Свернуть трубочку: разработанные в России гибкие экраны прослужат 20 лет
Российские ученые разработали технологию производства гибких экранов из полупроводников со сроком службы до 20 лет. Они втрое ярче и намного долговечнее популярных сегодня OLED-дисплеев, которые используются в складных смартфонах и планшетах. Единственный минус новинки — более высокая стоимость. Поэтому конкурировать с органическими экранами она сможет только в определенных нишах, отмечают эксперты. Например, в устройствах, применяемых в военной или промышленной сфере. Однако, по мнению других экспертов, достижение российских ученых может привести к созданию гибких экранов следующего поколения, которые завоюют и рынок потребительских товарах.
Тяни и гни
Технологию производства гибких экранов на основе полупроводников разработали специалисты Санкт-Петербургского Политеха совместно с коллегами из СПбГУ, Алферовского университета и Сколтеха. Они намного ярче и долговечнее аналогов, которые используются сейчас в большинстве складных смартфонов, планшетов и других устройств с возможностью изменения формы дисплея. Для создания светодиодов ученые применили нитевидные нанокристаллы — они и придали материалу способность растягиваться и изгибаться.
— Разработанная нами технология производства гибких полупроводниковых светодиодов дороже популярных сегодня OLED-дисплеев, однако она позволяет делать более яркие и долговечные гнущиеся экраны, что открывает возможности для ее широкого практического применения, — сказал директор Высшей инженерно-физической школы СПбПУ Иван Мухин.
Сегодня большинство гибких экранов, которые представлены на рынке иностранными производителями, делают из органических материалов. Они относительно дешевы в производстве. Однако их недостаток — в относительно низкой яркости и коротком сроке службы. После двух-трех лет использования такие экраны становятся заметно тусклее. В отличие от них дисплей на основе полупроводников, по оценкам специалистов, может служить до 20 лет, а по яркости он превосходит органику примерно втрое. Проблема в высокой стоимости производства, которое требует сложного оборудования и работы в условиях высокого вакуума.
Тем не менее, по словам разработчиков, технология может быть экономически выгодна. В подтверждение своего мнения они приводят пример с лампочками. Светодиодные полупроводниковые осветительные приборы дороже ламп с нитью накаливания или состоящих из ртути. Но они ярче светят, работают дольше и потребляют меньше энергии. А при массовом производстве себестоимость одного источника света заметно снижается, что делает их применение оправданным. Аналогичная ситуация может сложиться с полупроводниковыми гибкими экранами.
Нитевидные нанокристаллы из полупроводниковых соединений имеют форму карандаша — вытянутый цилиндр диаметром 100 нанометров и длиной в несколько микрон. Они относительно независимы друг от друга и вместе образуют структуру, похожую на частый лес или щетину щетки, которая может растягиваться. Каждый такой нанокристалл способен светиться и — за счет соотношения большой длины к небольшому диаметру — изгибаться.
Испытания на растяжение подтвердили стабильность разработанного материала на протяжении более чем 500 циклов растяжения на 10% и последующей релаксации. Кроме цветных дисплеев следующего поколения из него можно делать солнечные элементы, фотоприемники и другую гибкую электронику.
Новое поколение
Разработки устройств с гибкими экранами ведутся уже более 10 лет, но на рынок — под марками Samsung, Motorola и Xiaomi — они вышли только пару лет назад. Всё из-за технологических ограничений, таких как адаптация производства, механическая прочность экрана при изгибе, отметил инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Павел Гостищев. При этом такие проблемы, как долговечность, ограничение по количеству сгибаний и яркости, до сих пор имеются. Любые подходы по их решению могут быть перспективны и способны дать новые рывок индустрии, считает специалист.
— Технология нитевидных нанокристаллов имеет преимущество по сравнению с существующими органическими светодиодами в увеличенной яркости и сроке эксплуатации. Эти качества позволят значительно улучшить имеющиеся решения, а стало быть, технология будет востребована многими компаниями. Высокая цена таких экранов, конечно, играет свою роль в конкурентоспособности. Однако, как показывает практика, когда технология переходит от стадии лабораторных исследований к серийному производству, себестоимость изделий значительно снижается, — сказал Павел Гостищев.
Результаты исследований нитевидных нанокристаллов могут привести к запуску в производство нового поколения гибких экранов, резюмировал эксперт.
В данном случае все определяется экономикой, пояснил «Известиям» заведующий лабораторией фотовольтаических материалов УрФУ Иван Жидков. По его словам, часто выгоднее поменять экран через три года, чем купить один, который проработает 20 лет. Однако предложенная технология особенно интересна для Россия, так как наша страна — один из лидеров в производстве материалов, из которых можно делать экраны предложенным учеными методом.
— Для неорганических экранов можно найти свои ниши. Например, если понадобятся устройства, которые должны длительное время находиться на ярком солнце, вредном для органики. Или срок службы прибора с дисплеем составляет 20–30 лет и нет возможности менять его экран каждую пятилетку. Также носимая электроника для военных, которая должна надежно работать в поле, или устройство, которое применяют, например, в шахте, — сказал Иван Жидков.
Если предложенный экран окажется устойчив к истиранию и не будет терять прозрачность из-за дождя, снега или пыли, то технология обязательно будет востребована, заключил эксперт.
Проект реализуется при поддержке программы «Приоритет 2030».
