Гибкий экран своими руками

Гибкие экраны — как такое возможно

Содержание

Содержание

Гибкие экраны долгое время относились к тому особому виду инноваций, которые уже много лет существуют в виде концептов, но в серийные модели все никак не материализуются. И вот свершилось — в продажу поступили первые «сгибаемые» смартфоны от Samsung и Huawei. А значит, пришло время разобраться, как была реализована технология гибкого дисплея, какие проблемы преследовали разработчиков, и какие фишки им удалось предложить.

Кому это нужно

1. Прежде всего, конструкторы и маркетологи рассматривали гибкие экраны как возможность создавать устройства, которые можно раскладывать. Идея заключается в том, чтобы иметь в распоряжении компактный девайс, вмещающийся в карман, но при необходимости трансформировать его в устройство с вдвое большей диагональю экрана. Только представьте: легким движением руки смартфон превращается… смартфон превращается… превращается смартфон — в элегантный планшет!

Однако, ничего смешного. Все у них получилось!

2. Еще один возможный плюс — создание больших мультимедийных устройств с рулонным экраном, которые бы могли сворачиваться в и разматываться, что позволит экономить пространство и при этом «не портить» современный интерьер. Такое уже имеется и продается — рулонные телевизоры выпускает компания LG.

3. Очевидно, что нелинейная форма экрана может быть полезна при производстве каких-то «опоясывающих» изделий, типа браслетов-ремешков для ношения в виде смарт-часов на запястье. Либо для инсталляции дисплея в какие-то криволинейные конструкции, например, в торпеду автомобиля.

4. В качестве плюшки к гибкому девайсу (как бы по умолчанию) прилагается повышенная стойкость дисплея к ударам. Очевидно, что мягкий экран не должен разбиваться при падении, также он не должен ломаться/трескаться в кармане джинсов.

5. Если в гибком экране не используется стекло (а его там быть никак не может из-за известной жесткости этого материала), то в целом устройство должно стать существенно тоньше, а также заметно потерять в весе. И, теоретически, по этой же причине себестоимость гибкого дисплея должна получиться ниже.

Проблемы изготовления гибких экранов

Как водится, в бочке с медом всегда должна быть парочка ложек дегтя. Список проблем, обязательных к решению, оказался не таким уж и маленьким.

1. Допустим, сам экран удалось сделать гибким, и сам по себе он может спокойно работать, например, как фоторамка. Но как быть со сложными устройствами, в которых он покрывает всю площадь корпуса (смартфоны, планшеты)? Ведь невозможно изогнуть модуль камеры, динамик или чип с процессором и памятью. А еще пока не придумали гибких аккумуляторов, а они достаточно большие.

2. Гибкий экран не будет иметь в составе стекла, которое выполняет защитную и, если можно так выразиться, формообразующую/несущую функцию для размещения тонкопленочных транзисторов. Вместо него нужно использовать пленку для наружной защиты и гибкую полимерную подложку в качестве основы. Сразу возникает ряд вопросов: насколько надежно пленка защитит матрицу от механических повреждений, как быстро после многократных изгибов и переломов она получит повреждения и потеряет герметичность, получится ли нанести на нее практичное олеофобное покрытие, и как долго оно прослужит?

3. Разумеется, актуальной для гибких матриц является проблема уменьшения допустимого радиуса перегиба, а также увеличения количества циклов до появления так называемых «артефактов». Дело в том, что обычная относительно эластичная OLED-матрица даже при одном нормальном перегибе получает повреждения проводящих слоев и выходит из строя.

4. Также оказалось очень непросто сделать так, чтобы зона экрана, которая постоянно изгибается, в полной мере сохраняла свои способности тач-управления.

5. Если гаджет с гибким экраном будет иметь формфактор «раскладушки», то как добиться долговечности механических частей (петли, шарниры, шлейфы) в зоне перелома? Параллельно с этим нужно как-то реализовать надежный механизм фиксации устройства в разложенном и сложенном состоянии.

6. Раскладывающиеся смартфоны, выполненные с использованием такой технологии, будут иметь экран с примерно вдвое большей площадью. А это означает, что девайс будет потреблять больше энергии — придется бороться за повышение автономности.

Становление технологии

Фантасты мечтали о гибких экранах давно. Технологи работали над их разработкой десятилетиями, но постоянно упирались в необходимость использования стекла. Первые более-менее функциональные гибкие девайсы удалось изготовить с использованием технологии E-Ink. Электронная бумага примечательна тем, что внутри силиконового листа в капсулах с темным маслом находятся отрицательно заряженные светлые частицы. В зависимости от того, подается ли напряжение к конкретной капсуле-пикселю, пользователь будет видеть ее либо белой, либо черной — так и появляется характерного вида чёрно-белый текст/изображение.

Сначала на «электронных чернилах» делали читалки с использованием стеклянных подложек, потом научились ставить в качестве подложки пластик, это позволило создавать экраны в виде гибкого полимерного листа. Тогда появились разные девайсы с изогнутыми экранами, типа браслетов. Однако тягаться с обычными дисплеями электронная бумага не смогла — в первую очередь, из-за неприемлемо большого времени обновления экрана, что делает невозможным полноценное интерактивное использование девайсов на E-Ink.

Следующий шаг на пути к триумфу — развитие экранов с технологией OLED (organic light-emitting diode), AMOLED, PMOLED. Ключевыми стали две особенности дисплеев на органических светодиодах:

• Многослойную тонкопленочную структуру можно собирать с использованием гибких полимеров вместо стекла.
• Каждый светодиод подсвечивается отдельно, поэтому они могут нормально работать на изогнутой матрице.

Сначала в 2011 году, тогда еще подающая признаки жизни, фирма Nokia показала свой прототип эластичного смартфона Kinetic. Он мог не только изгибаться и скручиваться, но также управлялся посредством различных «телодвижений».

В 2013 свое первое веское слово сказала компания Samsung, когда представила гибкий дисплей YOUM. Он стал праобразом «фирменной» технологии FAMOLED (Flexible Active Matrix Organic Light Emitting Diode — гибкая активная матрица из органических светоизлучающих диодов), которая была применена в 2019 году в смартфоне Galaxy Fold.

Тогда разработчики южнокорейского концерна сделали эффектную мягкую фоторамку. А вот с перспективным смартфоном такого фурора не случилось. Максимум, что удалось создать на тот момент — это сформировать (и потом таки «застеклить») из гибкой OLED-матрицы изогнутый край экрана, который зашел на боковую кромку смартфона. Получилось красиво, плюс к тому же на эту боковину экрана бегущей строкой вывели текстовые сообщения — их можно было читать, даже не открывая смартфон в чехле-книжке.

Затем на несколько лет водрузилась относительная тишина. Гибкие экраны создать удалось, а вот сделать полноценно гибкий смартфон — тут конструкторы уперлись в неумолимые законы физики. Но рынок требует постоянного движения, поэтому что-то новенькое все-таки должно было увидеть свет.

2019. Складываемые смартфоны от Huawei и Samsung

Итак, стартовали продажи долгожданных моделей Samsung Galaxy Fold и Huawei Mate X. Что можно о них сказать? Первопроходцы! «Прикоснуться к будущему», «новая глава в истории мобильных технологий», «открыть невероятное» — все это, конечно, есть.

По факту перед нами девайсы, которые можно использовать одновременно как смартфоны и как планшеты. Устройство Galaxy Fold в раскрытом состоянии имеет диагональ AMOLED экрана 7,3 дюйма, а дисплей Mate X — 8 дюймов. Кстати, производители предупреждают, что посреди гибкого экрана могут просматриваться следы от складывания устройства — это нормальное явление для него.

Оба аппарата трудно назвать полноценно гибкими — они как раз именно складываемые, то есть состоят из двух половин, объединённых петлями-шарнирами с блокирующим механизмом. Инженеры провели работу над ошибками — после первых неудачных тестов конструкцию соединительного модуля усовершенствовали и теперь нам обещают до 200 000 плавных закрывании и открываний.

Разложенные экраны практически квадратной формы хорошо приспособили для работы в нескольких окнах с несколькими приложениями. Приложения легко и быстро трансформируются под уменьшенный экран при закрытии девайса.

Батарея в обоих устройствах реализована двойной (по одному аккумулятору расположили в каждой половинке «книжечки»), суммарная емкость составляет 4380 у Galaxy Fold и 4500 мАч у Mate X. В результате девайсы обеспечивают до 13 часов работы в Интернете (по Wi-Fi или LTE) и до 20 часов воспроизведения видео. Естественно, в них есть быстрая зарядка и ряд умных систем энергосбережения.

Что касается производительности, камер, связи, дизайна — тут, что называется, полный фарш. Большинство недостатков, которые были выявлены у сырых тестовых экземпляров, инженеры, вроде бы, исправили. Хотя сделать более-менее обоснованные выводы касательно надежности и практичности можно будет после некоторого времени использования серийных моделей обычными пользователями в реальных полевых условиях. Цена (более 2-ух тысяч долларов) на эти флагманы пока совсем не гуманная, но она обязательно просядет, когда немного пройдет ажиотаж, и компании-первооткрыватели хоть немного «отобьют» затраченные на разработку средства.

На данный момент сгибаемые смартфоны, фоторамки и рулонные телевизоры — выглядят апофеозом гибких экранов. Но вполне может быть, что это не предел, время покажет.

Источник

Как устроена технология гибкого дисплея?

В 2019 году складные смартфоны перестали быть абстрактным концептом и вышли в широкие массы. Первопроходцами стали две компании: Samsung с их Galaxy Fold и Huawei с их Mate X. В основе всех этих устройств лежит одна очень важная технология — гибкий дисплей. Рассказываем, как она работает.

Проблемы, которые возникают при создании гибкого дисплея

Для начала перечислим трудности, с которыми столкнулись инженеры при создании гибкого дисплея. Они объясняют, почему на разработку этой технологии ушло так много времени. В первую очередь это гибкость матрицы. Она должна иметь возможность менять свою форму, не теряя при этом работоспособности. Вторая — это защита дисплея. Инженерам нужно было придумать гибкую замену закаленному стеклу, которое не подходит для такого вида дисплеев. Еще одна проблема — реализация шарнира складывания. Он одновременно должен быть очень гибким, прочным, а также компактным.

Гибкость матрицы

На решение первой проблемы понадобилось больше всего времени. Первые шаги в этом направлении были сделаны в 2000-е, когда популярность начали приобретать Inc-дисплеи. Но у них были свои недостатки, главный из которых — крайне медленный отклик матрицы, что делает невозможным просмотр видео. Поэтому дальше прототипов эти матрицы не пошли. Революцию в мире дисплеев совершила технология OLED. Именно она была выбрана как основа для гибких дисплеев. С одной стороны, матрицы OLED обладают преимуществами Inc-матриц — тонкостью, отсутствием надобности в твердой подложке и подсветке. С другой — могут похвастаться широкой цветовой гаммой и высокой контрастностью.

Покрытие дисплея

Обычное закаленное стекло заменили на гибкий пластик. Это решение нельзя назвать идеальным, так как материал имеет низкую устойчивость к внешним воздействиям. Его можно поцарапать любым твердым предметом. Даже при достаточно бережном использовании такой экран быстро покрывается мелкими царапинами. Так что пластик, скорее всего, временный материал, и когда-нибудь его заменят чем-то более практичным.

Шарнир устройства

Через него проходят шлейфы, соединяющие вместе все компоненты смартфонов, что добавляет сложности конструкции. Ни одной из компаний, выпускающих гибкие смартфоны, до сих пор не удалось избавиться от складки посередине дисплея. В каких-то моделях она заметна больше, в других — меньше, но тем не менее присутствует.

Итак, хотя на рынке уже давно продаются устройства с гибкими дисплеями, они еще очень далеки от идеала. Но с каждым годом технология совершенствуется, и, возможно, совсем скоро многие из проблем будут решены.

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.

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.

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