Технологический прорыв, проходящий прямо на наших глазах

     Технологии на основе тонкопленочных полимеров и других гибких материалов изменили наше представление о том, какими могут быть дисплеи. Традиционные производственные технологии предполагают нагревание материалов до высоких температур. Такой вариант хорошо подходит для стекла, но полимерные подложки в этом случае просто расплавятся. Ученые давно экспериментируют с электронными компонентами на тонком листе полимера. Такое решение предполагает переход от неорганического кремния к растворимым органическим материалам, которые можно использовать в жидком состоянии.
     Стремление разработчиков использовать чернильно-струйную технологию и подложки на основе полимеров, вместо вакуумного напыления и литографии, обусловлено, в первую очередь, желанием снизить себестоимость производства. Печать на тонких полимерных листах позволяет добиться более высокой эффективности автоматизации производства по сравнению с дискретными производственными технологиями, применяемыми при изготовлении отдельных кремниевых микросхем. Принципиально электронные схемы можно наносить на непрерывную ленту полимерных листов с помощью процедуры печати с рулонной подачей и приемкой. Их характеристики предполагают сокращение энергопотребления, размеров, толщины и веса. Производные полимеры уже используются как проводники в батарейных электродах, прозрачных проводящих покрытиях, конденсаторных электролитах и покрытиях отверстий для двухсторонних печатных плат.
     Некоторые производные полимеры под действием электрического тока излучают электролюминесцентный свет (рис.1). Идея разработать на их основе дисплейное устройство родилась в Кембридже.
     Plastic Logic (www.plasticlogic.com) является ведущим разработчиком полимерной электроники - новой технологии производства методом струйной печати. Она решает вопросы производства светодиодов на гибких полимерных подложках больших размеров, используя низкотемпературный процесс, снижающий производственные издержки, и вносит радикально новые понятия продуктов, включая гибкие дисплеи и сенсоры. Независимые эксперты IDTechEx спрогнозровали, что полимерная электроника к 2015 году будет иметь объем производства 30 млрд. дол. и сможет достичь к 2025 году показателя 250 млрд. дол.


Рис.1
     Plastic Logic выделилась из Кембриджского университета в 2000 году, чтобы проводить исследования с коллективом более чем 90 сотрудников. Ключевую роль в ее создании сыграл профессор, сер Ричард Френд (когда-то был самым молодым в университете профессором со времен Томпсона, первооткрывателя электрона) совместно со специалистом по инновационному бизнесу Германом Хаузером [1]. До этого Френд организовал фирму Cambridge Display Technology (CDT), производящую плоско-панельные дисплеи на основе полимерных светоизлучающих элементов.
     За счет финансовых и промышленных инвесторов, включая Amadeus Capital Partners (Великобритания), BASF, PolyTechnos Venture-Partners, Siemens (Германия), Bank of America, Dow Chemical, Intel Capital, Oak Investment Partners, Tudor Investment Corporation (США), Morningside (Гонконг), Merifin Capital (Бельгия), Nanotech Partners (международный фонд нанотехнологий, основанный Mitsubishi Corporation), Yasuda Enterprise Development (Япония) и других акционеров, включая CDT, Seiko Epson и Кембриджский университет, в настоящее время в Дрездене строится германский филиал завода Plastic Logic по производству гибких полимерных дисплеев. Строительство площадью 7000 м 2 на пути завершения в конце 2007 года. На завод собираются принять 150 специалистов мирового класса. На сайте Plastic Logic можно найти требования к обязанностям и квалификации для претендентов, по крайней мере, с двухлетним производственным опытом работы.
     Немаловажную роль в развитии полимерной электроники сыграло наличие производственного оборудования, производимого Litrex Corporation (www.litrex.com).
     Litrex 70  (рис. 2) - это прецизионный принтер. Он является дешевой и компактной системой для разработки OLED/LEP, LCD печатной электроники на органических материалах. Это оборудование является идеалом для исследователей, проведения тестирования новых разрабатываемых чернил и их печати на подложках размерами до 200x200 mm.

Рис.2
     Litrex M-Series (рис. 3) - многоголовочная, многочернильная система распечатки с особо высокой точностью, разработанная для особо  больших дисплеев разных форматов. Это оборудование обеспечивает максимальную скорость распечатки 1000 мм/с на подложке 2400x2400 мм с точностью размещения капли 15 микрон.
     Хочется отметить, что современные фабрики для кремниевых чипов стоят 1 - 2 млрд. дол., а стоимость оборудования для изготовления полимерных чипов - около 500 тыс. дол.

Рис.3
     CDT - компания, ведущая исследования и коммерческую разработку Light Emitting Polymer (LEP) полимерных светоизлучающих элементов, созданная, чтобы разрабатывать, патентовать и использовать собственную технологию. CDT имеет цель идти на два шага впереди рыночных разработок, которые будут иметь ведущее влияние на мировом рынке плоских дисплеев. Эта технология, как считается, придет на смену ЖК-дисплеям. Технология имеет потенциальные преимущества над LCD: требуется только одна пленка тонкого полимера вместо двух слоев стекол и ряда компонентов, размещенных между ними. Им не нужна подсветка, они имеют более высокий экранный контраст, значительно более быстрое время отклика (менее 1 мкс), широкий угол обзора, вплоть до 160о,  более низкое действующее напряжение 1,8…10 В, более длительный срок службы, более яркие и насыщенные цвета, меньшую критичность к излучающим полям и обладают низкой температурной чувствительностью. Компания заключила патентное и интеллектуальное соглашение собственности с UNIAX (ее основали в 1990 г. доктора университета Санта Барбара, Калифорния, Alan J. Heeger и Paul Smith). UNIAX разрабатывает небольшие излучающие дисплеи, основанные на технологии LEP для портативных приложений. В рамках сделки, CDT предоставил доступ UNIAX к своим глобальным патентам LEP и интеллектуальной собственности. UNIAX активно разрабатывает  LEP с тех пор, как технология появилась в Кембриджском университете в 1990 г. Следуя за соглашением лицензионной сделки с CDT, в планы UNIAX входит разработка коммерческих дисплеев для использования в мобильных телефонах. UNIAX завершила строительство линии прототипа еще в 1997 году. CDT заключила также лицензионное соглашение с Philips Electronics. Запатентовала свои разработки во всех странах, а на примерах UNIAX и Philips Electronics уже урегулированы патентные споры и открыт путь для других клиентов через глобальную деловую стратегию.
     Полимерная электроника гораздо медленнее кремниевой, но достаточно быстрая для дисплеев. Сейчас по быстродействию она приближается к аморфному кремнию, но на порядки отстает от кристаллического, хотя, применительно к дисплеям, дает перспективу высочайшего качества изображения, которое может конкурировать с потрясающим экраном ноутбука высшего класса Dell XPS M1330 с LED (светодиодной) подсветкой.
     OLED дисплеи (рис. 4) основаны на технологии органических светоизлучающих диодов. Активные матричные дисплеи (AMOLED) обеспечивают такие же показатели, как и пассивные матричные дисплеи (PMOLED), но поглощают значительно меньшую мощность, это делает их подходящими для портативной электроники.


Рис.4
     PHOLED -  технология фосфоресцентных OLED с возможностями преобразования электрической энергии в свет вплоть до 100% (в OLED 25%) с существенно меньшим выделением тепла. Технология PHOLED 2.2 с полноцветной активной матрицей имеет действующую яркость 200 кд/м2 (кандела на квадратный метр), поглощает 125 мВт в видеорежиме с освещением 30% пикселей (LSD - 180 мВт, OLED - 240 мВт при аналогичных условиях). Чтобы захватить значимую долю рынка, технология должна превзойти конкурентов в стоимости, но к этому она еще не готова. Дисплеи PHOLED могут выполняться лазерным термическим формированием изображения, а также новым процессом нанесения рисунка методом депонирования, и находятся в стадии разработки для использования со струйным оборудованием печати. В этой области ведущее место занимает Universal Display Corporation (www.universaldisplay.com), имеющая постоянную совместную программу разработки с Seiko Epson Corporation.
     TOLED - прозрачные OLED. Эта технология использует прозрачную контактную структуру, которая в выключенном состоянии прозрачна на 70…85%, как стеклянная или полимерная подложка, на которой они созданы.
     Пока еще в научно-исследовательской фазе органические TFT (O-TFT).
     Производители электронных компонентов активно способствуют развитию отрасли органических дисплеев. National Semiconductor (www.national.com) выпускает интегральный блок управления и питания LM3520 для органических LED-дисплеев мобильных телефонов. Описание микросхемы в 14-выводном LLP корпусе датировано сентябрем 2005 г. АМЕ, Іnc.(www.ame.com.tw) выпускает микросхему АМЕ5136, которая регулирует выходной ток или выходное напряжение органических OLED. Описание микросхемы в 10-выводном DFN корпусе датировано августом 2007 г.
     Пока единственный недостаток рассмотренных типов дисплеев - чувствительность к влаге.

     Литература
     1.Леонид Левкович-Маслюк. Пять условий товарища Хаузера//Компьютерра.- 2004.- №14.- С.16 - 20.
     2.Роберт Митчелл. Свернутые дисплеи//Computerworld.- 2006.- №32.(http://www.osp.ru/cw/ 2006/32/2676018/).