Гнучий OLED-дисплей виконує роль динаміка за допомогою технології PVDF

У світі технологій гнучка електроніка обіцяє стати кардинальною інновацією. Це стосується не лише складних телефонів, які наразі стикаються з проблемою високої вартості та довговічності, але й скручуваних дисплеїв і додатків у пристроях, що носяться, розумного текстилю, діагностичних інструментів, систем доставки ліків і моніторингу здоров’я.

Таким чином, гнучка електроніка демонструє можливості трансформації завдяки своїй легкості та пластичності, що дозволяє додавати нові функції та змінювати можливості продуктів у різних галузях. 

Ця гнучка електроніка виходить за рамки можливостей звичайної жорсткої електроніки, яка не здатна відповідати складним формам і в основному використовується в додатках із плоскими поверхнями. 

Звичайній електроніці бракує гнучкості, що означає мало свободи в дизайні. Це виключає складні та нетрадиційні пристрої, а їхня жорсткість також створює проблеми з пошкодженням.

Гнучка електроніка, звичайно, пропонує вирішення цих проблем, оскільки вона добре адаптується до гнучких середовищ, таких як викривлені або деформовані поверхні довільної форми.

Крім того, зростає попит на органічний інтерфейс користувача (OUI) у взаємодії людини з електронікою. Гнучкі дисплеї відіграють тут ключову роль у передачі інформації між користувачем і пристроєм.

У результаті ми спостерігаємо зростання дисплеїв, що змінюють форму, як технології відображення наступного покоління. 

Удосконалення складного OLED-дисплея

А тепер давайте подивимося на деякі ключові розробки у сфері гнучких OLED-дисплеїв. Гнучкий OLED використовує гнучку підкладку. Однак перше покоління гнучких OLED не було насправді гнучким. Звичайно, виробник викривив дисплей, але кінцевий користувач не міг його зігнути. 

Наступне покоління гнучких дисплеїв може складатися, і зараз компанії розглядають можливість впровадження економічно ефективних прокручуваних OLED. 

Хоча комерціалізація йде повільно, дослідники досягають значного прогресу. Щоб повернутися лише на кілька років назад, у 2022 рік, дослідники з Університету Міннесоти 3D-надрукував гнучкий OLED-дисплей повністю з метою втілення недорогих OLED-дисплеїв у реальність.

Старший автор дослідження Майкл Макалпайн, професор кафедри машинобудування, зазначив:

"OLED-дисплеї зазвичай виготовляються на великих, дорогих, ультрачистих виробничих підприємствах. Ми хотіли побачити, чи зможемо ми фактично стиснути все це та надрукувати OLED-дисплей на нашому настільному 3D-принтері, який був виготовлений на замовлення та коштує приблизно стільки ж, скільки Tesla Model S".

Це була не перша спроба. Команда раніше пробувала те саме, але зіткнулася з проблемами узгодженості шарів. Цього разу дослідники надрукували шість шарів пристроїв, поєднавши два різних режими друку. За допомогою 3D-принтера команда розпилювала активні шари, тоді як електроди, ізоляцію, інкапсуляцію та з’єднання друкували методом екструзії.

Отриманий пристрій являв собою гнучкий OLED-дисплей, який демонстрував стабільне випромінювання протягом 2,000 циклів згинання.

Дуже стабільний, прозорий, водостійкий і також був розроблений гнучкий OLED групою дослідників зі Школи електротехніки KAIST. Для цього вони використали нанотехнологію MXene, 2D-матеріал з високим оптичним пропусканням і електропровідністю.

RGB OLED на основі MXene випромінює яскравість понад 1,000 кд/м2, тобто його можна побачити неозброєним оком навіть під сонячним світлом. У той же час червоний OLED на основі MXene був гнучким, витримуючи 1,000 циклів під низькою кривизною, термін служби в режимі очікування 2,000 годин і термін служби в режимі очікування 1,500 годин.

«Створивши матричний OLED-дисплей MXene та відобразивши прості літери й фігури, ми заклали основу для застосування MXene в галузі прозорих дисплеїв».

– канд. кандидат Со Йонг Чон.

Крім того, що вони пропонують рекомендації щодо застосування MXene в електричних пристроях, дослідники очікують, що вони будуть застосовані в інших галузях, де потрібні гнучкі та прозорі дисплеї, як-от автомобілі та функціональний одяг.

Минулого літа бригада інженерів-електриків подолали проблему зниження роздільної здатності¹ на гнучких екранах, коли вони зігнуті.

Проблема виникає через те, що простір між пікселями збільшується, коли пристрій згинається, відкриваючи темний проміжок, що призводить до втрати роздільної здатності. Щоб вирішити цю проблему, дослідники додали надтонкі OLED, які видно лише тоді, коли пристрій зігнуто. Це покращило коефіцієнт геометричного заповнення до 97% під час нормального розтягування.

Для цього команда створила надзвичайно тонкий OLED, який був прикріплений до конструкції за допомогою чотирьохосьового розтягування (що означає розтягування матеріалу в чотирьох напрямках одночасно) для точного вирівнювання без деформацій. Частина його прихована, дозволяючи йому «складатися», яка поступово виходить на поверхню при розтягуванні. 

Кілька місяців тому дослідники з Мічиганського університету розробив гнучкий дисплей натхненний каракатицями, які можуть зберігати та розкривати приховані зображення. Цей екран можна застосувати в середовищах з обмеженим освітленням і потужністю, наприклад на електронних пристроях для читання, штрих-кодах, наклейках і одязі.

Тим часом дослідження, проведене на початку цього року, продемонструвало a новий процес підйому для гнучких OLED² дисплеї. Новий метод заснований на графені і називається GLLO або Graphene Laser Lift Off.

Проривом тут стало успішне розділення надтонких підкладок PI товщиною 2.9 мкм за допомогою GLLO без будь-яких механічних пошкоджень або залишків вуглецю. Крім того, OLED, оброблені за допомогою GLLO, зберегли свої електричні та механічні характеристики та витримали екстремальні деформації без функціонального погіршення.

Клацніть тут, щоб дізнатися, як після екранів батареї також можуть стати гнучими.

Поштовх до комерційно життєздатних складних дисплеїв

У той час як дослідження в цій області тривають, деякі з цих складних, рухомих, згинальних і розтягуваних дисплеїв також почали досягати комерційного успіху. 

Лише на початку цього року Samsung представила свої нові гнучкі рішення для OLED-дисплеїв на виставці CES 2025. Це включало «перший у світі 18.1-дюймовий складаний» монітор, який компанія розпочне масове виробництво цього року. Samsung також представила на заході три дисплеї, що згортаються або розсувні, для виробників пристроїв.

Тим часом складні телефони, такі як Samsung Galaxy Z Fold 6, Google Pixel 9 Pro Fold, Motorola Razr Plus, OnePlus Open і Oppo Find N5, зараз є одними з найпопулярніших телефонів на ринку.

Таким чином, використовуючи переваги гнучкості, деформовані дисплеї забезпечують максимальну зручність користувача та підкреслюють тонкий, легкий і компактний дизайн. 

Такі елементи, як динаміки, датчики та приводи, також інтегруються в ці дисплеї, щоб ще більше покращити взаємодію з користувачем і забезпечити ефективну доставку інформації.

Однак для включення звукових функцій потрібні додаткові компоненти, що ускладнює конструкцію. Отже, наявність дисплеїв, що деформуються, все ще стикається з такими проблемами, як механічні втілення (дроти та петлі). 

Наприклад, існуючі методи використовують пряме примусове застосування до панелі дисплея для швидкого згинання, забезпечуючи ширше поле зору, зменшуючи спотворення та посилюючи занурення користувача завдяки змінам на вигнутому екрані за вимогою. Окрім кріплення дротів або фізичного складання панелі дисплея, щоб перетворити плаский екран на дисплей, який можна згинати, часто потрібні додаткові механічні втілення для змотування проводів або штовхання панелей. 

Однак ці пристрої жорсткі і громіздкі. Це призводить до збільшення товщини, зменшення гнучкості та обмеження деформації в різні форми. Отже, значні технічні обмеження необхідно подолати, щоб реалізувати майбутні дисплеї, які можуть приймати різні форми з гнучкістю, портативністю та компактним дизайном.

Це потребує дослідження, щоб підвищити гнучкість панелі дисплея та змінити форму без шкоди для загальної гнучкості.

Нове дослідження досягло саме цього — багатофункціональний, гнучкий OLED-дисплей, який може згинатися в динамічні форми та видавати звук за допомогою єдиного інтегрованого сигналу. Це стало можливим завдяки новітній структурі приводу, яка використовує PVDF (полівініліденфторид) і технології деформації, усуваючи потребу в громіздких петлях або зовнішніх динаміках.

Натисніть тут, щоб дізнатися, як передова нанофотоніка дозволить нам створювати кращі смартфони.

Ультратонка OLED-панель, що змінює форму, із вбудованим динаміком

Дослідники з Науково-технологічного університету Похан (POSTECH) розробили першу в світі панель з органічних світлодіодів (OLED), яка може вільно змінювати свою форму. 

Зміна форми поєднується з його функціональністю як динаміка, що було досягнуто без шкоди для надтонких, гнучких властивостей OLED-панелі типу смартфона.

Завдяки цьому досягненню дослідники подолали проблему поєднання адаптивності форми та аудіофункціональності в одному пристрої.

Дослідження, проведене за підтримки Міністерства торгівлі, промисловості та енергетики, спільного проекту LG Display-POSTECH Incubation Collaboration і Національного дослідницького фонду Кореї, було опубліковано в Nature.³ У ньому детально описано їх нове рішення для усунення необхідність зовнішніх компонентів для руху і виведення звуку.

В основі нового рішення лежить спеціалізований ультратонкий п’єзоелектричний полімерний актуатор. Ці пристрої використовують п’єзоелектричний ефект для перетворення електричної енергії в механічний рух і навпаки, використовуючи такі матеріали, як полівініліденфторид (PVDF) для забезпечення гнучкості.

Вбудований у панель дисплея привід, виготовлений із плівок PVDF товщиною 40 мкм, забезпечує випромінювання звуку, а також хитромудру трансформацію форми завдяки швидкому спрацьовуванню та вібрації. Команда використовувала асиметричну інженерію деформації PVDF, щоб отримати деформації за допомогою електричних сигналів.

Електричне перетворення форми може бути активовано в широкий спектр складних форм, включаючи увігнуті, опуклі, S-подібні, зворотні S-подібні та хвилеподібні конфігурації, які реагують, як дисплей у русі.

Ключовим моментом тут є те, що деформація повністю отримана за допомогою електричних сигналів. Отже, немає зовнішніх двигунів, передач або шарнірів. 

Не потребуючи жодних механічних компонентів, OLED-дисплей зберігає свою фірмову м’якість, тонкість і легкий дизайн.

Цікаво, що цей актуатор також може виробляти вібрацію під впливом високочастотних електричних сигналів, що дозволяє дисплею працювати як динамік. За словами професора Су Сеок Чоя з кафедри електротехніки, який керував дослідженням:

"Це перша технологія, яка поєднує зміну форми довільної форми та вбудований вихід звуку в одній ультратонкій панелі OLED без зовнішніх компонентів. Ми зберегли все, чим відомі OLED — тонкість, гнучкість і легкість — і розширили їхню функціональність у абсолютно новому напрямку складної та динамічної зміни форми з додатковим звуком".

Цю технологію також було успішно випробувано на справжній OLED-панелі, розміром зі смартфон. Коли команда впровадила цю технологію, практична 6-дюймова панель OLED-дисплея продемонструвала надійну оборотну трансформацію форми між різними геометріями та генерацію чіткого звуку, залишаючись тонкою, гнучкою та компактною.

Цей новий дисплей є першим у своєму роді на ринку. Поточні комерційні дисплеї, такі як згинальний монітор LG 5K 2K, все ще залежать від моторизованої структурної підтримки. Крім того, є розширені OLED від Samsung, які не інтегрують аудіо в поверхню дисплея.

Отже, підхід дослідників POSTECH вирізняється унікальним поєднанням механічної адаптивності та акустичної потужності, що повністю вбудовано в саму OLED-структуру, зберігаючи при цьому надтонку гнучкість, досягнуту в компактному розмірі, як у смартфонів. 

Цей прорив має потенціал прокласти шлях для нового покоління складних смартфонів і змінних форм. Крім того, це може призвести до створення інтелектуальних і захоплюючих аудіовізуальних пристроїв у багатьох галузях. 

Початкові ніші застосування технології в гнучкій електроніці можуть з’явитися протягом 3-5 років, з подальшим широким впровадженням серед споживачів.

Інноваційна компанія

LG Display Co., Ltd. (LPL )

Світовий лідер у сфері технологій гнучких і OLED-дисплеїв, LG Display активно вивчає форм-фактори наступного покоління та багатофункціональні дисплеї. 

Наприкінці минулого року корейська компанія представила свій розтягуваний дисплей, який може розширюватися на 50% від початкового розміру, що є найвищим показником у галузі. Що цікаво, екран можна скручувати, складати та тягнути, не тріснувши та не зламавши його.

Цей прорив був представлений в LG Science Park в рамках національного проекту Південної Кореї з розтяжних дисплеїв.

Прототип мав 12-дюймовий екран, який розтягнувся до 18 дюймів, зберігаючи при цьому високу роздільну здатність (100 пікселів на дюйм) і колір RGB. Така розтяжність була досягнута за допомогою мікросвітлодіодного джерела світла та спеціальної підкладки на основі силікону, тієї ж, що використовується в контактних лінзах. Між тим, була отримана міцність протягом понад 10,000 XNUMX розтягувань, навіть при ударах і екстремальних температурах.

Що стосується дизайну, дисплей тонкий і легкий, і його можна легко адаптувати до вигнутих поверхонь. Це робить його дуже цінним для носіння, захисного спорядження та автомобільного застосування.

Що стосується фінансових показників компанії, то акції LG, ринкова капіталізація яких становить 3 мільярди доларів, зараз торгуються за ціною 3.02 долара, що на 1.47% менше, ніж з початку року. Прибуток на акцію (TTM) становить -1.89, а коефіцієнт P/E (TTM) – -1.59.

За тримісячний період, що закінчився 31 грудня 2024 року, дохід склав 7,833 мільярди вон (5.45 мільярда доларів США), що на 15% більше, ніж у попередньому кварталі, і на 6% порівняно з 4 кварталом 23 року. Тим часом її операційний прибуток склав 83.1 мільярда вон (58 мільйонів доларів США) у порівнянні зі збитком у 80.6 мільярда вон у попередньому кварталі.

За цей період чистий збиток склав 839 мільярдів вон (580 мільйонів доларів США) порівняно з 338 мільярдами вон чистих збитків у 3 кварталі 24 року та 50.5 мільярдів вон чистого прибутку в 4 кварталі 23 року.

За весь 2024 рік дохід склав 26.6 трильйонів корейських вон (19 мільярдів доларів), а операційний збиток – 560.6 мільярдів вон (390 мільйонів доларів).

Збільшення прибутку на 25% у порівнянні з минулим роком було зумовлене вдосконаленням бізнес-структури, орієнтованої на OLED. З точки зору рентабельності, компанія змогла скоротити свої операційні збитки, зосередившись на зниженні витрат і операційній ефективності.

"Незважаючи на більшу нестабільність ринку, ніж будь-коли, ми зосереджуємо наші можливості на продовженні покращення ефективності нашого бізнесу шляхом вдосконалення нашої бізнес-структури, орієнтованої на OLED, і підвищення прибутковості за рахунок інтенсивних інноваційних заходів. Ми перевернемо наші річні прибутки шляхом подальшого підвищення конкурентоспроможності нашого бізнесу".

– Фінансовий директор Сон Хюн Кім

Наприкінці минулого року компанія також оголосила про розробку та впровадження нової системи штучного інтелекту, яка збирає та аналізує дані виробничого процесу OLED у режимі реального часу. Коли система стикається з будь-якими аномаліями в процесі, вона змінюється в режимі реального часу та знаходить рішення. 

З огляду на те, що OLED-панелі компанії включають понад 140 підпроцесів, очікується, що система значно покращить швидкість і точність виробництва. За оцінками LG Display, нова система штучного інтелекту допоможе заощаджувати близько 200 мільярдів вон (140 мільйонів доларів) щорічно.

Тим часом, минулого літа, OLED-монітори та телевізори компанії також отримали сертифікат UL Solutions Eyesafe Verification, який підтверджує заяви LG Display про те, що їхні дисплеї фактично зменшують випромінювання синього світла, яке впливає на циркадний ритм нашого організму. За словами технічного директора Су Йон Юна:

"Ця перевірка, проведена об'єктивною та надійною установою, означає, що ми встановили новий стандарт для клієнтів у виборі зручних для людини дисплеїв. LG Display і надалі забезпечуватиме диференційовану цінність для клієнтів завдяки нашим невпинним зусиллям та інноваціям".

Останнє на LG Display Co., Ltd.

Висновок

Індустрія дисплеїв розвивається швидкими темпами, а наступним рубежем є гнучкі технології. Щоб зробити дисплеї складними, гнучкими, розтяжними та згортаючими, більшість реалізацій наразі покладаються на механічні конструкції, які дозволяють коригувати форму, але за рахунок дизайну. 

Такі недоліки, як збільшення товщини та ваги, особливо обмежені для смартфонів і переносної електроніки. Потреба в імерсивному користувальницькому досвіді додає ще більше складності та обсягу пристрою.

На цьому фоні дослідники розробили легкий, багатофункціональний дисплей із конструкцією, що згинається в різних формах, і вбудованими звуковими можливостями. Досягнувши нових рівнів механічної свободи без будь-якого фізичного навантаження, це дослідження вирішує технічні проблеми, пов’язані з існуючими гнучкими дисплеями.

Загалом, створення гнучого дисплея з інтегрованою звуковою функцією та унікальним підходом є перспективним у покращенні взаємодії людини з машиною, зберігаючи при цьому гнучкість дисплея, що в кінцевому підсумку покращує взаємодію з користувачем.

Клацніть тут, щоб дізнатися про технологію PHOLED, яка має намір збільшити довговічність і продуктивність дисплея.

Посилання на дослідження:

1. ​Лі Д., Кім С.-Б., Кім Т., Чой Д., Сім Дж. Х., Лі В., Чо Х., Янг Дж.-Х., Кім Дж., Хан С., Мун Х. та Ю С. (2024). Розтягувані OLED на основі прихованої активної області для високого коефіцієнта заповнення та компенсації роздільної здатності. Nature Communications, 15, 4349. https://doi.org/10.1038/s41467-024-48396-w

2. Кан С., Чанг Дж., Лім Дж., Лі Дж., Кім Дж., Парк Дж., Чо Е., Чой М., Кім С. та Лі Х. (2024). Лазерне підняття з графеном для надтонких дисплеїв. Nature Communications, 15, 8288. https://doi.org/10.1038/s41467-024-52661-3

3. Парк Дж. Й., Шин Дж. Х., Хонг І. П., Кім С., Лі Х., Чой Ю., Кан Д. та Ю С. (2025). Динамічний гнучкий дисплей із звуковою інтеграцією за допомогою асиметричного контролю деформації приводів із гнучким OLED. npj Гнучка електроніка, 9, 24. https://doi.org/10.1038/s41528-025-00396-6