Da faltbare Displays immer dünner werden, kann Glas nicht allein auf die Dünnheit hin optimiert werden
Ultradünnes Glas (UTG) ist zu einem wichtigen Substrat für faltbare Displays geworden. Nachdem es auf eine extrem geringe Dicke reduziert wurde, lässt sich Glas biegen und behält dabei gute Transparenz, Oberflächenebenheit und haptische Qualität.
Je dünner das Glas jedoch wird, desto empfindlicher ist es gegenüber Kratzern, punktuellen Druck- und Stoßschäden. Stürze, wiederholtes Falten und Druck durch Fremdpartikel können dazu führen, dass sich mikroskopische Defekte allmählich ausdehnen und sich schließlich zu Rissen entwickeln.
Ultradünnes Glas benötigt daher in der Regel eine zusätzliche Schutzschicht. Herkömmliche Polyethylenterephthalat- oder PET-Folien sind ausgereift und relativ einfach zu verarbeiten. Bei häufigem Falten können jedoch Probleme wie Faltenbildung, Delaminierung und eine abnehmende optische Langzeitstabilität auftreten. Schutzmaterialien der nächsten-Generation müssen mehr leisten, als nur die Glasoberfläche abzudecken. Sie müssen außerdem für Verstärkung, Dämpfung und Schadensbegrenzung sorgen.
Hier könnten Polyurethan-Beschichtungen neue Möglichkeiten bieten.
Eine aktuelle Studie veröffentlicht inFortschritte bei organischen Beschichtungenführte eine trifunktionelle polyetheramin-basierte Polyurethanacrylat- oder PEUA-UV-härtbare Beschichtung ein, die für die direkte Anwendung auf ultradünnem Glas konzipiert ist.
Bei Tests überstand PEUA-beschichtetes ultra-Glas 200.000 Faltzyklen nach innen-bei einem Biegeradius von 3 mm ohne sichtbare Faltenbildung oder Ablösung der Beschichtung. Unter dem stärkeren Biegeradius von 1,5 mm kam es zu Weißbruch der Beschichtung, die Transparenz konnte jedoch durch eine kurze thermische Behandlung wiederhergestellt werden.
Wie können ein hoher Modul und eine hohe Zähigkeit gleichzeitig erreicht werden?
Schutzmaterialien für faltbare Displays stehen vor einem grundsätzlichen Widerspruch. Wenn ein Material zu steif ist, kann es beim Falten reißen. Wenn es zu weich ist, kann es sein, dass es das Glas nicht ausreichend stützt und anfällig für Einkerbungen und bleibende Faltenbildung wird.
Das in der Studie entwickelte PEUA-Harz wurde hauptsächlich aus Hydroxyethylacrylat, Isophorondiisocyanat und Polyetheramin synthetisiert und anschließend durch UV-Härtung gehärtet, um ein vernetztes Netzwerk zu bilden.
Die aus IPDI geformten starren Segmente bieten strukturelle Unterstützung und tragen zur Verbesserung des Moduls und der Verformungsbeständigkeit bei. Die flexiblen Polyetheraminketten absorbieren und leiten die beim Biegen und Aufprall entstehende Energie ab und reduzieren so die lokale Spannungskonzentration. Zusammen sorgen diese Komponenten für ein Gleichgewicht zwischen Steifigkeit und Zähigkeit.
Die Beschichtung behielt eine optische Durchlässigkeit von mehr als 92 % bei einer Wellenlänge von 550 nm bei, erreichte einen Speichermodul von etwa 2,18 GPa und verzeichnete eine Glasübergangstemperatur von etwa 140 Grad. Eine ca. 40 μm dicke Beschichtungsschicht erhöhte die Bruchhöhe des ultradünnen Glases beim Fallenlassen des Stifts um 16 cm.
Besonders hervorzuheben ist die Änderung des Fehlermodus. Wenn ungeschütztes ultradünnes Glas Stößen ausgesetzt wird, können radiale Risse entstehen, die sich schnell über die Oberfläche ausbreiten. Nach dem Auftragen der PEUA-Beschichtung war es wahrscheinlicher, dass der Schaden in Form einer lokalisierten Vertiefung ohne fortgesetzte Rissausbreitung zurückblieb.
Die Beschichtung bewirkt also mehr als nur eine zusätzliche Schichtdicke. Es verändert die Art und Weise, wie Aufprallenergie auf das darunter liegende Glas übertragen wird.
Abbildung 2. Schematische Darstellung, wie eine Polyurethan-Acrylat-Beschichtung die Biegespannung über eine ultradünne Glasstruktur verteilen kann. AI-generiertes Bild; Schichtdicken sind nicht maßstabsgetreu.