Hoje você pode comprar um smartphone com tela dobrável. Amanhã podemos ter uma tela de alongamento
A Motorola revelou o primeiro telefone móvel portátil há quase meio século. Era do tamanho de um tijolo e pesava quase meio tijolo. Dez anos depois, o primeiro telefone móvel comercial apareceu com base nele. Ele também parecia estranho, mas permitia que o proprietário enviasse e recebesse chamadas em trânsito, o que era novidade na época. Desde então, os telefones celulares adquiriram muitas outras funções. Agora eles processam mensagens de texto, navegam na web, tocam música, tiram fotos e vídeos, exibem na tela, mostram sua localização em um mapa - não há nada para contar. As possibilidades de sua aplicação vão além de quaisquer sonhos que existam na época de seu aparecimento.
Mas com toda a sua versatilidade, os smartphones ainda lutam com uma falha fundamental: suas telas são muito pequenas. Sim, alguns telefones fazem mais para aumentar a tela. No entanto, se o telefone ficar muito grande, ele não caberá mais no seu bolso, o que será indesejável para muitos.
A solução óbvia é tornar a tela dobrável como uma carteira. Por muitos anos, nós da Universidade Nacional de Seul desenvolvemos tecnologia adequada. O mesmo tem sido feito por fabricantes de smartphones, que só conseguiram trazer essa tecnologia ao mercado nos últimos dois anos.
As telas dobráveis sem dúvida se espalharão mais rápido em breve. Alguns de seus parentes ou amigos terão um, depois disso você se pergunta: como é possível que a tela dobre? Decidimos explicar como essa tecnologia funciona para prepará-lo para o momento em que vir um telefone com uma tela grande, brilhante e flexível deslizar para o bolso. Sem falar que quando as telas puderem ser esticadas e flexionadas, haverá muitos dispositivos eletrônicos mais radicais.
Os pesquisadores lidam seriamente com telas flexíveis há cerca de duas décadas. Mas por muitos anos esses projetos permaneceram em fase de pesquisa. Em 2012, Bill Liu e vários outros ex-alunos de Stanford decidiram levar monitores flexíveis ao mercado fundando a Royole Corp.
Livro Fechado: Final de 2018 Royole Corp. desenvolveu o primeiro smartphone com tela dobrável comercial, FlexPai. Ele se dobra para que parte da tela permaneça visível do lado de fora.
No final de 2018, Royole apresentou o dispositivo FlexPai com uma tela flexível que se desdobra em algo como um tablet. A empresa demonstrou como uma tela dobrável pode suportar 200.000 ciclos de dobragem e é bastante forte - com um raio de apenas 3 mm. No entanto, este não era um produto comercial, mas apenas um protótipo. Por exemplo, uma crítica do The Verge apelidou de "encantadoramente horrível".
Pouco tempo depois, os dois maiores fabricantes de smartphones Samsung e Huawei começaram a oferecer seus próprios modelos dobráveis. Samsung Mobile anunciou oficialmente o Galaxy Foldem fevereiro de 2019. Possui dois ecrãs dobráveis com um raio de curvatura de apenas 1 mm, o que permite que o telefone seja dobrado para que o ecrã fique no interior. No mesmo mês, a Huawei anunciou o seu companheiro o X . O Mate X tem 11 mm de espessura quando dobrado e tem um display na parte externa (como o FlexPai) e tem um raio de dobra de cerca de 5 mm. Em fevereiro deste ano, as duas empresas exibiram seus segundos modelos dobráveis: Samsung Galaxy Z Flip e Huawei Mate Xs / 5G.
Naturalmente, a coisa mais difícil nesses telefones era fazer eles próprios os visores. Foi necessário reduzir a espessura da tela dobrável para minimizar a carga sobre ela quando dobrada. A indústria de smartphones acaba de descobrir como fazer isso. Fornecedores de telas como Samsung Displaye Beijing BOE Technology Group Co. já estão produzindo telas dobráveis.
São monitores AMOLED (diodos emissores de luz orgânica de matriz ativa), como os usados em smartphones convencionais. No entanto, em vez de fazer telas como de costume em um substrato de vidro rígido, as empresas usam um polímero fino e flexível. Ele abriga a parte traseira da tela, uma camada que contém muitos transistores de filme fino que acionam pixels individuais. Possui uma camada de amortecimento integrada para evitar rachaduras quando a tela é dobrada.
Embora visores flexíveis com esse design sejam cada vez mais comuns em telefones e outros dispositivos de consumo, os padrões associados a eles e a linguagem que os descreve ainda estão em desenvolvimento. No mínimo, eles podem ser descritos usando o raio de curvatura da dobra. Uma tela adaptável não se curva muito, uma tela rolável tem um grau médio de flexibilidade e uma tela dobrável tem um raio de curvatura bastante pequeno.
Como qualquer material, seja uma tela de smartphone ou uma folha de metal, sofre tensão na parte externa da dobra e compressão na parte interna, os componentes eletrônicos da tela devem resistir a essas tensões e deformações. A maneira mais fácil de minimizar essas forças é aproximar as superfícies externa e interna da tela - em outras palavras, torná-la o mais fina possível.
Para tornar a tela o mais fina possível, os desenvolvedores estão abandonando o filme protetor e o filme polarizador, que geralmente são colados nas telas, e uma camada de cola entre eles. Esta não é uma solução ideal, mas ainda assim um filme protetor e uma camada anti-reflexiva polarizadora são componentes opcionais para uma tela AMOLED. Tal tela gera luz de dentro e não altera a luz emitida por uma luz de fundo de LED, como fazem as telas de cristal líquido.
Outra diferença entre uma tela flexível e uma tela convencional é que eletrodos condutores transparentes correm em ambos os lados dos materiais orgânicos emissores de luz, por meio dos quais os pixels emitem luz. Normalmente, esse papel é desempenhado pelo óxido de índio e estanho (ITO). No entanto, o ITO é frágil, por isso não deve ser usado em telas flexíveis. Pior, o ITO adere mal a substratos de polímero flexíveis, empenamentos e flocos quando comprimido.
Lutando contra esse problema há uma década, os pesquisadores desenvolveram outras estratégias para melhorar a adesão de ITOs a substratos flexíveis. Uma delas é tratar o substrato com plasma de oxigênio antes de colar o eletrodo ITO. Outra é inserir uma fina camada de metal (como prata) entre o eletrodo e o substrato. Também ajuda a colocar a parte superior da subjacência bem no meio da torta de exibição. Em seguida, a interface frágil na camada ITO cai no plano mecanicamente neutro da tela, que não experimenta compressão ou tensão quando dobrada. Até agora, as empresas líderes de telas dobráveis eletrônicas estão usando essa estratégia.
Você pode fazer isso ainda mais fácil e se livrar completamente dos eletrodos ITO. Isso ainda não foi feito em dispositivos comerciais, mas a estratégia parece ser benéfica, independentemente da flexibilidade das telas. O fato é que o índio é tóxico e caro, então o ideal é não usá-lo. Felizmente, ao longo dos anos de pesquisa, os cientistas, incluindo nós dois, pegaram outros materiais que podem funcionar como eletrodos transparentes em visores flexíveis.
O candidato mais promissor parece ser um filme flexível com nanofios de prata. A malha desses minúsculos fios conduz eletricidade enquanto permanece quase completamente transparente. Ele pode ser criado de forma barata adicionando uma solução contendo nanofios de prata a um substrato - exatamente como ao imprimir com tinta em papel.
Em 2019, a Huawei lançou uma linha de telefones com tela flexível. A foto mostra o telefone Mate Xs.
Grande parte da pesquisa em nanofios de prata tem se concentrado na redução da resistência na interseção de fios individuais. Isso pode ser feito, por exemplo, adicionando outras substâncias a eles. Ou você pode processar fisicamente a camada de nanofios - aquecendo-a ou aplicando essa corrente para que as interseções sejam soldadas umas às outras. Ou você pode carimbar quente, tratá-lo com plasma ou irradiá-lo. O método que funciona melhor depende principalmente do substrato no qual a camada é aplicada. O substrato de polímero se deforma muito quando aquecido. Este é, por exemplo, um polímero, como tereftalato de polietilenodos quais recipientes transparentes para alimentos são feitos. A poliimida não é tão sensível ao calor, mas seu tom amarelado atrapalha a transparência da camada.
Nanofios de metal não são a única opção de substituição de ITO para fazer eletrodos transparentes. Depois, há o grafeno, uma forma especial de carbono em que os átomos se alinham em favos de mel bidimensionais. O grafeno fica aquém da condutividade e transparência do ITO, mas resiste a dobras melhor do que qualquer outro material de display flexível considerado hoje. E a escassa condutividade do grafeno pode ser melhorada combinando-o com um polímero condutor ou adicionando ácido nítrico ou cloreto de ouro.
Outra possibilidade é o uso de polímeros condutores. O principal exemplo é o poli (3,4-etilenodioxitiofeno) com adição de ácido poliestireno sulfônico. Esse nome complexo é geralmente substituído pela abreviatura PEDOT: PSS . Esses polímeros se dissolvem em água, de modo que eletrodos transparentes e finos podem ser impressos ou centrifugados. Aditivos químicos adequados podem melhorar muito a flexibilidade de tal polímero condutor e até mesmo torná-lo extensível. A seleção cuidadosa de aditivos também melhora a luz por unidade de corrente - o display pode ser mais brilhante do que aqueles produzidos com ITO.
Até agora, os visores OLED usados em telefones celulares, monitores e televisores são fabricados na seguinte seqüência. O substrato é colocado em um ambiente de vácuo, o material orgânico a ser adicionado é evaporado e máscaras de metal são utilizadas para controlar a deposição do material. Acontece algo como serigrafia de alta tecnologia. Mas essas máscaras de metal com padrões finos são difíceis de fabricar e grande parte do material é desperdiçado, tornando os grandes displays caros de fabricar.
Uma alternativa interessante para o processo de produção de tais monitores surgiu: a impressão a jato de tinta. O material orgânico aplicado se dissolve no líquido e, em seguida, é aplicado ao substrato quando necessário. Ele forma pixels, após os quais é aquecido para evaporar a solução restante. Essa tática está sendo testada pela DuPont, Merck, Nissan Chemical Corp. e Sumitomo, embora a eficiência e confiabilidade dos dispositivos resultantes ainda estejam longe do desejado. Mas, se tiverem sucesso, o custo de fabricação de monitores cairá significativamente.
A Samsung também lançou sua linha de telefones com tela flexível em 2019. Na foto - Galaxy Fold.
Os fabricantes de pequenos monitores para smartphones têm uma prioridade ainda maior do que reduzir custos: reduzir o consumo de energia. Os OLEDs acabam consumindo cada vez menos energia com o tempo, mas quanto mais longe, mais difícil é reduzir o consumo de energia do nível atual de 6 mW por centímetro quadrado. Isso é especialmente frustrante para telefones dobráveis, que são muito maiores do que as telas normais. Portanto, podemos presumir com segurança que os telefones dobráveis terão baterias bastante volumosas em um futuro próximo.
Como será o destino das telas flexíveis depois que tornarem nossos smartphones dobráveis? Considerando quanto tempo as pessoas passam em smartphones hoje, você pode imaginar que em um futuro não muito distante as pessoas começarão a usar telas que são fixadas diretamente na pele. Inicialmente, será a visualização de dados biométricos, mas em breve outros aplicativos estarão disponíveis. Talvez esses visores vestíveis um dia se tornem parte da moda de alta tecnologia.
Naturalmente, para a produção de tais visores, serão usados materiais suficientemente macios que não causem transtornos à pele. Além disso, eles precisam ser capazes de se alongar. O desenvolvimento de condutores de tração e semicondutores é incrivelmente difícil. Há vários anos, os pesquisadores vêm estudando algo semelhante, mas mais simples: telas geometricamente extensíveis. Eles contêm componentes pequenos e rígidos anexados a uma tampa expansível. Eles são conectados por trilhas condutoras que carregam a deformação sob tensão.
Recentemente, no entanto, houve progresso no desenvolvimento de telas extensíveis - aquelas em que tanto os condutores quanto os semicondutores e o substrato se alongam. Eles, é claro, precisam de novos materiais, mas o principal obstáculo até agora continua sendo a questão de como desenvolver um revestimento protetor para tais dispositivos extensíveis que os proteja dos efeitos destrutivos da umidade e do oxigênio. Nossa equipe fez recentemente um bom progresso nessa questão ao desenvolver dispositivos elásticos e estáveis ao ar que emitem luz e não requerem uma bainha expansível. Eles podem ser esticados quase duas vezes sem interrupção.
Protótipos grosseiros de telas extensíveis estão sendo produzidos hoje, com uma grade grosseira de elementos luminosos. Mas a indústria está demonstrando um enorme interesse em visores expansíveis. Em junho, o Ministério do Comércio, Indústria e Energia da Coréia do Sul encarregou o LG Display de gerenciar um consórcio de pesquisadores industriais e científicos que desenvolvem displays expansíveis.
É fácil imaginar o que nos espera a seguir: atletas, pendurados com telas biométricas colocadas em seus braços e pernas. Smartphones que podem ser carregados na palma da mão. Exibe se estendendo por várias superfícies irregulares. Os desenvolvedores dessas telas do futuro certamente serão capazes de tirar proveito dos anos de pesquisa obtidos com as pesquisas que possibilitaram as telas flexíveis dos smartphones de hoje. Sem dúvida, a era não só de dobrar, mas também de esticar a eletrônica virá em breve.