Aujourd'hui, vous pouvez acheter un smartphone avec un écran pliable. Demain, nous pourrions avoir un écran d'étirement
Motorola a dévoilé le premier téléphone portable portable il y a près d'un demi-siècle. Il avait à peu près la taille d'une brique et pesait environ une demi-brique. Dix ans plus tard, le premier téléphone mobile commercial est apparu sur sa base. Lui aussi avait l'air maladroit, mais permettait au propriétaire d'envoyer et de recevoir des appels en déplacement, ce qui était nouveau à l'époque. Depuis, les téléphones portables ont acquis de nombreuses autres fonctions. Désormais, ils traitent les messages texte, vont sur le Web, jouent de la musique, prennent des photos et des vidéos, les affichent à l'écran, affichent leur emplacement sur une carte - il n'y a rien à compter. Les possibilités de leur application dépassaient tous les rêves qui existaient au moment de leur apparition.
Mais malgré toute leur polyvalence, les smartphones sont toujours aux prises avec un défaut fondamental: leurs écrans sont trop petits. Oui, certains téléphones font plus pour agrandir l'écran. Cependant, si le téléphone devient trop gros, il ne rentrera plus dans votre poche, ce qui ne sera pas souhaitable pour beaucoup.
La solution évidente est de rendre l'écran pliable comme un portefeuille. Depuis de nombreuses années, à l'Université nationale de Séoul , nous développons une technologie appropriée. La même chose a été faite par les fabricants de smartphones, qui n'ont pu mettre cette technologie sur le marché que ces dernières années.
Les écrans pliants se répandront sans aucun doute plus rapidement. Certains de vos parents ou amis en auront un, après quoi vous vous demandez: comment est-il même possible que l'écran se plie? Nous avons décidé d'expliquer comment cette technologie fonctionne pour vous préparer au moment où vous voyez un téléphone avec un grand écran lumineux et flexible se glisser dans votre poche. Sans oublier que lorsque les écrans peuvent s'étirer et se plier, il y aura de nombreux appareils électroniques plus radicaux.
Les chercheurs travaillent sérieusement sur les écrans flexibles depuis environ deux décennies. Mais pendant de nombreuses années, ces projets sont restés en phase de recherche. En 2012, Bill Liu et plusieurs autres anciens de Stanford ont décidé de commercialiser des écrans flexibles en fondant Royole Corp.
Livre fermé: fin 2018 Royole Corp. a développé le premier smartphone commercial à écran pliable, FlexPai. Il se replie pour qu'une partie de l'écran reste visible de l'extérieur.
À la fin de 2018, Royole a présenté l'appareil FlexPai avec un écran flexible qui se déplie en quelque chose comme une tablette. L'entreprise a démontré comment un écran pliable peut supporter 200 000 cycles de pliage, et il est assez solide - avec un rayon de seulement 3 mm. Cependant, ce n'était pas un produit commercial, mais seulement un prototype. Par exemple, une critique de The Verge l'a qualifié de "charmant horrible".
Peu de temps après, les deux plus grands fabricants de smartphones Samsung et Huawei ont commencé à proposer leurs propres modèles pliables. Samsung Mobile a officiellement annoncé le Galaxy Folden février 2019. Il dispose de deux écrans pliables avec un rayon de pliage de seulement 1 mm, ce qui permet au téléphone d'être plié pour que l'écran reste à l'intérieur. Le même mois, Huawei a annoncé son compagnon X . Le Mate X a une épaisseur de 11 mm lorsqu'il est plié et dispose d'un écran à l'extérieur (comme le FlexPai) et a un rayon de pliage d'environ 5 mm. En février de cette année, les deux sociétés ont présenté leurs deuxièmes modèles pliables: le Samsung Galaxy Z Flip et le Huawei Mate Xs / 5G.
Naturellement, la chose la plus difficile dans ces téléphones était de fabriquer les écrans eux-mêmes. Il était nécessaire de réduire l'épaisseur de l'écran pliable afin de minimiser la charge sur celui-ci une fois plié. L'industrie des smartphones vient de trouver comment y parvenir. Fournisseurs d' affichage tels que Samsung Displayet Beijing BOE Technology Group Co. produisent déjà des écrans pliables.
Il s'agit d' écrans AMOLED (diodes électroluminescentes organiques à matrice active), comme ceux utilisés dans les smartphones classiques. Cependant, au lieu de fabriquer des écrans comme d'habitude sur un substrat en verre rigide, les entreprises utilisent un polymère mince et flexible. Il abrite l'arrière de l'écran, une couche qui contient de nombreux transistors à couche mince qui pilotent des pixels individuels. Il a une couche d'amortissement intégrée pour éviter les fissures lorsque l'écran est plié.
Bien que les écrans flexibles de cette conception se retrouvent de plus en plus dans les téléphones et autres appareils grand public, les normes qui leur sont associées et le langage qui les décrit sont encore en cours d'élaboration. À tout le moins, ils peuvent être décrits en utilisant le rayon de courbure de courbure. Un écran conformable ne se plie pas beaucoup, un écran enroulable a un degré de flexibilité moyen et un écran pliable a un rayon de courbure assez petit.
Comme tout matériau, que ce soit un écran de smartphone ou une feuille de métal, subit une tension à l'extérieur du pli et une compression à l'intérieur, les composants électroniques de l'écran doivent résister à ces contraintes et déformations. Le moyen le plus simple de minimiser ces forces est de rapprocher les surfaces extérieure et intérieure de l'écran - en d'autres termes, de le rendre aussi fin que possible.
Pour rendre l'écran aussi fin que possible, les développeurs abandonnent le film protecteur et le film polarisant, qui sont généralement collés aux écrans, et une couche de colle entre eux. Ce n'est pas une solution idéale, mais toujours un film protecteur et une couche antireflet polarisante sont des composants optionnels pour un écran AMOLED. Un tel écran génère de la lumière de l'intérieur et ne modifie pas la lumière émise par un rétroéclairage LED, comme le font les écrans à cristaux liquides.
Une autre différence entre un affichage flexible et un affichage conventionnel est que des électrodes conductrices transparentes passent des deux côtés des matériaux organiques émettant de la lumière, à travers lesquels les pixels émettent de la lumière. En règle générale, ce rôle est joué par l'oxyde d'indium et d'étain (ITO). Cependant, l'ITO est fragile, il ne doit donc pas être utilisé dans les écrans flexibles. Pire encore, l'ITO adhère mal aux substrats polymères flexibles, aux chaînes et aux flocons lorsqu'il est comprimé.
En combattant ce problème il y a dix ans, les chercheurs ont mis au point d'autres stratégies pour améliorer l'adhérence des ITO sur des substrats flexibles. L'un d'eux consiste à traiter le substrat avec du plasma d'oxygène avant de coller l'électrode ITO. Une autre consiste à insérer une fine couche de métal (tel que de l'argent) entre l'électrode et le substrat. Aide également à placer le haut de la sous-couche juste au milieu de la tarte d'affichage. Ensuite, l'interface fragile de la couche ITO tombe sur le plan mécaniquement neutre de l'écran, qui ne subit pas de compression ou de tension lorsqu'il est plié. Jusqu'à présent, les principales sociétés de paravents électroniques utilisent cette stratégie.
Vous pouvez le faire encore plus facilement et vous débarrasser complètement des électrodes ITO. Cela n'a pas encore été fait dans les appareils commerciaux, mais cette stratégie semble bénéfique quelle que soit la flexibilité des écrans. Le fait est que l'indium est toxique et coûteux, il vaut donc mieux ne pas l'utiliser. Heureusement, au fil des années de recherche, les scientifiques, y compris nous deux, ont choisi d'autres matériaux qui peuvent fonctionner comme des électrodes transparentes dans des écrans flexibles.
Le candidat le plus prometteur semble être un film flexible avec des nanofils d'argent. La grille de ces minuscules fils conduit l'électricité tout en restant presque complètement transparente. Il peut être créé à peu de frais en ajoutant une solution contenant des nanofils d'argent à un substrat - tout comme l'impression avec de l'encre sur du papier.
En 2019, Huawei a dévoilé une gamme de téléphones à écran flexible. La photo montre le téléphone Mate Xs.
Une grande partie de la recherche sur les nanofils d'argent s'est concentrée sur la réduction de la résistance à l'intersection des fils individuels. Cela peut être fait, par exemple, en leur ajoutant d'autres substances. Ou vous pouvez traiter physiquement la couche de nanofils - la chauffer ou appliquer un tel courant afin que les intersections soient soudées les unes aux autres. Ou vous pouvez l'estamper à chaud, le traiter avec du plasma ou l'irradier. La méthode qui fonctionne le mieux dépend principalement du substrat sur lequel la couche est appliquée. Le substrat polymère se déforme trop lorsqu'il est chauffé. Il s'agit par exemple d'un polymère tel que le polyéthylène téréphtalateà partir desquels des récipients alimentaires transparents sont fabriqués. Le polyimide n'est pas si sensible à la chaleur, mais sa teinte jaunâtre perturbe la transparence de la couche.
Les nanofils métalliques ne sont pas la seule option de remplacement ITO pour la fabrication d'électrodes transparentes. Il existe également du graphène, une forme spéciale de carbone dans laquelle les atomes sont disposés en nids d'abeilles bidimensionnels. Le graphène est en deçà de la conductivité et de la transparence de l'ITO, mais il résiste mieux à la flexion que tout autre matériau d'affichage flexible considéré aujourd'hui. Et la faible conductivité du graphène peut être améliorée en le combinant avec un polymère conducteur ou en y ajoutant de l'acide nitrique ou du chlorure d'or.
Une autre possibilité est l'utilisation de polymères conducteurs. L'exemple principal est le poly (3,4-éthylènedioxythiophène) avec addition d'acide polystyrène sulfonique. Ce nom complexe est généralement remplacé par l'abréviation PEDOT: PSS . De tels polymères se dissolvent dans l'eau, de sorte que des électrodes transparentes et minces peuvent être imprimées ou centrifugées. Des additifs chimiques appropriés peuvent améliorer considérablement la flexibilité d'un tel polymère conducteur et même le rendre extensible. Une sélection rigoureuse des additifs améliore également la lumière par unité de courant - l'affichage peut être plus lumineux que ceux produits avec ITO.
Jusqu'à présent, les écrans OLED utilisés dans les téléphones mobiles, les moniteurs et les téléviseurs sont fabriqués dans l'ordre suivant. Le substrat est placé dans un environnement sous vide, le matériau organique à ajouter est évaporé et des masques métalliques sont utilisés pour contrôler le dépôt du matériau. Il s'avère quelque chose comme la sérigraphie de haute technologie. Mais ces masques métalliques à motifs fins sont difficiles à fabriquer et une grande partie du matériau est gaspillée, ce qui rend la fabrication de grands écrans coûteux.
Une alternative intéressante au processus de production de tels écrans a vu le jour: l'impression jet d'encre. La matière organique appliquée se dissout dans le liquide et est ensuite appliquée sur le substrat si nécessaire. Il forme des pixels, après quoi il est chauffé pour évaporer la solution restante. Cette tactique est testée par DuPont, Merck, Nissan Chemical Corp. et Sumitomo, bien que l'efficacité et la fiabilité des dispositifs résultants soient encore loin d'être souhaitées. Mais s'ils réussissent, le coût de fabrication des écrans baissera considérablement.
Samsung a également lancé sa gamme de téléphones à écran flexible en 2019. Sur la photo - Galaxy Fold.
Les fabricants de petits écrans pour smartphones ont une priorité encore plus élevée que la réduction des coûts: réduire la consommation d'énergie. Les OLED s'avèrent de moins en moins gourmandes en énergie au fil du temps, mais plus il est difficile de réduire la consommation d'énergie à partir du niveau actuel de 6 mW par centimètre carré. Ceci est particulièrement frustrant pour les téléphones pliables, qui sont beaucoup plus grands que les écrans normaux. Par conséquent, nous pouvons supposer en toute sécurité que les téléphones pliables auront des batteries assez volumineuses dans un proche avenir.
Comment le sort des écrans flexibles va-t-il se dérouler après avoir rendu nos smartphones pliables? Compte tenu du temps que les gens passent aujourd'hui sur les smartphones, vous pouvez imaginer que dans un avenir pas trop lointain, les gens commenceront à porter des écrans directement attachés à la peau. Au départ, il s'agira de visualisation de données biométriques, mais d'autres applications seront bientôt disponibles. Peut-être que ces écrans portables feront un jour partie de la mode high-tech.
Naturellement, pour la production de tels écrans, on utilisera des matériaux suffisamment souples qui ne causent pas d'inconvénients pour la peau. De plus, ils devront pouvoir s'étirer. Le développement de conducteurs de traction et de semi-conducteurs est incroyablement difficile. Depuis plusieurs années, les chercheurs étudient quelque chose de similaire mais de plus simple: les écrans géométriquement extensibles. Ils contiennent de petits composants rigides attachés à un couvercle extensible. Ils sont reliés par des pistes conductrices qui portent la déformation sous tension.
Récemment, cependant, des progrès ont été réalisés dans le développement d'écrans extensibles - ceux dans lesquels à la fois des conducteurs et des semi-conducteurs et un substrat s'étirent. Ils ont bien sûr besoin de nouveaux matériaux, mais le principal obstacle jusqu'à présent reste la question de savoir comment développer un revêtement de protection pour ces dispositifs extensibles qui les protège des effets destructeurs de l'humidité et de l'oxygène. Notre équipe a récemment fait de bons progrès sur cette question en développant des dispositifs étirables et stables à l'air qui émettent de la lumière et ne nécessitent pas de couverture de protection élastique. Ils peuvent être étirés presque deux fois sans interruption.
Des prototypes bruts d'écrans extensibles sont produits aujourd'hui, avec une grille grossière d'éléments lumineux. Mais l'industrie montre un immense intérêt pour les écrans extensibles. En juin, le ministère sud-coréen du commerce, de l'industrie et de l'énergie a chargé LG Display de gérer un consortium de chercheurs industriels et scientifiques développant des écrans extensibles.
Il est facile d'imaginer ce qui nous attend ensuite: les athlètes, accrochés à des écrans biométriques placés sur leurs bras et leurs jambes. Des smartphones qui peuvent être portés dans la paume de votre main. Affiche l'étirement sur diverses surfaces inégales. Les développeurs de tels écrans du futur pourront certainement profiter des années de recherche acquises grâce à la recherche qui a permis les écrans de smartphone flexibles d'aujourd'hui. Sans aucun doute, l'ère non seulement de la flexion, mais aussi de l'électronique d'étirement viendra bientôt.