IT-байки: говорит и показывает гибкая органика / Аналитика

Одна из модных тем обсуждения последнего времени - гибкие дисплеи. Способов применения таких дисплеев предостаточно – это электронные книги, мобильные телефоны и гаджеты, автомобильная электроника и многое такое, о чём мы пока даже не догадываемся. Слабо, например, представить ноутбук, сворачиваемый в трубочку, как раз за голенище сапога? Диковинных способов применения гибких дисплеев придумано много, дизайнерские сайты давным-давно завалены десятками самых причудливых прототипов портативных устройств с невероятными возможностями. Гораздо реже говорят о практической реализации.

Время от времени R&D отделы компаний, занимающихся разработкой дисплеев, сообщают о совершенствовании технологий гибких экранов и даже показывают усовершенствованные прототипы. Так, в начале года компания LG.Philips на выставке CES 2008 впервые показала гибкий 14,3-дюймовый дисплей формата А4 разрешением 1280 x 800, отображением 16,7 млн. цветов и углами обзора 180 градусов.

Чуть позже – в мае, инженеры Sony показали гибкий дисплей на базе органической светодиодной технологии (OLED), отображающий 16,7 миллионов цветов – габаритами 64 х 64 мм и разрешением всего 160 х 120 точек, зато диковинно малой толщины, всего 0,3 мм.

То есть, процесс всё же налицо (в прошлом году говорили лишь гибких о панелях с возможностью отображения лишь 4048 или 262 тысяч цветов), но с розничными устройствами на прилавках магазинов пока что негусто – весь рынок 2007 года оценивается лишь в $80 млн. Аналитики тем временем предсказывают светлое будущее технологиям гибких дисплеев. Например, по мнению специалистов из агентства iSupply именно 2008 год станет переломным, а уже к 2013 году, по их мнению, объем рынка гибких дисплеев достигнет $2,8 млрд. Хотелось бы верить, и в то же время стоит помнить, что прогнозы сбываются не всегда. Однажды оказывается, что крохотные опытные образцы совершенно не "хотят" масштабироваться до приемлемой диагонали, высокое разрешение достилается лишь в лаборатории, а роскошные полноцветные прототипы через год-другой совершенно теряют яркость и насыщенность цветов… всякое бывает. Взять хотя бы пример с разработкой обыкновыенных органических светодиодных панелей - OLED (Organic Light Emitting Diode), даже без всякой гибкости. Судя по аналитическим прогнозам многолетней давности, OLED-технологии уже давным-давно должны были уложить ЖК-дисплеи на лопатки и не оставить им ни единого шанса. Прототипов крупных OLED дисплеев нынче также хоть отбавляй – есть множество примеров с диагональю 27 дюймов и более. Однако нынче основной удел OLED-дисплеев – это небольшие экраны телефонов, плееров и прочей карманной техники, а наиболее массовый пример, OLED-телевизор Sony XEL-1, обладает диагональю 11 дюймов с разрешением 960 x 540 точек (QHD) и достаточно кусачей ценой.

Впрочем, довольно пессимизма, ибо наш сегодняшний рассказ посвящён как раз успехам в разработке OLED дисплеев, к тому же с гибкой структурой. Да, действительно гибкий цветной дисплей с реалистичной картинкой, полностью созданный из органики, пока что далёк от массового конвейерного производства. Но как раз на днях о реальной возможности такого производства впервые рапортовали разработчики из научной лаборатории материалов (Materials Science Laboratory) Sony Deutschland GmbH в Штутгарте и исследователи лаборатории полимеров при Институте Макса Планка (Max-Planck-Institute) в Майнце. Совместными усилиями учёным удалось создать и продемонстрировать первый гибкий светопроницаемый многоцветный дисплей на клейкой полимерной матрице на базе технологии триплет-триплетной аннигиляции энергии фотонов с повышением частоты красного или инфракрасного источника света (triplet–triplet annihilation assisted photon energy upconversion), сделанный полностью из органических материалов. Пусть вас не смущает заумное название технологии, сейчас мы разберёмся что всё это обозначает на практике.

На прошедшей неделе учеными был опубликован совместный документ под названием Annihilation Assisted Upconversion: All-Organic, Flexible and Transparent Multicolour Display, который рассказывает о новых рубежах технологии производства гибких OLED дисплеев. В частности теперь сняты ограничения на производство крупных экранов с высоким разрешением, ранее недоступные в связи со сложностями разработки органических компаундов с подходящими структурами, не разрушаемыми в процессе сгибания дисплея. Разработчикам удалось создать и разместить на специальной клейкой полимерной матрице уникальные композиционные органические материалы, благодаря чему появляется возможность создавать яркие и контрастные дисплеи с любой диагональю и высоким разрешением. К преимуществам новой технологии создания гибких органических дисплеев относят:

Использование исключительно органических материалов
Прозрачность и гибкость без потери функциональности
Ультранизкую мощность для активизации (в красном или инфракрасном диапазоне) – интенсивность менее 15 mW/cm²
Эмиссионное излучение – никаких дифракционных пятен
Возможна когерентная и некогерентная активизация
Высокая эффективность
Быстрое время отклика – от 1 мкс до 500 мкс (микросекунд. У ЖК-дисплеев - миллисекунды)
Угол обзора практически без ограничений – вплоть до полного угла внутреннего отражения
Возможность создания многослойных дисплеев
Размеры экрана ограничены лишь размерами подложки

Также не стоит забывать об основном преимуществе органических дисплеев: в то время как в традиционной жидкокристаллической технологии подразумевается, что жидкие кристаллы выполняют роль фильтра перед источником света, что в результате определяет точечную структуру получаемого изображения, в органических излучающих панелях для формирования картинки источником света служат непосредственно органические молекулы, излучающие некогерентный свет во всех направлениях.

Принцип функционирования дисплея нового типа изображен на рисунке ниже. Энергетическую структуру процесса схематически можно представить в виде связанной цепи из трёх физических процессов. Описывать каждый из них в рамках научно-популярной публикации особого смысла нет, но суть сводится к тому, что учёным удалось подобрать такие сочетания органических молекул, в частности, макроцикличных молекул порфиринов и фталоцианинов, которые позволили создать прозрачную стабильно излучающую мультикомпонентную органическую структуру.

Более того, измерения стабильности работы полученных материалов показали, что на протяжении 100-дневного периода непрерывного излучения дисплей практически не менял своей эффективности. Фотография компонентов цветного гибкого полностью органического 2D дисплея показана на снимке ниже.

цветной гибкий полностью органический 2D дисплей

Получившийся дисплей прозрачен. Голубой, зелёный и оранжевый каналы получены в результате сочетания пар соответствующих полимеров.

Для синего излучения длина волны 475 нм и ширина кривой на уровне полумаксимума (FWHM) около 25 нм; для зелёного излучения длина волны 513 нм и FWHM порядка 50 нм; для оранжевого излучения длина волны 560 нм и FWHM порядка 75 нм. Габариты дисплеев составляют 60 х 60 мм.

Скорость нарастания свечения у полученных образцов колеблется в пределах 35 мкс - 60 мкс в зависимости от материала активаторно-излучающей пары. Соответственно, время послесвечения варьируется в пределах 30 мкс - 200 мкс, также в зависимости от применённых материалов.

Ниже представлено фото ещё одного образца дисплея габаритами 100 х 60 мм: длина волны излучения 635 нм, никаких блокирующих фильтров, съёмка в условиях дневной освещённости.

К превеликому сожалению в работе учёных ни слова о хотя бы примерных сроках начала массового производства дисплеев по новой технологии. Однако в заключении статьи подчёркивается высокая яркость излучения, великолепная гибкость, стабильная работа образцов на протяжении длительного времени и что немаловажно, отсутствие ограничений по габаритам. Более того, учёные утверждают, что оптическую плотность экранов можно с лёгкостью настраивать с целью достижения необходимой степени прозрачности для различных приложений. То же самое относительно времени отклика: этот параметр можно подстроить в зависимости от приложения в широком диапазоне, от пары микросекунд до сотен микросекунд, что позволит измерять частоту обновляемой на экране информации килогерцами. Однако главное с практической точки зрения заявление сделано учёными в последнем предложении статьи. Гласит оно следующее: Устойчивость (robustness) материалов позволяет применить эффективную технологию производства печати на гибких подложках. Пожалуй, это самое главное - это заявление оставляет надежду, что в какой-то разумный срок компания Sony объявит о начале массового производства таких дисплеев, или даже о начале продаж каких-нибудь интересных новинок с гибкими органическими дисплеями, и, как знать, возможно достаточно большого размера. Будем надеяться что теперь, когда технология найдена и принцип понятен, до практической реализации уже недалеко.