من الهواتف القابلة للطي إلى الشاشات القابلة للمط

اليوم يمكنك شراء هاتف ذكي بشاشة قابلة للطي. غدا قد يكون لدينا شاشة مطولة

كشفت موتورولا النقاب عن أول هاتف محمول محمول منذ ما يقرب من نصف قرن. كانت بحجم الطوب ووزنها حوالي نصف قرميد. بعد عشر سنوات ، ظهر أول هاتف محمول تجاري على أساسه. لقد بدا أيضًا محرجًا ، لكنه سمح للمالك بإرسال واستقبال المكالمات أثناء التنقل ، والتي كانت جديدة في ذلك الوقت. منذ ذلك الحين ، اكتسبت الهواتف المحمولة العديد من الوظائف الأخرى. الآن يقومون بمعالجة الرسائل النصية ، وتصفح الويب ، وتشغيل الموسيقى ، والتقاط الصور ومقاطع الفيديو ، وعرضها على الشاشة ، وإظهار موقعهم على الخريطة - لا يوجد شيء يحسب. تجاوزت احتمالات تطبيقهم أي أحلام كانت موجودة وقت ظهورهم.



ولكن على الرغم من تعدد استخداماتها ، لا تزال الهواتف الذكية تعاني من عيب أساسي: شاشاتها صغيرة جدًا. نعم ، تقوم بعض الهواتف بعمل المزيد لتكبير الشاشة. ومع ذلك ، إذا أصبح الهاتف كبيرًا جدًا ، فلن يتناسب مع جيبك بعد الآن ، وهو أمر غير مرغوب فيه بالنسبة للكثيرين.



الحل الواضح هو جعل الشاشة قابلة للطي مثل المحفظة. لسنوات عديدة ، قمنا في جامعة سيول الوطنية بتطوير التكنولوجيا المناسبة. تم فعل الشيء نفسه من قبل الشركات المصنعة للهواتف الذكية ، الذين لم يتمكنوا من طرح هذه التكنولوجيا في السوق إلا في العامين الماضيين.



لا شك أن الشاشات القابلة للطي ستنتشر بشكل أسرع قريبًا. سيكون لبعض أقاربك أو أصدقائك واحدًا ، وبعد ذلك تسأل نفسك: كيف يمكن حتى أن تنثني الشاشة؟ قررنا شرح كيفية عمل هذه التقنية لإعدادك للحظة التي ترى فيها هاتفًا بشاشة كبيرة ومشرقة ومرنة تنزلق في جيبك. ناهيك عن أنه عندما يمكن أن تمتد الشاشات وتنحني ، سيكون هناك العديد من الأجهزة الإلكترونية الجذرية.



يعمل الباحثون بجدية على شاشات مرنة منذ حوالي عقدين. لكن لسنوات عديدة ظلت هذه المشاريع في مرحلة البحث. في عام 2012 ، قرر بيل ليو والعديد من خريجي ستانفورد الآخرين طرح شاشات مرنة في السوق من خلال تأسيس شركة Royole Corp.





كتاب مغلق: أواخر 2018 Royole Corp. طور أول هاتف ذكي تجاري قابل للطي ، FlexPai. يتم طيها بحيث يظل جزء الشاشة مرئيًا من الخارج.



في نهاية عام 2018 ، قدم Royole جهاز FlexPai بشاشة مرنة تتكشف إلى شيء مثل الكمبيوتر اللوحي. أوضحت الشركة كيف يمكن لشاشة قابلة للطي تحمل 200000 دورة قابلة للطي ، وهي قوية جدًا - بنصف قطر 3 مم فقط. ومع ذلك ، لم يكن هذا منتجًا تجاريًا ، بل كان مجرد نموذج أولي. على سبيل المثال ، وصفتها مراجعة بواسطة The Verge بأنها "مروعة بشكل ساحر".



بعد ذلك بوقت قصير ، بدأت أكبر شركتي تصنيع الهواتف الذكية Samsung و Huawei في تقديم نماذج قابلة للطي خاصة بهم. أعلنت شركة Samsung Mobile رسميًا عن هاتف Galaxy Foldفي فبراير 2019. يحتوي على شاشتين قابلتين للطي بنصف قطر منحنى يبلغ 1 مم فقط ، مما يسمح بطي الهاتف بحيث تظل الشاشة بالداخل. وفي الشهر نفسه، أعلنت شركة هواوي لها ماتي لX . يبلغ سمك جهاز Mate X 11 ملم عند طيه ويحتوي على شاشة من الخارج (مثل FlexPai) ويبلغ نصف قطره القابل للطي حوالي 5 ملم. في فبراير من هذا العام ، عرضت الشركتان طرازيهما الثاني القابل للطي: Samsung Galaxy Z Flip و Huawei Mate Xs / 5G.



بطبيعة الحال ، كان أصعب شيء في هذه الهواتف هو صنع شاشات العرض بنفسها. كان من الضروري تقليل سمك الشاشة القابلة للطي لتقليل الحمل عليها عند طيها. لقد توصلت صناعة الهواتف الذكية للتو إلى كيفية القيام بذلك. عرض البائعين مثل Samsung Displayوشركة Beijing BOE Technology Group Co. تنتج بالفعل شاشات قابلة للطي.



هذه هي شاشات AMOLED (ثنائيات المصفوفة النشطة العضوية الباعثة للضوء) ، مثل تلك المستخدمة في الهواتف الذكية التقليدية. ومع ذلك ، بدلاً من صنع الشاشات كالمعتاد على ركيزة زجاجية صلبة ، تستخدم الشركات بوليمرًا مرنًا رقيقًا. يضم الجزء الخلفي من الشاشة ، وهي طبقة تحتوي على العديد من ترانزستورات الأغشية الرقيقة التي تحرك وحدات البكسل الفردية. تحتوي على طبقة تخميد مدمجة لمنع التشقق عند ثني الشاشة.



على الرغم من أن العروض المرنة لهذا التصميم توجد بشكل متزايد في الهواتف والأجهزة الاستهلاكية الأخرى ، إلا أن المعايير المرتبطة بها واللغة التي تصفها لا تزال قيد الإعداد. على أقل تقدير ، يمكن وصفها باستخدام نصف قطر الانحناء للانحناء. لا ينحني العرض المطابق كثيرًا ، والشاشة القابلة للدوران تتمتع بدرجة متوسطة من المرونة ، والشاشة القابلة للطي لها نصف قطر انحناء صغير إلى حد ما.



نظرًا لأن أي مادة ، سواء كانت شاشة هاتف ذكي أو لوح معدني ، تعاني من التوتر على الجزء الخارجي من الطية والضغط من الداخل ، يجب أن تقاوم المكونات الإلكترونية للشاشة هذه الضغوط والتشوهات. أسهل طريقة لتقليل هذه القوى هي تقريب الأسطح الخارجية والداخلية للشاشة من بعضها - بمعنى آخر ، لجعلها رفيعة قدر الإمكان.



لجعل الشاشة نحيفة قدر الإمكان ، يتخلى المطورون عن الفيلم الواقي والفيلم المستقطب ، والذي عادة ما يتم لصقه على الشاشات ، وطبقة من الغراء بينهما. هذا ليس حلاً مثاليًا ، ولكن لا يزال الفيلم الواقي والطبقة المضادة للانعكاس المستقطبة مكونات اختيارية لشاشة AMOLED. تولد مثل هذه الشاشة الضوء من الداخل ، ولا تغير الضوء المنبعث من الإضاءة الخلفية LED ، كما تفعل شاشات الكريستال السائل.



هناك اختلاف آخر بين شاشة العرض المرنة والشاشة التقليدية وهو أن الأقطاب الكهربائية الموصلة الشفافة تعمل على جانبي المواد العضوية الباعثة للضوء ، والتي من خلالها تبعث وحدات البكسل الضوء. عادة ، يتم لعب هذا الدور بواسطة أكسيد قصدير الإنديوم (ITO). ومع ذلك ، فإن ITO هش ، لذا لا ينبغي استخدامه في شاشات العرض المرنة. والأسوأ من ذلك ، أن إيتو يلتصق بشكل سيئ بركائز البوليمر المرنة ، والالتواءات والرقائق عند ضغطها.



لمحاربة هذه المشكلة قبل عقد من الزمن ، ابتكر الباحثون استراتيجيات أخرى لتحسين التصاق ITOs بالركائز المرنة. واحد منهم هو معالجة الركيزة ببلازما الأكسجين قبل لصق القطب الكهربي ITO. آخر هو إدخال طبقة رقيقة من المعدن (مثل الفضة) بين القطب والركيزة. يساعد أيضًا على وضع الجزء العلوي من الطبقة السفلية في منتصف فطيرة العرض مباشرةً. ثم تقع الواجهة الهشة في طبقة ITO على المستوى المحايد ميكانيكيًا للشاشة ، والتي لا تخضع للضغط أو التمدد عند الانحناء. حتى الآن ، تستخدم الشركات الإلكترونية الرائدة للشاشات القابلة للطي هذه الاستراتيجية.



يمكنك القيام بذلك بشكل أسهل ، والتخلص تمامًا من أقطاب ITO. لم يتم تنفيذ ذلك بعد في الأجهزة التجارية ، ولكن يبدو أن الاستراتيجية مفيدة بغض النظر عن مرونة الشاشات. الحقيقة هي أن الإنديوم سام ومكلف ، لذا من الأفضل عدم استخدامه. لحسن الحظ ، على مدار سنوات من البحث ، اختار العلماء ، بما فيهم نحن الاثنين ، مواد أخرى يمكن أن تعمل كأقطاب كهربائية شفافة في شاشات مرنة.



المرشح الواعد هو فيلم مرن بأسلاك نانوية فضية. توصل شبكة هذه الأسلاك الصغيرة الكهرباء بينما تظل شفافة تمامًا تقريبًا. يمكن إنشاؤه بتكلفة زهيدة عن طريق إضافة محلول يحتوي على أسلاك فضية متناهية الصغر إلى ركيزة - تمامًا كما يحدث عند الطباعة بالحبر على الورق.





في عام 2019 ، كشفت شركة Huawei النقاب عن مجموعة من هواتف العرض المرنة. تُظهر الصورة هاتف Mate Xs.



ركزت الكثير من الأبحاث حول الأسلاك النانوية الفضية على تقليل المقاومة عند تقاطع الأسلاك الفردية. يمكن القيام بذلك ، على سبيل المثال ، بإضافة مواد أخرى إليها. أو يمكنك معالجة طبقة من الأسلاك النانوية فعليًا - تسخينها ، أو تطبيق مثل هذا التيار بحيث يتم لحام التقاطعات ببعضها البعض. أو يمكنك ختمها ساخنة أو معالجتها بالبلازما أو تشعيعها. تعتمد الطريقة الأفضل بشكل أساسي على الركيزة التي يتم تطبيق الطبقة عليها. تتشوه طبقة البوليمر كثيرًا عند تسخينها. هذا ، على سبيل المثال ، بوليمر مثل البولي إيثيلين تيريفثالاتالتي تصنع منها حاويات طعام شفافة. بوليميد ليس حساسًا جدًا للحرارة ، لكن لونه المصفر يزعج شفافية الطبقة.



الأسلاك النانوية المعدنية ليست الخيار الوحيد لاستبدال ITO لصنع أقطاب كهربائية شفافة. ثم هناك الجرافين ، وهو شكل خاص من الكربون تصطف فيه الذرات في أقراص عسلية ثنائية الأبعاد. يقصر الجرافين عن الموصلية والشفافية في ITO ، لكنه يقاوم الانحناء بشكل أفضل من أي مادة عرض مرنة أخرى يتم النظر فيها اليوم. ويمكن تحسين الموصلية الهزيلة للجرافين بدمجه مع بوليمر موصل ، أو إضافة حمض النيتريك أو كلوريد الذهب إليه.



الاحتمال الآخر هو استخدام البوليمرات الموصلة. المثال الرئيسي هو بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) مع إضافة حمض السلفونيك البوليسترين. عادة ما يتم استبدال هذا الاسم المعقد بالاختصار PEDOT: PSS . تذوب هذه البوليمرات في الماء ، بحيث يمكن طباعة أو طرد الأقطاب الكهربائية الشفافة والرقيقة. يمكن للإضافات الكيميائية المناسبة أن تحسن إلى حد كبير مرونة مثل هذا البوليمر الموصل وحتى تجعلها قابلة للتمدد. يعمل الاختيار الدقيق للإضافات أيضًا على تحسين الإضاءة لكل وحدة تيار - يمكن أن تكون الشاشة أكثر سطوعًا من تلك المنتجة باستخدام ITO.



حتى الآن ، يتم تصنيع شاشات OLED المستخدمة في الهواتف المحمولة والشاشات وأجهزة التلفزيون بالتسلسل التالي. يتم وضع الركيزة في بيئة فراغية ، وتبخر المادة العضوية المراد إضافتها وتستخدم الأقنعة المعدنية للتحكم في ترسب المادة. اتضح أن شيئًا مثل طباعة الشاشة عالية التقنية. لكن يصعب تصنيع هذه الأقنعة المعدنية ذات الزخارف الرقيقة ، ويضيع الكثير من المواد ، مما يجعل تصنيع شاشات العرض الكبيرة باهظ التكلفة.



ظهر بديل مثير للاهتمام لعملية إنتاج مثل هذه العروض: الطباعة النافثة للحبر. تذوب المادة العضوية المطبقة في السائل ثم توضع على الركيزة عند الضرورة. إنها تشكل وحدات بكسل ، وبعد ذلك يتم تسخينها لتبخر الحل المتبقي. يتم اختبار هذا التكتيك بواسطة DuPont و Merck و Nissan Chemical Corp. و Sumitomo ، على الرغم من أن كفاءة وموثوقية الأجهزة الناتجة لا تزال بعيدة عن المطلوب. ولكن إذا نجحوا ، فإن تكلفة شاشات التصنيع ستنخفض بشكل كبير.





طرحت Samsung أيضًا خطها من هواتف العرض المرنة في عام 2019. في الصورة - Galaxy Fold.



الشركات المصنعة للشاشات الصغيرة للهواتف الذكية لها أولوية أعلى من خفض التكاليف: تقليل استهلاك الطاقة. تبين أن OLEDs أصبحت أقل شراسة بمرور الوقت ، ولكن كلما زادت صعوبة تقليل استهلاك الطاقة من المستوى الحالي البالغ 6 ميجاوات لكل سنتيمتر مربع. هذا أمر محبط بشكل خاص للهواتف القابلة للطي ، والتي تكون أكبر بكثير من الشاشات العادية. لذلك ، يمكننا أن نفترض بأمان أن الهواتف القابلة للطي ستحتوي على بطاريات ضخمة جدًا في المستقبل القريب.



كيف سيتكشف مصير الشاشات المرنة بعد أن تجعل هواتفنا الذكية قابلة للطي؟ بالنظر إلى مقدار الوقت الذي يقضيه الأشخاص على الهواتف الذكية اليوم ، يمكنك أن تتخيل أنه في المستقبل غير البعيد ، سيبدأ الناس في ارتداء شاشات متصلة مباشرة بالجلد. في البداية ، سيكون تصور البيانات البيومترية ، لكن التطبيقات الأخرى قادمة قريبًا. ربما ستصبح مثل هذه العروض التي يمكن ارتداؤها يومًا ما جزءًا من الموضة عالية التقنية.



وبطبيعة الحال ، لإنتاج مثل هذه الشاشات ، سيتم استخدام مواد ناعمة بدرجة كافية لا تسبب أي إزعاج للجلد. بالإضافة إلى ذلك ، سوف يحتاجون إلى التمدد. تطوير موصلات الشد وأشباه الموصلات أمر صعب للغاية. لعدة سنوات حتى الآن ، كان الباحثون يدرسون شيئًا مشابهًا ولكنه أبسط: العروض الهندسية القابلة للمط. تحتوي على مكونات صلبة صغيرة متصلة بغطاء قابل للتوسيع. وهي متصلة بمسارات موصلة تحمل التشوه تحت التوتر.



في الآونة الأخيرة ، كان هناك تقدم في تطوير شاشات العرض القابلة للتوسيع - تلك التي تحتوي على كل من الموصلات وأشباه الموصلات وتمتد الركيزة. هم ، بالطبع ، يحتاجون إلى مواد جديدة ، لكن العقبة الرئيسية حتى الآن تظل مسألة كيفية تطوير طلاء واقي لمثل هذه الأجهزة القابلة للمط والتي تحميها من التأثيرات المدمرة للرطوبة والأكسجين. لقد أحرز فريقنا مؤخرًا تقدمًا جيدًا في هذه المشكلة من خلال تطوير أجهزة مستقرة للهواء وقابلة للتمدد تنبعث منها الضوء ولا تتطلب غلافًا قابلًا للتوسيع. يمكن شدها مرتين تقريبًا دون انقطاع.



يتم إنتاج نماذج أولية خشنة من شاشات العرض القابلة للتوسيع اليوم ، بشبكة خشنة من العناصر المضيئة. لكن الصناعة تبدي اهتمامًا كبيرًا بشاشات العرض القابلة للتوسيع. في يونيو ، كلفت وزارة التجارة والصناعة والطاقة في كوريا الجنوبية شركة LG Display بإدارة مجموعة من الباحثين الصناعيين والعلماء الذين يطورون شاشات قابلة للتوسيع.



من السهل تخيل ما ينتظرنا بعد ذلك: رياضيون معلقون بشاشات بيومترية موضوعة على أذرعهم وأرجلهم. الهواتف الذكية التي يمكن حملها في راحة يدك. يعرض التمدد على مختلف الأسطح غير المستوية. سيتمكن مطورو مثل هذه العروض المستقبلية بالتأكيد من الاستفادة من سنوات البحث المكتسبة من الأبحاث التي مكّنت شاشات الهواتف الذكية المرنة اليوم. بدون شك ، سيأتي قريبًا عصر ليس فقط الانحناء ، ولكن أيضًا للإلكترونيات الممتدة.