Как работают складные экраны?

По материалам Android Authority

В последние годы складные экраны стали привычным явлением, во многом это произошло благодаря двум линейкам складных смартфонов от компании Samsung, Z Flip и Z Fold. Затем к компании присоединились другие производители, а складные смартфоны постепенно начали становиться доступнее, обещая наступление новой эры в развитии персональных компьютеров. Но как на самом деле работают складные экраны?

Складные экраны: основы

Все дисплеи — жесткие или гибкие, плоские или изогнутые, сворачиваемые или складные — работают примерно одинаково.

Проще говоря, миллионы цветных точек формируют изображения, которые мы видим на экране. Существуют разные способы достичь этого эффекта, поэтому в смартфонах можно встретить различные экраны, включая LCD, OLED, а в последнее время micro-LED и mini-LED.

Все эти пятнышки цвета располагаются на слое материала, называемом подложкой. В течение многих лет подложкой был тонкий лист стекла — твердого, хрупкого стекла, которое можно сгибать лишь до того момента, пока оно не треснет.

В последнее десятилетие компании стали делать подложки для экранов из гибкого пластика — такой можно сгибать, не боясь его сломать. Именно экраны на основе пластика сделали возможным создание первых телефонов с изогнутыми экранами, таких как Galaxy Note Edge 2014 года.

По мере развития технологий производители экранов находили способы увеличить степень гибкости, которую они могли безопасно заложить в экран. Важно отметить, что они также решили проблему долговечности, позволив экранам сгибаться тысячи раз и не ломаться. В конце концов этот путь привел нас к сегодняшним складным экранам, которые могут складываться почти как лист бумаги.

Компании в течение более чем десяти лет обещали нам создать складные экраны, но первые складные смартфоны появились только в 2019 году. Есть причина, по которой складным экранам потребовалось так много времени, чтобы технология стала рабочей. Точнее, на это существует много причин.

Гибкая подложка — это только часть уравнения. Ученым и инженерам приходилось решать очень сложные задачи, такие как изготовление подложки, которая была бы легкой и гибкой, но могла бы выдерживать годы механических нагрузок, обеспечение того, чтобы все складывания или сворачивания не влияли на качество изображения с течением времени, создание защитного слоя для экрана, обладающего такой же гибкостью, как и он сам. Кроме того, нужно было сохранить в рабочем состоянии все другие технологии, которые используются в экране. А потом уже совсем другим людям пришлось изобретать способы, как поместить гибкий экран в складной смартфон так, чтобы устройство при этом продолжало соответствовать тем высоким требованиям, которые мы предъявляем сейчас к нашей электронике. Не самая простая работа.

Подробнее о технологии

Прежде чем мы рассмотрим отдельные компоненты складного экрана, важно отметить, что все складные экраны, которые можно найти на рынке сегодня, относятся к типу OLED. OLED-экраны не имеют подсветки, как LCD — сами пиксели в таких экранах излучают свет при подаче на них питания. Из-за этого OLED-дисплеи можно сделать примерно на 30% тоньше и легче, чем LCD-экраны. В сочетании с другими преимуществами по сравнению с LCD-экранами OLED является лучшей технологией для создания гибких экранов, хотя гибкие LCD-экраны тоже существуют.

Чтобы понять, как работают складные OLED-экраны, представим экран как очень тонкий (и, вероятно, не очень вкусный) слоеный пирог. Каждый слой этого высокотехнологичного пирога играет определенную роль. Эти слои заламинированы вместе в очень тонкий корпус толщиной в доли миллиметра. Давайте на них посмотрим.

Слой подложки, который также называется платой, это сама основа экрана, которая поддерживает все остальные слои. В гибком экране подложка выполнена из пластика или реже из металла. Сегодня в большинстве устройств с гибким экраном используется подложка из полимерного пластика, называемого полиимидом (PI). Полиимид обладает не только гибкостью и изолирующими свойствами, но и высокой механической прочностью и термической стабильностью.

Слой TFT — нанесенный поверх гибкой подложки слой TFT (от thin-film transistor — тонкопленочный транзистор) управляет подачей энергии на каждый пиксель. Можно представить это как «энергетическую сеть», которая соединяет все пиксели на экране. На OLED-экране, в отличие от LCD, каждый пиксель может управляться индивидуально, что обеспечивает высокую контрастность и низкое энергопотребление.

Слой OLED — светоизлучающий слой, состоящий из отдельных пикселей, каждый из которых содержит красные, зеленые и синие субпиксели. Каждый пиксель может иметь определенный цвет и яркость за счет изменения количество энергии, получаемой его субпикселями. В свою очередь, посредством объединения пикселей формируется изображение, которое мы видим на экране. Слой OLED состоит из нескольких более тонких слоев, включающих катод, анод и слой органического светоизлучающего материала, который расположен между ними.

Защитный слой — также называемый слоем инкапсуляции, это слой, который герметизирует и защищает другие слои. Это также тот слой, к которому прикасаются пользователи, когда взаимодействуют со складными экранами. Что касается материалов, более дешевым вариантом является полиимид (тот же, что и для подложки), а в последнее время производители используют ультратонкое стекло (UTG). UTG прочнее пластика и больше похоже на обычное стекло, но при этом может сгибаться. Например, именно UTG Samsung использует в последних моделях Z Flip и Z Fold.

Что еще стоит знать о складных экранах?

Складные экраны могут быть складывающимися или раскладывающимися. В случае со складывающимся экраном (например, как в Galaxy Z Flip 3) он скрыт внутри устройства в сложенном состоянии, что повышает его долговечность, но на экране могут образовываться небольшие заломы. На раскладывающемся дисплее (например, как в Huawei Mate XS 2) в сложенном виде дисплей изгибается вокруг внешней стороны устройства. Так он остается уязвимым для царапин, зато на нем не образуется складок.

Устройства со складным экраном, которые мы видели до сих пор, складываются только по одной линии, но производители уже продемонстрировали концепции устройств, которые складываются дважды или даже больше. Вот некоторые конструкции от Samsung, которые складываются дважды в конфигурации «S» или «G».

Не все смартфоны с гибкими экранами складываются. Так, мы видели устройства с экранами, которые сворачиваются и исчезают внутри корпуса. К примеру, это раскладной телефон Oppo X 2021 года или безумный раскладной телевизор LG OLED R.

Экран является ключевым аспектом работы складных устройств, но не единственным. Шарнир может оказаться столь же важным в части пользовательского опыта. Производители вложили много ресурсов в то, чтобы петли в их складных устройствах работали плавно, щелкали ровно так, как надо, и были достаточно гладкими, чтобы разместить поверх них экран.

Еще одним важным фактором является долговечность. По определению, складные экраны имеют движущиеся части, что открывает широкие возможности для попадания внутрь устройства воды, пыли и других загрязнений. Проблемы с попаданием мусора под экран на некоторых устройствах вовсе не надуманны, и это портит пользовательский опыт и может повредить экран.

Многие компании уже выпустили или, по крайней мере, анонсировали продукты со складными экранами, включая телефоны, ноутбуки и даже телевизоры. Легко представить себе будущее, в котором планшеты, носимые устройства, игровые приставки и даже бытовая техника имеют гибкие экраны. Инновации также будут связаны с созданием растягивающихся, носимых и даже внедряемых под кожу дисплеев. В любом случае по мере того, как в технологию вкладывается все больше ресурсов, складные экраны будут только совершенствоваться.