Уголок изобретателя №16. По-настоящему гибкий дисплей

Привет.

Самый первый мой материал, который был опубликован на Mobile-review.com, был про гибкие дисплеи. В комментариях меня обвинили в «кликбейтном» заголовке, но с точки зрения развития технических систем логика содержания соответствовала названию. Я перечитал материал и сегодня вновь готов подписаться под каждым словом. Если не видели, то рекомендую:

Я вспомнил про него потому, что в перечне планируемых статей дошел до пункта, который когда-то обозначил как «гибкий дисплей». Увидев, что под спойлер спрятано разъяснение, я раскрыл его и вспомнил про одно мнение, которое было высказано в пылу дискуссии уже после основного текста статьи. Процитирую ту его часть, которая относилась к гибкости дисплея:

«…если следовать концепции АРИЗ дальше, то эти микрошарниры следовало бы заменить «полями»… в данном случае идеально подходят магнитные и электромагнитные поля. В этом случае итоговая конструкция немного изменяется, и «пиксели» приобретают форму «шара» (стремление к «шарообразности» также является тенденцией развития любой системы, согласно ТРИЗ), при этом связь между ними уже осуществляется посредством магнитного поля, а синхронизация сигнала через электромагнитное поле. Для иллюстрации можно представить «неокуб», только теперь каждый магнитный шарик, это отдельный светящийся диод матрицы».

Речь идет об алгоритме решения изобретательских задач (АРИЗ), азы которого автор применяет к гибкости. Шарниры являются ее основой. Попытайтесь представить себе металлический прут, нунчаки, велосипедную цепь и шнурок из кроссовка. Гибкость напрямую зависит от числа шарниров. Предельное же значение количества обратно пропорционально размеру шарнира. В шнурке гибкость будет обеспечиваться молекулами полимера, где степень полимеризации и будет тем самым количеством шарниров. Ключевым же для меня словом в описанной идее оказался «неокуб». Знаете про такую игрушку?

Шарики из неодимового магнита позволяют создавать невероятные фигуры. Кроме того, из-за особенностей структуры (есть просветы) и не запредельной силы сцепления составных частиц между собой получившиеся конструкции тяготеют к деформации при внешнем воздействии. Шарики незначительно смещаются друг относительно друга, и объемная фигура видоизменяется. Может показаться, что это примитивное баловство, но вы не представляете, как сильно могут психовать люди, которым первый раз показываешь эту штуку. Рекомендую и себя проверить. Сомните в руке стандартный собранный куб, а потом соберите снова. Но, разумеется, эта игрушка интересна не своей обманчивой легкостью. Обратите внимание на вариант плиты, который можно с ее помощью получить:

Такая поверхность получается из двухслойных колец, собранных из шести шариков. Первый из слоев повернут в плоскости кольца относительно второго слоя и относительно центра симметрии. Если присмотреться к изображению, то можно увидеть некоторую волнистость получившейся структуры. Она изгибается под собственным весом. Впрочем, в этом нет ничего удивительного. Ведь составной элемент из двухслойных колец позволяет собрать даже сферу:

И так уж получилось, что автор искомого комментария, который подтолкнул меня к размышлению на тему сегодняшнего изобретения, уточнил его совсем недавно комментарием к изобретению про дороги. Я внес соответствующие уточнения и рассказал о них в разделе «Обратная связь» предыдущего выпуска «Уголка». Но идея оказалась уместна не только для дорог…

Проблема

Проблема сегодняшних гибких дисплеев в том, что они только номинально гибкие. Посудите сами. Изогнуть экран вокруг здания — легко. Один только раз. Потом смотрите на согнутый. Обратно прямым не сделать (да и не нужно, собственно). Смартфоны с гибким дисплеем. Раз плюнуть! Гнуться будет вот так, а не иначе. Вот вам два варианта. Подберите что-то для своих сценариев использования. Таким образом, производитель как бы сам подталкивает нас к удобной ему схеме. И его сложно судить. Мы ведь никогда не знаем, что нам нужно, пока нас носом не ткнут в новинку. Мы об этом говорили много раз. Потому сегодня пользователь и вынужден подстраиваться под коммерческие варианты разработок производителя. Возможно, где-то в лабораторных закромах и есть то самое устройство, но оно либо слишком сложное, либо слишком дорогое.

Уровень техники

Жидкокристаллическим дисплеям уже очень много лет. Коммерческие устройства с данной технологией плотно вошли в нашу жизнь в виде мониторов со второй половины 1990-х годов, а в виде телевизоров — с конца нулевых. Особенности технологии первых вариантов сегодня не особо интересны. А вот на актуальные версии экранов взглянем:

Главным отличием одного типа дисплеев от другого является подсветка. В одном случае она светит под всей поверхностью экрана, помогая тонкопленочному транзистору (TFT) управлять матрицей на жидких кристаллах и освещая RGB-фильтр, а в другом случае «светит» сама OLED-матрица. Разницу можно легко увидеть при попытке получить черный цвет:

Но нас интересуют не столько отличия разных технологий экрана, сколько одна деталь, которая не менее впечатляюща. А именно включение каждого отдельного пикселя. Если совсем простыми словами, то все дело в замыкании нужного контакта:

Мои познания в электротехнике далеко не абсолютны, но даже мне понятно, что дело в «плюсиках» и «минусиках». То есть каждый отдельный пиксель имеет выключатель. Вернее, даже еще круче. Каждый из трех цветов отдельного пикселя имеет свой выключатель. Представляете, насколько система миниатюрна?

Различные варианты расположения диодов мы неоднократно встречали в обзорах OLED-панелей. В патентной базе данных они также появляются в избытке, поскольку инженеры до сих пор сражаются за идеальное отображение цветов и яркость.

Таким образом, я пытаюсь подчеркнуть, что экраны на светодиодах представляют собой, по сути, кучу гирлянд. Только с очень маленькими лампочками, соединенными не буквально проводами, а напечатанной сетью контактов, которая на выходе превращается в тот самый шлейф. Поскольку все это очень мелкое, ни о какой прочности без подложки и защитного стекла речь бы не шла. Соответственно, главной проблемой гибкости являются как раз свойства защитных элементов. И это можно назвать главным недостатком. Мы имеем изначально гибкую систему, которую делаем негибкой для защиты, а потом пытаемся придать встроенной защите гибкости, чтобы система начала гнуться. А что, если отказаться от единого внешнего защитного слоя?

Осуществление изобретения

В теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) есть такой прием, который называется «дробление». Он идет самым первым в списке приемов, которые изобретатели применяют. Напомню, что теория разработана на основе запатентованных ранее решений, но показала свою состоятельность и при разрешении возникающих даже сегодня технических противоречий. Так вот. Вместо единой поверхности над светодиодами предлагается аналогично устройству игрушки «неокуб» изолировать каждый отдельный пиксель в собственный кокон. Разумеется, он должен быть прозрачным. К существующим трем (как минимум) выключателям добавится еще один, который будет замыкаться при касании каждого отдельного «кокона». Эластичность всей конструкции будет обеспечиваться за счет сети контактов между «коконами», которая будет напечатана таким образом, что позволит растягиваться и сжиматься общей структуре в любом направлении. Например, как упомянутая в «Обратной связи» к самооттаивающим дорогам, в виде сетки Рабица. Это будет достигаться за счет наличия расстояния между светодиодами:

Гладкость поверхности исчезнет. Она станет бархатистой, как если бы мы касались вельветового материала с очень мелкими рубцами. Сложно сказать, насколько миниатюрными можно исполнить отдельные коконы, но речь ведь не идет о коммерческом продукте.

Если же фантазировать еще дальше, то отдельность каждого пикселя под своим куполом может позволить задуматься о послойном расположении светодиодов. Например, чтобы при изгибе боковые части каждого отдельного пикселя дополнительно окрашивались. Это так, в качестве варианта.

Формула изобретения

1. Экран на основе органических светодиодов, содержащий OLED-матрицу, состоящую из анода, эмиссионного слоя, проводящего слоя, катода, и подложку;

• упомянутая OLED-матрица разделена на ячейки, каждая из которых покрыта прозрачным слоем, при этом анод и катод выполнены в виде эластичной сети с возможностью перемещения ячеек друг относительно друга;
• упомянутая подложка выполнена эластичной.

2. Экран на основе органических светодиодов в соответствии с п.1, отличающийся тем, что упомянутый прозрачный слой выполнен сенсорным.

Повторюсь. Это не описание коммерческого продукта. Это всего лишь идея. Если же оценивать ее перспективы, то мне видится ее актуальность в использовании на рекламных растяжках. Да, в общем-то, в любом месте, где требуется мобильность развертывания. Это буквально структура для сворачивания в рулон, только максимально приспособленная к небрежному использованию. Ей не страшны сдвиги относительно запланированной линии изгиба. При должных технологиях в изготовлении эластичной подложки и миниатюрности отдельных пикселей можно даже задуматься о хаотичном смятии подобного экрана.

Правда, есть и одна проблема. Сейчас вот попытался представить смартфон с экраном, выполненным в соответствии с подобной технологией, и испытал некоторое затруднение в представлении сценария его использования. Ожидаемо задумался о складной вариации (или сворачиваемой, не суть важно), чтобы в определенный момент была возможность и фильм с комфортом посмотреть, и в карман убрать. Но на ум почему-то пришла аналогия в виде недавно презентованного ноутбука Asus Zenbook Duo:

То есть мы имеем ситуацию, когда возможности вроде как расширились, но откровенно непонятно, как с комфортом ими пользоваться. Однако это уже не наша задача. Мы идею во вселенную вкинули, а кому интересно, пусть допиливают.

Смелых идей, отличных изобретений и успешных продуктов. Удачи!