Гибкие FOLED-дисплеи выходят на рынок

АрхивMobilis

Ударостойкие гибкие экраны, прототипы которых кочуют по выставкам электроники уже добрый десяток лет, наконец готовы к серийному производству.

Компания Samsung объявила о намерении не позже середины 2012 года представить первый смартфон с дисплеем на основе технологии FOLED. По предварительным данным, новинка будет оснащаться 4,5-дюймовым экраном с разрешением 800 х 480 пикселей, представляющим собой ударопрочную плёнку толщиной 0,27 мм, которую можно сворачивать в рулончик диаметром 2 см без какого-либо ущерба для её работоспособности.

Что же такое экраны FOLED, и почему столько времени потребовалось на доведение первых лабораторных образцов до уровня, необходимого для их коммерческого использования?

FOLED - это аббревиатура от слов "flexible organic light emitting diode", что переводится дословно как "гибкие органические светодиоды". Экраны на "обычных", негибких органических светодиодах OLED применяются в портативной электронике (плеерах, смартфонах, часах и т.п.) примерно с начала 2000-х годов, поэтому напомним принцип их работы, общий для обоих типов дисплеев.

На самом деле в OLED-дисплее используются вовсе не те самые светодиоды, знакомые многим по световым индикаторам или табло, а полимерные органические многослойные плёнки, способные при подаче напряжения излучать свет. Формально это тоже светодиоды, так что название вполне корректно.

OLED-экраны построены на стеклянной основе, на которой между проводниками размещены органические плёнки. Каждый пиксель полноцветной матрицы состоит из трёх ячеек, светящихся красным, синим и зелёным цветами. Существует две основные разновидности таких дисплеев: пассивные (PMOLED) и активные (AMOLED), отличающиеся способом управления ячейками.

Пассивная матрица состоит из массива пикселей, к которым подведены проводники: аноды, расположенные построчно, и катоды, размещённые стобцами. Управляющий сигнал (ток) передаётся на пиксели, расположенные на пересечении проводников, возможна регулировка яркости путём изменения напряжения. Как правило, из-за инерционности такие матрицы используются в небольших монохромных экранах - в часах, телефонах или портативных плеерах.

В активной матрице AMOLED каждый пиксель состоит не только из органического светодиода, но и из включённого последовательно с ним тонкоплёночного транзистора TFT, который и служит для управления свечением. Подаваемый на пиксели сигнал коммутируется транзистором, который способен плавно и быстро передавать его на управляемую ячейку. В настоящее время цветные AMOLED-экраны применяются преимущественно в смартфонах и коммуникаторах, а также в планшетных компьютерах и цифровых фотоаппаратах.

Среди достоинств OLED-дисплеев перед жидкокристаллическими обычно называют значительно меньшее энергопотребление, более высокие яркость и контрастность, мгновенное быстродействие, максимально широкие углы обзора (на прозрачные TOLED-экраны можно смотреть не только под любым углом, но и с любой стороны), меньшие габариты и вес и широкий диапазон рабочих температур, что позволяет использовать такие экраны в устройствах, рассчитанных на эксплуатацию как при низких (до -40°C), так и при повышенных (до +70°C) температурах по сравнению с комнатной.

Существуют, однако и недостатки, которые пока не удаётся преодолеть из-за ограничений технологического порядка, а попросту из-за отсутствия подходящих материалов, которые наверняка когда-нибудь будут созданы. Прежде всего речь идёт об ограниченном времени службы: если пиксели красного и зелёного цвета могут светиться несколько десятков часов, то люминофоры синего цвета начинают терять яркость примерно после 5000 часов работы и полностью гаснут после 15-17 тысяч часов.

Иными словами, время службы полноцветного экрана составляет всего два-три года, из-за чего теряется экономический смысл создания больших дисплеев на базе AMOLED. Этим же, к слову, и объясняется и отсутствие крупносерийной технологии производства таких матриц с большой диагональю.

Для небольших экранов смартфонов это ограничение не играет существенной роли, поскольку сам аппарат морально устаревает или выходит из строя быстрее, чем прекратят светиться пиксели его матрицы.

Впрочем, работы по созданию более долговечных флюоресцентных материалов ведутся давно, в частности, компанией Universal Display Corporation, специализирующейся на OLED-технологии и сотрудничающей с такими грандами мировой промышленности, как LG Display, Samsung SMD, Seiko Epson, Sony и Toyota Industries. Об успехах UDC в области разработки люминофоров наглядно свидетельствует создание технологии PHOLED - электрофосфоресцентных светодиодов, которые благодаря КПД, приближающемуся к 100%, могут использоваться в осветительных приборах и уличных экранах. Для сравнения, КПД традиционных электрофлюоресцентных OLED составляет порядка 25-30%.

Однако главная проблема OLED-экранов - необходимость обеспечения герметичности органического активного слоя, который при контакте с кислородом и влагой начинает разлагаться - окисляться, менять оттенки свечения, разбухать. Для защиты органики используются не слишком гибкие многослойные плёнки, устанавливаемые на твёрдую стеклянную подложку.

Неудивительно, что основной проблемой, которую надо было решить создателям FOLED-экранов, стал поиск и разработка материалов для плёнок, способных одновременно сохранять герметичность и сгибаться на значительные углы без ущерба для работоспособности. При этом важно было учесть и сложный температурный режим в герметичном устройстве, усугубляемый внешними напряжениями. К тому же перегиб слоёв органических плёнок и проводников также способен приводить к разрушению самой структуры экрана, поэтому надо было миниминизировать подобную вероятность. Наконец, необходимо было подобрать материал для гибкой подложки, которая должна заменить твёрдую стеклянную.

Стоили ли такие усилия полученного результата? Безусловно. Гибкие FOLED-экраны могут быть нанесены на любую основу, в том числе прозрачную и отражающую, и практически любой формы - от кружки до автомобильного стекла. Гибкость и ударопрочность в сочетании с широчайшим рабочим диапазоном температур органических светодиодов означает, что такие экраны можно будет встраивать в самые неожиданные предметы: в одежду и обувь, тенты и палатки, сумки и рюкзаки, спортивное снаряжение и инвентарь, в том числе предназначенные для использования в экстремальных условиях - от Северного Полюса до Сахары.

Внедрение гибких экранов способно заметно изменить облик и многих привычных карманных устройств. Например, электронную книгу можно будет сворачивать в рулончик и убирать в карман как авторучку. Экран GPS-навигатора можно будет обернуть вокруг руля автомобиля чтобы меньше отвлекаться от управления. Обязательно появятся наручные часы-браслеты, весь внешний вид которых можно будет изменять по собственному вкусу. Ноутбук с большим выдвижным гибким экраном по размеру не будет превышать современный коммуникатор.

Над FOLED-технологией сегодня работают не только лидер OLED-разработок Universal Display Corporation, но и крупнейшие производители портативной электроники, среди которых, помимо уже упомянутой Samsung, компании LG, Nokia и Sony.

Так, ещё в 2010 году японская компания Sony продемонстрировала 4,1-дюймовый FOLED-дисплей собственной конструкции. Плёнку толщиной всего 80 нм можно было с легкостью обернуть вокруг обычного карандаша.

В мае 2011 года фирма LG.Philips LCD объявила о разработке 4-дюймового полноцветного FOLED-экрана на основе применяемой при производстве ЖК-панелей технологии аморфного кремния (a-Si).

В октябре 2011 года Nokia продемонстрировала любопытный прототип гибкого смартфона Kinetic Labs, всё управление которым осуществляется за счёт физического деформирования всего корпуса, включая экран: его можно перекручивать, сгибать, мять и вдавливать.

О ближайших планах Nokia пока ничего не известно, но LG, Samsung и Sony рассчитывают уже в этом году выпустить серийные смартфоны с гибкими экранами.