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.
Но фантасты всегда мечтали о другом: хотелось дисплей тонкий и гибкий как бумага, с качеством изображения как у хорошей цветной фотографии. Увы, технологии безнадежно отставали от человеческого воображения. Однако в последние годы нам время от времени показывают на выставках всё более совершенные концепты, обещая «скоро» наладить массовое производство. И хотя мы пока не можем обернуть смартфон вокруг запястья, но какая-то история у гибких дисплеев уже есть, и мы решили её вспомнить.
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.
OLED
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.
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:
Мне кажется, что пока технологии не позволят производить дисплеи мягкие и прочные как ткань, для размещения их на одежде или на теле, особой пользы от гибкости не будет.
