Как сделать гибкий экран

Эволюция гибких дисплеев

Мечта о гибких экранах существует уже много десятилетий. Технически, первые экраны, на которые проецировали кинофильмы, изначально были гибкими, их до сих пор делают из ткани. И да, формально у нас уже есть дисплеи, которым можно придать любую форму. Но разрешение у них крайне посредственное, в качестве пикселей используются светодиоды, расположенные на гибкой печатной плате.

Краткий исторический экскурс

С развитием микроэлектроники ученые смогли использовать эффект необычных жидкостей, открытых в конце 19 века — «жидких кристаллов». В 1970-х годах изобрели технологию, которая позволила получать жидкие кристаллы в промышленных масштабах, и началась эра жидкокристаллических экранов. Простейшие сегментные дисплеи получили повсеместное распространение, дав жизнь часам и другим приборам с ЖК-экранами. Первоначально жидкие кристаллы в таких экранах располагались в миниатюрных полостях в пакетах из стеклянных пластин. Позже вместо стекла стали использовать пластик, и снова начали оживать мечты о гибких дисплеях.

Всё упиралось в технологию изготовления подложки для размещения ЖК и управляющей электроники. Делать гибкие сегментные индикаторы вроде тех, что использовались в часах, было не очень интересно, хотелось высокого разрешения и цвета. Эту возможность дала технология TFT — тонкопленочные транзисторы. Затворы из жидких кристаллов в сочетании с управляющей логикой на TFT позволяли получать очень тонкие экраны, особенно по сравнению с катодно-лучевыми трубками.

Проблемы гибких экранов, технология E-Ink

К сожалению, технологии того времени не позволяли избавиться от стекла в конструкции ЖК-дисплеев, и этот неприятный факт надолго отодвинул мечты о гибких экранах.

Но наука не стоит на месте. в поисках новых способов формирования изображений на дисплеях была изобретена технология «электронных чернил». Сама идея была предложена примерно тогда, когда стали массово выпускаться дисплеи на жидких кристаллах — в 1970-х. Но дальше лабораторных образцов дело долго не шло. Суть E-Ink очень проста: в толще силиконового листа, в наполненных маслом полостях, располагаются пластиковые сферы, состоящие из двух частей: отрицательно заряженной — черной, и положительно заряженной — белой. На листе силикона располагаются прозрачные электроды, которые разбиты на пиксели, и их включение вызывает поворот сфер чёрной или белой стороной, в зависимости от полярности на электродах.

К сожалению, при уровне технологий того времени было невозможно реализовать качественный E-Ink-дисплей, и технология была «отложена» на пару десятилетий. В 1990-х годах была придумана другая технология на схожем принципе. Капсулы с маслом остались, но в них уже не крутились разноцветные сферы, а плавали мельчайшие заряженные частицы, окрашенные в черный и белый. Когда на электроды подается напряжение, эти частицы переплывают в соответствии со своим зарядом, и лицевая сторона пикселя становится черной или белой.

И всё же до промышленного производства «электронных чернил» оставалось еще больше 10 лет. В 2005-м компания E-Ink стала массово выпускать дисплеи для электронных читалок. У этой технологии есть много недостатков, но два преимущества являются решающими: чрезвычайно малое потребление энергии и отсутствие сложных элементов в управлении. Первые E-Ink-дисплеи изготавливались на стеклянных подложках и были довольно хрупкими, но постепенно от стекла стали отказываться в пользу пластика, что позволило сначала делать всё более прочные дисплеи, а затем, наконец, воплотить в жизнь мечту — создать гибкий дисплей с довольно приличным разрешением.

Такие экраны еще не во всём подобны бумаге или ткани, их нельзя смять, радиус кривизны всё ещё довольно большой, они довольно уязвимы к механическим повреждениям, но действительно гнутся и не переламываются от этого.

В середине XX века были открыты органические вещества, которые демонстрировали электролюминесценцию, но до практического внедрения потребовалось несколько десятилетий исследований. В XXI веке начали появляться первые OLED-дисплеи, изготавливаемые в промышленных масштабах. Поначалу это были одноцветные дисплеи портативных устройств, но в 2008 году Nokia представила первые телефоны с полноцветными OLED-дисплеями.

В отличие от жидкокристаллических экранов, в OLED гораздо проще обойтись без хрупких элементов, органические элементы расположены в слоях пластика, который гнется значительно лучше стекла. Cначала для прочности в OLED-дисплеях использовали стекло, но его успешно заменили гибкой пластиковой или металлической основой.

Современные концепты

Одним из самых первых концептов смартфона с гибким дисплеем был PaperPhone компании Human Media Lab, представленный в 2011 году. Как очевидно из названия, дисплей был на электронных чернилах. В этом устройстве впервые использовался уникальный способ взаимодействия с помощью изгиба. Несколько датчиков отслеживали кривизну дисплея и, в зависимости от жестов, выполнялись различные действия.

Читайте также:  Как сделать microsoft world

Позже нам показали планшет с гибким E-Ink-дисплеем и совершенно необычный смартфон MorePhone, который изгибом корпуса сигнализировал об уведомлениях от программ.

Смартфон Kinetic фирмы Nokia на выставке Nokia World 2011, он тоже управлялся изгибами корпуса:

Концепт смартфона Samsung — YOUM представленный в 2013 году:

В 2014 году Samsung представила еще один гибкий OLED-экран:

В 2015 году LG выпустила смартфон со слегка изогнутым дисплеем, который можно было «немного распрямить»:

В 2017 году Sony продемонстрировала любопытные часы, сделанные из сплошного E-Ink-дисплея:

Циферблат и браслет — одно целое, можно менять их внешний вид по-отдельности.

Недавно фирма Kyulux представила гибкие дисплеи, изготовленные по технологии PMOLED:

Дисплеи одноцветные, флюоресцентные, с диагональю 1,74 дюйма и разрешением 256×64 точек, будут продаваться в конце этого года. В этом году фирма Tianma продемонстрировала гибкий AMOLED-дисплей с шарниром:

Диагональ 5,99 дюйма и разрешение 1440×2280 точек. Дисплеи будут продаваться компаниям ASUS и Lenovo для их новых смартфонов.

Также хочется упомянуть про две интересные технологии, пусть и не предполагающие использование гибких дисплеев. Первая — это проецирование изображения на экран произвольной кривизны. В программу вводят параметры поверхности, на которую будет светить проектор, и картинка искажается таким образом, что получившееся на поверхности изображение кажется плоским и ровным:

Второй вариант — проецирование изображение прямо на руку. Датчики видеозахвата изображения отслеживают движения пальцев и прикосновения к определенному участку кожи, превращая человеческое тело в сенсорный экран:

Послесловие

Сейчас всё больше компаний анонсируют серийный выпуск смартфонов и других устройств в гибкими дисплеями, от колец и браслетов до телефонов-раскладушек. Samsung и Apple пачками патентуют использование гибких дисплеев, показывая рендеры один оригинальнее другого. Но сценарии их использования, на текущем уровне технического развития, мне кажется, выглядят нелепо и надуманно. Даже более простые решения, когда дисплей не гнется в процессе пользования гаджетом, но изогнут изначально, имеют весьма сомнительную практичность, дизайн ради дизайна. Более-менее успешно это удалось внедрить и обосновать в изогнутых телевизорах больших диагоналей, но загнутые края дисплеев смартфона выглядят чисто дизайнерским решением, ради красивого вида на витрине и ярких рендеров. Пока дисплеи не настолько пластичны и надежны, чтобы можно было внедрять в них шарнирные соединения с небольшим радиусом и ресурсом во много тысяч сгибаний. В итоге, в качестве основного преимущества гибких дисплеев сегодня называют их прочность, потому что эластичность позволяет выдерживать более сильные механические воздействия:

Источник

Как все начиналось: гибкие и складные дисплеи — история появления и выход «в люди»

Samsung представила складной смартфон Galaxy Fold, а Huawei тут же ответила ей гибкой моделью Mate X. Похожие устройства разрабатывают и другие компании, причем не только смартфоны — Lenovo анонсировала скорое появление ноутбука со складным дисплеем. Складывающиеся экраны — одна из разновидностей гибких дисплеев, правда, гибкое там не всё, а лишь одна область. Пока такие матрицы — это еще редкость, поэтому вопросов о них больше, чем ответов, но попробуем разложить все по полочкам.

От мечты к реальным прототипам

Первыми были фантасты. В книгах и кинофильмах главные герои использовали самые необычные устройства, среди которых встречались гаджеты с гибкими и складными экранами всех цветов и размеров.

1974 — первая реальная попытка

Практическую реализацию идеи предложила компания Xerox, а вернее, одно из ее подразделений — PARC. Разработчики создали гибкую электронную бумагу Gyricon. Она появилась в 1974 году, технология стала началом эволюционного пути гибких дисплеев. «Бумага» состояла из полиэтиленовых сфер от 20 до 100 мкм в диаметре. Каждая сфера составлялась из отрицательно заряженной чёрной и положительно заряженной белой половины. Все сферы помещались в прозрачный силиконовый лист, который заполнялся маслом, чтобы сферы свободно вращались. Полярность подаваемого напряжения на каждую пару электродов определяла, какой стороной повернется сфера, давая, таким образом, белый или чёрный цвет точки на дисплее. Gyricon был гибким, стирать и перезаписывать изображение на чувствительном слое можно было тысячи раз.

1989 — Gyricon как вариант гибкого дисплея


Электронная бумага Gyricon, версия 1989 года. Источник: Сomputerworld

Николас Шеридан, работая в Xerox Palo Alto Research Center (PARC), искал возможность избавить офисы от бумаги, предоставив альтернативу — электронную бумагу, которая выдерживала тысячи циклов использования. Gyricon, по его мнению, был отличным кандидатом на эту роль. В 1989 году у него появилась и новая идея — разрабатывать гибкие дисплеи на основе своего изобретения.

Читайте также:  Дерево рода как сделать

90-е годы XX века — Xerox пробует продвинуть на рынке свои гибкие дисплеи

В 90-х годах прошлого века технологию запатентовали и стали работать над проектом более активно. Правда, использовать такие дисплеи для коммерческих целей впервые попробовали лишь в 2003 году. Компания Xerox надеялась, что вскоре можно будет наладить массовые поставки гибких дисплеев на основе Gyricon на рынок, тем более, что как раз в это время стали массово появляться мобильные телефоны, для которых гибкий дисплей был отличным вариантом — ведь гибкий материал не разобьётся, это не стекло. К сожалению, себестоимость дисплеев от Xerox оказалась слишком высокой для того, чтобы она заинтересовала вендоров электронных устройств. Проект решили закрыть в 2005 году, но компания Xerox до сих пор является держателем патента.

2005 — новая разработка от HP

В 2005 году другая команда исследователей, на этот раз из компании HP, начала работать над созданием гибкого цветного дисплея. Но и этот проект пришлось закрыть, поскольку разработчики не успели подготовить рабочий демонстрационный прототип к запланированному сроку. У HP осталась технология, с которой компания пыталась работать. Но в 2010 направление окончательно закрыли, поскольку оказалось, что тонкие и легкие стеклянные экраны выгоднее более массивных гибких экранов.

2010 — цветной гибкий дисплей от Samsung

В 2010 году Samsung показала отличный цветной гибкий дисплей, который отображал все цвета яркими и сочными. Размер экрана составлял 4,5 дюйма, а его разрешение было 800 х 480 точек. После той демонстрации стало понятно, что в течение нескольких лет гибкие дисплеи выйдут на рынок.

Следом появился гибкий E-ink дисплей, разработанный в компании Human Media Lab. Он был не просто гибким — датчики, расположенные в экране, отслеживали степень изгиба поверхности, вырабатывая электрический сигнал в качестве обратной связи.

Это дало возможность разработать экраны, выполнявшие определенные действия в ответ на приложенное пользователем усилие. Например, изогнув правый уголок, можно было вернуться на предыдущую страницу, левый — запустить приложение.

Был представлен даже гибкий телефон с E-ink экраном, который изгибался в ответ на входящий звонок или сообщение. Таким образом, человек сразу мог понять, что с ним кто-то хочет связаться.

К сожалению, обе технологии были очень сырыми. Это была просто демонстрация возможностей инженеров, поэтому в продакшн все это не пошло, оставшись на уровне концепции. Разработать реальное устройство, которое могло бы стать популярным на том уровне развития гибких дисплеев, было все еще невозможно.

2013-2017 — появление современных перспективных проектов

Аналогичным концептом был и гибкий телефон Nokia, представленный в 2011 году. Затем создала собственный концепт и корпорация Samsung, показав прототип в 2013 году.

Именно эта южнокорейская компания стала активно развивать и продвигать идею гибких экранов для смартфонов. Не менее рьяно бросилась изобретать «велосипед» и LG. На CES 2013 компания продемонстрировала несколько устройств с гибкими экранами. Это были уже вполне функциональные гаджеты. Чуть позже одна из технологий — закругленный по краям экран, покрытый обычным стеклом — стал частью продуктовой линейки Samsung в качестве смартфонов Edge.

В течение нескольких следующих лет компании продолжали демонстрировать концепты, пока в 2017 году Sony не представила первый коммерческий продукт — умные часы FES Watch U с изогнутым экраном E-ink с интегрированными электронными компонентами. Собственно, часы и были экраном — как циферблат, так и ремешок. Пользователь мог изменять как цвет всего устройства, так и отдельных его элементов.

Концептов было очень много, все просто нереально перечислить в рамках одной статьи. И большая часть их так и остались проектами, идеями, которые никогда не были реализованы.

Реальные проекты, а не proof of concept

Первым стал малоизвестный стартап Royole. Компания показала свой телефон на CES в январе 2019 года и вскоре запустила его в продажу. Диагональ гаджета в разложенном состоянии — 7,8 дюйма. По словам журналиста, который опробовал устройство в работе, у гаджета оказалось множество недостатков, продукт был сырым.

Затем последовала очередь Samsung с ее Galaxy Fold. Компания анонсировала устройство в конце января 2019-го, сообщив цену — $1980.

Корпорация разослала устройство журналистам западных СМИ, которые быстро обнаружили в конструкции девайса большое количество недоработок.

Аналогичный смартфон Huawei получил название Mate X.

По словам представителей компании, устройство можно сложить около 100 000 раз безо всякого вреда. Правда, в Samsung говорили примерно то же, но, как оказалось, не все так просто.

Читайте также:  Как сделать для пенал

Еще один телефон со складывающимся дисплеем представила Xiaomi — Mi Flex Dual. Его дисплей состоит из трех частей, а не двух. Пока это рабочий концепт, и его стоимость неизвестна.

Компания Lenovo рассказала о готовящемся к выпуску ноутбуке со складным дисплеем. Это безымянный пока представитель семейства ThinkPad X1, который появится в продаже только в следующем году. Известны некоторые характеристики дисплея. Диагональ экрана — 13,3 дюйма, тип — OLED, разрешение — 1920×1440. Изготавливать экран для Lenovo будет компания LG.

Еще одно получило название Nubia Alpha. Гибкий экран позволяет надеть гаджет на руку на подобие часов. Устройство обладает функциями смартфона и будет стоить 499 евро. С его помощью можно совершать звонки, отправлять и принимать сообщения, смотреть фильмы фотографировать.

Почему так дорого

Во-первых, потому, что компании вкладывают большие деньги в разработку новых технологий. В текущую технологию гибких OLED-дисплеев только Samsung вложила не меньше $2 млрд за несколько лет. Все это компания надеется вернуть, так что телефоны с гибкими экранами не могут быть дешевыми.

Во-вторых, основной материал для OLED-дисплеев — оксид индия-олова — дорогой. Килограмм стоит около $800, и стоимость постоянно растет, поскольку увеличивается спрос.

В-третьих, пока что компании выпускают устройства с гибкими и складными экранами небольшими партиями. Чем меньше объем поставок, тем выше стоимость одного устройства.

В-четвертых, несмотря на то, что устройств нового типа немного, в их продвижение вкладываются огромные суммы. Эти средства нужно возвратить, так что они тоже являются частью цены устройства.

В чем сложность производства

Детали производства компании не раскрывают. Но сложность не только в том, что нужно просто сделать дисплеи гибкими или складными. Это также означает и то, что необходимо искать новые материалы для корпуса, подумать над энергосбережением (больший по размеру экран потребляет много энергии) и выработать новые техпроцессы.

Та же корпорация Samsung представила первые гибкие OLED экраны шесть лет назад. Сам по себе OLED-дисплей — сложная и тонкая структура, которую нельзя подвергать сильному внешнему воздействию. Такой дисплей представляет собой тончайшие пленки органического материала между электродами, которые доставляют энергию отдельным пикселям. Электричество активирует пиксель или выключает его.

Классическую OLED-матрицу в обычном телефоне нельзя согнуть без вреда для промежуточных слоев. При изгибании проводящий слой изменит свои характеристики, и нормально работать такой экран не будет. Чтобы дисплей продолжал работать и в сложенном состоянии, нужен специальный наполнитель, структура, которая создает что-то вроде гибкого каркаса, удерживающего все элементы на месте даже во время изгибания.

И это только часть проблемы, поскольку важным элементом экрана является еще и тач: сенсорная поверхность не должна терять свои свойства при деформации.

Плюс ко всему, при увеличении поверхности дисплея растет его энергопотребление, так что разработчикам приходится искать новые способы увеличения энергоэффективности устройств. Они не должны разряжаться быстрее, чем привык современный пользователь. В противном случае покупать новые телефоны никто не будет.

Почему технологичный продукт не популярен

Одна из основных проблем — это высокая стоимость устройств. Решить ее прямо сейчас нельзя, поскольку в технологию вложили много денег, и их надо возвращать. А выпускают устройства пока очень небольшими партиями.

Вторая сложность — техническое несовершенство устройств. Об этом можно судить по случившемуся Samsung Galaxy Fold. Несмотря на уверения производителя в том, что сгибать/разгибать экран можно тысячи раз без вреда, реальность оказалась иной. В первые же дни стали ломаться устройства, которые попали на тест к журналистам техно-СМИ. Портила экран даже попавшая внутрь пыль, не говоря уже о механическом воздействии на дисплей. Эту проблему компания пообещала решить, после того, как инженеры Samsung изучили вышедшие из строя телефоны и поняли, в чем причина. Понятно, гарантии, что после выхода в массовую продажу не появятся другие проблемы, никто не даст.

Третья — неопределенность спроса. Пока платить большие деньги за необычные устройства, которые, к тому же, еще и ломаются, готовы лишь гики-энтузиасты. А если покупать телефоны не будут, технология останется невостребованной. Решить проблему можно, лишь снижая цену, повышая надежность и проводя удачные маркетинговые кампании.

Представители Samsung предсказывают, что к 2022 году объем рынка гибких дисплеев вырастет минимум в четыре раза. Но на самом деле, компания озвучивает собственные ожидания. Вложив в проект несколько миллиардов долларов, корпорация надеется отбить их в будущем. В действительности не знает, насколько удачным и востребованным является это решение.

Источник

Поделиться с друзьями
Ответ и точка