今日では、折りたたみ式の画面を備えたスマートフォンを購入できます。明日はストレッチスクリーンがあるかもしれません
Motorolaは、半世紀近く前に最初のポータブル携帯電話を発表しました。それはおよそレンガの大きさで、約半分のレンガの重さでした。 10年後、最初の商用携帯電話が登場しました。彼もぎこちなく見えましたが、所有者が外出先で電話を送受信できるようにしました。これは当時は新しいことでした。それ以来、携帯電話は他の多くの機能を獲得してきました。現在、彼らはテキストメッセージを処理し、Webを閲覧し、音楽を再生し、写真やビデオを撮り、画面に表示し、地図上に場所を表示します。数えることは何もありません。それらのアプリケーションの可能性は、それらの出現時に存在していた夢を超えていました。
しかし、そのすべての汎用性にもかかわらず、スマートフォンは依然として根本的な欠陥に苦しんでいます。画面が小さすぎるということです。はい、一部の電話は画面を大きくするためにより多くのことを行います。ただし、電話が大きくなりすぎると、ポケットに収まらなくなり、多くの人にとって望ましくありません。
明らかな解決策は、ディスプレイを財布のように折りたためることです。ソウル国立大学では、長年にわたり適切な技術を開発してきました。同じことがスマートフォンメーカーによっても行われています。スマートフォンメーカーは、この2、3年でこのテクノロジーを市場に投入することしかできませんでした。
折りたたみ式の画面は間違いなくすぐに早く広がります。あなたの親戚や友人の何人かはそれを持っているでしょう、その後あなたはあなた自身に尋ねます：どうして画面が折りたたまれることさえ可能ですか？大きくて明るく柔軟なディスプレイを備えた電話がポケットに入るのを目にした瞬間に備えて、このテクノロジーがどのように機能するかを説明することにしました。言うまでもなく、画面が曲がるだけでなく伸びることができるとき、より多くの急進的な電子機器があります。
研究者は約20年間、フレキシブルスクリーンに真剣に取り組んできました。しかし、何年もの間、これらのプロジェクトは研究段階にとどまりました。 2012年、Bill Liuと他の数人のStanford卒業生は、Royole Corpを設立することにより、柔軟なディスプレイを市場に投入することを決定しました。
クローズドブック：2018年後半Royole Corp.最初の商用折りたたみ式スクリーンスマートフォン、FlexPaiを開発しました。画面の一部が外側から見えるように折りたたまれます。
2018年の終わりに、Royoleは、タブレットのようなものに展開する柔軟なディスプレイを備えたFlexPaiデバイスを発表しました。同社は、折り畳み式ディスプレイが200,000回の折り畳みサイクルに耐えることができ、半径がわずか3mmと非常に強力であることを実証しました。ただし、これは商用製品ではなく、プロトタイプにすぎませんでした。たとえば、The Vergeによるレビューでは、「魅力的にひどい」と呼ばれていました。
その後まもなく、2つの最大のスマートフォンメーカーであるSamsungとHuaweiは、独自の折りたたみ式モデルの提供を開始しました。サムスンモバイルはギャラクシーフォールドを正式に発表しました2019年2月に。折り畳み半径がわずか1mmの2つの折り畳み式ディスプレイを備えているため、ディスプレイを内側に留めておくことができます。同じ月に、HuaweiはMate theXを発表しました。 Mate Xは、折りたたんだときの厚さが11mmで、外側にディスプレイ（FlexPaiなど）があり、折り半径は約5mmです。今年の2月、両社は2番目の折りたたみ式モデルであるSamsung Galaxy ZFlipとHuaweiMate Xs / 5Gを展示しました。
当然、これらの電話で最も難しいことは、ディスプレイ自体を作ることでした。折りたたむときの負荷を最小限に抑えるために、折り畳み式ディスプレイの厚さを薄くする必要がありました。スマートフォン業界は、これを行う方法を理解したばかりです。 SamsungDisplayなどのディスプレイベンダーおよびBeijingBOE Technology Group Co.すでに折りたたみ式ディスプレイを製造しています。
これらは、従来のスマートフォンで使用されているようなAMOLEDディスプレイ（アクティブマトリックス有機発光ダイオード）です。ただし、通常のように剛性のあるガラス基板上にスクリーンを作成する代わりに、企業は薄い柔軟なポリマーを使用します。ディスプレイの背面、個々のピクセルを駆動する多くの薄膜トランジスタを含む層を収容します。スクリーンが曲がったときのひび割れを防ぐために、ダンピング層が組み込まれています。
このデザインの柔軟なディスプレイは、電話やその他の消費者向けデバイスでますます見られるようになっていますが、それらに関連する標準とそれらを説明する言語はまだ作成中です。少なくとも、曲げ曲率半径を使用して説明できます。コンフォーマルディスプレイはあまり曲がらず、ロールアブルディスプレイは中程度の柔軟性があり、折りたたみ式ディスプレイはかなり小さな曲げ半径を持っています。
スマートフォンの画面であれ金属のシートであれ、どのような素材でも折り目の外側に張力がかかり、内側が圧縮されるため、ディスプレイの電子部品はこれらの応力や変形に耐える必要があります。これらの力を最小限に抑える最も簡単な方法は、ディスプレイの外面と内面を近づけることです。つまり、ディスプレイをできるだけ薄くすることです。
画面をできるだけ薄くするために、開発者は通常画面に接着されている保護フィルムと偏光フィルム、およびそれらの間の接着剤の層を放棄しています。これは理想的なソリューションではありませんが、それでも保護フィルムと偏光反射防止層はAMOLEDディスプレイのオプションコンポーネントです。このようなディスプレイは、内部から光を生成し、液晶ディスプレイのようにLEDバックライトから放出される光を変更しません。
フレキシブルディスプレイと従来のディスプレイのもう1つの違いは、透明な導電性電極が発光有機材料の両側にあり、それを通してピクセルが発光することです。通常、この役割はインジウムスズオキシド（ITO）によって果たされます。ただし、ITOは壊れやすいため、フレキシブルディスプレイには使用しないでください。さらに悪いことに、ITOは、圧縮時に柔軟なポリマー基板、反り、フレークへの付着が不十分です。
10年前にこの問題と戦って、研究者は、ITOのフレキシブル基板への接着を改善するための他の戦略を考案しました。それらの1つは、ITO電極を接着する前に基板を酸素プラズマで処理することです。もう1つは、電極と基板の間に金属（銀など）の薄層を挿入することです。また、アンダーレイの上部をディスプレイパイの真ん中に配置するのにも役立ちます。次に、ITO層の壊れやすいインターフェースは、ディスプレイの機械的に中立な面に落ちます。ディスプレイは、曲げられたときに圧縮も伸長も受けません。これまでのところ、主要な電子折りたたみ式スクリーン会社はこの戦略を使用しています。
あなたはそれをさらに簡単に行うことができ、ITO電極を完全に取り除くことができます。これは商用デバイスではまだ行われていませんが、この戦略は画面の柔軟性に関係なく有益であるように思われます。事実、インジウムは有毒で高価なので、理想的には使用しない方が良いでしょう。幸いなことに、長年の研究を通じて、私たち2人を含む科学者は、フレキシブルディスプレイの透明電極として機能する他の材料を選び出しました。
最も有望な候補は、銀ナノワイヤーを備えた柔軟なフィルムです。これらの小さなワイヤーのグリッドは、ほぼ完全に透明なままで電気を伝導します。紙にインクで印刷するのと同じように、銀ナノワイヤーを含む溶液を基板に追加することで、安価に作成できます。
2019年、Huaweiはフレキシブルディスプレイフォンのラインを発表しました。写真はMateXsフォンを示しています。
銀ナノワイヤーに関する研究の多くは、個々のワイヤーの交差点での抵抗を減らすことに焦点を合わせてきました。これは、例えば、それらに他の物質を加えることによって行うことができます。または、ナノワイヤの層を物理的に処理することもできます。加熱するか、そのような電流を流して交差点が互いにはんだ付けされるようにします。または、ホットスタンプを押したり、プラズマで処理したり、照射したりすることもできます。どちらの方法が最適かは、主にレイヤーが適用される基板によって異なります。ポリマー基板は、加熱すると変形しすぎます。これは、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどのポリマーです。透明な食品容器が作られています。ポリアミドは熱にそれほど敏感ではありませんが、黄色がかった色合いが層の透明性を乱します。
透明電極を作成するためのITOの代替オプションは、金属ナノワイヤーだけではありません。次に、原子が二次元のハニカムに配置された特殊な形態の炭素であるグラフェンがあります。グラフェンはITOの導電性と透明性には及ばないものの、今日考えられている他のどのフレキシブルディスプレイ材料よりも曲がりにくいです。また、グラフェンのわずかな導電率は、導電性ポリマーと組み合わせたり、硝酸や塩化金を添加したりすることで改善できます。
別の可能性は、導電性ポリマーの使用です。主な例は、ポリスチレンスルホン酸を添加したポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）です。この複雑な名前は通常、略語PEDOT：PSSに置き換えられます。このようなポリマーは水に溶解するため、透明で薄い電極を印刷または遠心分離することができます。適切な化学添加剤は、そのような導電性ポリマーの柔軟性を大幅に改善し、さらにはそれを拡張可能にすることができます。添加剤を注意深く選択すると、単位電流あたりの光も向上します。ディスプレイは、ITOで製造されたものよりも明るくすることができます。
これまで、携帯電話、モニター、テレビで使用されているOLEDディスプレイは、次の順序で製造されています。基板を真空環境に置き、添加する有機材料を蒸発させ、金属マスクを使用して材料の堆積を制御します。それはハイテクスクリーン印刷のようなものになります。しかし、これらの薄くパターン化された金属マスクは製造が難しく、材料の多くが無駄になり、大型ディスプレイの製造に費用がかかります。
そのようなディスプレイの製造プロセスに代わる興味深い代替案が登場しました。それはインクジェット印刷です。適用された有機材料は液体に溶解し、必要に応じて基板に適用されます。ピクセルを形成し、その後加熱して残りの溶液を蒸発させます。この戦術は、DuPont、Merck、Nissan ChemicalCorpによってテストされています。と住友、しかし、結果として得られるデバイスの効率と信頼性はまだ望まれていません。しかし、成功すれば、ディスプレイの製造コストは大幅に下がります。
サムスンはまた、2019年にフレキシブルディスプレイフォンのラインを発表しました。写真では-ギャラクシーフォールド。
スマートフォン用の小型ディスプレイのメーカーは、コストを抑えることよりもさらに優先度が高く、電力消費を削減しています。 OLEDは時間の経過とともにますます貪欲ではなくなりますが、さらに、1平方センチメートルあたり6mWの現在のレベルから電力消費を削減することはより困難になります。これは、通常の画面よりもはるかに大きい折りたたみ式の電話では特にイライラします。したがって、折り畳み式の電話には、近い将来、かなり大量のバッテリーが搭載されると安全に推測できます。
フレキシブルディスプレイがスマートフォンを折りたたみ可能にした後、その運命はどのように展開するのでしょうか。今日、人々がスマートフォンに費やす時間を考えると、それほど遠くない将来、人々は皮膚に直接取り付けられたディスプレイを着用し始めると想像できます。当初、これは生体測定データの視覚化になりますが、他のアプリケーションもまもなく利用可能になります。おそらく、そのようなウェアラブルディスプレイはいつかハイテクファッションの一部になるでしょう。
当然のことながら、このようなディスプレイの製造には、肌に不便をかけない十分に柔らかい素材が使用されます。さらに、それらは伸ばすことができる必要があります。引張導体と半導体の開発は非常に困難です。数年前から、研究者たちは似ているがより単純なもの、つまり幾何学的に伸縮可能なディスプレイを研究してきました。それらには、拡張可能なカバーに取り付けられた小さくて硬いコンポーネントが含まれています。それらは、張力下で変形を運ぶ導電性トラックによって接続されています。
しかし、最近では、導体、半導体、基板を伸ばす拡張可能なディスプレイの開発が進んでいます。もちろん、新しい材料が必要ですが、これまでの主な障害は、湿気や酸素の破壊的な影響からデバイスを保護する、このような伸縮性のあるデバイスの保護コーティングをどのように開発するかという問題です。私たちのチームは最近、弾性保護カバーを必要としない、発光性、空気安定性、伸縮性のあるデバイスを開発することにより、この問題について順調に進展しました。それらは中断することなくほぼ2回伸ばすことができます。
発光要素の粗いグリッドを使用して、拡張可能なディスプレイの大まかなプロトタイプが今日作成されています。しかし、業界は拡張可能なディスプレイに大きな関心を示しています。 6月、韓国の商工エネルギー省はLG Displayに、拡張可能なディスプレイを開発する産業および科学研究者のコンソーシアムを管理するように依頼しました。
次に私たちが何を待っているかを想像するのは簡単です。腕と脚にバイオメトリックディスプレイを置いて吊るされたアスリート。手のひらに乗せることができるスマートフォン。さまざまな凹凸のある表面に伸びるディスプレイ。このような未来のディスプレイの開発者は、今日の柔軟なスマートフォン画面を可能にした研究から得られた長年の研究を確実に活用することができます。間違いなく、曲げるだけでなく、電子機器を伸ばす時代も間もなくやってくるでしょう。