.V.
ZVEI e.V. Fachverband Bauelemente der Elektronik
Fraunhofer
Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration
Autoren:
Institut für Hochfrequenztechnik, TU Braunschweig
Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH
Labor für Bildschirmtechnik, Universität Stuttgart
Max-Planck-Institut für Polymerforschung
© VDMA-DFF
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Ehrfeld, Dr. Klaus Hecker, Dr. Markus Weber, Dr. Markus Winzenick
Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH
55129 Mainz
Vorwort
Der Bildschirm ist die wichtigste Schnittstelle zwischen Mensch und digitaler Welt.
Mit dem schnellen Wachstum dieser Welt und ihrem Eindringen in alle Bereiche
des täglichen Lebens wird auch der Bedarf an Bildschirmen weiter stark ansteigen,
und die Akzeptanz moderner technischer Systeme wird in zunehmendem Maß von
dieser optischen Kommunikationsschnittstelle abhängen. Dabei wird der Anteil der
Flachdisplays immer größer werden. Sie bieten nicht nur entscheidende Vorteile
durch ihren geringen Platz- und Energiebedarf, sondern sind auch hinsichtlich der
Ergonomie den herkömmlichen Kathodenstrahl-Bildschirmen weit überlegen.
Bereits heute hat sich ein hochdynamischer Flachdisplay-Markt entwickelt, der
schnell wächst und künftig außerordentlich attraktive ökonomische Chancen bieten
wird.
Obwohl viele entscheidende Entwicklungen auf diesem Gebiet in Deutschland
durchgeführt wurden, hat dies nicht zum Aufbau einer international bedeutenden
Flachdisplay-Fertigung geführt. Bei der Suche nach Schuldigen wurde dieser
äußerst unbefriedigende Sachverhalt oft mit dem Mangel an engagierten
Unternehmern in Deutschland begründet. Dies ist sicher nicht richtig. Denn
Deutschland wäre wohl nicht die weltweit zweitgrößte Exportnation, wenn es hier
keine engagierten Unternehmer gäbe. Aber Investitionsentscheidungen hängen
nicht nur davon ab, daß es Unternehmer gibt, sondern auch von den
Rahmenbedingungen, die diesen geboten werden.
Durch neue technische Entwicklungen bei den Flachdisplays, durch einen rasch
zunehmenden Bedarf und viele neue Anwendungsgebiete sowie auch durch das
wachsende Engagement der politisch Verantwortlichen haben sich die
Rahmenbedingungen in jüngster Zeit entscheidend verbessert. Es bietet sich
erneut eine Möglichkeit, den Grundstein für einen zukunftsweisenden
Wirtschaftszweig mit strategischer Bedeutung für die deutsche Volkswirtschaft zu
legen. Gerade die Schlüsselbranchen Automobil-, Informations- und
Kommunikationsindustrie sowie der Maschinen- und Anlagenbau sind auf den
Einsatz anwendungsspezifischer Flachdisplays angewiesen.
Um Konzepte für den Aufbau einer Flachdisplay-Produktion in Deutschland zu
entwickeln, trafen sich auf Initiative des Instituts für Mikrotechnik Mainz – erstmals
am 1. Dezember 1998 – Vertreter von Firmen, Verbänden und Instituten, die sich
aktiv mit dem Thema Flachdisplays befassen. In mehreren Arbeitskreissitzungen
wurden nicht nur konkrete Maßnahmen für den Aufbau einer FlachdisplayProduktion in Deutschland erarbeitet, sondern es wurde noch viel mehr erreicht:
Man war sich einig, daß das Thema Flachdisplays durch eine Bündelung der
Kompetenzen und Kräfte zu einer Erfolgsstory für die deutsche Wirtschaft und
natürlich auch für die Schaffung zukunftssicherer Arbeitsplätze werden kann. Im
Bewußtsein, daß das Zeitfenster für einen erfolgreichen Einstieg in diese
Zukunftstechnologie nur kurz geöffnet ist, war man sich aber auch klar:
Es besteht Handlungsbedarf – heute.
Mainz, den 11. August 1999
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Ehrfeld
Inhaltsverzeichnis
Abstract................................................................................................................................ 2
1
Zusammenfassung ...................................................................................................... 3
2
Situationsanalyse ........................................................................................................ 7
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Situation am Weltmarkt .............................................................................................. 7
Flachdisplay-Hersteller in Deutschland und Europa ................................................. 10
Zulieferindustrie in Deutschland ............................................................................... 13
Forschungsinstitute .................................................................................................. 17
Chancen für Deutschland......................................................................................... 19
3
Rahmenbedingungen für den Aufbau einer Flachdisplay-Industrie ...................... 23
4
Flachdisplay-Technologien ....................................................................................... 27
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
5
Flüssigkristalldisplays............................................................................................... 27
Plasmadisplays ........................................................................................................ 35
Elektrolumineszenz-Displays.................................................................................... 38
Vakuumfluoreszenz-Displays ................................................................................... 41
Feldemissions-Displays............................................................................................ 43
Anorganische Leuchtdioden-Displays ...................................................................... 47
Organische Leuchtdioden-Displays .......................................................................... 48
Technologievergleich ............................................................................................... 53
Produkte für einen Markteinstieg.............................................................................. 57
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Displays für Kraftfahrzeuge ...................................................................................... 58
Mobile Kommunikation............................................................................................. 70
Smart-Card .............................................................................................................. 74
Displays für Sonderanwendungen............................................................................ 78
Mikrodisplays ........................................................................................................... 82
6
Bewertung der Technologien für die angestrebten Produkte................................. 85
7
Konzept für den Aufbau einer Flachdisplay-Produktion ......................................... 93
7.1 Produktion von AM-LCD........................................................................................... 94
7.2 Produktion von OLED-Displays ................................................................................ 98
8
Strategieempfehlung ............................................................................................... 103
8.1 AM-LCD-Produktionslinie ....................................................................................... 105
8.2 AM-OLED-Pilotlinie ................................................................................................ 113
8.3 Zusammenfassung der Strategieempfehlung ......................................................... 115
9
Teilnehmer der Displayinitiative und ihre Tätigkeitsbereiche .............................. 117
Abkürzungsverzeichnis .................................................................................................. 137
Abstract
Die vorliegende Studie gibt eine gemeinsame Empfehlung
führender Unternehmen und Forschungsinstitute aus dem
Flachdisplay-Bereich für eine Strategie zum nachhaltigen Aufbau
einer Flachdisplay-Industrie in Deutschland. Hierzu werden die
Marktchancen potentieller Produkte untersucht, die zur Verfügung
stehenden Technologien analysiert sowie die in Deutschland
vorhandenen Voraussetzungen für den Einstieg in eine
umfangreiche Flachdisplay-Produktion geprüft.
Es wird ein paralleles Vorgehen vorgeschlagen: Einerseits soll
durch Aufbau einer Fertigungslinie für AM-LCD zur Produktion von
Flachdisplays für Automobile und Sonderanwendungen der
nachhaltige Einstieg in die derzeit dominierende LCD-Technologie
geschafft werden. Andererseits soll durch die konzentrierte
Weiterentwicklung der vielversprechenden OLED-Technologie
insbesondere in den Markt für innovative, portable Anwendungen
vorgestoßen werden.
Die vorgeschlagene Strategie eröffnet für Deutschland
hervorragende Chancen zum Ausbau seiner Position auf dem
Flachdisplay-Weltmarkt
sowie
zur
Schaffung
tausender
zukunftssicherer Arbeitsplätze.
2
1
Zusammenfassung
Ziel dieser Studie ist das Aufzeigen einer geeigneten Strategie
zum nachhaltigen Aufbau einer Flachdisplay-Branche in
Deutschland
und
zur
Schaffung
einer
Vielzahl
von
zukunftssicheren Arbeitsplätzen. Als ergonomische Schnittstelle
zwischen Mensch und Technik stellen Flachdisplays eine
Schlüsselkomponente dar, deren Bedeutung im Zeitalter der
Informationsgesellschaft kontinuierlich wächst.
Flachdisplays stellen schon heute einen riesigen Markt mit einem
weltweiten Volumen von ca. 27 Mrd. DM dar. Durch die ständig
wachsende Zahl neuer Anwendungen wird der Flachdisplay-Markt
auch in den nächsten Jahren mit zweistelligen Raten anwachsen.
Trotz der herausragenden wirtschaftlichen Bedeutung dieser
Technologie entfallen jedoch mehr als 95 % des Weltmarktes auf
Hersteller, die in Fernost angesiedelt sind. Auf der anderen Seite
sind viele bedeutende Zulieferfirmen sowie wichtige Abnehmer
(wie die Automobil-, Mobilkommunikations- und Maschinenbauindustrie) in Deutschland und Europa beheimatet.
Der allgemein hervorragende Ausbildungsstand wie auch das
weltweit anerkannte Niveau der deutschen Automatisierungstechnik bieten gute Voraussetzungen für den Aufbau einer
Flachdisplay-Produktion in Deutschland. Ein wichtiger Standortfaktor ist ferner die vereinfachte Logistik: Zulieferer, FlachdisplayHersteller, Abnehmer sowie der weltweit zweitgrößte Markt für
Flachdisplays sind dann in räumlicher Nähe zueinander lokalisiert.
Eine ausführliche Analyse der gegenwärtigen Situation auf dem
Flachdisplay-Sektor findet sich in Kapitel 2.
Der Aufbau einer Flachdisplay-Fertigung bietet die außergewöhnliche Chance, zukunftssichere Arbeitsplätze im produzierenden
Gewerbe zu schaffen. Wie in Kapitel 3 ausgeführt, besitzt eine
solche Fertigungslinie eine enorme Hebelwirkung, da – zusätzlich
zu den direkt in der Display-Produktion Beschäftigten – ein
Vielfaches an Arbeitsplätzen im Umfeld und bei den Abnehmern
geschaffen wird. Aufgrund der Situation am FlachdisplayWeltmarkt ergibt sich gegenwärtig ein besonders günstiges
Zeitfenster für einen erfolgversprechenden Einstieg in die
Flachdisplay-Produktion. Diese Gelegenheit gilt es zu nutzen, will
man nicht, wie in vielen anderen Technologien geschehen,
hoffnungslos ins Hintertreffen geraten. Zur Umsetzung dieser
3
Aufgabe müssen allerdings die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für den Aufbau einer Flachdisplay-Fertigung in Deutschland
deutlich verbessert werden. Um langfristig die Verfügbarkeit von
Fachkräften zu sichern, sollte ferner eine Flachdisplay-orientierte
Ausbildung an den deutschen Hochschulen forciert werden.
Neben der etablierten Flüssigkristalldisplay-Technologie gibt es
weitere z.T. sehr leistungsfähige Technologien mit einem beachtlichen Zukunftspotential. In Kapitel 4 werden diese verglichen und
ihre jeweiligen Stärken und Schwächen analysiert. Neben Funktion
und Aufbau der Displays werden hier die technologischen
Perspektiven sowie die zukünftige Marktentwicklung diskutiert.
Kapitel 5 untersucht eine Reihe potentieller Produkte, die zum
Einstieg in eine Flachdisplay-Produktion geeignet sind. Kriterien
sind vor allem die geforderten Spezifikationen, die Produktevolution, das Marktvolumen sowie die Marktchancen eines neuen
Herstellers bei diesen Anwendungen. Die starke Stellung der
deutschen Automobilindustrie und das große Marktvolumen für
Displays in diesem Bereich (ca. 7 Mio. Stück weltweit im Jahr 2002
allein für Navigationsdisplays) offenbaren das hervorragende
Potential von Automobil-Displays für eine deutsche FlachdisplayProduktion. Auch der Bereich der Mobilkommunikation bietet gute
Einstiegsperspektiven, dort werden im Jahr 2002 weltweit sogar
etwa 400 Mio. Flachdisplays benötigt.
Eine Bewertung der Technologien für die angestrebten Produkte
wird in Kapitel 6 vorgenommen. Bei den meisten Anwendungen
kommt dabei die hohe Qualität der heute schon verfügbaren
Flüssigkristalldisplay-(LCD-)Technologie zum Tragen. Aktiv-MatrixLCD (AM-LCD) stellen gegenwärtig die einzige Technologie dar,
welche die Spezifikationen der Automobilhersteller für Displays im
Primärbereich und der Mittelkonsole weitgehend erfüllen kann.
Aufgrund der großen Palette technologischer Spielarten von LCD
können diese für viele Anwendungen eingesetzt werden. Neben
LCD haben vor allem Displays basierend auf organischen
Leuchtdioden (OLED) wegen ihrer guten Emissionseigenschaften
und ihres potentiell hohen Wirkungsgrades hervorragende
Perspektiven für Anwendungen mit kleinen und mittleren
Bildschirmdiagonalen. Diese Technologie wird als Zukunftstechnologie insbesondere für die Bereiche Mikrodisplays, SmartCards und mobile Kommunikationsgeräte angesehen.
4
Für den Aufbau einer Flachdisplay-Produktion wird ein paralleler
Einstieg in die beiden Technologien AM-LCD und OLED
vorgeschlagen (Kapitel 7). Als etablierte Technologie eröffnet AMLCD die Chance, mit innovativen Produkten in neuen Märkten
binnen kurzer Zeit wirtschaftlich zu produzieren. Eine Einstiegslinie
zur Produktion von ca. 1 Mio. AM-LCD pro Jahr für Automobilanwendungen würde etwa 350 Arbeitsplätze schaffen. Die
Wirtschaftlichkeitsrechnung für diese Fertigungslinie zeigt eine
Kapitalrückflußdauer von ca. 6 Jahren bei Investitionen in Höhe
von 363 Mio. DM.
Die herausragende Stellung europäischer Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der OLED-Displays in Kombination mit
den technologischen Vorteilen von OLED bildet andererseits eine
hervorragende Ausgangsbasis für einen erfolgreichen Einstieg in
eine weitere aussichtsreiche Flachdisplay-Technologie. Hier bietet
sich die einmalige Chance, vom Start weg in Deutschland
Produktions-Know-how aufzubauen. Eine OLED-Pilotlinie zur
Herstellung von Mikrodisplays würde Investitionen von ca.
51 Mio. DM und Betriebskosten von jährlich 25 Mio. DM erfordern.
Die Strategieempfehlung für den Aufbau der Produktionslinien in
den beiden Technologien wird in Kapitel 8 vorgelegt. Für den
Einstieg in die Produktion von AM-LCD werden drei Szenarien
analysiert: der Aufbau einer Einstiegslinie durch ein
deutsches oder europäisches Firmenkonsortium, der Aufbau einer
Einstiegslinie durch ein deutsch-fernöstliches Firmenkonsortium
sowie ein stufenweiser Einstieg mit Hilfe einer Back-End Fertigung
in Deutschland. Jedes dieser drei Szenarien bietet außergewöhnliche ökonomische Chancen. Welche dieser Möglichkeiten ein
potentieller Investor wählen wird, wird im wesentlichen von der
strategischen Bedeutung von Flachdisplays für sein Unternehmen
abhängen. Zum Aufbau einer Fertigung von OLED-Displays sollte
nach einer zwei- bis dreijährigen, auf die Produktion fokussierten,
Forschungs- und Entwicklungsphase eine Pilotlinie aufgebaut
werden, auf der die Produktionsverfahren für eine Massenfertigung
optimiert werden. Eine Großserienproduktion könnte dann etwa im
Jahr 2004 beginnen.
Das vorgeschlagene, parallele Vorgehen zum nachhaltigen Aufbau
einer etablierten und einer neuen Flachdisplay-Technologie
eröffnet für Deutschland hervorragende Chancen zum Ausbau
seiner Position auf dem Flachdisplay-Weltmarkt sowie zur
Schaffung tausender zukunftssicherer Arbeitsplätze.
5
6
2
Situationsanalyse
Der Displaytechnik kommt in den nächsten Jahren eine immer
wichtigere Rolle in der Informations- und Kommunikationstechnik
zu. Als Schnittstelle zwischen Mensch und digitaler Welt besitzt
der Bildschirm zentrale Bedeutung für die Akzeptanz moderner
Informationssysteme. Immer mehr kommen dabei flache
Bildschirme zum Einsatz, die nicht nur zunehmend herkömmliche
Kathodenstrahlbildschirme (CRT, Cathode Ray Tube) ersetzen,
sondern aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften, wie z.B. Platzund Gewichtsersparnis, Energieverbrauch etc., auch völlig neue
Anwendungen ermöglichen. Insbesondere portable Geräte, wie
z.B. Notebooks, Handys, Smart-Phones, Digitalkameras, Virtual
Displays oder PDA (Personal Digital Assistant), wären ohne den
Einsatz von Flachdisplays nicht realisierbar. Flachdisplays werden
dabei zukünftig ähnlich wie Mikrochips zu einem wichtigen
technologischen „Rohstoff“ werden, der letztendlich den
Markterfolg eines Produktes entscheidend beeinflußt.
2.1
Situation am Weltmarkt
Der vermehrte Einsatz von Flachdisplays auch im Bereich der PCMonitore und der enorme Bedarf an handlichen, portablen
Informationssystemen hat zu einer beispiellosen Nachfragesteigerung nach Flachdisplays geführt. Bereits heute wird der
Weltmarkt für Flachdisplays auf 27 Mrd. DM beziffert. Dabei steht
der Aufschwung der Flachdisplay-Technologie erst am Anfang, wie
Marktstudien führender Institute belegen. So sagt z.B. die aktuelle
Studie von Stanford Resources Inc. (SR) für die nächsten fünf
Jahre ein Wachstum von mehr als 10 % p.a. auf ein
Gesamtvolumen von 45 Mrd. DM voraus (Abb. 2.1).
7
50
Mrd. DM
40
30
20
10
0
1996
Abb. 2.1
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
Entwicklung des Weltmarktes für Flachdisplays im Zeitraum
1996 – 2004. Quelle: Stanford Resources, 1998
Für den europäischen Markt wird dabei eine noch stärkere
Zunahme von 2,5 Mrd. DM (1998) auf über 7 Mrd. DM im Jahre
2004 erwartet (Abb. 2.2). Diese Zahlen zeigen deutlich die
außergewöhnlichen ökonomischen Chancen, die ein Einstieg in
die Flachdisplay-Produktion bietet.
8
7
Mrd. DM
6
5
4
3
2
1
0
1996
Abb. 2.2
8
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
Entwicklung des europäischen Marktes für Flachdisplays im
Zeitraum 1996 – 2004. Quelle: Stanford Resources, 1998
In Japan wurden diese Entwicklungen frühzeitig erkannt und
bereits Anfang der neunziger Jahre erhebliche Investitionen
getätigt, um die Produktionskapazitäten auszuweiten. Mittlerweile
existieren in Japan mehr als zehn bedeutende Hersteller von
Flachdisplays, die ca. 81 % des Weltmarktes unter sich aufteilen.
Daneben hat sich eine umfangreiche Infrastruktur mit mehr als 100
Zulieferfirmen gebildet. Die Displayhersteller repräsentieren in
Japan mittlerweile eine eigene Branche mit mehr als 100.000
Beschäftigten.
1994 begannen auch koreanische Technologiekonzerne mit dem
Aufbau von Produktionskapazitäten für Flachdisplays. Korea stellt
heute schon ca. 12 % der weltweit verkauften Flachdisplays her.
Seit 1998 wird auch in Taiwan massiv in Displayproduktionsstätten
investiert. Marktstudien gehen davon aus, daß Korea und Taiwan
im Jahr 2004 zusammen etwa 40 % des Weltmarkts beliefern
werden. Hergestellt werden vorwiegend hochwertige AM-LCD für
Notebooks oder PC-Monitore. Ein Überblick über die weltweit
größten Displayhersteller ist in Tabelle 2.1 gegeben.
Hersteller
Sharp
DTI/Toshiba
NEC
Hitachi
Matsushita
Seiko Epson
Optrex
Sanyo
Casio
Hosiden/Philips
Fujitsu
ADI/Mitsubishi
Samsung
LG Electric
Hyundai
Unipac
Prime View
Chunghwa
Acer
Chi Mei
HannStar
Tabelle 2.1
Umsatz im Bereich
FPD im Jahr 1998
in Mio. US $
1900
1800
1100
670
660
600
600
450
330
260
250
250
800
650
130
20
20
0
0
0
0
kumulierte Invest. im
Bereich FPD
bis 2000
in Mio. US $
1570
1500
2070
800
1370
800
500
800
300
1490
1580
1150
2670
1530
1170
710
600
400
600
600
600
Firmensitz
Japan
Korea
Taiwan
Umsatz und Investitionen der größten Flachdisplay-Hersteller in Fernost.
Quelle: Unternehmensberatung J. Weidinger, 1999
9
Die geschilderten Entwicklungen demonstrieren die gewaltigen
ökonomischen Chancen, die sich durch den Einstieg in eine
Flachbildschirm-Produktion eröffnen. Dies muß vor dem
Hintergrund gesehen werden, daß es bereits jetzt erhebliche
Kapazitätsengpässe gibt und noch erhebliche Produktionszuwächse notwendig sein werden, um die steigende Nachfrage zu
decken. Allein der gegenwärtige Nachfrageschub nach flachen
PC-Monitoren hat bereits zu einem beträchtlichen Lieferengpaß
bei TFT-LCD geführt, der selbst bei Realisierung aller zur Zeit
geplanten Produktionslinien noch mindestens zwei Jahre
andauern wird.
2.2
Flachdisplay-Hersteller in Deutschland und Europa
Trotz der erheblichen wirtschaftlichen Bedeutung der FlachdisplayTechnologie sind europäische Hersteller in diesem Sektor kaum zu
finden. Während fernöstliche Firmen zu fast 96 % den Weltmarkt
beherrschen, erstrecken sich die europäischen Aktivitäten im
Flachdisplay-Bereich derzeit nahezu ausschließlich auf die
Forschung und Entwicklung von Flachdisplay-Komponenten.
Größter Hersteller von Flachdisplays in
Deutschland ist die Optrex Europe GmbH
(Babenhausen), bei der neben Mannesmann
VDO die japanische Optrex Corporation
75 % der Anteile hält.
Abb. 2.3
Multifunktionsdisplay für Audio- und
Navigationssysteme. Mit freundlicher
Genehmigung der Optrex Europe GmbH.
Optrex fertigt kundenspezifische STN-LCD vorwiegend für
Automotive-Anwendungen und hält in Europa etwa 70 %
Marktanteil in diesem Segment (Abb. 2.3). Außerdem werden
Displays für mobile Kommunikation und großformatige Anzeigen
hergestellt. Der Gesamtumsatz von Optrex Europe betrug im Jahr
1998 230 Mio. DM. Die AEG MIS in Ulm als weiterer Hersteller von
LCD produziert vor allem Displays für Anzeigesysteme in öffentlichen Verkehrsmitteln und für großflächige Informationstafeln in
Flughäfen und Bahnhöfen. Der Umsatz des Unternehmens liegt
bei ca. 15 Mio. DM.
10
Die Siemens AG, München, entwickelt besonders robuste AMLCD für den Einsatz in der Industrie und Medizintechnik. Die
hierzu notwendigen LCD-Module werden zugekauft und in
Deutschland veredelt. Daneben entwickelt Siemens OLEDDisplays für Beleuchtungszwecke und niederauflösende Anzeigen.
Ferner gibt es in Deutschland zahlreiche weitere Firmen, die sich
mit der Veredelung von Flüssigkristall-Displays beschäftigen. Die
Data Modul AG, München, als größter deutscher Anbieter von
Flachdisplays entwickelt z.B. TFT-LCD und PDP für spezielle
Anwendungen.
Größter europäischer Flachdisplay-Hersteller ist Philips in den
Niederlanden. Bei Passiv-Matrix-LCD nimmt das Unternehmen
den 5. Platz am Weltmarkt ein. Jedoch sind große Teile der STNLCD-Produktion in Fernost angesiedelt. Ferner entwickelt Philips
zusammen mit Covion (Frankfurt/Main) und Uniax (USA) Displays
auf Basis polymerer LED. Ein weiterer wichtiger Hersteller von
Flachdisplays in Europa ist die Firma Tecdis Spa. (Italien) mit
einem Umsatz von 110 Mio. DM (1998). Tecdis fertigt preiswerte
LCD hauptsächlich für Telekommunikationsanwendungen und den
Industrieeinsatz sowie alphanumerische LCD. In Frankreich erzielt
Thomson mit der Produktion von TFT-LCD einen jährlichen
Umsatz von ca. 15 Mio. DM. Diese Displays sind überwiegend für
militärische Anwendungen vorgesehen. Ein weiterer europäischer
Hersteller von TN-LCD ist die Firma Hörnell Elektrooptik AB
(Schweden), die schnell schaltende Filtergläser als Sichtschutz für
Schweißarbeiten fertigt.
Ferner existiert eine Vielzahl kleinerer und mittlerer Unternehmen,
die sich mit der Entwicklung von innovativen FlachdisplayKonzepten beschäftigen. Einige dieser Firmen sind als Spin-offUnternehmen von Universitäten oder Forschungsinstituten
entstanden und befinden sich in einer frühen Entwicklungsphase.
Auf dem Gebiet ferroelektrischer LCD sind beispielsweise in
Großbritannien die Firmen General Electric (GEC), CRL und
MicroPix Technologies Ltd. engagiert. Das finnische Unternehmen
Planar ist Weltmarktführer bei ELD. Passiv und aktiv angesteuerte
ELD stellt Planar in Europa und USA her. Wie auch die britische
Firma Cambridge Display Technology Ltd. (CDT) arbeitet Planar
ebenfalls an der Entwicklung von OLED-Displays. CDT hat bereits
einen Prototypen eines aktiv angesteuerten OLED-Displays
vorgestellt, der in Zusammenarbeit mit Seiko-Epson entwickelt
wurde. Die französische Firma PixTech entwickelt FED und steht
11
damit am Beginn der Serienfertigung. In Deutschland wird die
Entwicklung eines Laser-Projektionsfernsehers von der Firma
LDT GmbH & Co. KG (Gera) vorangetrieben. Nachdem die ersten
Prototypen ausgeliefert wurden, wird mit der Serienproduktion im
Laufe des Jahres 2000 gerechnet. Die Firma Visureal
Displaysysteme GmbH (Oelsnitz) stellt 3D-Monitore auf Basis
eines CRT mit LCD-Shutter her.
Nicht unerwähnt bleiben darf an dieser Stelle das bisherige
Engagement deutscher Firmen, eine Flachbildschirmproduktion in
Deutschland aufzubauen. So wurden bereits in der Vergangenheit
von der Firma Bosch im Rahmen des sog. ADT-Projekts große
Anstrengungen zum Aufbau einer hochmodernen LCD-Produktion
unternommen. Gemeinsam mit den Firmen Siemens und Ericsson
sollten TFT-LCD für 7“-Navigationsdisplays produziert werden.
Wenn dieses technologisch sehr erfolgreiche Projekt auch letztlich
nicht zu einer Umsetzung in eine Fertigung geführt hat, konnten
hierdurch doch wichtige Erkenntnisse gesammelt werden.
Betrachtet man jedoch die Situation aus heutiger Sicht, so hat sich
die Lage seit der Planung des ADT-Projekts vor etwa zwei Jahren
vor allem in den folgenden Punkten gravierend geändert:
•
Aufgrund der stürmischen Weiterentwicklung bei DesktopMonitoren in den vergangenen Jahren mußten die
Absatzprognosen der Marktforscher deutlich nach oben
korrigiert werden. So sagte Stanford Resources im Jahr 1997
noch einen Bedarf an Aktiv-Matrix-Displays für das Jahr 2003
in Höhe von 79 Millionen Stück voraus. Die neuste SR-Studie
aus dem Jahr 1998 geht dagegen von 93 Millionen Stück für
das Jahr 2003 aus, was einer Steigerung der ursprünglichen
Annahme um ca. 17 % entspricht.
•
Diese enorme Steigerung ist neben Desktop-Monitoren auch
auf eine erhöhte Nachfrage aus der Automobilindustrie
zurückzuführen. So planten führende Automobilhersteller vor
etwa zwei Jahren, Flachdisplays lediglich für Navigationssysteme und frei programmierbare Kombiinstrumente im
Fahrzeug einzusetzen. In heutigen Fahrzeugentwicklungen
werden
dagegen
zusätzliche
Displays
für
die
Informationsdarstellung im Fahrer- und Beifahrerbereich sowie
für Unterhaltungszwecke und Büroanwendungen auf den
Rücksitzen eingeplant, was mehr als eine Verdopplung des
ursprünglichen Bedarfs darstellt.
12
•
Schon heute hat die erhöhte Nachfrage nach großflächigen
Displays für PC-Monitore dazu geführt, daß die derzeit auf der
Welt zur Verfügung stehenden Produktionskapazitäten nicht
mehr ausreichen, um den Bedarf an Flachdisplays
abzudecken, d.h. es gibt einen nennenswerten Fehlbetrag
zwischen Produktion und Nachfrage. Dies hat zur Folge, daß
die Preise im Gegensatz zum Trend der vergangenen Jahre
nicht kontinuierlich um ca. 5 –10 % p.a. fallen, sondern zur
Zeit für einige Displayprodukte sogar ansteigen.
Die aufgeführten Punkte demonstrieren, daß die Rahmenbedingungen für einen Einstieg in eine Flachbildschirmproduktion
heute deutlich besser sind als noch vor zwei Jahren. Es bietet sich
somit gegenwärtig eine außergewöhnlich gute Chance für einen
erfolgreichen Produktionseinstieg.
2.3
Zulieferindustrie in Deutschland
Im vorangegangenen Kapitel wurde bereits das breite Spektrum
der Flachdisplay-Aktivitäten in Europa verdeutlicht. Die
wirtschaftliche Bedeutung dieser Aktivitäten ist jedoch gering,
vergleicht man sie mit dem Produktionsvolumen fernöstlicher
Flachdisplay-Hersteller. Demgegenüber steht die deutlich bessere
Position europäischer und insbesondere deutscher Zulieferer für
Flachdisplays.
Zahlreiche deutsche Firmen nehmen nicht nur international eine
führende Stellung bei der Entwicklung und Produktion von
Displaykomponenten ein, sondern haben auch grundlegende
Entwicklungen auf dem Gebiet der Flachbildschirmtechnologie in
Deutschland durchgeführt. Diese Unternehmen sind als
strukturelles Element ein entscheidender Standortfaktor für eine
Flachdisplay-Produktion.
Insbesondere sind dabei die Pionierarbeiten der Firma
Merck KGaA in Darmstadt auf dem Gebiet der Flüssigkristalle zu
nennen. Merck beliefert heute mehr als 50 % des FlüssigkristallWeltmarktes und ist damit Weltmarktführer bei der Produktion von
Flüssigkristallen. Ein Großteil der Entwicklung und Fertigung ist
dabei in Deutschland angesiedelt. Zusätzlich entwickelt und
produziert Merck optische Filme und Polarisatoren für LCD. Neben
13
Merck existieren zwei weitere Firmen, die sich mit der Produktion
und Weiterentwicklung von Flüssigkristallen beschäftigen. So
produziert die Clariant GmbH, Frankfurt, u.a. ferroelektrische
Flüssigkristalle. Kleine Firmen, wie z.B. die Nematel GmbH, Mainz,
führen Entwicklungsarbeiten für spezielle Flüssigkristallsysteme
durch.
Covion Organic Semiconductors, ein Joint
Venture der Firmen Aventis und Zeneca mit
Sitz in Frankfurt/Main, stellt organische
Halbleiter zur Herstellung von OLEDDisplays her (Abb. 2.4). Covion betreibt
weltweit die einzige Anlage zur Herstellung
von OLED-Materialien im industriellen
Maßstab.
Abb. 2.4
Emittermaterialien für organische Leuchtdioden.
Mit freundlicher Genehmigung der
Covion Organic Semiconductors GmbH.
Auch im Bereich der Substrate existiert erhebliches Know-how in
Deutschland. Die Firma Schott Glas in Mainz ist bei einigen
Dünnglasarten Weltmarktführer und investiert große Summen in
die Weiterentwicklung dieser Technologie (Abb. 2.5). So wird z.B.
derzeit eine Pilotlinie zur Herstellung dünnster Gläser für Displayanwendungen aufgebaut. Des weiteren gibt es eine ganze Reihe
von Glasherstellern und Chemiefirmen mit Weltgeltung, die Glasbzw. Foliensubstrate für eine Flachdisplay-Fertigung liefern
können. Die Firma Wacker-Chemie GmbH, München, ist
international bedeutender Hersteller von hochwertigen SiliziumWafern, wie sie z.B. für Mikrodisplays benötigt werden. Mit den
Firmen Siemens AG (Dresden, Regensburg), TEMIC (Heilbronn /
Itzehoe) und die Philips-Tochter SMST (Böblingen) betreiben drei
große Unternehmen Produktionslinien, auf denen elektronische
Schaltungen auf 8“-Si-Substraten (z.B. zur Ansteuerung von
Mikrodisplays) hergestellt werden können.
14
Abb. 2.5
42" Micro-Sheet für PALC-Displays (Glasdicke: 0,05 mm).
Mit freundlicher Genehmigung der Schott Displayglas GmbH.
Im Bereich der großflächigen Hinterleuchtung von LCD tritt die
Firma Osram GmbH als innovativer Hersteller auf. Mit der
Hikaritec GmbH, Dietzenbach, ist ein weiteres Unternehmen im
Bereich LCD-Hinterleuchtung tätig, hinter dem der größte
japanische Hersteller von Displayhinterleuchtungen steht.
Ansteuerelektronik für LCD wird von einer Vielzahl deutscher
Unternehmen entwickelt. Neben Kleinbetrieben und Mittelständlern
(z.B. Wammes & Partner GmbH, Bechtheim; displain GmbH, Neufahrn; system elektronik GmbH, Braunschweig; Data Modul AG,
München) sind darunter auch so große Firmen wie die
Siemens AG.
Bei Produktionsanlagen zur Halbleiterherstellung existiert ein
breites Spektrum innovativer Hersteller in Deutschland. So hat die
Balzers Process Systems GmbH (Alzenau) als großer Hersteller
von allen Arten von Vakuum-Equipment eine starke Stellung auf
dem Weltmarkt. Balzers beliefert Hersteller aller Flachbildschirmtechnologien mit Beschichtungsanlagen, insbesondere Sputteranlagen für ITO, Metall- und dielektrische Schichten, aber auch für
Farbfilter und Black-Matrix-Beschichtungen (Abb. 2.6). Ferner
bietet Balzers Komplettlösungen für eine Fertigungslinie für TFTPlatten mit Sputter-, CVD- und Trockenätz-Anlagen an.
15
Neben Balzers gibt es noch weitere Hersteller
von
Vakuum-Beschichtungsanlagen
und
plasmatechnischen Anlagen in Deutschland
(z.B. Aixtron GmbH, Aachen; Technics Plasma
GmbH, Kirchheim; SenVac GmbH, Alsfeld).
Abb. 2.6
PECVD-Systeme für die Massenproduktion
von AM-LCD. Mit freundlicher Genehmigung der
Balzers Process Systems GmbH.
Auch für alle weiteren Arbeitsschritte der Halbleiterprozessierung
gibt es umfangreiches Prozeß- und Anlagen-Know-how in
Deutschland. So sind die großen deutschen Chemiefirmen bei der
Weiterentwicklung von Chemikalien für die Prozessierung weltweit
führend. Reinigungsanlagen für große Substrate, Anlagen für die
Naßprozeßtechnik, Lithographieanlagen und Stepper werden von
einer Reihe deutscher Firmen angeboten, die z.T. weltweite
Absatzmärkte
beliefern.
Darunter
sind
Firmen
wie
Süss Micro Tec AG
(München),
Jenoptik AG
(Jena),
Carl Zeiss Semiconductor Technology (Oberkochen), Heidelberg
Instruments Mikrotechnik GmbH (Heidelberg), ACR Automation in
Cleanroom GmbH und Gebr. Schmid GmbH & Co. (Freudenstadt),
um nur einige zu nennen. Dazu kommen Hersteller von
Spezialanlagen wie z.B. Lambda Physik GmbH (Göttingen), die
weltgrößter Produzent von Lasersystemen zur Rekristallisierung
von amorphem Silizium sind. Ferner gibt es diverse Hersteller für
Handlingsysteme, Test- und Meßsysteme, Glasschneideanlagen,
Bonder, flexible Leiter usw.
Bei der Reinraum-Technik existiert mit M+W Zander (Stuttgart) ein
weltweit operierendes Unternehmen in Deutschland, das auch mit
der Einrichtung von Flachdisplay-Produktionsstätten große
Erfahrung besitzt.
Das enorme, in den vorangegangenen Abschnitten geschilderte,
Potential der deutschen Zulieferindustrie kann beim Aufbau einer
Flachdisplay-Fertigung genutzt werden. Wenn auch ein Teil der
16
Gerätehersteller sich mittlerweile aus Deutschland zurückgezogen
hat, so ist dennoch erhebliches Know-how vorhanden bzw. schnell
reaktivierbar.
Eine umfangreiche Flachdisplay-Produktion in Deutschland würde
vielen dieser Zulieferfirmen entscheidende wirtschaftliche Impulse
geben. Zum Beispiel werden gerade bei der Herstellung von
Flachdisplays eine große Zahl von spezialisierten Transport- und
Sensorsystemen benötigt, deren Entwicklung insbesondere für
den mittelständischen deutschen Maschinenbau beträchtliche
Chancen eröffnet.
Andererseits finden alle in diesem Kapitel genannten Firmen kaum
Abnehmer für ihre Flachdisplay-Produkte in Europa und sind
deshalb in erheblichem Maße von Exporten abhängig. Langfristig
hat die deutsche Zulieferindustrie deshalb keine Chance auf dem
Weltmarkt zu bestehen, solange es keine bedeutenden
Flachdisplay-Hersteller in Europa gibt.
2.4
Forschungsinstitute
Schließlich soll auf das hohe Niveau von Forschung und
Entwicklung im Flachdisplay-Sektor eingegangen werden. Hier
existiert insbesondere in Deutschland ein erhebliches Know-how
bezüglich verschiedener Technologien.
So haben deutsche Forschungsinstitute, wie
das Labor für Bildschirmtechnik (LfB) des
Instituts für Netzwerk- und Systemtheorie an der
Universität
Stuttgart,
das
Institut
für
Hochfrequenztechnik (IHF) an der Technischen
Universität Braunschweig, das Max-PlanckInstitut für Polymerforschung in Mainz, das
Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und
Mikrointegration (IZM) in Berlin oder das
Heinrich-Hertz-Institut (HHI) in Berlin weltweite
Anerkennung für ihre Forschungsergebnisse
gefunden.
Abb. 2.7
Bistabiles ferroelektrisches LCD auf Kunststoffolie, z.B. für programmierbare
Preisetiketten. Mit freundlicher Genehmigung des LfB, Universität Stuttgart.
17
Das LfB führt Grundlagenforschung im Bereich Flüssigkristallbildschirme durch und entwickelt innovative Displaykonzepte wie
z.B. bistabile LCD oder LCD auf Foliensubstraten (Abb. 2.7). Ein
wesentlicher Punkt der Forschungstätigkeit ist die Erarbeitung
kostensparender Herstellungsverfahren für AM-LCD. Ein weiterer
Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von Dünnschichttransistoren auf Basis von Polysilizium. Die am LfB entwickelten
Verfahren zur aktiven Ansteuerung und zur Prozessierung von
LCD sind wegweisend.
Das IHF führt grundlegende Untersuchungen vorwiegend an
OLED-Displays basierend auf kleinen Molekülen durch. In
Zusammenarbeit mit den Materialherstellern werden die Emitterund Transportschichten dieser Bauelemente weiterentwickelt
sowie
deren
Prozessierung
optimiert.
Das
MPI
für
Polymerforschung untersucht Polymermaterialien für optische und
elektronische Signalverarbeitung. Insbesondere besitzt es
einzigartiges Know-how bei der Synthese spezialisierter
Emittermaterialien
auf
Basis
von
Polymeren.
Weitere
Arbeitsgebiete des MPI sind OLED, die polarisiertes Licht
aussenden, sowie Laserdioden aus Polymermaterial. Das HHI ist
auf dem Gebiet elektrolumineszenter Displays weltweit führend.
Das IZM führt Entwicklungen auf dem Gebiet der Aufbau- und
Verbindungstechnik durch. Es werden grundlegende Untersuchungen zur thermisch-mechanischen Stabilität von Bauelementen
durchgeführt. Daneben gibt es Flachdisplay-Aktivitäten an einer
Reihe weiterer Fraunhofer-Institute. Ferner entwickelt das Institut
für Mikrotechnik Mainz zusammen mit Schott Glas u.a. neue
Herstellungs- und Meßverfahren für Dünngläser für PALCD.
Neben den genannten Instituten existieren noch vielfältige
Forschungsaktivitäten
an
deutschen
Universitäten
und
Fachhochschulen. Die Arbeitsgruppe von Prof. Schwoerer
(Universität Bayreuth) befaßt sich z.B. seit Jahren mit der
Entwicklung von großflächigen OLED und konnte als erste eine
Leuchtdiode auf flexiblem Kunststoffsubstrat mit 50 cm² Fläche
demonstrieren. Ferner beschäftigt man sich dort mit OLED, die
polarisiertes Licht aussenden. An der TU Dresden (Arbeitsgruppe
Dr. Schwerdtner) werden autostereoskopische 3D-Monitore auf
Basis von TFT-LCD entwickelt, welche ohne Spezialbrille betrachtet werden können. Die Arbeitsgruppe von Prof. Blankenbach (FH
Pforzheim) führt u.a. Projekte zur Ansteuerung und zur
Charakterisierung von Flachdisplays durch.
18
2.5
Chancen für Deutschland
Das in den Kapiteln 2.2 – 2.4 aufgezeigte Potential im Bereich
Flachdisplays zeigt das hohe, in Deutschland vorhandene,
technologische und wissenschaftliche Niveau auf diesem Sektor
und unterstreicht die große Bedeutung dieser Technologie. Um
jedoch den Anschluß an eine der Schlüsseltechnologien des
21. Jahrhunderts nicht zu verpassen, ist ein massiver Ausbau der
Produktion innovativer, videofähiger Flachdisplays für Deutschland
von strategischer Bedeutung. Als Hochtechnologiestandort ist
Deutschland gezwungen, eine aktivere Rolle in dieser
Zukunftsbranche zu übernehmen.
Die schnell wachsende Bedeutung von Südkorea und Taiwan als
Flachdisplay-Produzenten zeigt, daß ein erfolgreicher Einstieg
trotz der japanischen Dominanz möglich ist. Unter Ausnutzung der
Vorherrschaft fernöstlicher Notebook-Hersteller haben diese
Länder die große Nachfrage auf diesem Sektor zum Aufbau
großer Produktionskapazitäten für Flachdisplays genutzt. Der
Einstieg eines europäischen Unternehmens in eine Produktion
hochwertiger Flachdisplays für Notebooks erscheint daher weniger
geeignet, obwohl Mitteleuropa aufgrund seines hohen
Informations- und Kommunikationsstandards einen enormen
Bedarf an diesen Produkten hat. Dieser Nachfragesektor wird wohl
auch in Zukunft im wesentlichen aus Fernost bedient werden.
Wesentlich interessanter für den Standort Deutschland mit seinen
hochqualifizierten Arbeitskräften ist dagegen der Einstieg in die
Herstellung innovativer Flachdisplay-Produkte für die Automobil-,
Maschinenbau-, Elektro- und für die Telekommunikationsindustrie.
Diese Industriezweige sind Stützen der deutschen Volkswirtschaft
und
haben
einen
großen
Bedarf
an
hochwertigen
Flachbildschirmprodukten.
Um z.B. die ständig wachsende Informationsflut im Automobilbereich zu bewältigen, müssen intelligente Anzeigesysteme
entwickelt werden, die dem Fahrer die notwendigen Daten in
übersichtlicher Weise darstellen können. Dabei geht der Trend
dahin, herkömmliche Anzeigeelemente durch ein frei programmierbares, speziell geformtes Kombiinstrument zu ersetzen.
Derzeit gibt es noch keinen Hersteller von frei programmierbaren
Kombiinstrumenten, was einen Produktionseinstieg in diesem
Sektor sicherlich erleichtert.
19
Eine erhebliche Nachfragesteigerung wird sich zudem durch eine
weitere Reduzierung der Herstellungskosten von Navigations- und
sonstigen Informationssystemen im Kfz ergeben. Der Einbau
dieser Systeme wird sich in Zukunft nicht auf Wagen der
Oberklasse beschränken, sondern den gesamten Automobilbereich erfassen, wodurch ein entsprechend größerer Bedarf an
Displays entsteht. Auch wird seitens der Autoindustrie über den
vermehrten Einsatz von Bildschirmen im Fondbereich für
Büroanwendungen oder Unterhaltungszwecke nachgedacht, so
daß aus diesem Bereich eine zusätzliche Nachfragesteigerung zu
erwarten ist. Allein in Europa geht man bis zum Jahr 2004 von
einem Bedarf an hochwertigen Flachdisplays in Kfz von 5 Mio.
Stück aus.
Bei Industriedisplays wird sich das Volumen des europäischen
Marktes bis 2004 voraussichtlich auf ca. 260.000 Stück
verdoppeln, was einem Umsatz von mehr als 1 Mrd. DM
entspricht. In der Regel handelt es sich hierbei um
Spezialdisplays. Diese müssen – ähnlich wie Displays im
Automobilbereich – hohen Anforderungen genügen. Aufgrund der
speziellen Anforderungen der Displays im Automobil- und
Industriebereich und der damit verbundenen begrenzten Stückzahl
eines bestimmten Displaytyps ist das Interesse fernöstlicher
Hersteller an diesem Markt relativ gering, wodurch ein
Markteinstieg in diesem Sektor erleichtert wird.
Eine besondere Stellung nimmt auch die MobilkommunikationsIndustrie in Europa ein (s. Abb. 2.8). Sämtliche bedeutenden
Handy-Hersteller haben große Produktionsstätten in Europa. So
investieren allein die Weltmarktführer Nokia, Motorola und
Siemens gegenwärtig fast 1 Mrd. DM in neue Fertigungsanlagen in
Deutschland. Bis Ende des Jahres sollen hier weit über 50 Mio.
Handys produziert werden. Bis zum Jahr 2002 wird mit einem
weltweiten Bedarf von jährlich 400 Mio. Stück gerechnet. Da
Handys in Zukunft vermehrt mit hochauflösenden, farbfähigen
Displays ausgestattet werden, fehlt hier ein einheimischer
Flachdisplay-Hersteller, der diesen immensen Bedarf decken
könnte.
Ein weiteres Marktsegment, das gegenwärtig von europäischen
Herstellern dominiert wird, sind Chipkarten. So ist der weltweit
größte Kartenhersteller, das Unternehmen Gemplus, in Frankreich
angesiedelt, und mit Giesecke & Devrient GmbH (München)
20
befindet sich auch in Deutschland ein bedeutender Kartenhersteller. Darüber hinaus ist der führende Hersteller von Chips für
diese Anwendung, die Siemens AG, in Regensburg ansässig. Der
europäische Markt für Chipkarten macht heute mehr als 60 % des
Weltmarktes aus. Diese Situation stellt einen hervorragenden
Ansatzpunkt für die erfolgreiche Einführung von Flachdisplays aus
europäischer Produktion dar. Wenn nur ein geringer Teil der für
2004 prognostizierten 4-6 Mrd. Chipkarten mit Displays
ausgestattet wird, ergibt sich ein erhebliches Absatzpotential für
eine Flachdisplay-Produktion.
Abb. 2.8
Weltmarktanteile europäischer Hersteller bei Automobilen,
Mobiltelefonen, Smart-Cards und im Maschinen- und Anlagenbau.
21
Eine deutsche Flachbildschirmproduktion eröffnet die Möglichkeit,
die Abhängigkeit der Endprodukthersteller aus den hier
aufgezeigten Branchen von Importen aus Fernost deutlich zu
reduzieren. Durch die kürzeren Transportwege ergeben sich
zudem erhebliche Vorteile in der Logistik, die entsprechend auf die
Herstellungskosten der Endprodukte durchschlagen. Außerdem
bietet die Kooperation dieser Hersteller mit einheimischen
Flachdisplay-Produzenten die Chance, die Entwicklungszeit für
„maßgeschneiderte“ Displays deutlich zu verkürzen und dadurch
einen Technologievorsprung vor Konkurrenten zu erlangen. Auf
der anderen Seite verringert sich auch die Abhängigkeit deutscher
Flachdisplay-Zulieferer von japanischen Produzenten. Nicht zuletzt
ergibt sich somit die Möglichkeit, an einer Basistechnologie zu
partizipieren und den Anschluß an Sekundärentwicklungen nicht
zu verpassen.
Ein wesentlicher Standortvorteil für eine Fertigung von
Hochtechnologie-Produkten ist der allgemein hohe Ausbildungsstand in Deutschland. Gerade das hervorragende Niveau
deutscher Ingenieure in den Bereichen Maschinen- und
Anlagenbau, Elektro- und Feinwerktechnik oder auch der Chemie
und Physik bietet ideale Voraussetzungen für eine Produktion von
Flachbildschirmen.
Die
erfolgreiche
Ansiedlung
vieler
Mikroelektronik-Unternehmen in Deutschland unterstreicht dies
und stellt ein fruchtbares Umfeld für eine Flachdisplay-Produktion
dar. Da die Produktion von Flachdisplays einen hohen Automatisierungsgrad erfordert, kann eine Fertigungslinie besonders vom
innovativen Potential der deutschen Automatisierungstechnik
profitieren. Weil die Personalkosten eine untergeordnete Rolle
spielen, kann – trotz der hohen Lohnkosten – in Deutschland eine
konkurrenzfähige Flachdisplay-Industrie aufgebaut werden.
22
3
Rahmenbedingungen für den Aufbau einer FlachdisplayIndustrie
Die Informations- und Kommunikationstechnik ist eine
Technologie, die durch außerordentlich kurze Produktzyklen sowie
durch einen ständigen Strukturwandel charakterisiert ist.
Besonders dynamisch ist derzeit die Situation auf dem
Displaysektor. Einerseits befindet sich dieser Bereich im
technologischen Umbruch weg von der traditionellen Kathodenstrahlröhre hin zu einer Vielzahl von neuen FlachdisplayTechnologien mit z.T. sehr unterschiedlichen Leistungsmerkmalen.
Andererseits existiert gegenwärtig ein schnell steigender Bedarf an
Displays für die benutzerfreundliche Darstellung komplexer
Informationsinhalte. Zusätzlich werden ständig neue Märkte mit
innovativen Anwendungen erschlossen, die ohne die FlachdisplayTechnik gar nicht realisierbar wären.
Ob bei der Herstellung moderner Werkzeugmaschinen,
Automobile und Mobiltelefone oder auch bei der Entwicklung
neuer Technologien wie digitaler Kameras, Videobrillen etc.: Die
Flachdisplay-Technologie wird in allen Fällen eine bedeutende
Rolle spielen und eine Hebelwirkung für die Wirtschaft insgesamt
ausüben wie seinerzeit die Mikroelektronik (Abb. 3.1). Daher ist es
besonders wichtig, in dieser Basistechnologie den Anschluß an
den internationalen Produktionsstandard zu schaffen. Es gab in
der Vergangenheit genügend Beispiele für Technologien, in denen
ein zu später Einstieg zu gravierenden und lang anhaltenden
Wettbewerbsnachteilen deutscher Hersteller geführt hat. Neben
den weithin bekannten Beispielen aus der Bürotechnik, wie
Faxgeräte, Drucker, Computer etc., waren auch volkswirtschaftlich
so bedeutende Branchen betroffen wie der deutsche
Werkzeugmaschinenbau, der bei der Entwicklung der CNCTechnik entscheidend ins Hintertreffen geraten war. Die Erfahrung
hat gezeigt, daß der Anschluß in diesen Fällen – wenn überhaupt
– erst durch enorme finanzielle Anstrengungen wieder gefunden
werden konnte.
Wie in den vorangegangenen Kapiteln bereits behandelt, ist das
Zeitfenster für einen umfassenden Einstieg in eine FlachdisplayProduktion derzeit extrem günstig. Von entscheidender Bedeutung
für den nachhaltigen Erfolg eines solchen Schrittes ist nicht nur
das engagierte Eintreten von Industrieunternehmen, sondern vor
allem auch die Schaffung geeigneter Rahmenbedingungen seitens
23
der Politik. Das Problem eines fehlenden Engagements für den
Ausbau einer Flachdisplay-Produktion in Deutschland kann nicht
darauf abgeschoben werden, daß sich kein Unternehmen findet,
das bereit ist, die Verantwortung dafür zu übernehmen. Firmen
dürfen nicht national denken, sondern sie müssen immer dort
investieren, wo die Rahmenbedingungen den größten Ertrag
versprechen. Deshalb ist es erforderlich das Umfeld so zu
gestalten, daß es für interessierte Firmen hochattraktiv ist, in
Deutschland Investitionen in größerem Umfang zu tätigen.
Die Politik muß diese Aktivitäten auf verschiedene Weise
unterstützen. Auf der einen Seite kommt es darauf an, das
unternehmerische Risiko für einen Einstieg in die FlachdisplayProduktion abzufedern. Gerade in der Anfangsphase einer
Fertigung von Hochtechnologie-Produkten sind hohe Investitionen
für spezialisierte Produktionsanlagen zu tätigen, deren Kosten sich
auch im Erfolgsfall erst mittelfristig amortisieren. Um das
finanzielle Risiko des Unternehmers zu reduzieren, sind
Investitionsanreize durch die öffentliche Hand in dieser Phase
besonders notwendig.
Auf der anderen Seite kann ein unternehmerisches Engagement
selbst bei günstigen Förderrahmenbedingungen nur zum Erfolg
führen, wenn genügend qualifizierte Arbeitskräfte zur Verfügung
stehen. Gerade der Aufbau einer neuen Technologie erfordert
Fachkräfte mit einer praxisgerechten Ausbildung. Dazu müssen
die entsprechenden Ausbildungsgänge für Techniker ebenso wie
für Ingenieure und Naturwissenschaftler weiter ausgebaut werden.
Insbesondere können jungen Menschen auf diese Weise die
ausgezeichneten Chancen aufgezeigt werden, welche ein
persönliches Engagement in einer Zukunftstechnologie bietet.
Wenn es gelingt, mit dieser Unterstützung einen Grundstein für
eine eigene deutsche Flachdisplay-Branche zu legen, wäre dies
ein einzigartiger Erfolg in der jüngeren Geschichte Deutschlands.
Die großen Industriekonzerne, wie Maschinenbau-, Chemie-,
Automobil- oder Elektrotechnikunternehmen haben sämtlich ihre
Wurzeln weit vor dem Zweiten Weltkrieg. Nach dem Krieg haben
in Deutschland nur noch Dienstleistungs- und Handelskonzerne
vergleichbare Größe erreicht, obwohl der Standort Deutschland
aufgrund des allgemein hohen Ausbildungsniveaus prädestiniert
ist für eine Hochtechnologieproduktion.
24
Export
15,6 %
13,3 %
Maschinen
Elektro
17,7 %
Automobil
Umsatz
10,5 %
10,0 %
Maschinen
Elektro
Abb. 3.1
12,5 %
Automobil
Anteil der drei Branchen Automobil, Elektro und Maschinenbau am
gesamten Umsatz bzw. Export des produzierenden Gewerbes in
Deutschland.
Der Grund für diese Entwicklung ist unter anderem darin zu sehen,
daß die Rahmenbedingungen, welche die Politik in den letzten
Jahrzehnten geschaffen hat, vorwiegend Investitionen mit
geringerem Risiko begünstigt haben. Das Beispiel großer
Technologieunternehmen in den USA zeigt jedoch deutlich, wie
auch heute noch hunderttausende hochqualifizierter Arbeitsplätze
in der produzierenden Industrie geschaffen werden können.
Wenn auch in den letzten Jahren die meisten Arbeitsplätze in
Dienstleistungsunternehmen geschaffen wurden, so sind doch
viele dieser Stellen direkt von einer Produktionstätigkeit abhängig
bzw. erst infolgedessen entstanden. Im Vergleich zu der Dienstleistungsbranche zieht jeder Arbeitsplatz in der Hochtechnologie
eine größere Anzahl von Beschäftigten im Umfeld nach sich – und
zwar sowohl bei den Zulieferern wie auch in Dienstleistung und
Handel. Konkret wird in der Halbleiterbranche, zusätzlich zur Zahl
25
direkt Beschäftigter, mit etwa der dreifachen Anzahl an sekundären Arbeitsplätzen im unmittelbaren Umfeld (Zulieferindustrie,
Softwarefirmen, Dienstleister) sowie einem Vielfachen an
Arbeitsplätzen bei den Kunden, den Endgeräteherstellern,
gerechnet.
Echte Zukunftsperspektiven mit der nachhaltigen Sicherung einer
Vielzahl von Arbeitsplätzen sind demnach vor allem in der
Herstellung technologisch anspruchsvoller Produkte zu finden. Die
enorme wirtschaftliche Bedeutung der Flachdisplay-Technologie
läßt sich anhand einer einfachen Überschlagsrechnung aufzeigen.
Allein die drei großen deutschen Exportbranchen Automobil,
Maschinenbau und Elektrotechnik hatten im vergangenen Jahr
einen Umsatz von zusammen ca. 850 Mrd. DM (s. Abb. 3.1).
Wenn durch Einsatz von Flachdisplays in innovativen Produkten
diese Summe nur um Bruchteile eines Prozents erhöht wird, so
ergeben sich zusätzliche Umsätze in der Größenordnung von
5 Mrd. DM. Geht man davon aus, daß im produzierenden
Gewerbe eine Umsatzsteigerung von 300.000,- DM bis
500.000,- DM mit der Schaffung eines zusätzlichen Arbeitsplatzes
verbunden ist, so werden durch Einsatz der FlachdisplayTechnologie mehr als 10.000 neue Arbeitsplätze allein in diesen
drei Branchen geschaffen, die daraus folgenden Stellen im Handel
und bei den Dienstleistungen noch nicht einmal eingerechnet.
Diese Hebelwirkung kann jedoch nur dann in vollem Umfang
greifen, wenn in Deutschland eine eigene Flachdisplay-Fertigung
existiert mit allen Möglichkeiten der engen Zusammenarbeit von
Displayproduzenten und Kunden. Zudem haben die deutschen
Flachdisplay-Zulieferer langfristig nur dann Chancen am Weltmarkt
zu bestehen, wenn eine leistungsfähige und bedeutende
Produktionsindustrie ihnen als Abnehmer und Entwicklungspartner
in räumlicher Nähe zur Verfügung steht. Es gilt nun, diese große
Chance durch Schaffung geeigneter, insbesondere wirtschaftlicher
Rahmenbedingungen zu nutzen.
26
4
Flachdisplay-Technologien
In diesem Kapitel erfolgt eine Darstellung der wichtigsten
Flachdisplay-Technologien. Die prinzipielle Funktionsweise wird
erklärt, Vor- und Nachteile der einzelnen Technologien
beschrieben sowie der derzeitige und zukünftige Anteil der
einzelnen Displayarten am Gesamtmarkt aufgeführt.
4.1
Flüssigkristalldisplays
Beinahe so zahlreich wie die Anwendungen von Flachdisplays
sind auch die technologischen Ansätze zu ihrer Realisierung. Obwohl verschiedene erfolgversprechende Konzepte zur Herstellung
von Flachdisplays existieren, dominieren Flüssigkristalldisplays
(LCD, Liquid Crystal Displays) derzeit den Markt der Flachdisplays. Ihr Marktanteil beträgt gegenwärtig annähernd 90 % und
wird sich in den nächsten fünf Jahren nur geringfügig reduzieren.
Funktion und Aufbau:
Lichteintritt
Polarisator
aus
Glasplatte
mit
Elektroden und
Orientierungsschicht
Polarisator
Abb. 4.1
ein
Die Funktionsweise von Flüssigkristalldisplays basiert auf der
kontrollierbaren Drehung der Polarisationsebene von eingestrahltem
Weißlicht mit Hilfe von dünnen
Flüssigkristallschichten.
Unterschiedliche Flüssigkristallphasen,
Variationen
der
elektrischen
Ansteuerung,
verschiedene
Zellgeometrien
sowie
die
Verwendung zusätzlicher optischer
Elemente
ermöglichen
die
Realisierung
einer
Vielzahl
technologischer Konzepte. Den
Aufbau einer einfachen TN-Zelle
(Twisted Nematic) zeigt Abb. 4.1.
Funktionsschema eines Flüssigkristalldisplays (TN-LCD).
27
Die Flüssigkristallschicht ist eingebettet zwischen zwei
Glasplatten, auf deren Innenseite durchsichtige, strukturierte
Elektroden aufgebracht sind. Eine Orientierungsschicht auf den
Elektroden bewirkt, daß die Längsachsen der anliegenden
Flüssigkristallmoleküle eine kontrollierte Ausrichtung erhalten.
Polarisatoren auf der Außenseite des Glases richten die
Schwingungsebene des eingestrahlten Lichts so aus, daß sie mit
der Orientierung der Flüssigkristalle an der angrenzenden
Elektrode übereinstimmt. Werden nun die beiden Glasplatten um
90° verdreht angeordnet, so gibt der Flüssigkristall diesem
äußeren Zwang nach, indem die Längsachsen der Moleküle einer
Helixstruktur folgen. Wird nun Licht durch den einen Polarisator
eingestrahlt, so erfährt es durch die Ausrichtung des
Flüssigkristalls eine Drehung um 90° und kann so den zweiten
Polarisator ungehindert passieren (“normally white mode“). Wird
jedoch eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt, so
folgen die Moleküle den elektrischen Feldlinien, d.h. sie stellen
sich senkrecht zur Glasplatte auf und verlieren somit ihre
Fähigkeit, die Polarisationsebene des Lichtes zu drehen. Der
zweite Polarisator blockiert dann den Durchgang des Lichts, die
Zelle erscheint dunkel. Statt mit gekreuzten Polarisatoren, wie hier
beschrieben, funktioniert das Konzept auch mit einer parallelen
Anordnung, wobei die Zelle im Ruhezustand dunkel ist (“normally
black“) und bei Anlegen der Spannung dann hell wird. Wegen des
besseren Kontrasts wird in der Regel der “normally white“ Modus
vorgezogen.
Generell wird nur ein Bruchteil des eingestrahlten Lichts genutzt,
was den Einsatz heller Lampen als Hinterleuchtung von LCD
erfordert. Die gegenwärtig eingesetzten Kaltkathodenlampen
(CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp) sind zwar gut dafür
geeignet, sind jedoch vergleichsweise dick und haben eine
Leistungsaufnahme, die erheblich über der des eigentlichen
Displays liegt. Mit Hilfe ausgeklügelter Reflexions- bzw.
Diffusionsanordnungen wird eine homogene Einkopplung des
Lichts in die Flüssigkristallschicht erreicht. Als platzsparende
Alternative stehen Elektrolumineszenz-Schichten zur Verfügung,
die allerdings in Bezug auf Leuchtdichte und Farbe derzeit nicht
mit CCFL konkurrieren können.
Ein großer Vorteil von TN-LCD ist ihre einfache Herstellbarkeit,
was einen niedrigen Preis und damit die Verwendung in
zahlreichen Anwendungen ermöglicht. Auf der anderen Seite sind
28
passiv angesteuerte TN-Displays für graphische Darstellungen
ungeeignet, da der Kontrast von Matrixanzeigen mit zunehmender
Linienzahl, d.h. steigenden Multiplexraten, deutlich abnimmt.
Grund für dieses Verhalten ist die Tatsache, daß die
Schaltspannung nur für kurze Zeit an jedem Pixel anliegt, danach
aber aufgrund des Fehlens eines Speicherelements schnell wieder
absinkt.
Durch ihre steilere Ansprechcharakteristik erlauben STN-Displays
(Super Twisted Nematic), bei denen der Verdrillungswinkel der
Moleküle bis zu 270° beträgt, die Ansteuerung einer größeren
Anzahl von Zeilen im direkten Multiplexbetrieb. Allerdings resultiert
aus der im Vergleich zu TN steileren Kennlinie eine schwierigere
Darstellung von Graustufen. Ein aktueller Ansatz, um den Kontrast
hochauflösender STN-Displays zu verbessern, ist das sog.
Multiple-Line Addressing (MLA), bei dem statt eines einzigen
großen Spannungspulses pro Zyklus jedes Pixel mehrfach
wiederaufgefrischt wird.
Die Doppelbrechung des Flüssigkristalls führt bei STN zu einem
Gangunterschied zwischen Licht unterschiedlicher Wellenlängen.
Deswegen erhält die Zelle zwangsläufig eine unerwünschte
Färbung, weshalb für eine schwarz-weiße Darstellung zusätzliche
Kompensationselemente benötigt werden. Diese werden in Form
einer weiteren LCD-Schicht mit umgekehrter Verdrillungsrichtung
(DSTN, Double STN) oder auch als Folien (FSTN, Film STN) auf
der Basiszelle montiert.
Farben können durch Farbfilter, die über nebeneinander liegenden
Pixeln angeordnet sind, erzeugt werden. Sogenannte CSTNDisplays (Color STN) haben große Verbreitung in LaptopComputern der mittleren Preisklasse gefunden.
Aktiv-Matrix-LCD
LCD-Typen mit passiver Ansteuerung haben eine relativ lange
Ansprechzeit (i.a. mehr als 100 ms). Dies macht sich bei schnellen
Bildänderungen, wie z.B. bei der Darstellung des Mauszeigers bei
Computern, nachteilig als „Verschmierung“ bemerkbar. Eine aktive
Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte bei Aktiv-Matrix-LCD (AMLCD) mit TN-Flüssigkristallen beschleunigt die Informationsdarstellung und ermöglicht gleichzeitig einen wesentlich höheren
Kontrast.
29
Für die aktive Ansteuerung der Pixel gibt es verschiedene
technologische Lösungen. Die am häufigsten eingesetzte Variante
arbeitet mit Dünnschichttransistoren (TFT-LCD, Thin-Film
Transistor LCD). Dabei übernehmen Transistoren aus Silizium, die
direkt in jeden Bildpunkt integriert sind, die Verstärkung der
Steuersignale,
während
die
Spannung
zwischen
den
Ansteuerperioden durch Kondensatoren stabilisiert wird.
Gegenwärtig wird noch amorphes Silizium verwendet, in Zukunft
soll jedoch vermehrt die Technologie von Polysilizium-Transistoren
genutzt werden. Diese bietet u.a. den Vorteil einer möglichen
Integration der Treiberelektronik zusammen mit den Ansteuerelementen auf der Substratplatte, was die Zuverlässigkeit des
Moduls wesentlich erhöht. Auf der anderen Seite wird weiterhin
amorphes Silizium benutzt werden, wenn sehr große, hochauflösende Displays mit höchster optischer Qualität gefordert sind.
Die zuverlässige Herstellung von zum Teil mehreren Millionen
Dünnschichttransistoren bedingt allerdings einen Preis, der schon
bei Verwendung von amorphem Silizium ungefähr doppelt so hoch
ist im Vergleich zu Passiv-Matrix-LCD. So erfordert die herkömmliche Herstellungsweise von Polysilizium durch Tempern von
amorphem Silizium sehr teure, temperaturbeständige Quarzgläser
als Grundsubstrat für die Displays, um Temperaturen bis 1000°C
standzuhalten. Dieser Vorgang ist zeitaufwendig und sehr
empfindlich bzgl. Verunreinigungen, die Produktivität entsprechend
gering. Ein Einsatz der Excimerlaser-Technologie zusammen mit
einem effizienten UV-Optikkonzept ermöglicht jedoch den generellen Wandel zur kostengünstigen Massenfertigung von TFT-LCD.
Mit der Verwendung von Dünnschichtdioden, z.B. mit MetallIsolator-Metall (MIM)-Strukturen, versucht man, eine aktive
Ansteuerung mit weniger kostspieligen Mitteln zu erhalten. Dieser
Kompromiß zwischen Preis und Leistung konnte sich aber bislang
nicht am Markt durchsetzen. Das von der niederländischen Firma
Philips entwickelte Doppeldioden-Konzept wurde mittlerweile
aufgegeben.
Eine weitere Technik zur aktiven Ansteuerung von LCDBildschirmen ist die Plasma-Adressierung (PALCD, Plasma
Addressed LCD). Hier wird die Schaltcharakteristik eines Plasmas
ausgenutzt, das in Kanälen unter den jeweiligen LC-Zellen
gezündet wird. Die Pixeldichte von PALCD ist allerdings durch die
Breite der Plasmakanäle beschränkt, d.h. gegenwärtig im Bereich
30
> ca. 0,5 mm. PALCD haben eine stürmische Entwicklung hinter
sich, ein vollfarbiger 42"-Bildschirm mit einer Auflösung von
1920 × 960 Pixeln wurde bereits vorgestellt. Da PALCD mit einer
kurzen Ansprechzeit aufwarten, hat diese Technologie
hervorragende Perspektiven im Bereich der Farbfernseher. Bei der
Herstellung der Ansteuerelemente werden im wesentlichen
Dickschicht-Prozeßschritte eingesetzt, die – verglichen mit der
Herstellung von Dünnschichttransistoren – wenig anfällig für
Punktfehler sind. So kann eine hohe Ausbeute erreicht werden,
was eine relativ kostengünstige Fertigung verspricht.
Alternative Zellentypen
Neben den bereits dargestellten LCD-Typen gibt es noch diverse
weitere Entwicklungen, die bestimmte Schwächen herkömmlicher
LCD kompensieren. Durch spezielle Zellgeometrien oder die
veränderte Anordnung der Flüssigkristallmoleküle kann z.B. der
Blickwinkel, unter dem ein dargestelltes Bild noch einen
akzeptablen Kontrast bietet, deutlich vergrößert werden. Zum
einen kann eine veränderte Elektrodenanordnung gewählt werden.
Beim In-Plane Switching (IPS) sind beide Elektroden auf einer
Glasplatte angebracht. Beim Einschalten der Spannung drehen
sich die Moleküle parallel zu den Glasplatten, was eine
gleichmäßig gute Ablesbarkeit in einem großen Winkelbereich zur
Folge hat. Eine neue, von IPS abgeleitete Variante benutzt die
inhomogenen Felder am Rand der Elektroden (Fringe-Field
Switching, FFS). Zum anderen können die an den Elektroden
anliegenden
Moleküle
durch
eine
Modifikation
der
Orientierungsschicht steiler angestellt werden (VA, Vertical
Alignment), was ebenfalls einen vergrößerten Blickwinkelbereich
bewirkt. Außerdem kann jedes Pixel noch einmal in mehrere
Segmente unterteilt werden. Beim sogenannten Multi-DomainAnsatz wird in vier Bereichen des Bildpunktes die
Orientierungsschicht um jeweils 90° gedreht angeordnet. Damit
ergibt sich wiederum eine verbesserte Sichtbarkeit der
dargestellten Information unter großen Blickwinkeln. Im OCBModus (Optically Compensated Birefringence) wird die Ausbildung
einer Vorzugsrichtung, die sich bei gewöhnlichen TN-Zellen unter
großen Betrachtungswinkeln ergibt, durch einen symmetrischen
Zellaufbau und eine zusätzliche doppelbrechende Schicht
kompensiert.
31
Einen eigenen LCD-Typ bilden PDLC-Displays (Polymer
Dispersed LC), bei denen winzige Flüssigkristall-Tröpfchen in einer
Polymermatrix verteilt sind. Aufgrund des geringen Volumens
werden die Moleküle in jedem einzelnen Tropfen gezwungen, sich
untereinander auszurichten; die Anordnung der Moleküle in nebeneinanderliegenden Tropfen ist jedoch zufällig. Unpolarisiertes Licht
wird auf diese Weise diffus gestreut. Bei Anlegen einer Spannung
richten sich die Flüssigkristalle entlang der elektrischen Feldlinien
aus und lassen das Licht ungehindert passieren. Die unscharfe
Ansprechcharakteristik der Flüssigkristallschicht macht die
Verwendung einer aktiven Ansteuerung erforderlich. Da keine
Polarisatoren benötigt werden, sind diese Displays sehr lichtstark
und können z.B. für Projektoren benutzt werden.
Eine weitere Gruppe von LCD umfaßt die reflektiven Displays. Ein
großer Vorteil dieser Displays ist deren geringer Energieverbrauch,
da das Umgebungslicht für die Bilderzeugung ausgenutzt wird.
Beim ECB-Konzept (Electrically Controlled Birefringence) werden
die Farben durch die spannungsabhängige Doppelbrechung des
Flüssigkristalls erzeugt. Da hier keine Farbfilter benötigt werden,
besitzen diese Displays eine große Helligkeit. Mit der ECB-Technik
ist jedoch eine eingeschränkte Farbdarstellung sowie wiederum
eine komplizierte Ansteuerung verbunden. Bei der „Double Metal
Guest Host“-Technologie von Sharp werden Farbstoffmoleküle mit
den Flüssigkristallen vermischt und richten sich dementsprechend
aus. Mit Hilfe von Farbfiltern können verschiedene Farben erzeugt
werden. Aufgrund von Hysterese-Effekten sind allerdings nur zwei
Graustufen darstellbar. Die einfachste Form reflektiver Displays
stellen LCD mit einem in die hintere Elektrode integrierten Spiegel
dar. Die Helligkeit dieses Typs ist derzeit allerdings für viele
Anwendungen noch nicht zufriedenstellend.
Andere Flüssigkristallphasen
Die bisher beschriebenen LCD-Typen verwenden sämtlich
nematische Flüssigkristalle. Es gibt aber auch Ansätze, höher
geordnete Phasen für Flüssigkristalldisplays zu nutzen. So werden
smektische, ferroelektrische oder antiferroelektrische Substanzen
für bistabile Displays eingesetzt. Diese Displays halten die
Information auch nach Abschalten der Spannung aufrecht. Diese
Eigenschaft ist besonders vorteilhaft in Anwendungen, die mit
wenig Energie auskommen müssen, wie z.B. tragbare
Informations- und Kommunikationssysteme. Cholesterische LCD
32
sind geeignet für die Verwendung in reflektiven Displays. Die in
diesem Abschnitt geschilderten Techniken sind z.T. noch in der
Entwicklungsphase und weisen gegenüber hinterleuchteten TFTLCD einen eingeschränkten Funktionsumfang (z.B. Farbe,
Graustufen, Kontrast) auf.
Perspektiven:
Flüssigkristall-Farbdisplays sind am Markt etabliert, sie bieten
scharfe, kontrastreiche und vollfarbige Bilder ohne den von
Kathodenstrahlröhren bekannten Nachteil der geometrischen
Verzerrungen. Bestimmte Eigenschaften bedürfen aber noch der
Verbesserung. So gibt es zwar diverse Ansätze, die Ablesbarkeit
des Displays unter hohen Betrachtungswinkel zu verbessern;
diese Verfahren sind aber jeweils mit einem technologischen
Mehraufwand verbunden, der die Fertigungskosten in die Höhe
treibt. Ein weiterer kritischer Aspekt ist der relativ hohe
Energieverbrauch, der durch die notwendige Hinterleuchtung und
die geringe Transmission von Flüssigkristallzellen bedingt ist.
Speziell für portable Anwendungen wäre eine weitere Reduktion
des Gewichts von Vorteil. Hier gibt es Ansätze zur Verringerung
des Gewichts durch eine weitere Reduktion der Glasdicke (STNLCD) bzw. durch den Einsatz von Gläsern geringerer Dichte (AMLCD). Schließlich ist es wünschenswert, die Schaltspannung der
Flüssigkristalle weiter abzusenken. Gleichzeitig sollte die Schaltgeschwindigkeit erhöht und ihre Temperaturabhängigkeit reduziert
werden.
Einer Verbesserung der genannten Eigenschaften stehen keine
prinzipiellen physikalischen Gründe entgegen, so daß mit einer
kontinuierlichen Weiterentwicklung gerechnet werden kann. So
kann die Schaltgeschwindigkeit z.B. mit Hilfe neuer
Flüssigkristallmischungen verkürzt werden. Wie schon geschildert,
werden gegenwärtig verschiedene Methoden entwickelt, um die
Abhängigkeit
der
Farben
und
des
Kontrastes
vom
Betrachtungswinkel zu verbessern. Ein weiterer Ansatz ist die
Verwendung von Kunststoffsubstraten, die eine Verringerung des
Gewichts sowie flexible Displays ermöglichen. Heutige Kunststoffe
für Displays sind jedoch aufgrund hoher Kosten und niedriger
Qualität noch nicht konkurrenzfähig zu Glas. Die hohe
Leistungsaufnahme aufgrund der benötigten Hinterleuchtung kann
mit einer weiteren Verbesserung der Darstellungseigenschaften
reflektiver und transflektiver Displays deutlich reduziert werden.
33
Markt:
Knapp 90 % des Flachdisplay-Weltmarktes werden gegenwärtig
von Flüssigkristallbildschirmen abgedeckt. Dabei beträgt der
weltweite Umsatz mit aktiv angesteuerten LCD heute schon
ungefähr das Doppelte des Umsatzes bei passiven LCD (Abb.
4.2).
30
Mrd. DM
25
AM-LCD
PM-LCD
20
15
10
5
0
1996
Abb. 4.2
1997
1998
1999
2000
2001
2003
2004
Marktentwicklung für aktiv und passiv angesteuerte LCD im
Zeitraum 1996 – 2004, weltweit. Quelle: Stanford Resources, 1998
Die Bedeutung der hochauflösenden AM-LCD in TFT-Technologie
wird in den kommenden Jahren weiter zunehmen. Diese Displays
werden insbesondere im Bereich der Laptop- und DesktopMonitore eingesetzt, zukünftig aber auch zunehmend im Bereich
kleinerer graphikfähiger Displays, z.B. für internetfähige
Mobiltelefone oder Navigationsdisplays in Kraftfahrzeugen.
34
2002
4.2
Plasmadisplays
Plasmadisplays (PDP, Plasma Display Panels) stellen eine weitere
Flachbildschirmtechnologie dar, die z.Z. vor allem im Bereich
großflächiger TV-Bildschirme eingesetzt wird. Im Gegensatz zu
LCD sind PDP selbstleuchtend, was insbesondere für die
Ablesbarkeit des Displays unter großen Betrachtungswinkeln sehr
vorteilhaft ist.
Funktion und Aufbau:
Der Aufbau eines PDP ist relativ einfach und deshalb mit guter
Ausbeute auch für große Bildschirme zuverlässig auszuführen. Auf
der hinteren Glasplatte sind zeilenweise Adreßelektroden
angeordnet, die mit den Phosphoren für rot, grün und blau
beschichtet sind (Abb. 4.3). Um ein Übersprechen zu verhindern,
sind diese Elektroden jeweils durch Barrieren gegeneinander
abgegrenzt, welche auch gleichzeitig als Abstandshalter für die
Frontplatte dienen. Die vordere Glasplatte ist rückseitig mit
transparenten Buselektroden strukturiert, die senkrecht zu den
Adreßelektroden verlaufen.
Frontglas
Bus
X,Y-Elektroden
(transparent)
Dielektrikum
MgO-Schicht
Trenn-Barrieren
Rückglas
Adreß-Elektroden
Rot
Grün
Blau
Phosphor
Abb. 4.3
Aufbau eines Plasmabildschirms (PDP).
35
Die Adreßelektroden werden zeilenweise vorgeladen; die
Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte erfolgt dann mit Hilfe von
zwei Buselektroden, deren räumliche Anordnung verhindert, daß
die Phosphore durch den Beschuß von Ionen beschädigt werden.
Andererseits verhindert eine Schutzschicht, meist aus Magnesiumoxid, eine Erosion der Buselektroden durch das Plasma. Werden
die Buselektroden mit einer Wechselspannung angesteuert, so
genügt eine Spannung von ca. 180 V zum Erzeugen des Plasmas.
Bei Überschreiten der Schwellenspannung kommt es am
Kreuzungspunkt von Adreß- und Buselektroden zu einer Gasentladung im Edelgasgemisch, bei der UV-Strahlung emittiert wird,
welche von den Leuchtstoffen absorbiert und als sichtbares Licht
wieder emittiert wird. Wegen des schnellen Ansprechverhaltens
der Plasmazellen sind PDP videotauglich. Die Darstellung von
Graustufen kann durch Variation des Impuls-Pausen-Verhältnisses
erreicht werden, was jedoch eine aufwendige Ansteuerelektronik
zur Folge hat.
Perspektiven:
Da die Größe der Plasmakanäle nach unten hin begrenzt ist,
können mit der PDP-Technologie keine kleinen, hochauflösenden
Displays hergestellt werden. Aufgrund des unkomplizierten
Produktionsprozesses eignen sich PDP besonders für die
kostengünstige
Herstellung
großflächiger
Displays
für
Fernsehgeräte oder Präsentationsflächen. PDP sind unempfindlich
gegenüber Magnetfeldern, Temperaturschwankungen, Stößen und
Vibrationen, so daß sie sich für den Einsatz in rauhen
Umgebungen, z.B. in der Industrie, eignen. Nachteile der PDPTechnologie sind vor allem hohe Leistungsaufnahme, großes
Gewicht und die Schwierigkeit, gleichzeitig hohe Bildhelligkeit und
guten Kontrast zu erreichen.
36
Markt:
Unter den heute am Markt vertretenen Technologien werden
Plasmadisplays die größten Wachstumsraten in den nächsten
Jahren vorausgesagt (Abb. 4.4). Der Umsatz am Weltmarkt
verzehnfacht sich voraussichtlich im Zeitraum zwischen 1998 und
2004. Ob diese Erwartungen eintreffen, wird vor allem von einer
deutlichen Reduktion bei den Produktionskosten abhängen. Als
Haupteinsatzbereich für PDP werden sich großformatige
Farbfernsehgeräte
in
den
Privathaushalten
und
für
Präsentationszwecke etablieren.
5
Mrd. DM
4
PDP
3
2
1
0
1996
Abb. 4.4
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
Marktentwicklung von Plasmadisplays im Zeitraum
1996 – 2004, weltweit.
Quelle: Stanford Resources, 1998
37
4.3
Elektrolumineszenz-Displays
Ein weiterer Typ selbstleuchtender Flachdisplays sind
Elektrolumineszenz-Displays (ELD). ELD werden schon seit
einiger Zeit z.B. als Industriedisplays eingesetzt.
Funktion und Aufbau:
ELD besitzen einen sehr einfachen Aufbau und können vollständig
in Dünnschichttechnologie hergestellt werden. Abb. 4.5 zeigt die
Schichtstruktur eines ELD.
Aluminium-Elektrode
Isolationsschicht
Leuchtschicht
Isolationsschicht
Glassubstrat
Transparente Elektrode (ITO)
Abb. 4.5
Aufbau eines Elektrolumineszenz-Displays (ELD).
Bei passiv angesteuerten ELD werden auf einem Glassubstrat
transparente Elektroden zeilenweise aufgebracht. Diese werden
zunächst mit einer dünnen Isolationsschicht, dann mit dem
Emittermaterial beschichtet, worauf wiederum eine Isolationsschicht folgt. Die zweite Elektrode wird wieder streifenförmig, um
90° gegen die erste Elektrode verdreht, aufgedampft. Die
Gesamtdicke dieser Struktur beträgt nur wenige Mikrometer.
Die Ansteuerung der Bildpunkte geschieht ohne Zuhilfenahme
aktiver Elemente. Bei Anlegen einer Wechselspannung von
einigen hundert Volt an die Elektroden leuchtet das Emittermaterial
auf. Gegenwärtig wird dotiertes Zinksulfid oder Strontiumsulfid als
Leuchtstoff benutzt. Diese Substanzen besitzen ein relativ breites
Emissionsspektrum. Durch Kombination verschiedener spezialisierter Einzelschichten gelingt es, eine gelblich-weiße Emission zu
erzeugen („Farbe aus Weiß“-Konzept). Über konventionelle
Farbfilter können hieraus die drei Primärfarben rot, grün und blau
38
herausgefiltert werden. Neuere Entwicklungen versuchen, durch
gezielten Einbau von Edelmetallatomen als Leuchtzentren eine
schmalbandige Emission zu erreichen.
Eine neue Entwicklung stellen ELD mit aktiver Ansteuerung
(AMEL, Active Matrix EL) dar. Dabei wird das EL-Schichtpaket auf
einem Siliziumwafer mit Transistormatrix aufgebracht. Wegen der
Notwendigkeit, die hohe Wechselspannung, die zum Betrieb des
ELD gebraucht wird, von den Ansteuersignalen fernzuhalten, wird
ein Substrat in SOI-Technologie (Silicon-on-Insulator) benutzt. Mit
der AMEL-Technologie ist es möglich, hochauflösende Mikrodisplays mit sehr guten Darstellungseigenschaften zu bauen.
Perspektiven:
ELD sind sehr robust. Sie erleiden keine Einbußen bei Betrieb
unter ungünstigen Einsatzbedingungen bzgl. Druck, Vibrationen
oder Temperatur und haben eine große Lebensdauer. Damit sind
ELD besonders geeignet für den Einsatz in der Industrie sowie im
Transportbereich. Die geringe Dicke des Aufbaus ermöglicht auch
die Verwendung auf flexiblen Substraten. Werden beide
Elektroden aus transparentem Material hergestellt, so erhält man
ein komplett durchsichtiges Display, welches z.B. für
Einblendungen in die Windschutzscheibe von Fahrzeugen genutzt
werden kann.
Der Schichtaufbau von ELD ist sehr einfach, und die
Verfahrensschritte zu deren Herstellung sind weitgehend etablierte
Dünnschichtprozesse. Aufgrund der besonders kritischen
Eigenschaften der Emitterschicht ist die Fertigung aber noch sehr
teuer. Ein weiterer Nachteil der ELD-Technologie sind die
eingeschränkte Farb- und Grauwertdarstellung. Problematisch
sind ferner die großen kapazitiven Verluste von ELD, die sich
insbesondere bei höheren Auflösungen negativ bemerkbar
machen.
Aus diesen Gründen können passiv angesteuerte ELD
gegenwärtig nur Spezialmärkte erobern. So besitzen aktuelle
Produkte monochrome oder allenfalls mehrfarbige Darstellungsmöglichkeiten. Ein weiterer Nachteil, der u.a. auf die Kosten der
Ansteuerelektronik durchschlägt, ist die hohe, zum Betrieb des
Displays benötigte Wechselspannung. Neue Perspektiven zeigt
die kürzliche Einführung eines Mikrodisplays in AMEL-Technologie
auf.
39
Markt:
Die Umsatzentwicklung verläuft im Vergleich zum Gesamtmarkt in
den nächsten Jahren relativ moderat (Abb. 4.6). Im Jahr 2004 wird
der Anteil der ELD-Technologie am Flachdisplay-Markt ca. 0,7 %
betragen.
0,35
Mrd. DM
0,30
ELD
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
1996
Abb. 4.6
1997
1998
1999
2000
2001
2003
Marktentwicklung von Elektrolumineszenz-Displays
im Zeitraum 1996 – 2004, weltweit.
Quelle: Stanford Resources, 1998
Die Dynamik dieser Entwicklung wird entscheidend davon
abhängen, wie schnell eine gute Farbdarstellung mit ELD erreicht
werden kann.
40
2002
2004
4.4
Vakuumfluoreszenz-Displays
Eine weitere, bereits etablierte Flachdisplay-Technologie bilden
Vakuumfluoreszenz-Displays (VFD). Diese Displays werden
vielfach zur Anzeige einfacher Informationen in Audio-, Videooder auch Haushaltsgeräten eingesetzt.
Funktion und Aufbau:
Die VFD-Technologie lehnt sich an das bewährte Prinzip der
Fluoreszenz von Leuchtstoffen unter Elektronenbeschuß an. Der
Aufbau ist aber gegenüber herkömmlichen Kathodenstrahlröhren
stark verändert und ähnelt einer klassischen Triode (Abb. 4.7).
Diffusionsgitter
Spalten-Steuergitter
Kathodendraht
Frontglas
Anschluß
Zeilenelektrodenanschluß
Abb. 4.7
Isolationsschicht
Anode
Phosphor
Substrat
Querschnitt eines Vakuumfluoreszenz-Displays (VFD).
Die mit Leuchtstoffen beschichteten Anodensegmente sind auf
einem Glassubstrat aufgebracht. Ein Heizdraht an der Vorderseite
der Zelle emittiert Elektronen, die durch ein Diffusions- und ein
Steuergitter zur Anode gelenkt werden. Die Anodenspannung liegt
im Bereich von 100 V. Beim Auftreffen der Elektronen auf den
Leuchtstoff emittiert dieser Licht. Die Anzeigen sind in der Regel
monochrom, wegen der Breitbandigkeit der meisten Leuchtstoffe
sind aber auch Farbdarstellungen durch Vorsatz von Farbfiltern
möglich.
41
Perspektiven:
Vorteile von VFD sind vor allem ihre hohe Leuchtdichte, die lange
Lebensdauer sowie ihre Temperaturunempfindlichkeit. Matrixdisplays zur Darstellung hoher Informationsdichten sind mit VFD
allerdings nur schwierig zu realisieren. Aus diesen Gründen
werden VFD weiterhin vor allem im Bereich einfacher,
alphanumerischer Anzeigen eingesetzt werden.
Markt:
Wegen der begrenzten Graphikfähigkeit ist die Umsatzentwicklung
bei VFD-Produkten in den nächsten Jahren eher rückläufig (Abb.
4.8). Bis zum Jahr 2004 werden VFD ihre zweite Position hinter
den LCD verlieren und auf einen Marktanteil von nur noch ca. 2 %
zurückfallen.
1,4
Mrd. DM
VFD
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
1996
Abb. 4.8
42
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Marktentwicklung von Vakuumfluoreszenz-Displays
im Zeitraum 1996 – 2004, weltweit.
Quelle: Stanford Resources, 1998
2004
4.5
Feldemissions-Displays
Auch Feldemissions-Displays (FED) sind eng verwandt mit der
klassischen Kathodenstrahlröhre. Jedoch wird hier jedes Pixel mit
mindestens einem eigenen Elektronenstrahl betrieben.
Funktion und Aufbau:
Die Generation dieser Elektronenstrahlen basiert auf der
Feldemission, die dafür sorgt, daß die Elektronen auch ohne
thermische Anregung die Barriere der Austrittsarbeit überwinden.
Insbesondere macht man sich hier die extreme Verstärkung des
elektrischen Felds vor Spitzen mit sehr kleinem Krümmungsradius
zunutze. Die Charakteristik des Feldemissionsprozesses
ermöglicht eine einfache, passive Ansteuerung der Bildpunkte. Der
Aufbau eines klassischen FED in Konfiguration einer Triode ist in
Abb. 4.9 skizziert.
Abb. 4.9
Aufbau eines Feldemissions-Displays (FED)
für Anodenspannungen bis 500 V.
43
Auf dem Substrat sind linienförmige Elektroden angebracht, die
zur Strombegrenzung zusätzlich mit einer Widerstandsschicht
belegt sind. Auf diesen sitzen Felder von feinen Spitzen, die
jeweils den Strahl für einen Bildpunkt liefern. Vor den Spitzen ist
ein Gatter in Form einer Lochmatrix angebracht, das zeilenweise
angesteuert wird und das Auskoppeln des Elektronenstrahls
steuert. Auf dem Weg zu den rot, grün und blau emittierenden
Subpixeln werden die Elektronen durch eine Gleichspannung von
einigen hundert bis zu mehreren tausend Volt beschleunigt.
Normalerweise wird Molybdän für die Emitterspitzen verwendet.
Wegen der hohen Kosten für die Mo-Beschichtung werden aber
auch alternative Konzepte mit Silizium- oder Siliziumcarbid-Spitzen
verfolgt. Neben Mikrospitzen werden auch verschiedene andere
Anordnungen für die Kathoden eingesetzt. So kann auch das hohe
Feld an einer scharfen Kante oder in einem schmalen Spalt zur
Elektronenemission genutzt werden. Eine besonders einfache
Anordnung stellt eine mikrostrukturierte Fläche als Emitter dar, die
als Diode (ohne Gatter) betrieben wird. Hierfür werden
mikrostrukturierte Schichten aus Graphit, Diamant oder auch
Kompositen (mit Metall-, Halbleiter- oder „carbon nanotube“Partikeln in einer nichtleitenden Matrix) eingesetzt.
Verschiedene Techniken lassen sich weiterhin anhand der
Auswahl der Materialien für die Phosphorpixel unterscheiden. Bei
Beschleunigungsspannungen von einigen hundert Volt kann der
Elektronenstrahl durch Schalten der einzelnen Subpixel gerichtet
werden. Obwohl schon Materialien entwickelt wurden, die auch mit
Beschleunigungsspannungen unter 500 V arbeiten, so ist deren
Lebensdauer jedoch noch nicht hoch genug für einen Einsatz in
kommerziellen Produkten. Herkömmliche, in CRT eingesetzte
Phosphore bieten eine brillante Farbdarstellung bei hoher
Lebensdauer, machen jedoch zusätzliche fokussierende und
schaltende Elemente notwendig, da hier die gesamte vordere
Elektrode auf einem Potential von mehreren Kilovolt gehalten
werden muß.
Perspektiven:
FED sind selbstleuchtend und können farbige Bilder mit hoher
Helligkeit und ausreichendem Kontrast darstellen. Mit dieser
Technologie können höchste Auflösungen erreicht werden, aber
auch die Herstellung großflächiger Displays bereitet keine
prinzipiellen Schwierigkeiten. Die Redundanz der Emission
44
innerhalb eines Spitzenfeldes bewirkt eine sehr hohe
Ausfallsicherheit der Displays. Die Herstellung kann mit Methoden
der Dünnschichttechnologie erfolgen, was eine kostengünstige
Massenproduktion erlaubt. Kritisch ist der Erhalt des Vakuums
über die gesamte Lebensdauer sowie die Notwendigkeit hoher
Beschleunigungsspannungen zur Erzeugung der Fluoreszenz. Die
Entwicklung von Niedervoltphosphoren wird deshalb gegenwärtig
mit großem Aufwand vorangetrieben. Die Aussichten, ein Material
mit genügender Lebensdauer zu finden sind jedoch kritisch zu
beurteilen, da bei niedrigen Spannungen der Energieeintrag in das
Phosphormaterial in einem sehr kleinen Volumen erfolgt, was eine
erheblich höhere Belastung als bei hochenergetischen Elektronen
zur Folge hat.
Markt:
Erste, zunächst monochrome FED sind 1997 in Serie gegangen.
Mittlerweile existieren von verschiedenen Firmen Prototypen
vollfarbiger FED. So wurde Ende letzten Jahres der Prototyp eines
vollfarbigen 15“-Monitors vorgestellt. Einige technologische
Probleme, wie das Aufrechterhalten des benötigten Hochvakuums
oder das gelegentliche Auftreten von Bogenentladungen,
verhindern jedoch gegenwärtig einen schnellen Markteinstieg mit
FED.
0,6
Mrd. DM
0,5
0,4
FED
0,3
0,2
0,1
0
1996
Abb. 4.10
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
Marktentwicklung von Feldemissions-Displays im Zeitraum
1996 – 2004, weltweit. Quelle: Stanford Resources, 1998
45
FED und LCD adressieren aufgrund ihrer jeweiligen
physikalischen Eigenschaften weitgehend denselben Markt. Ihre
Emissionseigenschaften und gute Temperaturstabilität machen es
möglich, daß FED langfristig auf einigen Feldern mit TFT-LCD
konkurrieren können. Dabei muß allerdings der große Vorsprung
der TFT-Technologie bedacht werden. Bis FED die Qualität
heutiger TFT erreichen, werden voraussichtlich noch einige Jahre
vergehen.
Zunächst eignen sich kleine und mittelgroße FED-Displays u.a. für
den Einsatz in Automobilen, kleinen Fernsehern, medizinischen
Geräten. Die Umsätze mit Displays in FED-Technologie werden
sich wahrscheinlich in den kommenden Jahren rasant entwickeln
und schon im Jahr 2002 den weltweiten Umsatz mit ELD erreichen
(Abb. 4.10). Ob diese Entwicklung so eintritt, wird stark davon
abhängen, inwiefern die bestehenden Probleme hinsichtlich der
Lebensdauer gelöst werden können.
46
4.6
Anorganische Leuchtdioden-Displays
Flachdisplays aus anorganischen Leuchtdioden finden heute weite
Verbreitung als großflächige Anzeigetafeln oder Displays für
Laufschriften. Diese LED-Displays (Light Emitting Diode) sind in
der Regel ein- oder mehrfarbig und werden aus handelsüblichen
Leuchtdioden zusammengesetzt. Da mittlerweile blaue LED mit
hohem Wirkungsgrad verfügbar sind, sind auch vollfarbige LEDGroßdisplays auf dem Markt erhältlich.
Vorteile von LED-Displays sind vor allem ihre hohe Leuchtdichte,
ihre hohe Effizienz und ihre extrem lange Lebensdauer, weshalb
sie besonders für den Einsatz im Freien geeignet sind. Aufgrund
der Größe der LED sind Darstellungen in mittlerem Format, wie
z.B. graphikfähige Displays für Monitore oder PDA, mit dieser
Technik nicht möglich.
Kleinformatige Anzeigen, z.B. für virtuelle Displays, können
dagegen durch monolithische Integration von Leuchtdioden auf
einem Chip hergestellt werden. Hier wird die Restriktion auf kleine
Flächen vor allem durch die hohe benötigte Kristallqualität und die
damit verbundenen hohen Materialkosten vorgegeben. Vollfarbige
Anzeigen sind nur schwierig zu realisieren, da jede Emissionsfarbe
ein anderes Halbleitermaterial erfordert. Aufgrund dieser
Eigenschaften haben hochauflösende LED-Displays bisher keine
Bedeutung am Markt erlangen können.
Markt:
Die Marktentwicklung bei LED-Displays spiegelt den wachsenden
Bedarf an graphikfähigen Bildschirmen wider und entwickelt sich
dementsprechend verhalten. Die Stückzahlen ausgelieferter LEDDisplays werden zwar weiterhin ansteigen, deren Anteil am
Gesamtumsatz von Flachdisplays wird jedoch zurückgehen. LEDDisplays werden ihren heutigen Marktanteil zunehmend an andere
Technologien, wie LCD, ELD oder OLED verlieren.
47
4.7
Organische Leuchtdioden-Displays
Eine große Kostenersparnis und neue Anwendungsmöglichkeiten
für LED-Displays erhofft man sich durch den Übergang von
anorganischen zu organischen Emittermaterialien. Diese sind
großflächig prozessierbar und können auch auf preisgünstigen
Glassubstraten hergestellt werden.
Funktion und Aufbau:
Die prinzipielle Funktionsweise einer OLED (Organic LED) beruht
ähnlich wie die der anorganischen LED auf Injektionselektrolumineszenz. Dabei werden positive und negative Ladungsträger,
die an den jeweiligen Elektroden injiziert werden, in einer
Emissionsschicht zur strahlenden Rekombination gebracht. Den
Aufbau einer OLED zeigt Abb. 4.11, er ist weitgehend mit dem
Aufbau von ELD identisch.
Y-Elektroden
X-Elektrode
Transportschicht für Elektronen
Emitterschicht
Transportschicht für Löcher
Transparente Elektrode
Glassubstrat
Abb. 4.11
Aufbau eines organischen LED-Displays.
Organische LED können als einfaches Schichtsystem aufgebaut
werden, in dem eine ca. 100 – 150 nm dünne organische Schicht
zwischen zwei Elektroden eingebettet ist. Die aktive Schicht kann
aus einem oder mehreren organischen Materialien bestehen,
wobei diese sukzessive auf einem Substrat abgeschieden werden.
Durch die Auftrennung der Funktion dieser Schichten in Transportund Emitterschichten ist es möglich, jeweils spezialisierte
Materialien zu verwenden, was den Wirkungsgrad der Leuchtdiode
wesentlich erhöht. Je nach Art des Trägermaterials wird das durch
Elektrolumineszenz erzeugte Licht durch das Substrat oder durch
die Deckelektrode extrahiert.
48
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen zwei Typen
organischer LED. Der eine ist aufgebaut aus niedermolekularen
Verbindungen wie Farbstoffsystemen und Metall-ChelatKomplexen, während der andere aktive Schichten aus Polymeren
enthält. Die Polymere werden aus einer Lösung durch “SpinCoating” oder eine Rakeltechnik aufgebracht. Bei den
niedermolekularen Verbindungen erfolgt die Herstellung der
dünnen Schichten durch Vakuumsublimation. Während die
Sublimation technologische Vorteile insbesondere im Hinblick auf
Mehrschichtsysteme aufweist, ist das Aufschleudern vor allem für
die schnelle und kostengünstige Beschichtung großer Flächen
geeignet. Trotz der strukturellen Unterschiede ist die prinzipielle
Funktionsweise beider Klassen im wesentlichen identisch.
Legt man eine ausreichend hohe Spannung (einige Volt) zwischen
den Elektroden an, so können Ladungsträger in die organische
Schicht injiziert werden. Aufgrund des elektrischen Feldes
bewegen sich die injizierten Ladungsträger zur jeweils
gegenüberliegenden Elektrode. Treffen Elektronen und Löcher
zusammen, so kann sich ein Elektron-Loch-Paar, ein sogenanntes
Exziton bilden, das strahlend zerfallen kann. Bei der Herstellung
von OLED sind mehrere Details zu beachten. Das
Emissionsspektrum und damit die Farbe wird von der
Bindungsenergie des Exzitons im verwendeten Halbleitermaterial
bestimmt. Entscheidend für die Effizienz der Leuchtdiode ist unter
anderem die Ausdehnung und Lage der Rekombinationszone.
Diese hängt von der Beweglichkeit der Ladungsträger, deren
Diffusionslängen und den energetischen Verhältnissen in der
Halbleiterstruktur, wie z.B. internen Barrieren ab.
Um eine effiziente und ausgewogene Injektion von Elektronen und
Löchern zu erhalten, müssen ferner die Austrittsarbeiten der
Elektrodenmaterialien auf die elektronische Bandstruktur des
jeweiligen organischen Materials abgestimmt sein. Bei einer
unbalancierten
Injektion
gelangen
die
überschüssigen
Ladungsträger zur Gegenelektrode, anstatt strahlend zu
rekombinieren und reduzieren somit die Effizienz der OLED. Eine
weitere wichtige Voraussetzung für eine hohe Effizienz ist eine
gute Photolumineszenzausbeute der emittierenden organischen
Schicht. Die Ausbeute hängt stark vom Reinheitsgrad der
verwendeten Materialien ab. Kritisch ist außerdem eine gute
Verkapselung des Displays, die ein Eindiffundieren von Sauerstoff
49
und Feuchtigkeit, welche die Lebensdauer des
empfindlich reduzieren können, effektiv verhindert.
Displays
Ein großer Vorteil der organischen LED ist die weitgehende
Unabhängigkeit
vom
Substratmaterial.
Dies
reduziert
insbesondere die Abhängigkeit von hochreinem, kristallinem
Halbleitermaterial, welches bei anorganischen LED benötigt wird.
Ein weiterer Pluspunkt der OLED-Technologie ist die Möglichkeit,
die elektronischen Energieniveaus der verwendeten Materialien in
weiten Bereichen zu verändern und so für spezielle Emissionseigenschaften maßzuschneidern. Bereits heute ist man in der
Lage, die Farbreinheit nach dem amerikanischen NTSC-Standard
zu erfüllen. Darüber hinaus gibt es für den gesamten sichtbaren
Bereich Emittermaterialien mit extrem schmalbandiger Emission,
die eine besonders hohe Farbsättigung ermöglichen.
Ferner können OLED mit einem hohen Wirkungsgrad und einer
sehr hohen Leuchtdichte betrieben werden. Neu entwickelte
Emittermaterialien erreichen bereits Effizienzen von 28 lm/W (bei
100 cd/m²). Ferner werden im gepulsten Betrieb Leuchtdichten bis
zu 5 ×106 cd/m² erzielt. Diese hohen Leuchtdichten sind insbesondere für die Verwirklichung von passiv angesteuerten Displays
von hoher Bedeutung. Es ist allerdings zu beachten, daß die
genannten Spitzenwerte nur für bestimmte Materialien erreicht
werden, während die Werte anderer Emitter (bzw. Farben) z.T.
deutlich darunter liegen.
Als selbstleuchtende Technologie mit Lambert‘scher Abstrahlcharakteristik hat OLED gute Darstellungseigenschaften auch
unter großem Betrachtungswinkel. Darüber hinaus ist ein sehr
guter Kontrast erreichbar, so daß voll tageslichttaugliche OLEDDisplays realisierbar sind. OLED haben ferner eine sehr kurze
Ansprechzeit und sind daher voll videofähig.
Seit den Anfängen der Erforschung organischer LED konnte die
Lebensdauer der verwendeten Materialien um mehrere
Größenordnungen verbessert werden. So wurden sowohl bei
Polymeren als auch bei aufgedampften Molekülen bereits
Lebensdauern von über 20.000 h (bei 100 cd/m²) nachgewiesen,
was die Spezifikationen für viele Anwendungen erfüllt bzw. weit
übertrifft.
50
Perspektiven:
OLED-Displays eignen sich für eine Vielzahl von unterschiedlichen
Anwendungen. Aufgrund der einfachen Herstellung bietet sich z.B.
die Verwendung von großflächigen OLED als Hinterleuchtung von
LCD an. Eine weitere, bereits vielfach demonstrierte Möglichkeit ist
die Darstellung einfacher Informationen z.B. mit alphanumerischen
Segmentdisplays.
Matrixdisplays können einerseits mit passiver Ansteuerung
betrieben werden, welche bei nicht zu hohen Auflösungen (d.h.
nicht zu hohen Multiplexraten) durchaus gute Ergebnisse liefert.
Andererseits ist bei aktiver Ansteuerung der Pixel auch ein Einsatz
in hochauflösenden, graphikfähigen Displays möglich. Die aktive
Ansteuerung hat den Vorteil, daß dann die einzelnen Bildpunkte
nicht mehr pulsweise, wie bei passiver Ansteuerung, betrieben
werden müssen, sondern während der kompletten Dauer eines
Bilddurchlaufs emittieren können. Da die Alterung des Materials
wegen der zurückgehenden Effizienz bei hohen Stromdichten
überproportional zu den durchfließenden Ladungen ansteigt, wirkt
sich die geringere benötigte Maximalhelligkeit direkt in einer
längeren Lebensdauer des Displays aus. Zudem ist eine präzise
Darstellung des Grauwerts möglich. Der aktive Betrieb erfordert
allerdings im Vergleich zu AM-LCD einen Mehraufwand für die
elektrische Ansteuerung, da die Leuchtdioden vorzugsweise
stromkontrolliert angesteuert werden.
Seit ihrer Entdeckung haben OLED eine dramatische Entwicklung
hinter sich. Sie befinden sich gegenwärtig in einem Übergangsstadium zwischen Grundlagenforschung und der Pilotproduktion
für erste Anwendungen. Das erste kommerzielle OLED-Display
wurde Ende 1997 vorgestellt, ein monochromes, passiv
betriebenes Display mit 256 x 64 Pixeln für den Audio- und
Videobereich. In der Folge wurden Prototypen von z.T. farbigen
Displays mit VGA-Auflösung und Diagonalen bis zu 20"
präsentiert. Trotz dieser Fortschritte ist bei der Materialentwicklung
wie auch bei der Prozeßführung noch erhebliches Verbesserungspotential vorhanden.
Durch die Entwicklung effizienter Beschichtungsverfahren (z.B.
Tintenstrahldruck oder „roll-to-roll coating“) haben OLED Potential,
in Zukunft auch für großflächigere Anwendungen, wie DesktopMonitore, wirtschaftlich einsetzbar zu werden. Weiterhin besteht
51
die Möglichkeit, mechanisch flexible Anzeigeelemente herzustellen. Dies setzt allerdings die Entwicklung von entsprechenden
Substratmaterialien mit Barriereschichten voraus, die das
Eindringen von Sauerstoff und Feuchtigkeit effektiv verhindern.
Längerfristig sind auch Anwendungen im Bereich der Signal- und
Beleuchtungstechnik denkbar.
Markt:
Marktprognosen sind beim derzeitigen Stand der OLEDTechnologie noch schwierig. Stanford Resources rechnet damit,
daß OLED-Displays einen kleinen Teil des LCD-Marktes sowie
den gesamten LED und VFD-Markt erreichen können, aber auch
als Hinterleuchtung für LCD eingesetzt werden. Das Volumen
dieser Märkte wird im Jahr 2005 zusammen knapp 6 Mrd. DM
betragen. Man geht davon aus, daß OLED bis dahin etwa 10 %
dieses Marktes erobern können, was einer Summe von knapp
600 Mio. DM entspricht.
52
4.8
Technologievergleich
Vor der Entscheidung für eine Flachdisplay-Technologie steht
zunächst die Auswahl potentieller Produkte. Dazu müssen die
Marktchancen für verschiedene Anwendungen geprüft und die
kaufentscheidenden Faktoren ermittelt werden. Die Produkte
geben dann die relevanten Spezifikationen vor, diese wiederum
bestimmen die Wahl der Technologie.
Um die Auswahl der Technologie für die angestrebten Produkte
vorzubereiten, sollen zunächst die Stärken und Schwächen der
einzelnen Technologien, die in den vorangegangenen Abschnitten
angeführt wurden, noch einmal in kompakter
Form
gegenübergestellt werden. Der sehr unterschiedliche Stand der
einzelnen Flachdisplay-Technologien und ihrer Produktionsverfahren erschwert einen quantitativen Vergleich der Leistungsfähigkeit.
Unabhängig von ihrem Entwicklungsstand besitzt aber jede
Technologie spezifische Eigenschaften, so daß sie für bestimmte
Anwendungen mehr oder weniger geeignet ist.
Die Positivseite der Tabelle 4.1 enthält Merkmale, die als
Entscheidungskriterium für den Einsatz der jeweiligen Technologie
dienen können. Auf der Negativseite sind solche Punkte
berücksichtigt, die inhärente Probleme der Technologie darstellen
bzw. noch auf absehbare Zeit weiter bestehen werden. Probleme,
die schon weitgehend gelöst sind, wie z.B. der eingeschränkte
Blickwinkel bei LCD, wurden nicht in die Tabelle aufgenommen.
Die Gewichtung der einzelnen Punkte hängt von der jeweiligen
Anwendung ab.
53
Technik
ausgereifte Technik
billig
flexible Substrate möglich
AM-LCD
ausgereifte Technik
viele technische Varianten
minimale Pixelgröße:
- 15 µm (reflektive Displays)
- 50 µm (transmissive Displays)
flexible Substrate möglich
videofähig
selbstemittierend
einfacher Aufbau
videofähig
robust
PDP
ELD
VFD
FED
LED
OLED
Tabelle 4.1
54
+
PM-LCD
selbstemittierend
einfacher Aufbau
robust
dünn, leicht
min. Pixelgröße einige µm
transparent
flexible Substrate möglich
einfache Herstellung
selbstemittierend
ausgereifte Technik
Helligkeit
Temperaturbereich
selbstemittierend
großer Blickwinkel
Temperaturbereich
videofähig
min. Pixelgröße mehrere 10 µm
Wirkungsgrad
selbstemittierend
ausgereifte Technik
Helligkeit
Lebensdauer
robust
einfache Herstellung
selbstemittierend
Helligkeit
videofähig
dünn, leicht
min. Pixelgröße einige µm
flexible Substrate möglich
–
Schaltgeschwindigkeit
Kontrast
Graphik
fremdbeleuchtet
Wirkungsgrad
Temperaturbereich
fremdbeleuchtet
Wirkungsgrad
schlechter Yield für
Produktion großer Displays
hohe Investitionskosten
Temperaturbereich
komplizierte Ansteuerung
Gewicht
Leistungsaufnahme
Kontrast
minimale Pixelgröße 300 µm
teuer
hohe Wechselspannung
Farbdarstellung
Helligkeit
Wirkungsgrad
große Displays schwierig
teuer
hohe Spannung
Farbdarstellung
Graphik
Leistungsaufnahme
hohe Spannung
Vakuum
Farbdarstellung
Lebensdauer
schlechter Produktions-Yield
Graphik
teuer
Lebensdauer ↔ Farben
aufwendige Verkapselung
Ansteuerung stromgetrieben
Vergleich der Flachdisplay-Technologien.
Der unterschiedliche Stand der Produktionstechnik der einzelnen
Flachdisplay-Technologien bedingt eine unterschiedliche Qualität
der Probleme. So sind LCD, LED und VFD bereits ausgereifte
Technologien, die zwar durchaus noch Entwicklungspotential
besitzen, deren aufgeführte Nachteile aber eher grundlegender
Natur sind. PDP ist eine Technologie, die aufgrund ihrer
eindeutigen Vorzüge bei großflächigen Bildschirmen eine rasante
Entwicklung zu marktfähigen Produkten hinter sich hat, bei der
jedoch die Produktivität noch erheblich gesteigert werden muß. Bei
ELD existiert schon langjährige Entwicklungserfahrung; die
verhaltene Ausweitung der Produktion wird vor allem durch den
Mangel an geeigneten Emittermaterialien bestimmt. FED und
OLED sind relativ junge Technologien, die gerade erst am
Übergang vom Forschungslabor in die Serienfertigung stehen. Das
bedingt einerseits, daß es hier noch ein erhebliches
Entwicklungspotential gibt, andererseits besteht keine Erfahrung
mit Massenproduktionsverfahren.
55
56
5
Produkte für einen Markteinstieg
Flachdisplays ermöglichen aufgrund ihrer Eigenschaften wie
geringer Bautiefe, geringem Energiebedarf, geringem Gewicht und
hoher Auflösung eine Vielzahl neuer Anwendungen. Auch die
Möglichkeit, Displays auf flexiblen Substraten herzustellen,
erschließt neue, faszinierende Einsatzbereiche. Daneben kommen
Flachdisplays zunehmend im Bereich der klassischen
Einsatzgebiete der Kathodenstrahlröhre, dem Desktop-Monitor
und dem TV-Monitor, zur Anwendung.
Für einen Einstieg in den stark expandierenden Displaymarkt
bieten sich innovative Produkte an, die z.T. erst als Prototypen
existieren. Damit ist es möglich, neue Märkte zu erschließen, ohne
in einen Verdrängungswettbewerb mit den fernöstlichen
Massenherstellern zu treten. Interessant sind dabei insbesondere
Displays für Kraftfahrzeuge, die Mobilkommunikation sowie SmartCards, aber auch Monitore für Sonderanwendungen sowie virtuelle
Displays für Videokameras und Head-mounted Displays.
Für die verschiedenen Anwendungen werden im folgenden die
Marktchancen
unter
den
Gesichtspunkten
Nachfrage,
Konkurrenzsituation, Produktevolution und Preisentwicklung
dargestellt. Die technischen Spezifikationen der Produkte werden
im Detail analysiert, um auf dieser Basis die zur Verfügung
stehenden Technologien auszuwählen.
57
5.1
Displays für Kraftfahrzeuge
In den letzten Jahren hat die Displaytechnik vermehrt in
Kraftfahrzeugen Einzug gehalten. Ausgehend vom rein
mechanischen Kombiinstrument hat sich die Kfz-Instrumentierung
durch den Einsatz von Flachdisplays zu immer komplexeren
Systemen entwickelt. Die in den 80er Jahren erstmals
eingesetzten digitalen Instrumente in VFD-Technik konnten sich
am europäischen Markt jedoch nicht durchsetzen. Die Gründe
dafür lagen in der schlechten Lesbarkeit aufgrund des geringen
Kontrastes und der Einfachheit der Darstellung.
Heute werden Flachdisplays vielfach für einfache alphanumerische
Darstellungen im Instrumentenbereich benutzt. Dabei werden
überwiegend TN-LCD eingesetzt. Wenn Displays für unterschiedliche Anwendungen (z.B. Navigationssystem und TV) genutzt
werden sollen, und wenn Graphik- und Videotauglichkeit gefordert
sind, kommen AM-LCD zum Einsatz.
Die
zukünftigen
Einsatzbereiche
für
Flachdisplays
Kraftfahrzeugen lassen sich in vier Gruppen einteilen:
•
Primäranzeige / frei programmierbares Kombiinstrument
•
Fahrerassistenzsysteme in der Mittelkonsole /
Sekundäranzeigen
•
Displays im Fahrzeugfond
•
Head-up Displays.
58
in
Für den Displaymarkt für Automobilanwendungen wird für die
nächsten Jahre ein starkes Wachstum prognostiziert. Durch die
rasch fortschreitende Verbreitung von Telematik- und
Navigationssystemen
werden
im
Jahr
2002
weltweit
voraussichtlich ca. 6,5 Mio. Displays für diese Anwendungen
abgesetzt (siehe Abb. 5.1). Das entspricht einem mittleren
jährlichen Wachstum von 37 %.
4000
Stückzahl (TE)
3500
US
3000
Europa
Japan
2500
2000
1500
1000
500
0
1997
Abb. 5.1
1998
1999
2000
2001
2002
Weltweiter Markt für Telematik- und Navigationssysteme in Kraftfahrzeugen.
Quelle: Intex Management Services, 1998
Derzeit stellt Japan den mit Abstand größten Markt mit über
1,7 Millionen Displays für Telematik- und Navigationssysteme in
diesem Jahr dar. Aber auch in Europa und Nordamerika werden in
den nächsten Jahren Displays schnelle Verbreitung in Kraftfahrzeugen finden. Man erwartet hier jährliche Zuwächse von z.T. weit
mehr als 50 %. Alleine in Europa werden im Jahr 2002 ca. 2,7 Mio.
Displays im Automobilbereich Anwendung finden.
Die Marktentwicklung von Displays für Automobilanwendungen
wird gegenwärtig noch durch den hohen Preis von graphikfähigen
Displays gedämpft, der bewirkt, daß diese Systeme z.Zt.
überwiegend in Fahrzeugen der Oberklasse eingesetzt werden.
Sinkende Produktpreise und die zunehmende Verbreitung von
Telematikdiensten werden aber zu einem starken Wachstum in
diesem Bereich führen.
59
Primäranzeige / frei programmierbares Kombiinstrument
Produktbeschreibung:
Durch die zunehmende Verbreitung von z.B. Navigationssystemen, Telematikdiensten, Mobilkommunikationsgeräten und
Abstandswarngeräten in Kraftfahrzeugen hat der Fahrer eine
ständig wachsende Flut von Informationen zu verarbeiten. Einer
fahrer- und situationsspezifischen Informationsdarstellung kommt
daher eine immer größere Bedeutung zu.
Besonders im primären Sichtbereich des Fahrers können durch
den Einsatz von Displays neue Wege der Informationsdarstellung
gegangen werden. Derzeit beschränken sich Displays in diesem
Bereich auf die Darstellung einfacher Symbole wie z.B.
Richtungspfeile bei Navigationssystemen oder digitale Anzeigen
für die Uhrzeit oder den Kilometerstand. Diese – in das
mechanische Kombiinstrument integrierten – Displays werden sich
in den nächsten Jahren zu graphik- und farbfähigen Displays
weiterentwickeln und somit die hochwertige Darstellung komplexer
Informationen, wie z.B. Landkarten für Navigationssysteme
ermöglichen.
Abb. 5.2
Visionen für die Primäranzeige in Kraftfahrzeugen.
Mit freundlicher Genehmigung der
Robert Bosch GmbH.
Die nächste Stufe der Produktevolution stellt das frei programmierbare Kombiinstrument dar (Abb. 5.2). Hierbei handelt es sich
um ein großflächiges, hochauflösendes und videotaugliches
60
Display, das die bisherigen Zeigerinstrumente und Kontrolleuchten
ersetzen wird. Damit ist eine benutzer- und situationsangepaßte
Informationsdarstellung möglich. Das frei programmierbare
Kombiinstrument ermöglicht zum einen die von mechanischen
Instrumenten gewohnte Darstellung von Fahrzeugdaten durch
Zeigerinstrumente zum anderen die Einspielung zusätzlicher
Informationen
(z.B.
Navigationssystem,
Warnhinweise,
Einparkhilfe) im Bereich des primären Sichtfeldes des Fahrers. In
einigen Jahren werden diese Fahrerinformationssysteme in
Fahrzeugen der Oberklasse zum Einsatz kommen.
Spezifikationen:
Die von der Automobilindustrie vorgegebenen Spezifikationen
stellen besonders hohe Ansprüche an die FlachdisplayTechnologie (Tabelle 5.1). Neben den hohen Anforderungen
bezüglich der Unempfindlichkeit gegenüber Stößen und
Vibrationen und dem Betrieb in einem großen Temperaturbereich
ist die Verfügbarkeit der Displays über mehrere Jahrzehnte eine
wichtige Forderung der Automobilhersteller. Diese Forderung kann
aber auch dadurch erfüllt werden, daß Weiterentwicklungen des
Displays über standardisierte Schnittstellen verfügen und somit
den problemlosen Austausch des Displays ermöglichen (upgradeMöglichkeit).
Der Target Price für das gesamte Kombiinstrument in
Flachdisplay-Technik liegt bei ca. 600 DM, was einem Aufpreis
von ca. 20 % gegenüber einem konventionellen OberklasseInstrument entspricht.
61
Automobil
Primäranzeige / frei programmierbares Kombiinstrument
Spezifikationen:
Auflösung
1024 x 384 (oder QVGA)
2
Pixelgröße (µm )
(240 oder 330) x (240 oder 330)
2
Displaygröße (mm )
287 x 107
Kontrast
100:1
Blickwinkel horizontal (bei Kontrast 10:1)
±60°
Blickwinkel vertikal
(bei Kontrast 10:1)
±30°
Graustufen
6 bit / Farbe
Farben
256k
2
Leuchtdichte (cd/m )
250
Dimmbarkeit
1:100
Schaltzeiten (ms)
videotauglich
Leistungsaufnahme
4W
Lebensdauer
10.000 h
Lagerfähigkeit
7000 h@80°C; 14a
Verfügbarkeit
upgrade-Möglichkeit
Zuverlässigkeitsdaten:
Lagertemperaturen
-40° ...+120° C
Arbeitstemperaturen
-40° ...+95° C
Luftfeuchtigkeit
outdoor
Schwingungstest
20 g (10-400 Hz)
Schocktest
100g (6 ms)
Tabelle 5.1
Spezifikationen für Displays für die Primäranzeige
in Kfz.
Markt:
Die Markteinführung des frei programmierbaren Kombiinstruments
in Europa wird für das Jahr 2001 erwartet. Zunächst wird dieses
Produkt in Fahrzeugen der Oberklasse zum Einsatz kommen, was
sich in relativ geringen Stückzahlen in den nächsten Jahren
niederschlägt (siehe Abb. 5.3). In den folgenden Jahren werden
die Stückzahlen insbesondere in Europa stark ansteigen und man
erwartet im Jahr 2004 in Europa und Nordamerika einen Absatz
von 1,6 Mio. Stück, wobei über 2/3 hiervon auf den europäischen
Markt entfallen.
62
1800
Stückzahl (in TE)
1600
1400
NAFTA
EU
1200
1000
800
600
400
200
0
1999
Abb. 5.3
2000
2001
2002
2003
2004
Stückzahlpotential für das frei programmierbare Kombiinstrument.
Quelle: Unternehmensberatung J. Weidinger, 1999
Das frei programmierbare Kombiinstrument bietet hervorragende
Chancen für einen Markteinstieg, da es derzeit keinen Hersteller
für diesen Displaytyp gibt. In den USA arbeitet Delphi an einem
solchen Display, weitere Aktivitäten gibt es auch in Japan. Da
neben den hohen Anforderungen an Darstellungsqualität und
Zuverlässigkeit auch Spezialformate benötigt werden, waren
bisher viele Massenhersteller in Fernost nicht bereit, in diesen
Markt zu investieren. Es besteht somit die Möglichkeit, ein neues
Marktsegment als erster Hersteller zu besetzen. Zudem gibt es
hervorragende Absatzchancen für diese Displays auf dem
deutschen Markt, da der deutsche Automobilbau sehr innovativ ist
und eine weltweit führende Stellung einnimmt.
63
Fahrerassistenzsysteme in der Mittelkonsole / Sekundäranzeigen
Produktbeschreibung:
Im sekundären Sichtbereich des Fahrers, vorwiegend in der
Mittelkonsole, werden schon heute hochauflösende, videotaugliche Flachdisplays eingesetzt, die vom Fahrer und Beifahrer
aus einsehbar sind. Diese Geräte erfüllen unterschiedliche
Funktionen: Zum einen werden sie für die Kartendarstellung bei
Navigationssystemen genutzt. Zum anderen erfolgt bei hochwertigen Systemen aber auch die Bedienung der Klimaanlage, des
Radios, des Telefons und neuer Anwendungen wie z.B.
elektronischer Hotelführer über das Display. Ferner kann es bei
stehendem Fahrzeug auch als TV-Monitor dienen. Derzeit
kommen überwiegend 5"-Displays zum Einsatz. Auch hier geht der
Trend klar zu größeren Bildschirmen mit Diagonalen von 7" und im
weiteren 10". Vom derzeitigen Bildformat 4:3 wird in Zukunft ein
Übergang zu Seiten- zu Höhenverhältnissen von 16:9 und 8:3
erwartet.
Spezifikationen:
Bezüglich der Spezifikationen müssen diese Displays ebenso
harte Anforderungen erfüllen, wie sie auch für das Kombiinstrument formuliert wurden (Tabelle 5.2). Die Preisvorstellungen
der Automobilindustrie liegen bei ca. 250 DM für Modul und
Inverter, der Target Price liegt bei ca. 170 DM.
64
Automobil
Display für den Sekundärbereich / Mittelkonsole sowie den Fondbereich
Spezifikationen:
Auflösung
400 x 240 (800 x 480)
2
Pixelgröße (µm )
(320 oder 170) x (320 oder 170)
Displaygröße (Diagonale)
6,5"
Kontrast
100:1
Blickwinkel horizontal (bei Kontrast 10:1)
±60°
Blickwinkel vertikal
(bei Kontrast 10:1)
±30°
Graustufen
6bit / Farbe
Farben
256k
2
Leuchtdichte (cd/m )
250, transflektiv
Dimmbarkeit
1:100
Schaltzeiten (ms)
videotauglich
Leistungsaufnahme
<2W
Lebensdauer
10.000 h
Lagerfähigkeit
7000h@80°C; 14a
Verfügbarkeit
upgrade-Möglichkeit
Zuverlässigkeitsdaten:
Lagertemperaturen
-40° ...+120° C
Arbeitstemperaturen
-40° ...+95° C
Luftfeuchtigkeit
outdoor
Schwingungstest
20 g (10-400 Hz);
Schocktest
100g (6 ms),
Tabelle 5.2
Spezifikationen für Displays in der Mittelkonsole sowie den Fondbereich in Kfz.
Markt:
Auch der Markt für Displays für den Einsatz in der Mittelkonsole
des Fahrzeugs wird in den nächsten Jahren stark wachsen. Für
diese Displays werden Standardformate eingesetzt, die derzeitigen
Bildschirmdiagonalen betragen 5 Zoll. In den nächsten Jahren
werden diese aber zunehmend durch 7"-Displays ersetzt werden
(siehe Abb. 5.4 und Abb. 5.5), was den starken Rückgang der 5"Displays insbesondere auf dem europäischen Markt ab 2003
erklärt. Das Marktvolumen für 7"-Displays wird im Jahr 2004 in
Mitteleuropa und Nordamerika zusammen etwa 6,5 Mio. Stück
betragen.
Der Markt von AM-LCD dieser Formate mit Standardspezifikationen wird gegenwärtig von den fernöstlichen Massenherstellern
dominiert. Während diese in der Vergangenheit meist nicht bereit
waren, für die im Vergleich zu anderen Anwendungen (Laptop,
65
Desktop-Monitor) geringen Stückzahlen ihre Produktionsprozesse
zu ändern, hat die angespannte Finanzsituation dieser Firmen
dazu geführt, daß auch dieser Markt für sie zunehmend
interessant wird. Deshalb ist auf diesem Sektor mit einem
erheblichen Preisdruck zu rechnen.
2000
1800
NAFTA
EU
Stückzahl (in TE)
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1999
Abb. 5.4
2000
2001
2002
2003
2004
Stückzahlpotential für 5" Displays in Kraftfahrzeugen.
Quelle: Unternehmensberatung J. Weidinger, 1999
6000
Stückzahl (in TE)
5000
NAFTA
EU
4000
3000
2000
1000
0
1999
Abb. 5.5
66
2000
2001
2002
2003
Stückzahlpotential für 7" Displays in Kraftfahrzeugen.
Quelle: Unternehmensberatung J. Weidinger, 1999
2004
Aufgrund des genügend großen Marktvolumens, ihrer besonderen
Spezifikationen und des Standortvorteils für einen deutschen
Hersteller werden Displays für Fahrerassistenzsysteme dennoch
als vielversprechend für einen Markteinstieg angesehen.
Die Situation stellt sich noch besser dar, wenn man geeignete
Differenzierungsmerkmale zu Konkurrenzprodukten vorweisen
kann. So können spezielle Eigenschaften, wie eine besondere
Darstellung oder niedrigerer Energieverbrauch, zu deutlich
verbesserten Absatzchancen führen.
Als technologische Weiterentwicklung bieten sich z.B. Displays an,
bei denen für Fahrer und Beifahrer jeweils unterschiedliche
Informationen
angezeigt
werden
(„split image“). Weitere
Möglichkeiten zur Unterscheidung von Konkurrenten bietet die
Anwendung selbstemittierender Displaytechnologien. So besteht
bei Einsatz der OLED-Technologie durchaus die Chance, mit
einem innovativen Produkt in eine Produktion einzusteigen.
67
Displays im Fahrzeugfond
Produktbeschreibung:
Einen weiteren Kommunikationsbereich im Kraftfahrzeug stellt der
Fahrzeugfond dar. Vermehrt besteht für Geschäftsreisende die
Notwendigkeit, das Fahrzeug als mobiles Büro zu nutzen, wodurch
die Integration eines Computers in das Fahrzeug bedingt wird.
Displays, die z.B. in der Rückseite der Vordersitzlehnen integriert
sind, ermöglichen den sicheren und komfortablen Einsatz des
Computers im Kraftfahrzeug auch während der Fahrt. Des
weiteren können diese Displays auch als Fernseh- oder
Videomonitor für Unterhaltungszwecke eingesetzt werden. Zum
Einsatz kommen vergleichsweise große Displays mit Bildschirmdiagonalen von 8 bis 10 Zoll.
Spezifikationen:
Die Spezifikationen der Flachdisplays für den Einsatz im
Fahrzeugfond entsprechen denen der Fahrerinformationssysteme.
Markt:
Die erwarteten Verkaufszahlen für diese Displayart in Nordamerika
und Europa machen mit ca. 600.000 Einheiten im Jahr 2004 nur
etwa 10 % der für die kleineren 5 und 7 Zoll Displays aus. Zudem
wird der größte Teil in Nordamerika abgesetzt werden (siehe Abb.
5.6).
Bezüglich der Konkurrenzsituation gilt für Displays im Fondbereich
ähnliches wie für Fahrerassistenzsysteme. Auch bei dieser
Anwendung ist zu beachten, daß fernöstliche Massenhersteller
mittlerweile durchaus bereit sind, auch Produkte für kleinere
Märkte zu entwickeln.
68
700
Stückzahl (in TE)
600
NAFTA
EU
500
400
300
200
100
0
1999
Abb. 5.6
2000
2001
2002
2003
2004
Stückzahlpotential für 7-10" Displays für den Fondbereich in Kfz.
Quelle: Unternehmensberatung J. Weidinger, 1999
Das zunächst geringe Marktvolumen in diesem Bereich bedingt
allerdings, daß selbst eine kleinere Fertigungslinie mit diesem
Produkt nur zum Teil ausgelastet werden kann. Andererseits liegt
hier ein klassischer Nischenmarkt vor, was den Einstieg neuer
Hersteller begünstigt. Aufgrund der ähnlichen Anforderungen
bietet sich z.B. eine alternierende Produktion von Primär-,
Sekundärinstrumenten und Monitoren für die Fondpassagiere an.
Head-up Displays
Der Vollständigkeit halber seien hier als weiteres Einsatzgebiet für
Flachdisplays in Kraftfahrzeugen die Head-up Displays genannt.
Mit diesen Displays können fahrerrelevante Informationen wie z.B.
Richtungssymbole zur Fahrzeugnavigation oder Warnhinweise in
den primären Sichtbereich projiziert werden. Erste derartige
Systeme sind bereits am Markt verfügbar, und es gibt etablierte
Hersteller von AM-LCD-Projektionsdisplays in den USA. Head-up
Displays werden als nicht geeignet für einen Markteinstieg
angesehen und daher im weiteren nicht näher untersucht.
69
5.2
Mobile Kommunikation
Produktbeschreibung:
Viele Produkte aus dem Bereich der mobilen Kommunikation sind
überhaupt erst durch Flachdisplays möglich geworden. Der rasant
wachsende Markt der Mobiltelefone und PDA (Personal Digital
Assistant) verlangt flache, leichte Displays mit geringer Leistungsaufnahme. Derzeit kommen ausschließlich reflektive STN-LCD,
meist als monochrome Segment-Displays mit Frontbeleuchtung,
zum Einsatz. Der High-End Bereich der Handys wird bereits heute
mit mehrfarbigen Displays (z.B. in ECB-Technologie) bzw.
monochromen Graphikdisplays ausgestattet. Auch Pager wurden
erst durch die Verfügbarkeit von kleinen, flachen Displays zur
Darstellung alphanumerischer Symbole ermöglicht.
Dieser Trend zu graphikfähigen Farbdisplays wird sich in Zukunft
weiter fortsetzen. Allgemein wird durch die Erweiterung der
Funktionen der Mobiltelefone die Grenze zwischen Mobiltelefon
und PDA zunehmend verschwimmen (Smart-Phone).
Das optische Erscheinungsbild der Mobiltelefone und PDA wird
maßgeblich durch das Display bestimmt und ist für den Kunden
einer der kaufentscheidenden Faktoren bei diesen Produkten.
Hochwertige Displays – insbesondere selbstleuchtende Displays
wie z.B. OLED – stellen daher ein hervorragendes Differenzierungsmerkmal dar.
Abb. 5.7
70
Mobiltelefon mit aufrollbarem Display zur Darstellung
von Internetseiten.
Mit freundlicher Genehmigung der Siemens AG.
Mit steigender Displaygröße und der Entwicklung von flexiblen,
aufrollbaren Displays werden in Zukunft neue Anwendungen wie
elektronische Bücher und Zeitungen möglich (Abb. 5.7). Diese
Geräte können bei Integration eines Mobiltelefons zusätzlich als
Schnittstelle zum Internet benutzt werden.
Spezifikationen:
Die Anforderungen an Displays für Handys und PDA sind in den
meisten Punkten weniger hoch als für den Einsatz in
Kraftfahrzeugen und in der folgenden Tabelle aufgeführt. Wie bei
allen portablen Anwendungen ist eine möglichst niedrige
Leistungsaufnahme von besonderer Bedeutung. Die Verfügbarkeit
der Displays muß, aufgrund der kurzen Produktzyklen in diesem
Bereich, nur für ca. 3-5 Jahre gewährleistet sein.
Derzeit liegt der Preis für ein Standard-Handy-Display bei ca.
11 DM, bei einer jährlichen Preisreduktion von zuletzt 40 %. Der
für graphik- und farbfähige Displays erzielbare Preis dürfte deutlich
darüber liegen.
Mobile Kommunikation
PDA, Handy
Spezifikationen:
Auflösung
2
Pixelgröße (µm )
2
Displaygröße (mm )
Kontrast
Blickwinkel horizontal (bei Kontrast 10:1)
Blickwinkel vertikal
(bei Kontrast 10:1)
Graustufen
Farben
2
Leuchtdichte (cd/m )
Schaltzeiten (ms)
Leistungsaufnahme
Lebensdauer
Lagerfähigkeit
Verfügbarkeit
Zuverlässigkeitsdaten:
Lagertemperaturen
Arbeitstemperaturen
Luftfeuchtigkeit
Schwingungstest
Schocktest
Tabelle 5.3
320 ( x RGB) x 240
320 x 320
75 x 102 (5")
10 : 1
±65°
-40° +65°
6 bit pro Farbe
256 k
80
50
So gering wie irgend möglich
10.000 h
50.000 h
3 - 5 Jahre
-20°...+70° C
-20°...+65° C
5-95% rH @ 25°C
3g (33 -400 Hz)
100g, 6ms
Spezifikationen für Displays für mobile Kommunikationsgeräte.
71
Markt:
Der Markt für Displays für den Einsatz in mobilen
Kommunikationsgeräten wird auch in den nächsten Jahren auf
hohem Niveau weiter wachsen. 1999 werden im Bereich der
Mobiltelefone und Pager ca. 230 Mio. Displays produziert werden,
in den nächsten fünf Jahren werden sich diese Stückzahlen
annähernd verdoppeln (vgl. Abb. 5.8). Dabei ist zu beachten, daß
der Trend zum Einsatz hochwertiger Graphikdisplays geht und das
Umsatzwachstum noch höher ausfallen wird.
500
Stückzahl (Mio. Einheiten)
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1999
Abb. 5.8
2000
2001
2002
Stückzahlpotential für Handys, weltweit.
Quelle: Unternehmensberatung J. Weidinger, 1999
Bei den PDA wird sogar mehr als eine Verdreifachung der
Stückzahlen in den nächsten sechs Jahren auf über 9 Mio.
Displays erwartet. Hier werden ebenfalls immer hochwertigere,
hochauflösende Graphikdisplays eingesetzt werden.
72
2003
2004
10000
9000
Stückzahl (in TE)
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
1999
Abb. 5.9
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Stückzahlpotential für PDA, weltweit.
Quelle: Unternehmensberatung J. Weidinger, 1999
Auf der Abnehmerseite hat Deutschland ein hervorragendes
Potential an Produzenten von Mobilkommunikationsanwendungen.
Neben Siemens sind dies die Weltmarktführer Nokia und Motorola,
die aus großen Handy-Produktionsstätten in Deutschland den
Markt in Europa und Nahost bedienen.
73
5.3
Smart-Card
Produktbeschreibung:
Gegenwärtig
werden
Entwicklungen
durchgeführt,
um
Flachdisplays in Smart-Cards zu integrieren. Damit ist es möglich
Informationen, die auf der Karte gespeichert sind, jederzeit
anzuzeigen (Abb. 5.10). So kann z.B. der Benutzer einer
Geldkarte den aktuellen Wert seines Guthabens unabhängig von
einem Zahlungsterminal oder Card-Checker ablesen, wovon man
sich eine erhebliche Steigerung der Akzeptanz dieses
Zahlungssystems verspricht. Es wird erwartet, daß die Karte mit
Display im Bereich Zahlungsverkehr, Transport, Kundenkarten und
Zugangskontrolle eingesetzt wird, wobei die Hauptanwendung bei
Karten mit Buchungsfunktion liegen wird.
Abb. 5.10
Smart-Card mit alphanumerischer Anzeige
in OLED-Technologie.
Mit freundlicher Genehmigung der
Covion Organic Semiconductors GmbH.
Bei den Smart-Cards mit Display handelt es sich um ein gänzlich
neues Produkt, das die Erschließung zahlreicher neuer Märkte
ermöglicht. Es wurden bereits Prototypen mit einfachen
alphanumerischen Segment-Displays vorgestellt. Die Spannungsversorgung erfolgt dabei durch eine ultraflache Folienbatterie, die
ebenfalls in die Karte integriert ist. Wie bei anderen Anwendungen
wird auch bei den Smart-Cards im weiteren die Entwicklung hin zu
graphik- und farbfähigen Displays gehen.
74
Spezifikationen:
Ein besonders niedriger Energieverbrauch des Displays ist für
Smart-Cards von elementarer Bedeutung. Eine weitere Anforderung an die Technologie wird durch die Notwendigkeit gegeben,
das Display auf einem flexiblen Substrat herzustellen. Prototypen
mit LC-, FLC-, OLED- und EL-Display wurden bereits vorgestellt.
Smart-Card
Spezifikationen:
Auflösung
2
Pixelgröße (µm )
2
Displaygröße (mm )
Kontrast
Blickwinkel horizontal (bei Kontrast 10:1)
Blickwinkel vertikal
Graustufen
Farben
(bei Kontrast 10:1)
2
Leuchtdichte (cd/m )
Schaltzeiten (ms)
Leistungsaufnahme
Lebensdauer
Lagerfähigkeit
Verfügbarkeit
Zuverlässigkeitsdaten:
Lagertemperaturen
Arbeitstemperaturen
Luftfeuchtigkeit
Schwingungstest
Schocktest
Durchbiegung
Tabelle 5.4
7-Segmentanzeige,
5 Ziffern + Dezimalpunkt.
Ausbaustufe: 7+2 Ziffern, Dezimalpunkt,
DM und Euro-Symbol, zwei zusätzliche
Icons (wie heutiger Chip-Checker)
Strichbreite nicht unter 0,2 mm
Displaydicke < 500µm,
Displayfläche: 100 bis 350 mm²
(die Kartendicke beträgt 0,8 mm)
Anforderungen gering (gute Lesbarkeit)
±20°; nicht wesentlich, bzw. eher enger
Blickwinkel bevorzugt
±20°; (wie horizontal)
keine
einfarbig, derzeit keine Anforderungen an
Farbton
70
100
0,6 mW
100 h (Batteriebetrieb)
3a
ca. 5 – 10 a für segmentiertes Display
10 – 15 a für hochauflösendes Display
-35°...+70° C
-35°...+50° C
5% - 95% rH (@ 25° C)
keine Anforderungen
keine Anforderungen
35mm (auf eine Kartenlänge von 85 mm)
in dynamischem Wechselbiege- und
Torsionstest nach ISO 7816 und ISO
10373 (je 1000 Belastungszyklen)
Spezifikationen für Displays für Smart-Cards.
75
Außerdem muß das Display sehr dünn sein, da die gesamte
Kartendicke nur 0,8 mm beträgt. Der Markterfolg wird zudem
fundamental vom Preis des Displays und der zusätzlich benötigten
Komponenten wie Folienbatterie und Ansteuerung abhängen. Hier
ist auf besonders kostengünstige Herstellungsverfahren zu achten,
wohingegen die Anforderungen bzgl. Auflösung, Kontrast und
Blickwinkel in der ersten Evolutionsstufe gering sind.
Markt:
Auch für die Smart-Cards mit Display wird in den nächsten Jahren
mit einem starken Marktwachstum gerechnet. 1997 wurden
weltweit ca. 1 Mrd. Chipkarten (ohne Display) umgesetzt. Dabei
liegt das Marktvolumen für Chipkarten zu über 60 % in Europa
(siehe Abb. 5.11).
1%
3%
9%
Europe
CIS/Eastern Europe
Asia Pacific
China
North America
Central + South America
Southern Africa/RoW
4%
19%
62% (Europe)
2%
Abb. 5.11
Marktanteile der einzelnen Regionen für Smart-Cards (ohne Display) 1997.
Quelle: Giesecke & Devrient
Bis zum Jahr 2003 erwartet man eine Steigerung der Stückzahlen
auf ein Volumen von 4 – 6 Milliarden Karten. Diese Zahlen
verdeutlichen das große Marktvolumen in diesem Bereich, auch
wenn nur ein kleiner Prozentsatz der Karten über ein Display
verfügen wird. Derzeitige Marktuntersuchungen sagen für das Jahr
2003 ein Stückzahlvolumen von ca. 150 Mio. Karten mit einem
Gesamtwert von knapp 2 Milliarden DM voraus (vgl. Abb. 5.12).
76
Stückzahl (Mio. Einheiten)
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1999
Abb. 5.12
2000
2001
2002
2003
Stückzahlpotential für Smart-Cards mit Display, weltweit.
Quelle: Giesecke & Devrient
Der Markt für Smart-Cards ist besonders preissensitiv. Der am
Markt durchsetzbare Stückpreis für ein einfaches alphanumerisches Display inklusive Stromversorgung und Ansteuerung liegt
bei ca. 5,50 DM im Jahr 2000. Im Jahr 2003 wird für diese
Komponenten eine Reduktion auf ca. 4 DM angestrebt. Um die
massenhafte Verbreitung dieser Displays zu ermöglichen, ist eine
weitere Preissenkung notwendig, angestrebt wird ein Preis von
1 DM.
Da Europa den größten Markt für Smart-Cards darstellt und die
wichtigsten Hersteller von Smart-Cards und deren Komponenten
hier beheimatet sind, ist ein Engagement in diesem Bereich
ratsam. Mit der Siemens AG als weltweit führendem Hersteller von
Chips für Chipkarten, der Firma Giesecke & Devrient und der
Firma Gemplus (Frankreich) sind die wichtigsten Abnehmer in
Europa ansässig. Außerdem besitzt die Firma Varta weltweit die
Technologieführerschaft bei Folienbatterien.
77
5.4
Displays für Sonderanwendungen
Ein weiteres Einsatzgebiet für hochwertige Displays sind
Spezialdisplays für Anwendungen in der Industrie, Medizin,
Nutzfahrzeugen und für Informations- bzw. Verkaufsterminals.
Produktbeschreibung:
Displays für Industrieanwendungen
In der Industrie gibt es vielfältige Einsatzmöglichkeiten für
Flachdisplays. So werden insbesondere zur Prozeßüberwachung
in rauher Umgebung wie z.B. in der Schwerindustrie, in
Druckereien und bei der Papierherstellung hochwertige und
besonders robuste Displays benötigt. Ein weiterer Bereich sind
Displays für Medizinanwendungen, die z.B. als Diagnosemedium
bei Röntgen-, CT- oder NMR-Untersuchungen eingesetzt werden
können.
POI/POS (Point of Information/Point of Sales)
Ein sehr interessanter und vielversprechender Zielmarkt für
Flachbildschirme liegt im Bereich der Informationsterminals (POI)
und der Geldausgabe- bzw. Transaktionsterminals (POS). Das
Spektrum der Informationsterminals reicht
dabei von der Verwendung als reiner
Werbeträger bis hin zu multimedialen
Anwendungen (Abb. 5.13). Zu den
Transaktionsterminals zählen Geldautomaten, Cash Recycling Systeme, „miniBanks“
und Kassensysteme.
Ein wichtiges Qualitätsmerkmal bei beiden
Terminalanwendungen ist der Bedienkomfort für den Nutzer. Dieser hängt wiederum
entscheidend von der optimalen Erkennbarkeit der via Bildschirm dargestellten
Informationen ab.
Abb. 5.13
78
Informationsterminals mit Siemens I-SFT Flachbildschirm.
Quelle: Rittal IST, Rudolf Loh GmbH & Co. KG
Transport / Verkehr
Neben den stückzahlträchtigen Anwendungen im Bereich der
Privatfahrzeuge entwickelt sich ein weiterer Bedarf bei Nutzfahrzeugen, Baumaschinen und landwirtschaftlichen Fahrzeugen.
Dabei ist der Bedarf nicht nur in ähnlichen Anwendungen wie bei
Privatfahrzeugen (Navigation, Ersatz des Kombiinstruments) zu
sehen.
Zusätzliche
Anwendungen
entstehen
durch
Bedienfunktionen für Sonderfunktionen in den Fahrzeugen oder
Maschinen. Durch Einsatz von Displays wird dabei der
Bedienkomfort deutlich gesteigert.
Spezifikationen:
An Displays für den Einsatz in rauher Industrieumgebung werden
besonders hohe Anforderungen bezüglich des Betriebstemperaturbereichs, der Unempfindlichkeit bzgl. magnetischer Einstrahlung
und der mechanischen Robustheit (Schock, Vibration) gestellt, die
durch Standarddisplays nicht erfüllt werden. Eine weitere wichtige
Forderung ist die Tageslichttauglichkeit der Displays. Displays für
den Medizinbereich müssen hohe Anforderungen bzgl. der
Reproduzierbarkeit und Stabilität der Graustufendarstellung
erfüllen sowie eine hohe Auflösung und guten Kontrast bieten.
Für die Anwendung in Informations- und Verkaufsterminals ist eine
gute Ablesbarkeit besonders wichtig. Das Display soll daher groß
(>10") sein sowie über hohe Auflösung und hohen Kontrast
verfügen. Bei Outdoor-Anwendungen müssen zusätzlich die
Tageslichttauglichkeit und der Betrieb in einem großen
Temperaturbereich gewährleistet sein.
Die Anforderungen an Displays für Nutzfahrzeuge, Baumaschinen
und landwirtschaftliche Fahrzeuge entsprechen denen im
Privatfahrzeugbereich, allerdings werden auch größere Bildschirmdiagonalen (bis zu 10") gefordert.
79
Monitore für Sonderanwendungen
Spezifikationen:
vergleichbar mit Kfz-Spezifikationen
Auflösung
VGA, SVGA
2
Pixelgröße (µm )
ca. 300 x 300
Displaygröße (Diagonale)
10", 12", 15" (POS)
Kontrast
200:1
Blickwinkel horizontal (bei Kontrast 10:1)
±60°
Blickwinkel vertikal
(bei Kontrast 10:1)
+60°, -30°
Graustufen
6-8 bit/Farbe
Farben
256k – 16,8 Mio.
2
Leuchtdichte (cd/m )
500
Schaltzeiten (ms)
100 (anwendungsabhängig)
Leistungsaufnahme
10 W (10")
Lebensdauer
40.000 h
Lagerfähigkeit
15 a
Verfügbarkeit
5a
Zuverlässigkeitsdaten:
Lagertemperaturen
-40°...+95° C
Arbeitstemperaturen
-25°...+85° C
Luftfeuchtigkeit
Outdoor
Schwingungstest
3g (5-150 Hz)
Schocktest
100g (11ms)
Tabelle 5.5
Spezifikationen für Displays für Sonderanwendungen.
Besonders hohe Anforderungen werden bei diesen Anwendungen
an die Lebensdauer gestellt, da die Geräte in der Regel ohne
Unterbrechung im Einsatz sind. Ebenso muß die Ersatzteilversorgung über einen langen Zeitraum gewährleistet sein.
Hingegen ist der Markt für Sonderdisplays nicht so preissensitiv
wie bei anderen Displayanwendungen, so werden vom Markt
Preisaufschläge von 20 bis 100 % verglichen mit Standarddisplays
der gleichen Größe akzeptiert.
80
Markt:
Das gesamte Marktvolumen für die oben aufgeführten
Spezialdisplays in Europa und Nordamerika wird im Jahr 2002 auf
ca. 380.000 Einheiten geschätzt. Das entspricht einem Umsatz
von über 260 Mio. DM.
Aufgrund des starken, innovativen Maschinen- und Anlagenbaus
in Deutschland ergeben sich hier hervorragende Absatzchancen.
Zudem sind zahlreiche Hersteller von Nutzfahrzeugen,
Baumaschinen und landwirtschaftlichen Maschinen in Deutschland
ansässig. Ferner besitzt Deutschland eine starke Position bei den
Herstellern von Schienenfahrzeugen.
Derzeit verfügen schätzungsweise 70 % der POI / POS Terminals
über konventionelle CRT-Bildschirme. Für die Entwicklung des
Bedarfs an Flachbildschirmen bedeutet dies, daß zusätzlich zum
erwarteten Marktwachstum im Terminalbereich ein großes
Substitutionspotential besteht.
Zusammenfassend ist festzuhalten, daß der Bereich der
Sonderdisplays ein lohnenswertes Betätigungsfeld darstellt, das
aufgrund des relativ kleinen Marktvolumens aber nicht ausreicht,
um eine Produktionslinie auszulasten. Die Produktion von
Sonderdisplays kann aber gut als Ergänzung zu weiteren
Produkten wie z.B. Displays für die Automobilindustrie betrieben
werden.
81
5.5
Mikrodisplays
Produktbeschreibung:
Unter Mikrodisplays versteht man kompakte Displays mit einer
hohen Pixeldichte, die zu klein für die direkte Betrachtung durch
das menschliche Auge sind. Bei digitalen Video- und
Datenprojektoren wird ein vergrößertes Bild mit einer
Projektionsoptik auf einen Schirm abgebildet. Es existiert bereits
eine Vielzahl von entsprechenden Projektionsgeräten für große
Flächen. Diese basieren entweder auf LCD, die in Transmission
betrieben werden, oder auf einem Feld von Mikrospiegeln (DMD,
Digital Micromirror Device), welche die Information durch Ein- bzw.
Ausblenden eines Lichtstrahls darstellen. Aufgrund der
überragenden Möglichkeiten computergesteuerter Präsentationen
werden digitale Videoprojektoren herkömmliche Projektoren in
zunehmendem Maße verdrängen. Bei einem Engagement in
diesem Bereich ist zu beachten, daß die auf diesem Sektor tätigen
Firmen einen erheblichen Technologievorsprung haben.
Bei einem zweiten Typ von Mikrodisplays wird das virtuelle Bild
des Displays vom Beobachter durch eine Vergrößerungsoptik
betrachtet (virtuelle Displays) (Abb. 5.14).
Abb. 5.14
82
Prototyp eines Head-mounted Displays in OLED-Technologie.
Mit freundlicher Genehmigung der IBM Corporation.
Virtuelle Displays werden einerseits in Systemen wie Kameras
(Digitale Fotoapparate, Videokameras) eingesetzt. Andererseits
können virtuelle Displays zusammen mit der Vergrößerungsoptik
auch fest in relativ geringem Abstand vor dem Auge angeordnet
werden. Da sie in diesem Fall wie eine Brille getragen werden oder
an einem Helm befestigt sind, spricht man von Head- bzw. Helmetmounted Devices (HMD). Anwendungen hierfür sind Displays für
tragbare Computer, wie sie z.B. von Servicepersonal benötigt
werden, oder auch Datenhelme z.B. für Videospiele. Ferner kann
durch Verwendung virtueller Displays bei Laptops oder SmartPhones das Einsehen der Daten durch Dritte verhindert werden.
Bei virtuellen Displays handelt es sich um ein neues
Produktsegment, in dem zwar bereits eine Reihe von Prototypen
vorgestellt wurden, eine Serienproduktion jedoch erst am Anfang
steht. An HMD wird z.Zt. in den USA sehr intensiv gearbeitet. In
der Regel arbeiten die vorgestellten Mikrodisplays mit reflektiven
LCD-Displays, die auf einem kristallinen Silizium-Substrat
aufgebaut sind (LCOS, Liquid Crystal on Silicon), mit einer
kombinierten Beleuchtungs- und Betrachtungsoptik. Es besteht
jedoch noch erheblicher Verbesserungsbedarf bei der Bildqualität
(Farbe, Kontrast, Helligkeit) und der Leistungsaufnahme dieser
Displays. Selbstemittierende Display-Technologien könnten hier
mit großem Erfolg eingesetzt werden.
Spezifikationen:
Wie
bei
allen
portablen
Anwendungen
muß
die
Leistungsaufnahme des Mikrodisplays möglichst gering sein, um
eine lange Betriebszeit bei geringem Gewicht des Gesamtsystems
zu erreichen. Außerdem soll das Display selber so kompakt und so
leicht wie möglich sein. Beide Punkte sprechen für die Reduktion
der Displaygröße. Andererseits muß das Betrachten des
Mikrodisplays ohne Anstrengung möglich sein. Besonderer Wert
ist deshalb auf hohen Kontrast und gute Farbdarstellung zu legen.
Außerdem bedingt dies, daß sehr kleine Displays eine aufwendige
Optik erfordern, die sich in der Regel jedoch im Gewicht und im
Preis des Systems niederschlägt. Der maximal erforderliche
Betrachtungswinkel ist geringer als bei Direktsicht-Displays und
wird im wesentlichen durch die Optik bestimmt. Die sonstigen
Anforderungen werden weitgehend durch die Einsatzbedingungen
vorgegeben (Tabelle 5.6).
83
Mikrodisplays für HMD
Spezifikationen:
Auflösung
2
Pixelgröße (µm )
Displaygröße (Diagonale)
Kontrast
Blickwinkel horizontal
Blickwinkel vertikal
Graustufen
Farben
2
Leuchtdichte (cd/m )
Schaltzeiten (ms)
Leistungsaufnahme
Lebensdauer
Lagerfähigkeit
Zuverlässigkeitsdaten:
Lagertemperaturen
Arbeitstemperaturen
Luftfeuchtigkeit
Tabelle 5.6
QVGA, VGA, SVGA
ca. 12 x 12
0,5"
100:1
durch Optik bestimmt
durch Optik bestimmt
6-8 bit/Farbe
16,8 Mio.
100
10
45 mW
10.000 h
6-8 a
-10°...+80° C
-0°...+50° C
10-90% rH @ 25°C
Spezifikationen für Mikrodisplays für Head-mounted Devices.
Markt:
Da Mikrodisplays ein neues Marktsegment mit einer ständig
wachsenden Zahl von Anwendungsmöglichkeiten darstellen, ist
eine Prognose zukünftiger Umsätze extrem schwierig.
Entsprechend variieren die Marktprognosen für Mikrodisplays z.T.
um mehr als eine Größenordnung. Anhaltspunkte geben Bereiche,
in denen eine Substitution herkömmlicher Geräte erfolgt wie z.B.
bei digitalen Kameras. Insgesamt wird für Mikrodisplays im Jahr
2002 mit einem Marktvolumen zwischen 0,5 und 2,5 Mrd. DM
gerechnet.
84
6
Bewertung der Technologien für die angestrebten
Produkte
Die Analyse der Situation am Weltmarkt in Kapitel 2 hat die großen
Chancen für den Produktionseinstieg mit hochwertigen,
graphikfähigen Flachdisplays aufgezeigt. In Kapitel 4 wurden die
verschiedenen Flachdisplay-Technologien beschrieben sowie
aktuelle Probleme und Perspektiven dargestellt. Kapitel 5
schließlich hat eine Auswahl interessanter Anwendungen
identifiziert sowie die Marktchancen und Spezifikationen dieser
Produkte analysiert.
Basierend auf diesen Vorarbeiten sollen nun die Technologien
ermittelt werden, die einen erfolgreichen Einstieg in eine deutsche
Flachdisplay-Produktion versprechen. Dazu wird im folgenden die
Eignung der verschiedenen Technologien für die angestrebten
Produkte herausgearbeitet.
Displays für Kraftfahrzeuge
Primäranzeige / frei programmierbares Kombiinstrument
Die Spezifikationen der Autoindustrie für ein frei programmierbares
Kombiinstrument stellen neben einer guten graphischen
Darstellung auch bei hellem Umgebungslicht vor allem hohe
Anforderungen an die Lebensdauer und Ausfallsicherheit des
Displays. Dazu kommt das Erfordernis eines speziellen
Bildschirmformats. Die kritischen Punkte sind
- Kontrast, Helligkeit, Farbdarstellung,
- Auflösung, Videotauglichkeit,
- Leistungsaufnahme,
- Lebensdauer, Lagerfähigkeit,
- Schwingungs-, Schockbeständigkeit, Temperaturbereich.
Obwohl gegenwärtig schon passiv angesteuerte LCD für Anzeigen
im primären Sichtbereich des Fahrers eingesetzt werden, wird
deren eingeschränkte Videotauglichkeit und der vergleichsweise
schlechte Kontrast bei hohen Auflösungen dazu führen, daß
zunehmend AM-LCD für die Primäranzeige benutzt werden. AMLCD erfüllen größtenteils die geforderten Darstellungsmerkmale
und können auch eine ausreichende Lebensdauer vorweisen.
Verbesserungen sind bei der Leistungsaufnahme sowie im Bereich
der Arbeits- und Lagertemperaturen erforderlich. Kurzfristig stellen
85
AM-LCD die einzige Technologie dar, die die Anforderungen der
Automobilhersteller bezüglich der Primäranzeige weitgehend
erfüllen kann.
Die PDP-Technologie kommt aus Gründen der Leistungsaufnahme, der Auflösung sowie zu hoher Kosten nicht für diese
Anwendung in Frage. Während ELD Vorteile in den
Emissionseigenschaften und bei der Robustheit vorweisen kann,
werden die gegenwärtigen Probleme bei der Farbdarstellung und
der Herstellung größerer Displays einen Einsatz als
Kombiinstrument vorerst verhindern. VFD und LED-Displays
scheiden von vornherein wegen ihrer fehlenden Graphikfähigkeit
aus.
FED können, wie LCD, alle Anforderungen an die Darstellungsqualität erfüllen und verkraften auch den angegebenen
Temperaturbereich. Die hohe geforderte Lebensdauer macht
jedoch die Verwendung etablierter Phosphormaterialien und damit
Hochspannungen zum Betrieb erforderlich, was die Herstellungskosten erheblich in die Höhe treibt. Für OLED gilt ähnliches, auch
hier kommt die wesentliche Einschränkung von der geforderten
Lebensdauer. Im Vergleich zu FED besitzen OLED jedoch ein
weitaus höheres Kostenpotential. Wegen der besseren Emissionseigenschaften gegenüber LCD werden OLED-Displays mittelfristig
Chancen eingeräumt, AM-LCD bei der Primäranzeige in Kfz
Konkurrenz zu machen. Bedingung wird dabei sein, daß
standardisierte Schnittstellen zur Verfügung stehen, die ein
einfaches Upgrade jederzeit möglich machen.
Fahrerassistenzsysteme in der Mittelkonsole / Sekundäranzeigen
Die Anforderungen an Sekundäranzeigen sind, bis auf Größe,
Form und Auflösung des Displays, genau die gleichen wie für
Primärinstrumente. Da diese beiden Punkte jedoch bei den in
Frage kommenden Technologien unkritisch sind, gilt für
Sekundäranzeigen dieselbe Bewertung wie für Primäranzeigen:
AM-LCD werden passiv angesteuerte LCD in dieser Anwendung
verdrängen. OLED-Displays haben mittelfristig das Potential, bei
Fahrerassistenzsystemen Verwendung zu finden.
Video- und Computerdisplays für die Fondpassagiere unterscheiden sich nur in der Größe von den Sekundäranzeigen und
werden deshalb entsprechend wie diese bewertet.
86
Displays für mobile Kommunikationsgeräte
Die Anforderungen an Darstellung und Zuverlässigkeit von Handyund PDA-Displays sind deutlich niedriger als z.B. im Automobilbereich. Andererseits wird zukünftig gerade eine hochauflösende,
farbige und kontrastreiche Anzeige das Unterscheidungsmerkmal
sein, das die Kaufentscheidung wesentlich beeinflußt. Besonders
kritisch sind die Punkte
- Leistungsaufnahme,
- Farbdarstellung,
- Herstellungskosten.
Der zunehmende Bedarf an farbigen, graphikfähigen Displays wird
dazu führen, daß die momentan dominierenden, passiv
angesteuerten reflektiven LCD durch andere Technologien ersetzt
werden. Dafür bieten sich zunächst AM-LCD an, die bei hohen
Auflösungen einen besseren Kontrast bieten. Bei entsprechend
großen Stückzahlen sollte auch der Target Price erreicht werden
können. Wegen der Notwendigkeit einer Beleuchtungseinheit sind
diese Displays in Bezug auf Platz, Gewicht und insbesondere
Leistungsaufnahme jedoch nicht optimal für diesen Zweck
geeignet. Die Einführung reflektiver Systeme auf Basis von AMLCD, von denen erste Modelle bereits auf dem Markt sind,
verspricht jedoch die Lösung dieser Probleme.
Die meisten anderen Flachdisplay-Technologien sind nur wenig
geeignet für Anwendungen der Mobilkommunikation. PDP sind
aus verschiedenen Gründen (Gewicht, Leistungsaufnahme, Preis)
nicht für mobile Kommunikationsgeräte verwendbar. VFD können
wiederum aufgrund der fehlenden Farb- und Graphikfähigkeit nicht
eingesetzt werden, und monolithische LED-Displays können den
angestrebten Target Price bei weitem nicht erreichen. Die zum
Betrieb erforderlichen hohen Spannungen stellen einen großen
Nachteil für ELD und FED dar, die ansonsten die Spezifikationen
für mobile Kommunikationsgeräte weitgehend erfüllen könnten.
Auch ist es fraglich, ob die angestrebten Kosten mit diesen
Technologien erzielt werden können.
Gute Perspektiven werden dagegen OLED eingeräumt; wenn die
Spezifikationen bezüglich der Lebensdauer erfüllt werden können,
so könnte diese Technologie bereits in wenigen Jahren
preisgünstige Handy-Displays mit hervorragenden Darstellungseigenschaften liefern.
87
Displays für Smart-Cards
Bei Smart-Cards werden zunächst noch vorwiegend niedrigauflösende Displays eingesetzt werden. Da es sich um ein völlig
neues Anwendungsgebiet handelt, muß keine etablierte
Technologie verdrängt werden. Andererseits wird vor allem der
Preis entscheidend sein, in welchem Umfang Displays in diesem
Sektor Einzug halten können. Die Technologiebewertung orientiert
sich insbesondere an den folgenden kritischen Punkten:
- Herstellungskosten,
- Leistungsaufnahme,
- Unempfindlichkeit gegenüber Druck und Verbiegung,
- Dicke.
Im Gegensatz zu den anderen bisher betrachteten Produkten
können für Smart-Card-Displays durchaus auch Passiv-MatrixLCD zum Einsatz kommen. Insbesondere reflektive und bistabile
Displays bieten sich aufgrund ihrer sehr geringen Leistungsaufnahme an. Wegen ihren Speichereigenschaften kann bei
ferroelektrischen LCD, z.B. durch Energieaufnahme jeweils am
Chipkarten-Terminal, auf Batterien völlig verzichtet werden.
Gelingt es, mit diesen Technologien biegbare und druckunempfindliche Displays herzustellen, so besitzen sie großes
Potential für die Verwendung in Smart-Cards. AM-LCD dürften zu
teuer für diese Anwendung sein.
Auf der anderen Seite sind selbstemittierende Displays aufgrund
ihrer guten Ablesbarkeit von großem Interesse. PDP kommen aus
den gleichen Gründen wie bei Handys auch für Smart-Cards nicht
in Betracht. Bei VFD sind deren Leistungsaufnahme und Dicke von
entscheidendem Nachteil. FED und LED-Displays sind nicht
biegbar und vermutlich auch zu teuer für Smart-Card-Displays.
Dazu kommt bei FED das Problem der hohen Spannungen.
Da ELD und OLED keine flüssigen Bestandteile besitzen und sehr
dünn sind, ist die funktionale Schicht prinzipiell unempfindlich
gegenüber mechanischen Belastungen. ELD können zwar
sämtliche ergonomische Spezifikationen erfüllen und sind auch zur
Produktion auf flexiblen Substraten geeignet, es ist jedoch nicht
sicher, ob die Leistungsaufnahme, die Betriebsspannung und die
Herstellungskosten so weit reduziert werden können, daß ein
umfangreicher Einsatz in Smart-Cards realistisch wird. Dennoch
wurde kürzlich ein ELD-Prototyp für den Einsatz in Smart-Cards
vorgestellt. Bei OLED-Displays sind ebenfalls die geforderten
88
Spezifikationen bzgl. der Darstellungseigenschaften gegeben,
kritisch ist allerdings die mit der Verwendung biegbarer Substrate
zusammenhängende
Problematik
einer
zuverlässigen
Verkapselung.
Aufgrund der besonderen Spezifikationen für Smart-Card-Displays
muß beachtet werden, daß eine Produktionslinie völlig anders
konzipiert werden muß als bei den anderen betrachteten
Anwendungen, da für flexible und kleinformatige Displays ein
anderes Equipment benötigt wird.
Displays für Sonderanwendungen
Bedingt durch ihre gute Ergonomie haben Flachdisplays
verschiedener Technologie bereits heute Teile dieses Marktes
erobert. Dabei werden vorwiegend TN-, STN- wie auch mittlerweile
AM-LCD eingesetzt, ferner ELD. Aufgrund der vielfältigen
Einsatzbedingungen werden sich auch in Zukunft mehrere
Technologien nebeneinander behaupten. Die Spezifikationen sind
weitgehend vergleichbar mit denen für Kfz, besonders kritisch sind
hier die Punkte
- Kontrast, Helligkeit, Farbdarstellung, Blickwinkel,
- Lebensdauer, Lagerfähigkeit,
- Schwingungs-, Schockbeständigkeit, Temperaturbereich.
Die besseren Darstellungseigenschaften geben AM-LCD
gegenüber passiv angesteuerten LCD eindeutig den Vorzug. AMLCD-Produkte, die insbesondere den hohen Anforderungen bzgl.
der Zuverlässigkeit gerecht werden, werden heute schon
angeboten, allerdings noch zu relativ hohen Preisen. Bei
entsprechenden Weiterentwicklungen kann zukünftig mit einem
hohen Marktanteil von AM-LCD im Bereich der Displays für
Sonderanwendungen gerechnet werden.
PDP sind, obwohl von ihren Eigenschaften her gut geeignet für
diesen Zweck, bei den benötigten Bildschirmgrößen im Vergleich
zu AM-LCD zu teuer. Für einige Anwendungen (z.B. in
Transport/Verkehr) ist die geforderte Pixeldichte gegenwärtig nicht
realisierbar. Auch wird die eingeschränkte Tageslichttauglichkeit
die Einsatzmöglichkeiten von PDP bei Outdoor-Anwendungen
begrenzen. VFD fallen wieder wegen ihrer mangelnden
Graphikfähigkeit aus, und LED-Displays sind zu teuer bei den
89
benötigten Bildschirmgrößen. ELD können u.a. die geforderte
Robustheit vorweisen, ihre geringe Helligkeit und problematische
Farbdarstellung werden jedoch den Einsatz zumindest in einigen
Anwendungsbereichen erschweren. Dazu kommt die Schwierigkeit, große Displays mit dieser Technologie herzustellen.
FED sind durch ihre Temperaturunempfindlichkeit und ihre guten
Emissionseigenschaften für Industriedisplays gut geeignet. Kritisch
ist dagegen die mangelnde Robustheit gegenüber mechanischen
Beanspruchungen. Die existierenden Probleme bei der
Farbdarstellung treten nur bei der Verwendung von NiedervoltPhosphoren auf, die Verwendung hoher Spannungen ist für diese
Anwendungen
jedoch
nicht
besonders
problematisch.
Entscheidend für den Einsatz von FED in Displays für
Sonderanwendungen wird jedoch der Herstellungspreis sein.
Kritischer Punkt bei OLED-Displays ist das Erzielen der
geforderten Lebensdauer sowie die derzeit gegebene
Schwierigkeit der Herstellung großer Farbdisplays mit
entsprechender Auflösung. Entsprechend werden sich OLEDDisplays eher mittelfristig in diesem Bereich etablieren.
Mikrodisplays
Neben Projektionsanwendungen finden Mikrodisplays vorrangig
Verwendung als virtuelle Displays für Videobrillen, Kamerasucher
etc. Neben hoher Auflösung und Videofähigkeit sind daher
geringes Gewicht und niedriger Energieverbrauch maßgebend.
Die kritischen Punkte sind
- Videofähigkeit, Auflösung,
- Farbdarstellung,
- Leistungsaufnahme,
- Gewicht.
Sämtliche derzeit angebotenen Head-up Displays benutzen
monochrome oder farbige LCD auf CMOS Silizium-Substraten, die
überwiegend als reflektives Display aufgebaut sind. Der Nachteil
dieser Anordnung beruht unter anderem auf einer relativ
voluminösen Beleuchtungsvorrichtung und einer nicht optimalen
Farbwiedergabe. Durch einen transmissiven Aufbau können diese
Nachteile vermieden werden; ein aktuelles Produkt erreicht dies
mit Hilfe eines geläppten Siliziumwafers.
90
Selbstemittierende Displays bieten sich besonders zur Verwendung als virtuelle Displays an. PDP und VFD sind offenkundig
ungeeignet für Mikrodisplays, während LED-Displays in
monolithischem Aufbau zumindest in monochromer Ausführung
gute Eigenschaften vorweisen können. Die Herstellung eines LEDMikrodisplays zu konkurrenzfähigen Kosten erscheint allerdings
ausgeschlossen.
ELD wie auch OLED-Displays können in Aktiv-Matrix-Ausführung
die Spezifikationen für Mikrodisplays gut erfüllen. Aufgrund ihrer
selbstemittierenden Eigenschaften ist damit auch eine bessere
Darstellung möglich als mit reflektiven AM-LCD. Die hohe
Wechselspannung zum Betrieb der ELD sowie die Notwendigkeit,
diese von den Steuersignalen hinreichend gut abzuschirmen,
treiben die Kosten für diese Technologie jedoch in die Höhe. FED
weisen zwar gute Emissionseigenschaften auf, erfordern aber
ebenfalls hohe Betriebsspannungen, was entsprechende
Abschirmung und Transformationselemente erfordert. Beide
Aspekte bedingen Nachteile bei Gewicht und Herstellungskosten.
OLED-Displays mit aktiver Ansteuerung sind durch ihre hohe
Effizienz,
ihre
leichte
Bauweise
und
die
niedrigen
Betriebsspannungen besonders für virtuelle Displays geeignet.
91
92
7
Konzept für den Aufbau einer Flachdisplay-Produktion
Die Analyse der Technologien und Produkte in den Kapiteln 4 bis
6 zeigt, daß vor allem innovative Produkte mit Aktiv-Matrix-LCD
bzw. OLED-Displays vielversprechende Marktchancen besitzen.
Auf der einen Seite kann AM-LCD als etablierte Technologie mit
einer Vielzahl von technologischen Alternativen in zahlreichen
Anwendungen eingesetzt werden. Auf der anderen Seite besitzen
OLED-Displays großes Potential zur Realisierung brillanter
Farbdisplays vor allem in portablen Produkten. Zudem können
beide Technologien in Deutschland auf ein umfassendes
Forschungs- und Entwicklungs-Know-how bauen. Es wird daher
vorgeschlagen, eine Flachdisplay-Produktion in diesen beiden
Technologien aufzubauen.
Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß der Stand der Entwicklung
dieser beiden Technologien und ihrer Produktionsverfahren sehr
unterschiedlich ist. AM-LCD werden heutzutage in großen
Stückzahlen produziert, und es besteht seit einigen Jahren
umfangreiches Produktions-Know-how. Die OLED-Technologie
hingegen befindet sich in einem deutlich früheren Stadium der
Entwicklung – dem Übergang von der Fertigung im Labormaßstab
zur ersten Produktion in kleinen Serien. Erfahrung in der
Massenfertigung von OLED-Displays existiert derzeit nicht. Diese
Unterschiede spiegeln sich dementsprechend auch in der Größe
und der Konzeption der Linien für AM-LCD und OLED-Displays
wider. Im folgenden werden daher zwei parallel zu verfolgende
Ansätze vorgestellt.
93
7.1
Produktion von AM-LCD
Produkte für eine AM-LCD-Linie
Die Diskussion attraktiver Anwendungen für Flachdisplays in
Kapitel 5 zeigt, daß gute Chancen für einen erfolgreichen
Markteinstieg mit AM-LCD vor allem im Bereich Displays für
Kraftfahrzeuge und bei Displays für Sonderanwendungen gegeben
sind.
Bei Automobilen erscheint insbesondere die Produktion von
Displays für ein frei programmierbares Kombiinstrument
interessant. Einerseits ist hier noch kein Konkurrenzprodukt am
Markt andererseits bietet sich die hervorragende Chance,
zusammen mit der deutschen Autoindustrie ein innovatives
Produkt zu entwickeln. So kann die starke Stellung der deutschen
Autohersteller auf dem Weltmarkt genutzt werden, um einen
großen Absatzmarkt beliefern zu können. Aufgrund des großen
Stückzahlpotentials bietet ferner auch die Produktion von Displays
für Fahrerassistenzsysteme in der Mittelkonsole gute Absatzchancen. Obwohl diese Displays Standardformate haben,
bedingen die hohen Anforderungen an Betriebssicherheit und
Lebensdauer, daß hier Spezialentwicklungen erforderlich sind. In
beiden Fällen ist AM-LCD die einzige Technologie, die kurzfristig
die geforderten Spezifikationen erfüllen kann.
Hochwertige Spezialdisplays werden vor allem für die
Prozeßsteuerung in rauhen Industrieumgebungen oder auch für
Nutzfahrzeuge benötigt. Deutsche Hersteller nehmen in diesen
Bereichen weltweit eine Spitzenstellung ein. Da diese Displays
vielfach in enger Abstimmung mit den betreffenden Firmen
entwickelt werden müssen, ist eine Produktion in räumlicher Nähe
zum Kunden sehr vorteilhaft. Diese Anwendung alleine lastet
voraussichtlich eine Produktionslinie nicht aus. Da die
Spezifikationen jedoch denen der Automobilindustrie sehr ähnlich
sind, kann die Produktion ohne größere Umstellungen auf
derselben Linie erfolgen. Mit zunehmender Produktionserfahrung
kann der Schritt zu weiteren Anwendungen, z.B. größeren
Displays für Desktop-Monitore, getan werden.
94
Kerndaten für den Aufbau einer AM-LCD Produktionslinie
Die Kosten für den Aufbau einer Produktionslinie von AM-LCD
basieren auf einer aktuellen Kalkulation. Im Unterschied zur
Planung des ADT-Projekts wurde u.a. von einer verringerten
Fertigungstiefe und einem kleineren Overhead, wie er
üblicherweise bei mittelständischen Unternehmen verwandt wird,
ausgegangen. Folgende Annahmen werden zu Grunde gelegt:
•
Auf der Linie sollen Displays für Kraftfahrzeuge sowie Displays
für Sonderanwendungen gefertigt werden. Die Linie ist für die
Prozessierung von Glassubstraten der Größe 550 x 670 mm2
(Generation 3) ausgelegt.
•
Die Displays sollen in TFT-Technologie auf Basis von
amorphem Silizium aufgebaut werden. Auf dieser Linie sollen
die Array-Platte und die Zelle hergestellt sowie die Ansteuerungselektronik und die Hinterleuchtung montiert werden.
•
Farbplatte, Elektronik, Hinterleuchtung und Folien sollen
zugekauft werden.
•
Die Linie ist ausgelegt auf eine Kapazität von 7.000
Substratstarts pro Monat, die in einem Drei-Schicht-Betrieb an
350 Tagen im Jahr prozessiert werden. Im dritten Jahr können
rund 1 Mio. 7“-Displays für Fahrerassistenzsysteme oder
Displays für Kombiinstrumente und Sonderanwendungen
gefertigt werden.
•
Als Zuschüsse wurden die während der Planung des ADTProjekts in Aussicht gestellten Summen zugrunde gelegt.
Die Kalkulation wurde für
durchgeführt. Zum Betrieb
Arbeitskräfte benötigt.
eine Laufzeit von 13 Jahren
der Anlage werden ca. 350
Anhand dieser Annahmen betragen die Investitionen für die Linie
nach dem zugrunde gelegten Kalkulationsmodell 271 Mio. DM.
Zusammen mit den Anlaufkosten (92 Mio. DM) beträgt die zu
finanzierende Summe 363 Mio. DM. Die Finanzierung soll über ein
Besitzer/Betreiber-Modell erfolgen. Die Kapitalertragsrate beträgt
ca. 26 %, die Kapitalrückflußdauer ca. 6 Jahre.
95
Die Basis- und Finanzdaten der Linie sind in der folgenden Tabelle
zusammengefaßt:
Basisdaten:
LCD
Kfz, Sonderdisplays
7", 16:9
TFT, 4-Masken-Prozeß
Array-Platte, Zelle, Ansteuerungs- und
Hinterleuchtungsmontage, Final Test
2
550x670 mm
Marktsegment
Produkt (Planannahme)
Technologie
Herstellungstiefe
Mutterglasgröße, Array-Platte
Start-Kapazität
Muttergläser
Arbeitsplätze
möglicher Planungsbeginn
möglicher Ausstoß für Markt
7000/Monat
ca. 350
Sofort
nach 24 Monaten
Finanzdaten:
LCD
Investitionen:
Anlaufkosten bis Break-even (mit Förderung)
zu finanzierende Summe
Ersatzinvestitionen
Grundstück
Geschätzte Zuschüsse:
Investitionen
Vorlauf, BMBF
Finanzierungsmodell
Laufzeit für die Rechnung
Rechnungsergebnis (inkl. Zuschüsse):
Kapitalwert (NPV) (Zinssatz 20%)
Kapitalertragsrate (ROI)
Kapitalrückflußdauer (Pay-back)
Im 3. Produktionsjahr:
Ausstoß Stück Äquiv. 7"
Stückpreis
Umsatz
Tabelle 7.1
317 Mio. DM
73 Mio. DM
390 Mio. DM
85 Mio. DM
Erbpacht
100 Mio. DM
60 Mio. DM
Besitzer/Betreiber
13 Jahre
17 Mio. DM
26 %
6 Jahre
950.000 Stück
280 DM
241 Mio. DM
Basis- und Finanzdaten einer Einstiegslinie zur Produktion von TFT-LCD.
Quelle: Unternehmensberatung J. Weidinger, 1999
Wahl der Anlagengröße
Beim gegenwärtigen Stand der Produktionstechnik kommt auch
der Einstieg mit einer Linie der Generation „3,5“ in Frage, was
einen größeren Durchsatz ermöglichen würde. Bei einer
Substratgröße von 670 x 850 mm² könnten im Vergleich zu einer
Linie der Generation 3 zum Beispiel 18 statt 10 frei
96
programmierbare Kombiinstrumente oder später dann sechs statt
vier 15"-Monitore auf einer Platte gefertigt werden. Dem deutlich
größeren Durchsatz (mit den entsprechenden Kostenvorteilen)
stehen allerdings erhöhte Investitionskosten gegenüber.
Außerdem ist aufgrund der noch nicht völlig etablierten Anlagenund Prozeßtechnik bei dieser Substratgröße mit einer verlängerten
Anlaufzeit zu rechnen. Ferner können Korrekturen bei der
Personalstruktur zum Aufbau und Betrieb einer solchen Linie
notwendig sein.
Die Wirtschaftlichkeit einer Einstiegslinie der Generation „3,5“
dürfte ähnlich zu bewerten sein wie der gerechnete Fall. Wegen
der höheren Investitions- und Anlaufkosten wird sich die
Kapitalrückflußdauer verlängern; aufgrund des deutlich größeren
Durchsatzes dieser Linie werden die Überschüsse aber um so
steiler ansteigen, sobald mit optimierter Ausbeute produziert
werden kann.
Vorstellbar ist z.B. ein Einstieg mit der etablierten Technologie der
Generation 3 und einem Übergang zu Generation „3,5“ bei
Installation der Massenproduktion. In jedem Fall müssen die
Fortschritte der Produktionstechnologie und des Anlagenbaus der
Generation „3,5" weiterhin sorgfältig beobachtet und, vor einer
endgültigen Entscheidung für eine Einstiegslinie, nochmals die
Wirtschaftlichkeit einer solchen Linie überprüft werden.
97
7.2
Produktion von OLED-Displays
Wie in den vorangegangenen Kapiteln dargelegt, werden neben
LCD derzeit organischen LED-Displays die größten Marktchancen
eingeräumt. Da OLED selbstemittierend sind und somit ohne
platzraubende Hinterleuchtung auskommen, lassen sich auf
OLED-Basis äußerst dünne Displays mit geringem Gewicht und
niedrigem Energieverbrauch herstellen. Darüber hinaus demonstrieren die (mit einigen Emittermaterialien bereits realisierten)
hohen erzielbaren Helligkeiten die Eignung der OLED-Technologie
für den Einsatz bei Tageslicht. Diese entscheidenden Vorteile
gegenüber anderen Displayvarianten machen OLED-Displays vor
allem für den Einsatz in portablen Geräten, wie z.B. Handys,
Smart-Phones, Digitalkameras oder PDA, äußerst interessant.
Da es bislang keine Erfahrung mit der Produktion von OLEDDisplays in nennenswerten Stückzahlen gibt, wird für den
nachhaltigen Aufbau einer größeren Produktionskapazität ein
Stufenkonzept vorgeschlagen. Nach einer zwei- bis dreijährigen
fertigungsnahen Forschungs- und Entwicklungsphase kann der
Einstieg in die Produktion größerer Stückzahlen mit einer Pilotlinie
erfolgen. In dieser Vorlaufphase sollen grundlegende Fragen der
OLED-Technologie, die sich bei der Umsetzung der vorhandenen
Forschungsergebnisse in eine Produktion ergeben, geklärt
werden. Im folgenden werden angestrebte Produkte sowie die
Kosten einer solchen Pilotlinie geschildert.
Produkte für eine OLED-Linie
In Kapitel 5 wurde die hervorragende Eignung von OLED-Displays
für verschiedene innovative Produkte herausgestellt. Abhängig von
Größe und Pixelanzahl können entweder Passiv- oder AktivMatrix-Ansteuerungen benutzt werden. Für den Einstieg in die
Produktion graphikfähiger Displays eignen sich zunächst Displays
mit kleiner Fläche, weil hier die kostspieligen Aktiv-MatrixSubstrate aus kristallinem Silizium besser genutzt werden.
OLED können insbesondere auf dem Gebiet virtueller Displays
Erfolg haben. Virtuelle Displays sind hochauflösende Bildschirme
mit einer Fläche von wenigen cm², die mittels spezieller Optiken
betrachtet werden. Die Aktiv-Matrix-OLED-Technologie ist für
Displays dieser Größe ideal geeignet. Keine der derzeitigen
98
Lösungen für kompakte virtuelle Displays bieten die Kombination
von geringem Gewicht, großer Helligkeit, niedrigem Energieverbrauch, Videotauglichkeit und einfachem Aufbau der Optik, wie
sie mit OLED möglich ist. In diesem Sinne haben OLED das
Potential, die dominierende Technologie in diesem Bereich zu
werden.
OLED können gegenüber reflektiven LCD eine deutliche
Verbesserung der Darstellung bei Handy-Displays bewirken.
Neben ihren guten Emissionseigenschaften kommt hier besonders
ihre hohe Effizienz zum Tragen. Prototypen mit einer passiven
Ansteuerung demonstrieren die gute Ablesbarkeit dieser Displays.
Wird die Ansteuerung hochauflösender Farbdisplays in der
kostengünstigeren Dünnschichtsilizium-Technologie durchgeführt,
so können OLED mit etwas größeren Direktsicht-Displays
erfolgreich in den Bereich mobiler Kommunikationsgeräte
vorstoßen. In diesem Fall wird ein Stückzahlpotential von heute
schon 150 Mio. Einheiten angezapft.
Die Möglichkeit, OLED-Displays auf flexiblen Substraten und in
beliebigen Formen herzustellen, eröffnet die Chance für den
Einsatz in Smart-Cards sowie einer Vielzahl neuer Anwendungen,
die mit anderen Technologien z.T. nicht realisierbar sind.
Vorteilhaft für Smart-Cards sind die geringe Dicke, die hohe
Effizienz der OLED-Displays sowie die Tatsache, daß keine
flüssigen Substanzen zum Aufbau verwendet werden müssen.
Ferner sind OLED aufgrund ihrer hohen Leuchteffizienz sehr gut
geeignet als Hinterleuchtung für LCD, insbesondere für kleine,
dünne und leichte Displays, wie sie bei portablen Anwendungen
gefordert sind. Hierfür genügt ein einfacher Aufbau mit passiver
Ansteuerung.
Kerndaten für den Aufbau einer AM-OLED Pilotlinie
Die hier betrachtete Pilotlinie setzt voraus, daß der Schritt von den
derzeit existierenden Labormodellen mit eingeschränktem
Funktionsumfang hin zum vollfarbigen, graphikfähigen Massenprodukt mit umsetzbaren Produktionsprozessen bereits weitgehend
vollzogen ist. Dies kann im Rahmen einer vorab zu erfolgenden
zwei- bis dreijährigen Forschungs- und Entwicklungsphase erreicht
werden, in der kostengünstige und zuverlässige Produktionstechnologien bis hin zu Verkapselungs- und Testprozessen
99
konzipiert und unter Fertigungsbedingungen erprobt werden. Die
auf diesen Vorarbeiten aufbauende Pilotfertigung könnte dann
nach einer Anlaufphase im Mehrschichtbetrieb mit zwei
Produktionslinien einen effektiven Ausstoß von bis zu ca. 100.000
kleinen Displays pro Monat leisten. Mit dieser gestaffelten
Vorgehensweise soll der Grundstein für den erfolgreichen Einstieg
in eine Massenproduktion gelegt werden.
Die Planung basiert auf der Herstellung kleiner, hochauflösender
Aktiv-Matrix-Displays für virtuelle Displays, die z.B. in Videobrillen
oder Kamerasuchern eingesetzt werden. Die Ansteuerung soll
dabei in konventioneller CMOS-Technik erfolgen. In der ersten
Phase sollen die CMOS-Wafer (Größe 8") zugekauft werden. Auf
der Pilotlinie werden dann sämtliche weiteren Lithographieschritte,
das Aufbringen der Elektroden und der organischen Schichten
sowie Verkapselung, Einfassen und Kontaktierung durchgeführt.
Alternativ können auch Aktiv-Matrix-Substrate in Dünnschichttechnologie mit amorphem oder polykristallinem Silizium auf Glas
verwendet werden, die eine kostengünstige Herstellung von
größeren Displays erlauben, wie sie z.B. in Digitalkameras, SmartPhones und PDA eingesetzt werden. Beim derzeitigen Stand der
Technik
erfordert
diese
Variante
jedoch
zusätzlichen
Entwicklungsaufwand.
Die Investitionen für die Linie belaufen sich bei Zukauf der CMOSSubstrate auf 51 Mio. DM. Die jährlichen Kosten inklusive
Abschreibung und Gehälter für 70 Mitarbeiter liegen bei ca.
25 Mio. DM. Da es sich um eine Pilotlinie handelt, ist der
Automatisierungsgrad niedriger als bei einer Massenproduktion,
und zur Entwicklung der Prozesse wird höher qualifiziertes
Personal benötigt. Die Kalkulationen basieren auf einem DreiSchicht-Betrieb (300 Tage/Jahr).
100
Die Basis- und Finanzdaten der Linie sind in der folgenden Tabelle
zusammengefaßt.
Basisdaten:
Marktsegment
Produkt (Planannahme)
Technologie
Herstellungstiefe
Zukauf
Wafergröße
Kapazität (Wafer):
ausstoßwirksam (bei ausgereiften Yield)
Arbeitsplätze
Operation
möglicher Planungsbeginn
OLED
Mikrodisplay, Mobilkommunikation
Virtual Displays für mobile Computer,
Camcorder
Displays für Smart-Phones, PDA,
Digitalkameras
AM-OLED auf CMOS-Substrat
(alternativ: Polysilizium auf Glas)
Schichtaufbau, Verkapselung,
Packaging, Final Test
CMOS-Wafer, Materialien, elektronische
Komponenten
8"
1500/Monat
70
3-Schicht-Betrieb
300 Tage/Jahr
vorab zwei- bis dreijährige F&E-Phase
Finanzdaten:
OLED
Investitionen:
Maschinen und Einrichtung
Gebäude
Summe
jährliche Kosten:
Abschreibung
Gehälter
sonstige
Summe
Ausstoß im 3. Produktionsjahr:
Ausstoß Stück
Stückkosten
Tabelle 7.2
45 Mio. DM
6 Mio. DM
51 Mio. DM
11 Mio. DM
10 Mio. DM
4 Mio. DM
25 Mio. DM
120.000 – 1.200.000 Stück
40-300 DM (abhängig vom DisplayFormat)
Basis- und Finanzdaten einer OLED-Pilotlinie zur Herstellung
von Mikrodisplays und kleinen Direktsichtdisplays.
Quelle: IBM Speichersysteme Deutschland GmbH, 1999
101
102
8
Strategieempfehlung
Aufgrund der herausragenden Bedeutung eines Ausbaus der
Displayaktivitäten für den Hochtechnologiestandort Deutschland
und der damit verbundenen Sicherung und Schaffung von
Arbeitsplätzen im Bereich der Zulieferer, der Anwender und der
Forschungsinstitute setzen sich die Verfasser der Studie mit
Nachdruck für den Aufbau einer umfassenden FlachdisplayProduktion in Deutschland ein.
Der Zeitpunkt für eine Ausweitung der Displayaktivitäten ist aus
mehreren Gründen günstig:
•
Der Flachdisplay-Markt zeigt ein rasantes Wachstum auf
hohem Niveau, so daß ein erfolgreicher Einstieg ohne die
Verdrängung etablierter Produzenten möglich ist.
•
Neue Anwendungsfelder insbesondere im Bereich portabler
Geräte und Displays für Automobile und den Industrieeinsatz
ermöglichen die Erschließung neuer Märkte.
•
Durch neue Technologien wie die der OLED-Displays besteht
die einmalige Chance, Produktionskompetenz in einer neuen,
konkurrenzfähigen Display-Technologie „vom Start weg“ in
Deutschland aufzubauen.
•
Die vielversprechenden Weiterentwicklungen der etablierten
LCD-Technologie in Kombination mit neuen, spezialisierten
Produkten ermöglichen ebenfalls den Einstieg in eine DisplayProduktion.
•
Die Mehrzahl der fernöstlichen Flachdisplay-Hersteller
befindet sich gegenwärtig in erheblichen finanziellen
Schwierigkeiten, was deren Handlungsfähigkeit stark
einschränkt.
103
Wie in Kapitel 7 beschrieben, wird der parallele Einstieg in zwei
Technologien vorgeschlagen:
1.
Aufgrund der weit entwickelten Fertigungstechniken für TFTLCD wird der Aufbau einer Produktionslinie in dieser
Technologie vorgeschlagen. In Kapitel 8.1 werden verschiedene Alternativen für einen Einstieg in eine AM-LCD-Produktion
vorgestellt und deren Wirtschaftlichkeit und strategische
Bedeutung dargestellt.
2.
Da es sich bei der OLED-Technologie um eine aufstrebende
Technologie handelt, die an der Schwelle zur Produktion in
größeren Einheiten steht, wird der Aufbau einer Pilotlinie
vorgeschlagen. Hier ist noch erhebliche Entwicklungsarbeit
sowohl bei der Entwicklung der Displays als auch deren
Fertigungsverfahren zu leisten.
104
8.1
AM-LCD-Produktionslinie
Für den Einstieg in eine AM-LCD-Produktion werden drei
unterschiedliche Vorgehensweisen diskutiert (siehe Abb. 8.1). Bei
den Alternativen 1 und 2 erfolgt bereits in der ersten Stufe der
Aufbau einer LCD-Produktion (Einstiegslinie). Alternative 3
unterscheidet sich grundsätzlich von diesen beiden Vorschlägen,
da hier in der ersten Phase keine Produktion der Flüssigkristallzelle erfolgt. Ein direkter Vergleich der Wirtschaftlichkeitsdaten mit
den Alternativen 1 und 2 erscheint aufgrund des völlig
unterschiedlichen Ansatzes nicht sinnvoll.
Alternative 1
Großserie
Einstiegslinie
FO Infrastruktur
+ Skill-Einkauf
Deutsches
Konsortium
deutsche F&E +
Infrastruktur
Alternative 2
Großserie
Einstiegslinie
Fernost F&E +
Infrastruktur
Partner
Fernost
deutsche F&E +
Infrastruktur
Deutsches
Konsortium
Alternative 3
Großserie ?
Stufenweiser Einstieg
Fernost F&E +
Infrastruktur
Fernost
Front-End
Lieferung
Einstiegslinie ?
Deutschland
Back-End
deutsche F&E +
Infrastruktur
Zeitachse
2000
Abb. 8.1
2001
2002
2003
2004
Drei Szenarien zum Einstieg in eine deutsche Flachdisplay-Produktion.
105
Alternative 1
Beschreibung:
Unter Einbeziehung der deutschen Forschungs- und Entwicklungsergebnisse wird zunächst eine Einstiegslinie aufgebaut. Dabei
erfolgt keine direkte Einbindung eines fernöstlichen Partners. Die
Unterstützung aus Fernost beschränkt sich auf der Hardware-Seite
auf die Lieferung spezieller Maschinen, die nur von japanischen
Anlagenherstellern geliefert werden können. Ferner soll
Fachwissen auf dem Gebiet der AM-LCD-Produktion durch die
Einstellung entsprechender Fachleute aus Fernost eingekauft
werden, um die Anlaufphase optimal zu gestalten.
Diese Einstiegslinie wird durch ein Konsortium potentieller
Displayhersteller aus Deutschland betrieben. Auch eine
Beteiligung von Firmen aus dem europäischen Raum sollte
durchaus in Erwägung gezogen werden, sofern diese bereit sind,
die Investition in Deutschland zu tätigen. Mit einer derartigen Linie
kann Fertigungs-Know-how im großen Maßstab aufgebaut
werden, das im Bereich TFT-LCD in Deutschland nicht vorhanden
ist. Wie die Kerndaten für die AM-LCD-Linie in Kapitel 7.1 zeigen,
ist die Linie eindeutig auf eine Produktion im größeren Stil
ausgerichtet, deren Produkte vermarktet werden.
Klarer Nachteil dieser Alternative ist das fehlende ProduktionsKnow-how bei AM-LCD in Deutschland. Dieses kann zwar
teilweise durch ein europäisches Konsortium bereitgestellt werden,
in jedem Falle wird aber die Anlaufzeit bis zur Serienreife bei
diesem Szenario länger sein als bei den anderen beiden.
Außerdem muß in Betracht gezogen werden, daß die erfolgreichen
Initiativen in Korea und Taiwan überwiegend nach Szenario 2 oder
3 abgelaufen sind. In den USA werden vorwiegend andere
Technologien (z.B. FED) verfolgt. Die dort unternommenen
Anstrengungen, eine Flachdisplay-Produktion aus eigenen
Ressourcen heraus aufzubauen; verliefen bislang jedoch nicht
erfolgreich.
Um diese Alternative wirtschaftlich attraktiv zu gestalten, ist eine
erhebliche Unterstützung seitens der öffentlichen Hand notwendig.
Nur so werden die Risiken in dieser Phase für die Unternehmen
tragbar.
106
Basierend auf der durch Aufbau und Betrieb der Einstiegslinie
gewonnenen Erfahrung kann dann in einer nächsten Phase die
Installation weiterer Linien zur Großserienproduktion erfolgen. Dies
kann dann z.B. auch durch die einzelnen Partner des Konsortiums
aus eigener Kraft geschehen. Die Einstiegslinie wirkt somit als
Kondensationskeim für den Aufbau einer umfangreichen
Displayindustrie in Deutschland.
Vorteile:
•
Stärkung der deutschen Zulieferindustrie
•
Unabhängigkeit von fernöstlichen Displayproduzenten
•
Schaffung von Arbeitsplätzen
•
Stärkung der deutschen Forschungs- und EntwicklungsInfrastruktur
Nachteile:
•
langsameres Hochfahren der Produktion, höhere Kosten
•
kein Rückgriff auf etablierte Einkaufs- und Vertriebswege
Alternative 2
Beschreibung:
Bei diesem Modell erfolgt der Aufbau der Einstiegslinie zusammen
mit einem Displayhersteller aus Fernost. In einer weiteren Phase
kann dann ein Ausbau der Produktionskapazitäten durch den
Aufbau einer Großserienproduktion – wiederum als Gemeinschaftsprojekt des fernöstlichen Partners in Zusammenarbeit mit
einem deutschen Konsortium – erfolgen.
Diese Konstellation bietet den großen Vorteil, daß ein in der
Massenproduktion erprobter Prozeß vom Partner übernommen
werden kann. Dadurch verkürzen sich die Planungs- und die
Anlaufphase, was zu einem höheren Gewinn und einer kürzeren
Pay-back-Zeit führt. Ein weiterer wichtiger Pluspunkt besteht darin,
daß man auf den Einkauf und die Vertriebswege des Fernost-
107
Partners zurückgreifen kann, was sich ebenfalls positiv auf die
Kosten auswirkt. Viele erfolgreich operierende internationale
Allianzen, z.B. im Halbleiterbereich, demonstrieren die
Realisierbarkeit dieser Vorgehensweise.
Auf der anderen Seite ist zu beachten, daß die Verhandlungen mit
einem Partner aus Fernost sehr lange dauern können. Der damit
verbundene Zeitverzug kann den erwähnten Vorteil einer
verkürzten Anlaufphase z.T. wieder kompensieren. Da der
Fertigungsprozeß von dem Partner aus Fernost übernommen wird,
ist auch der Einfluß auf die Auswahl der Geräte und Materialien
stark eingeschränkt. Daher wird die Stärkung der deutschen
Zulieferindustrie durch den Aufbau der Einstiegslinie geringer sein
als bei Alternative 1.
Ebenso entstehen bei diesem Modell erhebliche Kosten für
Lizenzgebühren, die an die Muttergesellschaft abgeführt werden
müssen und den Gewinn schmälern. Auch muß berücksichtigt
werden, daß die Hemmschwelle für einen Fernost-Partner, sich
wieder aus Deutschland zurückzuziehen, erheblich niedriger ist als
für einheimische Firmen.
Zudem ist zu bedenken, daß das umfangreiche Wissen, das durch
die langjährigen Forschungsarbeiten in Deutschland aufgebaut
wurde, vermutlich nicht oder nur in geringem Maße eingebracht
werden kann.
Vorteile:
•
Übernahme eines erprobten Herstellungsprozesses
•
schnelleres Hochfahren der Produktion, geringere Kosten
•
Nutzung der etablierten Einkaufsstrukturen und der
Vertriebswege des Fernost-Partners
Nachteile:
•
langwierige Verhandlungen mit fernöstlichen
Kooperationspartnern notwendig
•
Abhängigkeit von fernöstlichen Displayproduzenten
•
geringerer Nutzen für die deutsche Zulieferindustrie
•
Zahlung von Lizenzgebühren an die Muttergesellschaft
•
geringere Entwicklungsaktivitäten in Deutschland
108
Alternative 3
Beschreibung:
Bei diesem Modell wird ein gänzlich anderer Ansatz zum Aufbau
einer Flachdisplay-Produktion verfolgt. Hierbei sollen zunächst
LC-Zellen aus Fernost zugekauft werden und für besondere
Einsatzbereiche, wie z.B. Industrie, Medizintechnik oder
Automobil, modifiziert und spezifiziert werden.
Dadurch ist es möglich, ohne große Investitionen, wie sie für den
Aufbau einer kompletten Produktionslinie notwendig sind,
Spezialdisplays zu fertigen. So kann umfangreiches Know-how im
Back-End-Bereich der Produktion erworben werden. Die dabei
gewonnenen Erfahrungen, Kontakte, Vertriebs- und Einkaufsstrukturen können dann in einer weiteren Phase in den Aufbau
einer Produktionslinie einfließen. Diese könnte entweder durch
eine von einem deutschen Konsortium getragene Einstiegslinie
oder basierend auf der engen Zusammenarbeit mit dem
fernöstlichen Partner aus dem Front-End-Bereich durch den
Aufbau einer (Groß-)Serienproduktion erfolgen.
Waren in der Vergangenheit die etablierten Flachdisplay-Hersteller
in Fernost nicht zur Lieferung teilweise verarbeiteter Displays
bereit, so hat, verursacht durch die enormen wirtschaftlichen
Probleme der fernöstlichen Technologiekonzerne, bei vielen
dieser Firmen ein Umdenken eingesetzt. Mittlerweile besteht bei
mehreren Firmen die Bereitschaft zur Mitarbeit in gemeinsamen
Projekten bzw. zur Lieferung von Displays in verschiedenen
Formaten
und
Fertigungsstufen.
Selbst
Displays
mit
Konturschnitten, wie bei der Produktion von frei programmierbaren
Kombiinstrumenten für Kfz benötigt, sind inzwischen lieferbar.
Vielfach wird die Abgabe der Peripherie-Technik sogar gewünscht.
Es kann also davon ausgegangen werden, daß die Partnersuche
bei dieser Alternative keine größeren Probleme bereitet. Der
grundsätzlich vorhandenen Gefahr des vorzeitigen Ausstiegs des
japanischen Partners aus dieser Lieferbeziehung kann durch
entsprechende Verträge vorgebeugt werden.
Bei Alternative 3 werden naturgemäß zunächst deutlich weniger
Arbeitsplätze geschaffen als bei den oben vorgeschlagenen
Alternativen. Andererseits ist das Investitionsvolumen weitaus
geringer als bei den anderen beiden Alternativen, was das
109
wirtschaftliche Risiko erheblich verkleinert. Eine konkrete
Wirtschaftlichkeitsrechnung kann allerdings nicht angegeben
werden, da diese extrem von weiteren Faktoren, wie z.B. der
Fertigungstiefe und der speziellen Anwendung abhängt.
Vorteile:
•
Know-how-Aufbau im Back-End-Bereich
•
geringer Kapitaleinsatz
Nachteile:
•
geringer Aufbau von Produktions-Know-how
•
Schaffung weniger Arbeitsplätze
•
eingeschränkte Stärkung der Zulieferindustrie
•
Abhängigkeit von fernöstlichen Lieferanten der LC-Zelle
Bewertung der drei Alternativen
Die Kerndaten der vorgeschlagenen AM-LCD-Linie wurden bereits
in Kapitel 7.1 aufgeführt. Die Unterschiede bei den weiteren
Rechnungen (Tabelle 8.1) ergeben sich im wesentlichen daraus,
daß bei Alternative 1 eine Summe von 106 Mio. DM für
Entwicklungskosten über die gesamte Laufzeit von 13 Jahren
angesetzt wurde. Diese Entwicklungskosten führen direkt zu einer
Stärkung der Know-how-Basis in Deutschland. Im Falle von
Alternative 2 ist davon auszugehen, daß die Entwicklungsarbeiten
zum großen Teil bei der Partnergesellschaft in Fernost
durchgeführt wurden. Deshalb wurden hier nur 20 % dieser
Entwicklungskosten berücksichtigt.
110
Investitionen (Maschinen und Gebäude)
Anlaufkosten bis Break-even
zu finanzierende Summe
Ersatzinvestitionen
Grundstück
Geschätzte Zuschüsse:
Investitionen
Vorlauf, BMBF
Finanzierungsmodell
Laufzeit für die Rechnung
Rechnungsergebnis (inkl. Zuschüsse):
Kapitalwert (NPV) (Zinssatz 20 %)
Kapitalertragsrate (ROI)
Kapitalrückflußdauer (Pay-back)
Im 3. Produktionsjahr:
Ausstoß Stück Äquiv. 7"
Stückpreis
Umsatz
Tabelle 8.1
Alternative 1
317 Mio. DM
73 Mio. DM
390 Mio. DM
85 Mio. DM
Erbpacht
AM-LCD
Alternative 2
317 Mio. DM
30 Mio. DM
347 Mio. DM
85 Mio. DM
Erbpacht
100 Mio. DM
60 Mio. DM
Besitzer/Betreiber
13 Jahre
100 Mio. DM
60 Mio. DM
Besitzer/Betreiber
13 Jahre
17 Mio. DM
26 %
6 Jahre
46 Mio. DM
51 %
5 Jahre
950.000 Stück
280 DM
241 Mio. DM
1.050.000 Stück
280 DM
267 Mio. DM
Vergleich der wirtschaftlichen Daten einer TFT-LCD-Einstiegslinie
für ein rein europäisches bzw. ein deutsch-japanisches Firmenkonsortium.
Quelle: Unternehmensberatung J. Weidinger, 1999
Klarer Nachteil der Alternative 1 ist das fehlende ProduktionsKnow-how in Deutschland bei der Herstellung von AM-LCD. Hier
kommt es darauf an, durch Anwerben von Fachleuten aus fernöstlichen Konzernen einen Know-how-Transfer zu organisieren.
Dennoch wird das Hochlaufen der Produktion länger dauern als
bei der Implementierung einer etablierten Produktionslinie mit Hilfe
eines fernöstlichen Partners.
Die unterschiedlichen Entwicklungskosten und das schnellere
Hochfahren der Produktionskapazität bei Alternative 2 führen zu
einer kürzeren Kapitalrückflußdauer von 5 statt 6 Jahren. Der
Gewinn vor Steuer über einen Zeitraum von 13 Jahren ist dadurch
(bei einer Lizenzgebühr von 5 % auf den Umsatz) um 60 Mio. DM
höher und beträgt 1118 Mio. DM. Das Modell ist damit für den
Betreiber wirtschaftlich attraktiver als ein Alleingang ohne Partner
aus Fernost. Bei einer längerfristigen Betrachtung, welche die
nächste Phase – den Aufbau einer Großserienproduktion –
einschließt, ist aber den Lizenzgebühren besondere Beachtung zu
schenken. Im Falle von Alternative 2 müssen über den gesamten
Zeitraum Lizenzgebühren gezahlt werden. Dadurch kann, je nach
111
Höhe dieser Kosten, auf lange Sicht der Gewinn niedriger
ausfallen als im ersten Szenario, bei dem das gesamte Know-how
in Deutschland aufgebaut wurde.
Um eine umfassende Bewertung der beiden Alternativen
durchzuführen, müssen aber auch die anderen oben erwähnten
Punkte berücksichtigt werden. So ist bei Alternative 2 zu
bedenken, daß es aufgrund der notwendigen umfangreichen
Verhandlungen mit einem fernöstlichen Partner zu einer
erheblichen Verzögerung des Produktionsbeginns kommen kann.
Ferner ist bei dieser Alternative eine große Abhängigkeit von
diesem Partner gegeben.
Ein weiterer wichtiger Aspekt – auch im Hinblick auf die Schaffung
und Sicherung hochqualifizierter Arbeitsplätze – ist der Einfluß
einer Display-Produktion auf die deutsche Zulieferindustrie. Dieser
wird sicherlich bei Alternative 1 positiver als im Fall 2 sein, bei dem
ein bestehender Herstellungsprozeß komplett übernommen wird.
Auch die deutsche Forschungsinfrastruktur wird ihre Ergebnisse
bei der Verwirklichung von Alternative 1 in viel stärkerem Maße
einbringen können.
Auch Alternative 3 wird als vielversprechend beurteilt. Sie
verbindet ein geringes Investitionsvolumen mit der Benutzung
weitgehend vertrauter Techniken, was zu einer erheblichen
Reduzierung des Risikos im Vergleich zu den beiden anderen
Szenarien führt. Bei Flachdisplays ermöglicht gerade der BackEnd-Bereich eine hohe Wertschöpfung. Die Firmen Siemens und
Wammes gehen diesen Weg bereits sehr erfolgreich, das I-SFT
Display stellt die erste Stufe eines solchen Vorgehens dar.
Daneben existieren in Deutschland noch weitere Unternehmen,
die sich mit der Veredelung von Displays beschäftigen.
Der Einstieg im Back-End-Bereich bietet gute Chancen für ein
Flachdisplay-Engagement in einem kleineren Rahmen. Die
Wirkung auf die Zulieferindustrie, die Forschung in Deutschland
und die Schaffung von Arbeitsplätzen, ist damit automatisch enger
begrenzt. Ein so geartetes Engagement kann aber sehr gut auch
parallel zum Aufbau einer Einstiegslinie erfolgen. Die gewonnenen
Erfahrungen können dann im weiteren in eine GroßserienProduktionslinie einfließen.
112
8.2
AM-OLED-Pilotlinie
Für den Einstieg in die Produktion hochwertiger OLED-Displays
wird ein Stufenplan vorgeschlagen (siehe Abb. 8.2). Dieser
spiegelt den derzeitigen Entwicklungsstand der OLED-Technologie
wider, die sich gerade im Übergang von der Herstellung einzelner
Labormuster zur Fertigung in ersten Kleinserien befindet.
Da es bislang weltweit noch keine Erfahrung mit der OLEDProduktionstechnolgie im größeren Maßstab gibt, kann hier nicht,
wie im Fall von LCD, durch Kooperationen auf langjährige
Fertigungskompetenz zurückgegriffen werden. Außerdem ist zu
berücksichtigen, daß auch bei den OLED-Displays selber noch
erhebliche Entwicklungsarbeit geleistet werden muß.
Forschungs- &
Entwicklungslinie
Pilotproduktion
Zeitachse
2000
Abb. 8.2
2001
2002
2003
2004
2005
Stufenplan zum Aufbau einer OLED-Produktion.
Es wird vorgeschlagen in einer ersten Stufe eine Forschungsund Entwicklungslinie aufzubauen, mit der grundlegende
Fragestellungen zur Produktion von OLED-Displays geklärt
werden können. Hier ist zunächst die Auswahl einer Materialklasse
(kleine Moleküle, Polymere) und der damit zusammenhängenden
Produktionstechnologie zu treffen. Im Hinblick auf marktfähige
Produkte müssen ferner Untersuchungen z.B. zu Lebensdauer,
Temperaturbeständigkeit,
mechanischer
Belastbarkeit,
Verkapselung und Packaging gemacht werden. Auch Fragen der
Ansteuerung der AM-OLED müssen in diesem Rahmen geklärt
werden.
113
Weitere wichtige Aufgaben, die im Rahmen der Forschungs- und
Entwicklungslinie bearbeitet werden sollten, sind die Weiterentwicklung und Optimierung der Fertigungsanlagen im Hinblick
auf eine spätere Großserienproduktion. Außerdem müssen
optische und mechanische Testsysteme und –verfahren entwickelt
bzw. angepaßt werden. Die F&E-Linie wird nicht im Schichtbetrieb
gefahren und ist aufgrund der fehlenden doppelten Auslegung
nicht für eine Produktion geeignet. Parallel dazu müssen
umfangreiche und detaillierte Marktanalysen durchgeführt werden,
um eine Produktion auch von dieser Seite vorzubereiten.
Anschließend an diese zwei- bis dreijährige produktionsvorbereitende F&E-Phase wird als nächster Schritt der Aufbau einer
Pilotproduktion vorgeschlagen. Auf dieser Linie wird bereits für
den Markt produziert. Die Kerndaten für diese Pilotlinie sind in
Kapitel 7.2 aufgeführt. Es sind Investitionen in Höhe von ca.
51 Mio. DM und jährliche Kosten von rund 25 Mio. DM
anzusetzen.
Diese Pilotproduktion weist noch einen deutlich niedrigeren Automatisierungsgrad als eine Großserienproduktion auf, und auch die
Stückzahlen sind – trotz zweier paralleler Produktionslinien – mit
ca. 120.000 bis 1,2 Millionen (je nach Displaygröße) deutlich
niedriger. Durch Aufbau und Betrieb einer derartigen Pilotlinie
werden umfangreiche Kenntnisse der Produktionsverfahren in der
neuen OLED-Technologie gesammelt. Aufbauend darauf kann
dann die Installation einer Massenproduktion erfolgen.
Bei all diesen Schritten kann auf das umfangreiche Know-how der
Zulieferbetriebe und Forschungsinstitute in Deutschland
zurückgegriffen werden. Dadurch wird deren Position im Bereich
der Entwicklung von OLED-Materialien und OLED-Displays sowie
deren Ansteuerung nachhaltig gestärkt. Des weiteren existiert eine
Reihe von Firmen in den europäischen Nachbarländern, die z.T.
erhebliche Erfahrungen in der OLED-Prozessierung besitzen. Eine
Kooperation im europäischen Rahmen wäre sicherlich geeignet,
die Markteinführung dieser neuen Technologie gegenüber der
etablierten LCD-Technologie voranzutreiben.
Ein Einstieg in die OLED-Produktion ist von strategischer
Bedeutung für Deutschland. Es besteht damit die Möglichkeit
weltweit führendes Produktions-Know-how in einer der hoffnungsvollsten Zukunftstechnologien im Bereich der Flachdisplays
aufzubauen und sich an die Spitze der Innovation zu setzen.
114
8.3
Zusammenfassung der Strategieempfehlung
Für einen Ausbau der deutschen Position auf dem FlachdisplayWeltmarkt wird folgende Strategie vorgeschlagen:
• Durch einen Einstieg in die Produktion von AM-LCD soll
das riesige Absatzpotential für Produkte mit hochwertigen
Flachdisplays genutzt werden.
Die AM-LCD-Technologie ist die einzige, die gegenwärtig
Flachdisplays mit guten Darstellungseigenschaften in vielfältigen
Formaten liefern kann. Zum Einstieg in eine AM-LCD-Produktion
werden drei Alternativen vorgeschlagen, die jeweils mit
unterschiedlichem Risiko und spezifischen Vor- und Nachteilen
behaftet sind:
- Alternative 1: Aufbau einer Einstiegslinie durch ein deutsches /
europäisches Firmenkonsortium
- Alternative 2: Aufbau einer Einstiegslinie durch ein deutschfernöstliches Firmenkonsortium
- Alternative 3: Stufenweiser Einstieg mit Hilfe einer Back-End
Fertigung
Jedes dieser drei Szenarien bietet
außergewöhnliche
ökonomische Chancen. Welche dieser Möglichkeiten ein
potentieller Investor wählen wird, wird jedoch im wesentlichen von
der strategischen Bedeutung der Flachdisplay-Fertigung für sein
Unternehmen abhängen. Wenn es gelingt, entsprechend der
vorgestellten Roadmap (Abb. 8.1) vorzugehen, so kann (bei den
Alternativen 1 und 2) innerhalb von fünf Jahren ein bedeutender
Flachdisplay-Hersteller von Deutschland aus den Weltmarkt
beliefern und hier eine große Zahl an hochqualifizierten
Arbeitsplätzen schaffen. Alternative 3 hat den Charme, daß hier
der Einstieg in eine LCD-Produktion mit einer deutlich geringeren
Investitionssumme gelingen kann.
• Durch gezielte Weiterentwicklung der OLED-Technologie in
Richtung einer Flachdisplay-Produktion soll die Technologieführerschaft auf diesem Sektor angestrebt werden.
Die OLED-Technologie stellt die aussichtsreichste neue
Flachdisplay-Technik
dar.
OLED-Displays
versprechen,
hervorragende Emissionseigenschaften mit einem niedrigen
Energieverbrauch zu kombinieren, was sie für eine Vielzahl von
Anwendungen interessant macht. Da hier weltweit noch keine
115
Produktionslinien existieren, besteht die Chance, auf diesem
Gebiet zu den ersten Anbietern zu gehören und sich eine
entsprechende Marktposition zu sichern.
• Parallel zum Aufbau der Produktionskapazitäten bei den
Unternehmen müssen die Forschungsanstrengungen und
die Ausbildung von Fachkräften an den Instituten und
Universitäten wesentlich verstärkt werden.
Wenn auch Deutschland bei beiden Technologien umfangreiches
Know-how besitzt, so ist eine Technologieführerschaft nur durch
enge Kooperationen und gemeinschaftliche Anstrengungen von
Industrie und Forschungsinstituten zu erlangen. Ferner haben die
wissenschaftlichen Institutionen die wichtige Aufgabe, technisch
hochqualifiziertes Personal auszubilden, welches für den Aufbau
und den Betrieb einer Flachdisplay-Produktion unbedingt benötigt
wird. Der Ausbildung von Fachkräften in Instituten und
Universitäten kommt eine Schlüsselstellung beim nachhaltigen
Aufbau einer deutschen Flachdisplay-Industrie zu.
116
9
Teilnehmer der Displayinitiative und ihre
Tätigkeitsbereiche
BMW AG, München
BMW AG is an industrial partner whose main business interests
are in the production of high performance automobiles and
motorcycles. It was founded more than 75 years ago to develop
and produce engines for airplanes.
The BMW headquarter is located in Munich and further main
production sites are in Munich, Regensburg, Dingolfing and
Landshut. Beyond these German plants there are production sites
in Austria (Steyr), South Africa (Rosslyn) and since 1994 in USA
(Spartanburg, SC). Since 1994 Rover Group has been integrated
within the BMW concern.
BMW Group (incl. Rover) employs in 1996 about 120.000
employees all over the world. In 1998 the whole production output
reached 1.200.000 units (700.000 BMW’s) and 60.000
motorcycles. In 1998 the BMW turnover was 63.100 Million
German Marks.
In Munich BMW operates their own research and development
center, called FIZ (Forschungs- und Ingenieurszentrum), in which
approximately 5.000 engineers are working together to develop
future cars and to carry out research on various fields being of
importance for BMW in the future.
117
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
Die Bosch-Gruppe stellt Erzeugnisse auf den Gebieten Kraftfahrzeugausrüstung und Kommunikationstechnik, Gebrauchsgüter
(Elektrowerkzeuge,
Hausgeräte,
Thermotechnik)
und
Produktionsgüter (Automationstechnik, Verpackungsmaschinen)
her. Die gesamte Bosch-Gruppe erzielte 1998 einen Umsatz von
50.3 Mrd. DM und beschäftigte weltweit im Jahresmittel etwa
188.000 Mitarbeiter.
Mit einem Anteil von mehr als 63 % am Umsatz stellt die Kraftfahrzeugausrüstung den größten der vier Unternehmensbereiche dar.
Die Kommunikationstechnik nimmt 10 %, die Gebrauchsgüter
22.5 % und die Produktionsgüter 4.3 % am Umsatz ein.
Entsprechend dem allgemeinen Trend in der Informationstechnik
kommen auch bei Bosch in den Erzeugnissen der Kraftfahrzeugausrüstung (z.B. Navigationssysteme, Kombiinstrumente) und der
Kommunikationstechnik (z.B. Handys) in zunehmendem Maße
Flachdisplays zur Anwendung.
118
Covion Organic Semiconductors GmbH, Frankfurt
Covion Organic Semiconductors GmbH ist ein junges Technologieunternehmen der Spezialchemie mit Sitz in Frankfurt. Covion
wurde am 1. April 1999 als Gemeinschaftsunternehmen von
Aventis Research & Technologies, dem Technologieunternehmen
der Hoechst-Gruppe, und der Zeneca-Specialties gegründet.
Zeneca hält eine Minderheitsbeteiligung an Covion. Covion ist aus
einem besonders erfolgreichen Forschungsprojekt der Aventis
hervorgegangen, das sich seit 1993 mit der Entwicklung
lichtemittierender organischer Verbindungen befaßt hat.
Das rapide wachsende Aufgabengebiet von Covion konzentriert
sich auf die Entwicklung, Herstellung und den Vertrieb
hochspezialisierter organischer Halbleiter für den Einsatz in
elektronischen Komponenten. Covion beschäftigt momentan 25
hochqualifizierte Mitarbeiter. Durch Servicevereinbarungen nutzt
Covion die umfangreiche Infrastruktur des Industrieparks Höchst.
Covions Beiträge zur systematischen Aufklärung von StrukturWirkungs-Beziehungen haben weltweit Maßstäbe gesetzt. Auf der
konsequenten Anwendung dieser Erkenntnisse und der dadurch
erreichten Patentsituation gründet das Produktportfolio der Covion.
Es umfaßt sowohl die besten lichtemittierenden Polymermaterialien als auch Spiroverbindungen, eine neue Klasse
hochstabiler Farbstoffe für den Einsatz in OLEDs. Covion hat
diese Forschungsergebnisse konsequent in einen industriellen
Prozeß umgesetzt und betreibt deshalb die weltweit einzige
Anlagen zur Herstellung und Formulierung organischer Halbleiter
für Displayanwendungen. Derzeit wird am Standort Höchst in
erheblichem Umfang in die Erweiterung und Verfeinerung dieser
Kapazitäten investiert.
Im Bereich der Polymere ist Covion der einzige Lieferant für die
kürzlich in Betrieb genommene Produktionsanlage der PhilipsGeschäftseinheit PolyLED im holländischen Heerlen. Die
überragende Temperaturstabilität der Covion-Spiromaterialien
wurde jüngst vom Entwicklungspartner IBM auf der SID-Konferenz
in San Jose bestätigt. Damit nimmt Covion die weltweit führende
Stellung bei der Industrialisierung von organischen Halbleitern für
Display-Anwendungen ein.
119
DaimlerChrysler AG, Stuttgart
DaimlerChrysler AG is a stock corporation organized under the
laws of the Federal Republic of Germany (Commercial Register in
Stuttgart, Abt. B No. 19360). It effected the business combination
of Chrysler Corporation and Daimler-Benz in 1998. It is the
successor corporation to Daimler-Benz Aktiengesellschaft and now
comprises the respective businesses, stockholder groups,
managements and other constituencies of Chrysler and DaimlerBenz.
DaimlerChrysler provides a wide range of transportation products
and financial and other services. It is the third largest automobile
manufacturer in the world in terms of revenues (1998: Euro 132
billion). In 1998, the Group operated in seven business segments:
Passenger Cars Mercedes-Benz, smart. DaimlerChrysler is
world renowned for its high quality Mercedes-Benz passenger cars
which reflect a long tradition of exceptional engineering,
performance, service and safety. The smart, a new micro compact
passenger car that defines a new market segment, is specifically
designed for urban mobility. The Passenger Cars Mercedes-Benz,
smart segment contributed approximately 23 % of the Group’s
revenues in 1998.
Passenger Cars and Trucks Chrysler, Plymouth, Jeeps,
Dodge. This segment consists of the automotive operations of
DaimlerChrysler Corporation, formerly Chrysler Corporation.
DaimlerChrysler Corporation manufactures, assembles and sells
cars and trucks under the brand names Chrysler, Plymouth, Jeep
and Dodge. In 1998, approximately 43 % of the Group’s revenues
were contributed by this segment.
Commercial Vehicles Mercedes-Benz, Freightliner, Sterling,
Setra. DaimlerChrysler manufactures and sells commercial
vehicles under the brand names Mercedes-Benz, Freightliner,
Sterling and Setra. It is the world’s leading manufacturer of trucks
over 6 metric tons (t) GVW and of buses over 8 t GVW. With
worldwide facilities, the Group has the world’s most developed
network for the production and assembly of commercial vehicles
and core components. It also has a worldwide distribution and
service network. This segment contributed approximately 17 % of
the Group’s revenues in 1998.
Chrysler Financial Services. Chrysler Financial Services
includes the operations of Chrysler Financial Company L.L.C., its
consolidated subsidiaries, and managed operations in Mexico.
Chrysler Financial Services principally engages in providing
120
consumer and dealer automotive financing for the products of
DaimlerChrysler Corporation, including retail and lease financing
for vehicles, dealer inventory and other financing needs. It also
provides dealer property and casualty insurance and dealer facility
development and management, primarily for Chrysler, Plymouth,
Jeep and Dodge dealers and their customers. Chrysler Financial
Services contributed approximately 2 % of the Group’s revenues in
1998.
Services. DaimlerChrysler Services (debis) provides financial
services supporting the sale of Group products. It also engages in
insurance brokerage, trading, information technology (IT) services
and
telecommunications
services.
Services
contributed
approximately 6 % of the Group’s revenues in 1998.
debis and Chrysler Financial Company L.L.C. are combining their
financial services activities. The new business entity will be the
fourth largest financial services provider in the world outside the
banking and insurance sector.
Aerospace. Principal Aerospace activities include the
development, production and sale of commercial aircraft and
helicopters, defense and civil systems, aero engines, military
aircraft, satellites, and space infrastructure. DaimlerChrysler
Aerospace is the German partner (with a 37,9 % share) in the
European Airbus consortium Airbus Industrie G.I.E. Aerospace
contributed approximately 7 % of the Group’s revenues in 1998.
Other. This segment includes the operating businesses Rail
Systems, Automotive Electronics and MTU / Diesel Engines. It
contributed approximately 2 % of the Group’s revenues in 1998.
As of December 31, 1998, the DaimlerChrysler Group had approximately 441,500 employees, approximately 53 % of whom were
employed in Germany and 27 % in the United States. As of
December 31, 1998, DaimlerChrysler AG had more than
1.4 million stockholders.
121
Deutsche Bank AG, Frankfurt
Die Deutsche Bank AG hat in Ergänzung zu den klassischen
Bankdienstleistungen überregionale Innovationsteams gegründet.
Aufgabe der Teams ist es, technologieorientierten Unternehmen
das gesamte Leistungsspektrum der Deutsche Bank-Gruppe zu
erschließen. Dazu arbeiten die Teams mit einem Netzwerk von
internen und externen Branchenexperten zusammen. Des
weiteren werden individuelle Finanzierungskonzepte entwickelt
und die Unternehmen in allen Phasen der Entwicklung begleitet.
Das externe Netzwerk umfaßt neben Kontakten zu zahlreichen
Unternehmen und Forschungseinrichtungen u.a. gute Kontakte zu
Venture Captial-Gesellschaften. Ebenso verfügt das Team über
umfangreiche Marktkenntnisse. Die Aktivitäten des Teams
“Mikrotechnologie” konzentrieren sich inhaltlich auf die Bereiche
Mikrosystemtechnik, (Mikro-) Elektronik, Fertigungsverfahren und
Werkstoffe.
Des weiteren (co-)organisiert das Team Mikrotechnologie
zahlreiche Konferenzen wie die MicroMat 2000, “The Third
European Conference on High Temperature Electronics” und die
“Advanced Microsystems for Automotive Applications”.
122
Giesecke & Devrient GmbH, München
Giesecke & Devrient (G&D) ist ein weltweit agierender
Technologiekonzern, der sich auf die Herstellung von
Wertpapieren, Medien für den Zahlungsverkehr, Maschinen zur
Banknoten-Bearbeitung und Chipkarten spezialisiert hat. Seit der
Gründung hat Giesecke und Devrient die Entwicklung in den
Produktbereichen durch technische Innovationen maßgeblich
mitgestaltet. Seit mehr als 25 Jahren stellt G&D Karten für den
Zahlungsverkehr wie z.B. Euroscheck-Karten, Bank- und
Kreditkarten her. 1984 begann bei G&D die Fertigung von
Chipkarten in Großserie. Es wurden spezielle Materialien und
Verfahren zur Sicherung der Qualität und zur Sicherung der auf
der Karte eingetragenen Daten gegen Fälschung und
Verfälschung (z.B. Sicherung von Chips gegen Manipulation)
entwickelt. Wesentliche Schritte wie die Realisierung der
Euroscheck-Karte oder diverser Kartentypen der Deutschen
Telekom vollzog Giesecke & Devrient gemeinsam mit den Kunden.
1993 war G&D bei der Einführung der Krankenversichertenkarte
maßgeblich beteiligt.
Derzeit arbeitet Giesecke & Devrient im Kartenbereich an
verschiedenen innovativen Produkten für den modernen
Zahlungsverkehr, u.a. an Grundsatzuntersuchungen zur Karte mit
Display. Eine Markteinführung wird mit Erreichen der Marktreife
der dafür benötigten flexiblen Displays in ca. 3 Jahren erwartet.
G&D sieht dabei gute Chancen für die OLED-Technologie, wenn
die definierten Anforderungen an die mechanische Flexibilität und
die Stromaufnahme erreicht werden.
123
IBM Deutschland Speichersysteme GmbH, Mainz
Die IBM Deutschland Speichersysteme GmbH, eine Tochtergesellschaft der Holdinggesellschaft IBM Deutschland GmbH und
damit dem internationalen Konzern der IBM Corporation
zugehörig, ist ein bedeutender Wirtschaftsfaktor der Stadt Mainz
und des Rhein-Main-Gebietes. Dieses Werk wurde 1965
gegründet und ist heute die modernste Fertigungsstätte für
Speichertechnologie in Europa. Sie bietet mehreren tausend
hochqualifizierten Mitarbeitern interessante HochtechnologieArbeitsplätze. Das derzeitige Aufgabengebiet umfaßt die
Produktion von kompletten Speicher- und Steuereinheiten, die
Fertigung der magnetischen Dünnfilmplatten sowie die
Wafertechnologie für Schreib- und Leseköpfe.
Innerhalb der IBM Corporation gibt es langjährige Erfahrung in
Forschung
und
Entwicklung,
sowie
Produktion
von
Flachbildschirmen. 1989 wurde in Kooperation mit Toshiba das
Tochterunternehmen Display Technology Inc. (DTI) gegründet.
DTI hat seinen Hauptsitz in Japan und ist heute der weltweit
zweitgrößte Hersteller von AM-LCDs. Auf der diesjährigen CeBit in
Hannover wurde das 'Röntgen-Display' der IBM vorgestellt, ein
extrem hochauflösender AM-LCD-Bildschirm mit einer Auflösung
von 200 dpi (dots per inch), viermal so hoch wie bei CRT-Displays.
Daneben wird in den Forschungslabors der IBM in Rüschlikon /
Zürich sowie in Almaden / Kalifornien an der neuen Technologie
der OLED geforscht. Die dortigen Arbeiten beinhalten die Herstellung von stabilen und effizienten OLEDs, die Entwicklung neuer
Diodenstrukturen und Konzepte für effizientere Bauelemente,
sowie neuartige Anoden- und Kathodenkonfigurationen.
124
Lambda Physik GmbH, Göttingen
Gegründet 1971 als Spin-off des renommierten Göttinger MaxPlanck-Institutes hat sich das Unternehmen mit Standorten in
Deutschland, U.S.A. und Japan zum Markt- und Technologieführer
für UV- und durchstimmbare Pulslaser entwickelt. Lambda Physik
entwickelt, produziert und vertreibt weltweit (in über 45 Länder)
Excimerlaser, frequenzvervielfachte diodengepumpte Festkörperlaser und durchstimmbare Laser für Anwendungen in Wissenschaft, Industrie und Medizin. Als Marktführer für Excimerlaser
bietet das Unternehmen das weltweit größte Angebot mit
speziellen Lösungen für die verschiedenen Einsatzbereiche und
Applikationen an.
Excimer-Laser (248 nm, 193 nm, 157 nm) für die optische
Lithographie bilden einen Schwerpunkt in der Entwicklung und
Herstellung von UV-Lasern, die höchsten Anforderungen der
Halbleiterindustrie genügen. Neben Standard Geräten (LPX,
COMPex) bietet Lambda Physik insbesondere für den harten
Industrieeinsatz optimierte Hochleistungslaser mit Leistungen von
bis zu 200 W (LAMBDA SERIE) an. Dieser Lasertyp wird
insbesondere als Strahlquelle zur Rekristallisation von amorphen
Siliziumschichten bei der Herstellung von TFT-Flachbildschirmen
erfolgreich eingesetzt. Gemeinsam ist es Lambda Physik mit
MicroLas, Göttingen und Japan Steel Works (JSW), Tokyo
gelungen, komplette Rekristallisationsanlagen zu entwickeln und
erfolgreich am Markt zu plazieren.
Als neues System sind Excimer-Laser für 157 nm (LPF, NovaLine
F630) zur hochpräzisen Materialbearbeitung und der OPTexLaser zur Integration in z.B. medizinische Systeme in den Markt
eingeführt worden. Die Produktpalette umfaßt ferner Strahlquellen
für die Spektroskopie und Oberflächenanalytik wie Farbstofflaser
sowie gepulste frequenzvervielfachte diodengepumpte Nd:YAGLaser zur Mikrostrukturierung.
Für Lambda Physik hat Technologieführerschaft und die Verpflichtung zu Produktqualität und Produktzuverlässigkeit einen hohen
Stellenwert. Die Entwicklung und Fertigung erfolgt unter strikter
Berücksichtigung internationaler Industriestandards (ISO 9000).
125
Mannesmann VDO AG, Babenhausen
Mannesmann VDO ist weltweiter Systempartner der Kraftfahrzeughersteller. Zusammen mit Sachs bildet die Gruppe den
Mannesmann-Unternehmensbereich Automotive.
Der Name VDO entstand 1929 durch Fusion der 1921 als OSA
gegründeten OTA Apparate GmbH mit einem Betriebsbereich der
DEUTA (Deutsche Tachometerwerke GmbH). Seit Ende 1991
gehört die VDO-Gruppe zu Mannesmann. Die Marke VDO kennzeichnet weltweit insbesondere Kraftfahrzeug-ErstausrüstungsAktivitäten. Die Gruppe entwickelt und fertigt in enger
Partnerschaft mit den Kraftfahrzeugherstellern in aller Welt
elektronische Informations- und Cockpitsysteme, Steuer-, Regelund Kraftstoffsysteme sowie Car Communication (Navigation,
Telematik, Kommunikation und Audio).
Die globale Tätigkeit des Unternehmens stützt sich auf
Kompetenzzentren für spezifische Produkt- und Fertigungstechnologien: Babenhausen und Villingen-Schwenningen für
Informationssysteme und Cockpitsysteme, Wetzlar für Car
Communication, Schwalbach und Bebra für Steuer- und
Regelsysteme, Karben für Elektronik-Produktion und Heizung,
Klima, Lüftung, Dortmund für Kraftstoffsysteme.
Insgesamt 43 Produktionsstandorte in 19 Ländern sind die Basis
des globalen Verbunds für Engineering, Applikation und
Produktion. Mit diesem Netzwerk bedient die VDO insbesondere
Kraftfahrzeughersteller in aller Welt vor Ort.
In Jahr 1998 erzielte VDO einen Welt-Umsatz von 3338 Mio. Euro.
In Forschung und Entwicklung investierte die Gruppe 292 Mio.
Euro. VDO beschäftigt annähernd 25.000 Mitarbeiterinnen und
Mitarbeiter.
Für Informationssysteme haben Displays einen ganz besonderen
Stellenwert. VDO setzt zur Darstellung von Informationen im
primären und sekundären Sichtbereich des Kraftfahrzeugs (z.B.
Verkehrs- und Telematikinformationen) verschiedene LCD-Typen
in Passiv- und Aktivmatrixtechnologie sowie Vakuumfluoreszenzdisplays (VFD) ein. Dabei gewinnt die Grafikfähigkeit der Displays
zunehmend an Bedeutung.
126
Merck KGaA, Darmstadt
Die Merck-Gruppe betreibt in den drei Unternehmensbereichen
Pharma, Labor und Spezialchemie ein international ausgerichtetes
Geschäft. In 48 Ländern sind 171 Gesellschaften für Merck tätig.
An 63 Standorten in 25 Ländern stellen wir unsere Produkte her.
Im Jahre 1998 verzeichnete Merck mit etwa 29.000 Mitarbeitern
weltweit einen Umsatz von 8,115 Milliarden DM, davon ca. 58 %
im Bereich Pharma, 23 % im Bereich Labor und 19 % in der
Spezialchemie.
Das Flüssigkristallgeschäft ist Teil der Spezialchemie und wird von
einer eigenständigen weltweit tätigen Sparte geführt. Dabei liegt
unser Marktanteil bei Flüssigkristallen gegenwärtig bei deutlich
über 50 %. Wir bieten Flüssigkristallmischungen für alle wichtigen
Displaytechnologien an und bemühen uns durch ständige
Innovation unserer Produkte, auch neueste Entwicklungen auf
dem Gebiet der LCD-Technologie abzudecken. Eine weitere noch
junge, aber im Markt sehr erfolgreiche Produktlinie der Sparte
Flüssigkristalle sind transparent-leitfähig beschichtete Substratgläser (ITO-Glas) für TN- und STN-Displays, die bei Merck Display
Technologies, Ltd. in Taiwan gefertigt werden.
Die Leitung der Sparte Flüssigkristalle, die Zentrale Forschung &
Entwicklung, die Produktion der Einzelsubstanzen und
Mischungen sowie das Zentrale Marketing sind in Darmstadt
angesiedelt. Darüber hinaus verfügt die Sparte über Labor- und
teilweise auch Produktionseinrichtungen für Mischungen in Japan,
Korea und Taiwan und hat technische Experten in allen Ländern
mit bedeutender LCD-Produktion stationiert. Eine Forschungseinheit bei Merck R&D, UK in Southampton, England, entwickelt
dabei, ebenfalls im Rahmen unserer Sparte Flüssigkristalle,
innovative Produkte wie Polarisatoren und optische Filme für
LCDs.
127
Optrex Europe GmbH, Babenhausen
Gegründet wurde die Optrex Europe GmbH (OEG) 1991 als
Zusammenschluß des europäischen Vertriebs der Optrex
Corporation Japan und der LCD-Abteilung der Mannesmann VDO
AG. Die Optrex Corporation hält 75 % der Eigentumsanteile. Die
Optrex Europe GmbH erwirtschaftete 1991 18 Mio. Euro, 1998
konnte der Umsatz auf über 110 Mio. Euro gesteigert werden. Der
Umsatz der Optrex Gruppe betrug 1998 umgerechnet ca.
650 Mio. Euro.
Die Optrex Europe GmbH betreibt Vertrieb, Entwicklung und
Produktion von LCDs in Europa. Die Entwicklung der Produkte
(LCDs, LCD-Module) erfolgt in Babenhausen bei Frankfurt, ebenso
die Produktion der LCD-Zellen. Das Assembly findet in der
Tschechischen Republik statt. Etwa 90 % der in Europa
entwickelten Produkte werden für Automobilanwendungen
produziert. Optrex Europe hält in diesem Marktsegment weltweit
einen Anteil von ca. 50 %. Alle in Babenhausen produzierten
Displays sind kundenspezifisch erstellt, teilweise auf Basis speziell
entwickelter LCD-Technologien. In Babenhausen sind ca. 200, in
Tschechien ca. 500 Mitarbeiter beschäftigt. Aufgrund des starken
Wachstums wird im 3. Quartal 1999 eine weitere Produktionsanlage in Deutschland in Betrieb genommen. Die Kapazität steigt
dann von 2,5 Mio. auf 4,5 Mio. Displayeinheiten pro Monat.
Ein weiteres Geschäftsfeld umfaßt den Handel mit LCD-Produkten
aus den Fernost-Produktionsstätten der Optrex Corp., hauptsächlich im Bereich der Telekommunikationsanwendungen. Das
gesamte Produktportfolio reicht von alphanumerischen über
graphikfähige Monochrom- bis zu Farbmodulen.
128
Schott Displayglas GmbH, Mainz
Die Schott Displayglas GmbH hat die Entwicklung und die
Herstellung von Spezialglassubstraten und -Komponenten für die
Flachdisplayindustrie als Unternehmensziel. Sie ist eine neugegründete Tochtergesellschaft von SCHOTT Glas, dem größten
europäischen Spezialglashersteller mit mehr als 3 Mrd. DM
Umsatz und mehr als 17.000 Mitarbeitern weltweit.
Die Schott Displayglas GmbH wurde gegründet, um die Wichtigkeit
der Flachdisplay-Aktivitäten innerhalb der Schott-Gruppe
herauszustellen und um mit einer flexiblen und schlagkräftigen
Entscheidungsstruktur auf die Erfordernisse des sich schnell
verändernden Flachdisplaymarktes vorbereitet zu sein.
Sie existiert seit 1. Juni 1999 und vereinigt alle FlachdisplayAktivitäten, die zuvor in der Schott-Gruppe am Standort
Grünenplan durchgeführt wurden, mit neuen Entwicklungszentren
für innovative Displaykomponenten in Mainz.
Schott Displayglas GmbH ist weltweit der einzige Hersteller der
sogenannten Microsheets, 50 µm dünnen, aber 0,6 m² großen
Glasscheiben, ohne die neue 42“-große Informationsdisplays nach
der PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal)-Technologie nicht
funktionstüchtig wären. Daneben ist Schott Displayglas der
weltweit führende Lieferant von Dünngläsern für Displays, die in
Mobiltelephonen (sogenannte Handys) eingesetzt werden, und
unternimmt enorme Entwicklungsanstrengungen für die Märkte der
Feldemissionsdisplays (FED), der Dünnfilmtransistor- (TFT-) LCD
und der Plasmadisplays (PDP).
Neben einer in der Entwicklung und Herstellung von Spezialglas
erfahrenen Mannschaft von Ingenieuren, Technikern und
Managern hat Schott weitreichendes Know-how bzgl. allgemeiner
Glaseigenschaften und hochqualifizierte Wissenschaftler, die das
Verständnis der Glasherstellungsprozesse und der dadurch
beeinflußten Produkteigenschaften ständig weiter entwickeln.
129
Siemens AG, München
Mit rund 420.000 Mitarbeitern und rund 120 Milliarden DM Umsatz
im Geschäftsjahr 1997/98 ist Siemens die Nummer drei in der
Liste der weltweit umsatzstärksten Elektrounternehmen.
Der Konzern ist tätig in den folgenden technischen
Arbeitsgebieten:
Energie,
Industrie,
Information
und
Kommunikation, Verkehr, Medizin, Bauelemente und Licht. In
nahezu allen Arbeitsgebieten setzt Siemens Displays für seine
Systeme und Produkte ein und ist damit einer der großen
Systemintegratoren – von Chipkarten über Telefone, tragbare
Computer bis zum PC-Monitor, von der Industriesteuerung,
Gebäudetechnik über Automobil und Bahn bis zur Medizintechnik
und zur großflächigen Leitwarte reichen die Einsatzgebiete.
Eine eigene Display-Komponentenfertigung besteht für den
Bereich der Spezialmonitore für die Medizintechnik. Für
Sonderanwendungen in der Industrie (extreme Beleuchtungs-,
Temperatur-, und Erschütterungsanforderungen) wird der
industrietaugliche Siemens-Flachbildschirm, I-SFT, produziert.
Leuchtdioden zur Informationsdarstellung werden in einer Nr.2Position für den Weltmarkt hergestellt. Im Bereich der OLEDs gibt
es Forschungs- und Vorentwicklungsaktivitäten bei Osram und in
der Zentralabteilung Technik der Siemens AG.
130
Wammes & Partner GmbH, Bechtheim
Die Wammes & Partner GmbH wurde 1993 gegründet.
W & P GmbH beschäftigt sich hauptsächlich mit der Entwicklung
spezieller Flachbildschirme für den industriellen Einsatz. Das
Betätigungsfeld erstreckt sich hierbei sowohl auf die
Weiterentwicklung bestehender Technologien wie auch auf die
Entwicklung neuer Technologien. Das zweite Arbeitsfeld befaßt
sich mit "power conversion", d.h. maßgeblich mit der Realisierung
einer effizienten Versorgung der elektronischen Baugruppen in
und um industriell eingesetzte Flachbildschirme. Diese
technologischen Ansätze werden dann im allgemeinen bis zu
einem realen Funktionsmuster betrieben. Produktion und Vertrieb
von Serienprodukten findet bei W & P üblicherweise nicht statt.
Diese Aktivitäten werden zum einen als Aufträge Dritter z.B.
Siemens, Osram, PFC, IBM etc. oder als Eigenentwicklungen
durchgeführt.
Mittlerweile bestehen strategische Allianzen z.B. mit der
Siemens AG (I–SFT, industrietaugliches LCD) und Beteiligungen
(z.B. Hikaritec, ein Joint Venture zwischen W & P und Denyo).
131
Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM),
Berlin
Das IZM der FhG wurde 1993 gegründet. Seine Tätigkeitsfelder
sind Forschung und Entwicklung von Methoden, Prozessen und
Technologien in der Aufbau- und Verbindungstechnik. Ein breites
Angebot an Dienstleistungen unterstützt den schnellen Transfer
der aktuellsten Forschungsergebnisse in die Industrie. Ein
wichtiges Ziel des Institutes besteht darin, Firmen bei der breiten
Anwendung von Mikrosystemtechnologien zu unterstützen. Das
betrifft sowohl die Automobilindustrie als auch den Maschinenbau
und die verschiedensten Bereiche der Telekommunikation.
Beginnend mit Forschergruppen aus dem Zentrum für Mikroperipherik an der TU Berlin, der Humboldt-Universität Berlin und
des früheren Instituts für Mechanik Chemnitz der Akademie der
Wissenschaften arbeiten heute im IZM ca. 200 Mitarbeiter.
Zentrale Aktivitäten sind in den Bereichen Entwurf von
Mikrosystemen, Technologie und Qualitätssicherung angesiedelt.
Die thermisch-mechanische Zuverlässigkeit und die optimale
Materialauswahl für Mikrokomponenten wurden zu einem weiteren
wichtigen Aufgabengebiet. Hier werden Berechnungsverfahren mit
moderner Meßtechnik und dem selbstentwickelten MicroDAC
Verfahren zur Verformungsmessung im Mikrobereich kombiniert.
Dies ermöglicht auch eine umfassende Materialcharakterisierung,
die zur Beurteilung von Zuverlässigkeitsfragen unerläßlich ist.
International anerkannte Arbeiten wurden insbesondere zur
Zuverlässigkeit von Lötverbindungen, zu Fragen der Häusungstechnik von ICs, zur thermomechanischen Optimierung von
Chipaufbauten wie Ball-Grid-Arrays und Chip-Size-Packages und
auf dem Gebiet der Chip-on-Glass Technologie vorgelegt.
132
Institut für Hochfrequenztechnik (IHF), Technische Universität
Braunschweig
Das IHF ist seit ca. acht Jahren im Bereich organischer Halbleiter
tätig. Im Rahmen dieser Forschungsaktivitäten wurde ein
Mehrkammer-UHV-System zur Herstellung organischer Bauelemente aus Aufdampfschichten kleiner Moleküle entwickelt, in
dem zwei Kammern zur Deposition organischer Materialien (mit 12
Effusionszellen, RHEED, Massenspektrometer), Metallisierungs-,
Sputter- und Ausheizkammer durch eine Vakuumtransfersystem
miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist die Herstellung
von OLEDs in einem geschlossenen Vakuumprozeß möglich.
Am IHF wurden an Einzel-OLEDs hervorragende Leistungsdaten
und Lebensdauern (>5000 h @ 100 cd/m²) nachgewiesen. Es
wurden Bauelemente in den für ein Vollfarbdisplay notwendigen
Farben vorgestellt. Für die Herstellung von OLED-Matrix-Displays
wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem die vollständige
Strukturierung vor der Deposition der organischen Schichten und
Kontakte erfolgen kann. Die Realisierbarkeit wurde an 5x7-MatrixDisplays mit 300x300 µm² Pixelgröße nachgewiesen. Ein Display
mit 5000 Pixeln befindet sich im Aufbau. Die umfangreiche
analytische Meßtechnik, die in der OLED-Forschung notwendig ist,
wie AFM, UPS, TSC, PL, Kurzzeitspektroskopie, zahlreiche
optische Meßverfahren sowie Röntgendiffraktometrie, steht am
IHF zur Verfügung.
133
Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH, Mainz
Die Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH (IMM), eine
gemeinnützige Institution in alleiniger Trägerschaft des Landes
Rheinland-Pfalz, hat sich seit ihrer Gründung 1991 zu einer
weltweit führenden Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf
dem Gebiet der Mikrotechnik mit ca. 280 Mitarbeitern entwickelt.
Die Arbeitsgebiete umfassen insbesondere Forschung und
Entwicklung auf den Gebieten Mikrooptik, Dünnschichttechnik,
Röntgenlithographie,
Mikrogalvanik
und
Mikroabformung,
Lasermaterialbearbeitung,
Spritzguß,
Resistchemie
und
Mikroreaktionstechnik. In enger Kooperation mit Industriepartnern
und anderen Forschungseinrichtungen entwickelt IMM marktfähige
Produkte und Verfahren für die Bereiche Informations- und
Kommunikationstechnik, Automobil- und Verfahrenstechnik sowie
Medizin- und Biotechnik.
Bekannte IMM-Entwicklungen sind z.B. Mikromotoren, Mikroreaktoren und Mikropumpen, optische Glasfasersteckverbinder
und –spleiße sowie miniaturisierte Linsen und optische Schalter.
Weitere bilaterale Industrieprojekte befassen sich mit der
Entwicklung von Fertigungstechniken für Dünnstgläser, der
Feinstrukturierung von Glasplatten für den Einsatz in
Flachbildschirmen sowie mit der Entwicklung von Sensorköpfen für
die Oberflächenkontrolle und Schichtdickenmessung.
Bei all diesen Aktivitäten verfolgt IMM einen industrienahen
Ansatz: Das Produkt, sein Herstellungsverfahren, seine
fertigungsgerechte Montage und die für seine Herstellung
maßgeblichen Materialien werden parallel entwickelt, um es
reibungslos auf dem Markt plazieren zu können. Durch Know-howTransfer in die Industrie in Kombination mit technologieorientierten
Unternehmens-Ausgründungen stärkt das IMM Deutschland als
Wirtschafts- und Technologiestandort und sichert bzw. schafft
langfristig Arbeitsplätze.
134
Labor für Bildschirmtechnik (LfB), Universität Stuttgart
Das LfB wurde 1987 vom BMFT und dem Land BadenWürttemberg gegründet mit dem Ziel, die deutsche Industrie auf
allen Gebieten flacher Flüssigkristall-Bildschirme durch Beiträge
zur Grundlagenforschung, der Entwicklung und Optimierung von
Anwendungen
sowie
der
Erarbeitung
kostensparender
Herstellungsverfahren zu unterstützen. Das LfB hat insbesondere
den Auftrag, die Fertigungsnähe und –reife der erarbeiteten
Verfahren durch den Bau voll funktionsfähiger Prototypen mit den
verschiedensten elektro-optischen Effekten nachzuweisen. Dazu
gehören
1. Aktiv adressierte 18“-Farbdisplays (AMLCDs) mit SXGAAuflösung und Ansteuerung durch a-Si-TFTs
2. LCDs für optische Signalverarbeitung (SLMs, Sensorarrays)
3. Transmissive oder reflektive AMLCDs für Projektoren (mit
integrierten Treibern in poly-Si)
4. Bistabile reflektive Foliendisplays für Smart Cards und PDAs
5. PDLCDs (polymer dispersed LCDs) bis 16“ (SXGA) für
Direktsicht und Projektion
6. Aktiv adressierte Farbdisplays auf Folien
7. Reflektive guest-host-Zellen mit hoher Apertur und Helligkeit
8. Optische Matrix-Sensoren
Als Einrichtungen stehen in Reinräumen bis Klasse 10 folgende
Anlagen für den Bau von AMLCDs auf 16“ x 16“ Substraten zur
Verfügung:
Reinigungsanlagen, Photolackbeschichtungs- und Entwicklungsgeräte, ferner Stepper, Laser und Kontaktbelichter sowie
Ätzanlagen (naß- und trockenchemisch). Zur Beschichtung sind
Sputteranlagen, CVD, PECVD und Ionenimplanter vorhanden.
Zudem existiert ein Laser für die Kristallisation von poly-Silizium.
Justier-, Füll- und Trennanlagen, COG-Bonder, Druckgeräte für
Flexo- und Siebdruck sind für den Zellenbau verfügbar. Für
Layouts und Simulatoren stehen mehrere vernetzte Workstations
zur Verfügung.
135
Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz
Das Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz ist ein
weltweit führendes Institut für Synthetische und Physikalische
Chemie bzw. Physik der Polymere. Langjährige Erfahrungen
bestehen bei der Synthese und Charakterisierung von organischen
Funktionsmaterialien, speziell auch bei der Herstellung von
organischen Halbleitern. Seit einigen Jahren ist das Institut in
Projekte zu molekularen und polymeren Emittermaterialien
(Elektrolumineszenzmaterialien) für lichtemittierende Dioden
(LEDs) und Festkörperlaser eingebunden, sowohl im Rahmen von
Europa- als auch von nationalen Projektkonsortien. Dabei konnten
international stark beachtete Beiträge zur Entwicklung effizienter
blau emittierender Materialien erbracht werden, die u.a. in 6
Patente und ca. 120 wissenschaftliche Publikationen einflossen.
Aktuelle Projekte beschäftigen sich mit der Farbabstimmung von
LEDs, z.B. durch Dotieren mit geeigneten molekularen und
polymeren Chromophoren, mit der Effizienz- und Lebensdauersteigerung durch zusätzliche Ladungsträgertransportschichten und
mit einer polarisierten Photo- und Elektrolumineszenz („polarisierte
LEDs“)
auf
der
Basis
thermotrop
flüssigkristalliner
Emitterpolymere.
Beteiligte Arbeitsgruppen:
Prof. Dr. Klaus Müllen und PD Dr. Ullrich Scherf (Synthese und
Strukturcharkterisierung), Prof. Dr. Wolfgang Knoll (Polarisierte
Elektrolumineszenz, Orientierungsschichten), Prof. Dr. Gerhard
Wegner und Prof. Dr. Dieter Neher (Bauelementherstellung und
-charakterisierung)
136
Abkürzungsverzeichnis
AFM
AM
CCFL
CMOS
CNC
COG
CRT
CSTN
CT
CVD
DMD
DSTN
ECB
ELD
FED
FFS
FLC
FSTN
HMD
IPS
ITO
LCD
LCOS
LED
MIM
MLA
NMR
NPV
NTSC
OLED
PALCD
PDA
PDLC
PDP
PECVD
PL
POI
POS
RHEED
ROI
SLM
SOI
STN
TFT
TN
TSC
UHV
UPS
VA
VFD
Atomic Force Microscope
Active Matrix
Cold Cathode Fluorescent Lamp
Complementary Metal Oxide Semiconductor
Computerized Numerical Control
Chip-on-Glass
Cathode Ray Tube
Color Super Twisted Nematic
Computer Tomography
Chemical Vapor Deposition
Digital Micromirror Device
Double Super Twisted Nematic
Electrically Controlled Birefringence
Electroluminescent Display
Field Emission Display
Fringe-Field Switching
Ferroelectric Liquid Crystal
Film Super Twisted Nematic
Head-Mounted Device
In-Plane Switching
Indium Tin Oxide
Liquid Crystal Display
Liquid Crystal on Silicon
Light Emitting Diode
Metal-Insulator-Metal
Multi-Line Addressing
Nuclear Magnetic Resonance
Net Present Value
National Television System Committee
Organic Light Emitting Diode
Plasma-Addressed Liquid Crystal Display
Personal Digital Assistant
Polymer-Dispersed Liquid Crystal
Plasma Display Panel
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
Photoluminescence Spectroscopy
Point of Information
Point of Sales
Reflective High Energy Electron Diffraction
Return on Investment
Spatial Light Modulation
Silicon-on-Insulator
Super Twisted Nematic
Thin-Film Transistor
Twisted Nematic
Temperature Stimulated Current
Ultra High Vacuum
Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy
Vertical Alignment
Vacuum Fluorescent Display
137
Auflösungsstandards
QVGA
VGA
SVGA
XGA
SXGA
UXGA
138
240 × 320
480 × 640
600 × 800
768 × 1024
1024 × 1280
1280 × 1600