Гнут свою линию: что происходит с технологиями гибких дисплеев и как это меняет культуру пользования гаджетами

Трудно представить, но гибкие дисплеи — ровесники первых карманных калькуляторов и громоздких телевизоров с цветными «ламповыми» кинескопами. В 1974 году, когда большинство людей еще удивлялись электрическим кофеваркам и барабанным стиральным машинам, инженер Xerox Ник Шеридон создал первый гибкий экран — электронную бумагу Gyricon. Она представляла собой силиконовый лист с миллионами микроскопических двухцветных шариков из пластика, плавающих в масляной среде. Под действием электрического поля шарики поворачивались, формируя черно-белое изображение. Такой экран можно было сгибать, и для сохранения картинки ему не требовалось электропитание.

Однако новацией на масс-маркете Gyricon так и не стал. Медленное обновление картинки и слабый контраст, а также пробелы в смежных сферах микроэлектроники, не дали идеи выйти за пределы лабораторий. Но она не была забыта, и в 1997 году компания E Ink сделала следующий шаг, заменив шарики на микрокапсулы с черными и белыми пигментами в прозрачной жидкости. Повысилась четкость изображения и ускорилось его обновление — началась эпоха электронных ридеров.

Устройства для чтения быстро завоевали рынок, но наиболее прорывное свойство их экранов — не выходить из строя при изгибе — продолжало оставаться в тени из-за неподходящих для этого подложек. Прорыв произошел уже в «нулевых», когда инженеры научились создавать гибкие полимерные подложки вместо стеклянных. Тонкопленочные транзисторы (TFT) нового поколения позволили экранам сохранять при изгибе не только структуру, но и качество изображения, а OLED-технология на основе органических светодиодов стала знаковым коммерчески успешным решением — не требовала подсветки, обеспечивала глубокий черный цвет и отлично работала на эластичных поверхностях.

Казалось, что эра гибких дисплеев уже не за горами, но оставалась нерешенной еще одна важная проблема — на что заменить оксид индия-олова (ITO), который был стандартным материалом для прозрачных электродов в дисплеях благодаря своей высокой проводимости и оптической прозрачности, но был очень хрупким и крайне дорогим.

В Сеуле над внедрением новых материалов в производство дисплеев работает группа ученых под руководством профессора Сумина Кана. Научную ставку они сделали на графен — одноатомный слой углерода, за исследование которого выходцы из России Андрей Гейм и Константин Новоселов в 2010 году получили Нобелевскую премию.

Пятнадцать лет спустя ученые в Южной Кореи разработали технологию GLLO (Graphene Laser Lift-Off), использующую графен как промежуточный слой между гибким полиимидом и стеклом.

GLLO позволяет создавать полиимидные пленки толщиной 2,9 мкм, что в разы тоньше человеческого волоса. Традиционные методы при такой толщине приводили бы к деформации материала, но GLLO справляется не только с этим. Она предоставляет возможность повторного использования стеклянных подложек, существенно снижая производственные затраты.

Пока графен помогает обходить проблему хрупких подложек, инженеры LG Display решают не менее амбициозную задачу. В конце 2024 года компания представила первый в мире эластичный экран с коэффициентом растяжения 50%. За два года технология прошла впечатляющий путь — от прототипа, способного растягиваться лишь на 20%, до 12-дюймового дисплея, свободно увеличивающегося до 18 дюймов при сохранении четкости в 100 ppi.

В основе этого прорыва — также кропотливая работа с материалами. Инженеры LG применили силиконовый субстрат, родственный материалу контактных линз, разработали новый дизайн проводников и интегрировали в девайс микро-LED размером 40 микрометров. В результате их новинка выдерживает более 10 000 циклов растяжения, сохраняя качество изображения при температурных перепадах и механических нагрузках.

LG Display продемонстрировала несколько концептов использования технологии. Среди них — автомобильная панель, изменяющая форму под управлением руки, и носимый дисплей для пожарных, интегрированный в униформу и отображающий оперативную информацию в реальном времени.

Упомянутые выше микро-LED заслуживают отдельного внимания, так как широко используются при создании эластичных экранов. На выставке CES 2025 сразу несколько крупных производителей электроники представили разработки в этой сфере, и здесь корейцы вновь впереди планеты всей. Так, с мощными премьерами приехала в Лас-Вегас Samsung: компания привезла с собой прозрачные дисплеи и модели с технологией TGV (Through Glass Via), позволяющей создавать сквозные электрические соединения внутри стеклянных подложек. В экранах микро-LED она используется для улучшения проводимости, уменьшения толщины экрана и повышения прозрачности. Впервые TGV MicroLED показала широкой публике на предыдущей CES, а в 2025 году презентовала уже обновленный модуль с диагональю 144 дюйма и соотношением сторон 21:9.

Не намного отстает от Южной Кореи Китай. Hisense также удивила гостей CES, представив свой первый потребительский микро-LED — телевизор 136MX с диагональю 136 дюймов. Модель оснащена более чем 24,88 миллионами микроскопических светодиодов.

Тайваньская компания AUO и разработчик из Шэньчжэня Tianma объявили о запуске новых производственных линий, обещая сделать микро-LED доступными для массового потребителя.

За последнюю пятилетку индустрия совершила еще один большой прорыв — создала растягивающиеся светодиоды на квантовых точках. Это решение оригинально обходит главное ограничение OLED: сравнительно скромные показатели яркости и цветового охвата. QLED-панели с квантовыми точками демонстрируют более насыщенные цвета при меньшем энергопотреблении.

Однако долгое время квантовые точки оставались уделом жестких панелей — в гибких дисплеях они теряли эффективность из-за механических деформаций. Решение нашли исследователи из Калифорнийского университета, которые вместе с коллегами из Лос-Аламосской национальной лаборатории разработали функциональные электронные компоненты на основе квантовых точек селенида меди и индия (CuInSe₂).

Комбинация квантовых точек и гибких материалов объединяет лучшее из двух миров: QLED-технология избавляет от выгорания, присущего OLED, а эластичная основа делает экраны устойчивыми к изгибам.

В другом технологическом лагере исследователи из Мичиганского и Кембриджского университетов делают ставку на перовскиты — материалы с уникальной кристаллической структурой. Им удалось создать гибкие перовскитные светодиоды (PeLED), сохраняющие работоспособность при деформации. Главная сложность, как и в случае с квантовыми точками, заключалась в интеграции перовскитов в эластичные подложки. Чтобы решить проблему, ученым пришлось разработать специальные методы нанесения материала.

Samsung на CES-2025 продемонстрировал, как эти новации меняют привычные гаджеты. Технология Slidable Flex Duet простым движением рук пользователя превращает 8-дюймовый экран в 12-дюймовый, а Slidable Flex Solo растягивает дисплей с 13 до 17,3 дюйма, предвосхищая эру трансформируемых ноутбуков. Для носимой электроники корейцы разработали модель Slidable Flex Vertical с диагональю от 5,1 до 6,7 дюйма.

За кулисами этих впечатляющих достижений продолжается борьба с главным противником гибких экранов — деградацией материалов. Samsung, например, внедряет в свои продукты многослойные барьерные покрытия из полиимида (PI), чередуя органические и неорганические пленки для создания барьера против кислорода и влаги. Это позволяет покрытиям выдерживать до 200 000 циклов изгиба без потери функциональности.

LG применила иной подход, разработав самовосстанавливающиеся полимеры. Еще в 2013 году компания представила смартфон LG G Flex с задней крышкой, покрытой специальным материалом, способным самостоятельно устранять мелкие царапины при комнатной температуре. Молекулы этого полимера, связанные водородными связями, «залечивают» микроповреждения, значительно продлевая срок службы устройства в условиях повседневного использования.

После презентации LG G Flex 2 в 2015 году, который также был оснащен самовосстанавливающимся покрытием задней панели, использование подобных технологий в потребительских устройствах было ограниченным. Однако исследования продолжаются. В 2017 году Motorola подала патент на экран из полимера с памятью формы, способный «заживлять» трещины при нагреве. Аналитики предсказывают появление гибких дисплеев с нанопокрытиями, заполняющими царапины при воздействии воздуха, на широком рынке до конца десятилетия.

Несмотря на все эти достижения, на маршруте к масс-маркету у гибких дисплеев пока еще немало важных остановок. Так, даже лучшие защитные покрытия не могут полностью предотвратить износ материалов экрана, особенно в местах экстремального изгиба радиусом менее 4 мм. Помимо этого, производители часто используют несовместимые технические решения, что затрудняет унификацию и стандартизацию. И, разумеется, препятствием служит стоимость производства, которая остается высокой даже с учетом последних модернизаций. Иными словами, путь к идеальному дисплею еще не пройден, но направление движения очевидно: будущее за технологиями, которые «прогибаются» под человека, а не наоборот.