Гибкие дисплеи

Сергей Асмаков

Заманчиво гибкие перспективы

Проекты, прототипы и проблемы

Когда?

 

По мнению сотрудников аналитических агентств iSuppli и Stanford Resources, к концу текущего года мировой объем продаж гибких дисплеев достигнет уровня 300 тыс. долл., а к 2010 году прогнозируется увеличение этого показателя до 18 млн. долл. Ожидается, что основными потребителями гибких дисплеев станут производители портативных компьютеров, а также бытовой и автомобильной электроники.

Заманчиво гибкие перспективы

Появление гибких дисплеев, пригодных для использования в массовых продуктах, приведет, без всякого преувеличения, к настоящей революции в области дизайна бытовых электронных устройств и портативных компьютеров. Современные технологии позволяют уместить портативный ПК в корпус размером со спичечный коробок, однако серьезной помехой на пути дальнейшей миниатюризации является дисплей. Если говорить о портативных электронных устройствах, то именно габариты дисплейной панели во многих случаях ограничивают пределы миниатюризации. При этом само по себе уменьшение физических размеров дисплея далеко не всегда позитивно, поскольку может отрицательно сказаться на функциональности устройства. Таким образом, наиболее очевидный вариант решения данной проблемы — использование дисплеев, способных изменять свою форму (изгибаться, скручиваться) без ущерба для работоспособности.

Дополнительное преимущество гибких дисплеев — более высокая стойкость к различным механическим воздействиям. Если при сильном давлении на стеклянную подложку обычный ЖК-дисплей просто разрушится, то гибкая подложка способна деформироваться и, таким образом, сохранить целостность дисплейной панели.

 

Гибкие дисплеи позволят создавать совершенно новые типы электронных устройств (фото Philips)

Гибкие дисплеи позволят создавать совершенно новые типы электронных устройств (фото Philips)

Однако это еще не все. Появление гибких дисплеев позволит создать совершенно новые типы портативных устройств, например легко скручивающуюся в рулон электронную газету с ежедневно обновляющимся содержанием или мобильный телефон с выдвигающимся на манер киноэкрана дисплеем большого размера.

Широкие просторы для творчества открывает реализация возможности встраивания гибких дисплеев в одежду. Летом минувшего года компания France Telecom продемонстрировала прототип гибкого цветного OLED-дисплея, который был помещен в обычную футболку. Посредством беспроводного интерфейса Bluetooth этот дисплей был подключен к мобильному телефону, что позволило использовать его для отображения рисунков и анимации, пересылаемых другими абонентами посредством MMS.

Впрочем, фантазировать на эту тему можно бесконечно долго, однако подобные проекты останутся не более чем мечтами до тех пор, пока не появится достаточно надежная и доступная для использования в массовых устройствах технология производства гибких дисплеев. Так что самое время спуститься с небес на землю и рассмотреть реальные достижения исследователей, занятых в области создания технологий для производства гибких дисплеев.

В начало В начало

Проекты, прототипы и проблемы

Несмотря на то что работы по созданию гибких дисплеев ведутся уже довольно давно, пока что даже само понятие «гибкий дисплей» является весьма расплывчатым. К данной категории относят несколько подвидов дисплеев, различающихся по степени гибкости — в частности допускающих незначительную деформацию и способных скручиваться в компактный рулон. Кроме того, некоторые специалисты относят к категории гибких и такие дисплейные панели, которые изначально имеют изогнутую форму, но не могут деформироваться в процессе эксплуатации.

В качестве отправной точки разработчики гибких дисплеев выбирают как уже хорошо известные, так и относительно новые дисплейные технологии. В настоящее время созданы экспериментальные прототипы гибких дисплеев на базе нескольких различных технологий, в том числе ЖК, OLED, электронных чернил и пр. В большинстве существующих образцов используется пластиковая подложка, однако разработчики не исключают возможности применения и других материалов, например металлической фольги и даже ткани.

Впрочем, необходимо отметить, что практическая реализация подобных проектов не столь проста, как это может показаться на первый взгляд. Чтобы наладить массовое производство таких дисплеев, потребуется коренная модернизация существующих производственных линий. Дело в том, что хорошо отлаженные технологические процессы, используемые в настоящее время для производства дисплейных панелей на стеклянной подложке, оказываются неприменимы в случае использования подложек из гибких материалов. Распространенный ныне технологический процесс нанесения тонкопленочных транзисторов (Thin Film Transistor, TFT) из аморфного кремния (a-Si) требует нагрева подложки до температуры 300 °С. Совершенно очевидно, что при такой температуре пластиковая подложка просто расплавится.

Одним из способов решения данной проблемы является поиск новых материалов, которые позволяли бы создавать полупроводниковые структуры при низкой температуре. Поиски в этом направлении привели многих ученых к идее создания полупроводниковых структур из органических материалов. В настоящее время исследования в области создания тонкопленочных транзисторов из органических материалов (Organic Thin-Film Transistor, OTFT) активно проводят ученые из лаборатории Bell Labs (ныне принадлежащей компании Lucent), сотрудники Polymer Vision (одного из дочерних предприятий Philips), а также пользующаяся правительственной поддержкой и базирующаяся на Тайване организация Electronics Research Services Organization (ERSO).

Минувшим летом ERSO продемонстрировала прототип гибкого дисплея, созданного с использованием OTFT. Как заявил один из руководителей ERSO Чен-Чан Ли (Cheng-Chung Lee), «в будущем мы сможем создавать управляющие электронные схемы непосредственно на гибкой подложке». По словам г-на Ли, у компании имеются планы по интегрированию управляющих цепей, модулей памяти и даже беспроводного адаптера непосредственно на подложку дисплея.

 

Прототип цветного ЖК-дисплея, изготовленного на гибкой пластиковой подложке (фото Samsung Electronics)

Прототип цветного ЖК-дисплея, изготовленного на гибкой пластиковой подложке (фото Samsung Electronics)

Преимущество органических тонкопленочных транзисторов заключается в том, что их можно формировать при низкой температуре методом вакуумного напыления либо наносить в жидком виде методом центрифугирования. Технология вакуумного напыления позволяет изготавливать более эффективные тонкопленочные транзисторы, в то время как главное достоинство центрифугирования — более низкие производственные затраты. Фактически же тонкопленочные транзисторы из растворимых органических материалов можно просто печатать непосредственно на подложке, используя проверенные временем технологии — шелкографию, тиснение и пр.

В настоящее время компании e-Ink и Plastic Logic ведут совместные работы по созданию гибких отражающих дисплеев высокого разрешения с использованием технологии промышленной струйной печати1. В нынешнем году планируется освоить производство монохромных дисплейных панелей размером 150x210 мм, имеющих разрешающую способность порядка 100 ppi. На следующий год запланировано двукратное увеличение площади экрана (до формата А4) и увеличение разрешающей способности в полтора раза.

Впрочем, решить проблему обработки пластиковых подложек можно и иным способом. В конце января текущего года компания Samsung Electronics объявила о создании прототипа цветного ЖК-дисплея, изготовленного на пластиковой подложке с применением тонкопленочных транзисторов из аморфного поликристаллического кремния. Размер экрана этого дисплея составляет 5 дюймов (127 мм) по диагонали, а разрешение — 400x300 пикселов. Данный прототип был создан в сотрудничестве с компанией SoftPixel, занимающейся производством пластиковых ЖК-дисплеев. Нанесение аморфных тонкопленочных транзисторов, светофильтров и жидких кристаллов на гибкую пластиковую подложку стало возможным благодаря использованию новой технологии, которая позволила снизить рабочую температуру производственного процесса до уровня, безопасного для материала подложки.

 

Прототип гибкого монохромного отражающего дисплея, изготовленный по технологии электронных чернил (фото Philips)

Прототип гибкого монохромного отражающего дисплея, изготовленный по технологии электронных чернил (фото Philips)

Если говорить о показателях гибкости, то на данный момент самые выдающиеся достижения демонстрируют прототипы гибких дисплеев, созданные по технологии электронных чернил. В начале прошлого года был продемонстрирован прототип монохромного отражающего дисплея, созданный совместно специалистами компаний Polymer Vision и e-Ink. Этот дисплей имеет разрешение 320x240 пикселов при размере активной области экрана 5 дюймов по диагонали. Для создания прототипа была использована подложка из прозрачной полиамидной пленки толщиной 25 мкм, на которую был нанесен слой микрокапсул электронных чернил толщиной 200 мкм. Благодаря столь малой толщине дисплей можно свернуть в рулон диаметром всего 2 см без ущерба для работоспособности.

На данном этапе технология электронных чернил позволяет создавать лишь монохромные дисплеи. Что касается цветных устройств, то работы по их созданию сейчас находятся в начальной стадии. Один из предлагаемых методов для создания цветных дисплеев заключается в использовании светофильтров (как это сделано в современных ЖК-дисплеях). Другой вариант — использование микрокапсул с пигментными частицами, окрашенными в различные цвета.

Параллельно ведутся работы и по созданию полноцветных излучающих дисплеев на гибкой подложке. Так, сотрудники Philips Research разрабатывают прототипы на базе OLED-технологии. В сентябре прошедшего года Philips продемонстрировала прототип полноцветного LEP-дисплея c размером экрана 13 дюймов по диагонали и разрешением 576x324 пикселов. Как показали проведенные исследования, одним из наиболее перспективных способов производства подобных дисплейных панелей является технология промышленной струйной печати.

 


1 Стоит отметить, что, помимо перечисленных компаний, активные работы по созданию дисплеев методом струйной печати ведет японская компания Seiko EPSON (см. статью «EPSON демонстрирует технологии будущего» в № 1’2005).

В начало В начало

Когда?

Конечно, посмотреть на прототипы весьма любопытно, однако многих читателей наверняка интересует практический вопрос: когда же все это великолепие появится в серийно выпускаемых устройствах и начнется та самая революция, о которой мы говорили в самом начале?

Здесь самое время предоставить слово людям, которые имеют самое непосредственное отношение к разработке гибких дисплеев и лучше других знакомы с существующими в этой сфере проблемами. Как заявил один из руководителей компании Polymer Vision, коммерциализация разрабатываемых компанией отражающих монохромных дисплеев на гибкой подложке станет реальностью лишь через несколько лет. При этом конкретные сроки будут в значительной степени зависеть не столько от хода исследовательских работ, сколько от развития рынка портативных устройств и от уровня запросов потребителей. Чем более высокая разрешающая способность будет требоваться от таких дисплеев, тем дальше отодвинутся сроки их появления в серийно выпускаемых устройствах.

Один из ведущих разработчиков Philips Research Гевин Гелинк (Gerwin Gelinck) уверен в том, что необходимы еще годы исследований для улучшения характеристик органических тонкопленочных транзисторов до уровня, удовлетворяющего требованиям их использования в коммерческих устройствах. По мнению Г.Гелинка, в течение ближайших 15 лет весьма острой останется проблема поиска оптимального материала для изготовления подложки гибких активноматричных дисплеев.

Чен-Чан Ли, один из руководителей ERSO, считает, что создание коммерческой версии полноцветного гибкого дисплея, который можно будет скручивать в рулон размером с карандаш, станет возможным лишь через 8-10 лет. Однако он не исключает возможности появления уже в ближайшие два года готовых к коммерческому использованию цветных дисплеев с малым размером экрана, которые найдут применение в ряде нишевых продуктов.

КомпьютерПресс 3'2005