Plastic Logic: взгляд изнутри

Что такое «пластиковая» электроника?

Чтобы представлять, что же такое «пластиковая» и органическая электроника, лучше всего детально ознакомится со статьями на Wiki (к сожалению, на русском данных статей в том объёме, в котором они представлены на английском, нет): organic electronics, OFET (organic field-effect transistors), organic semiconductors, conductive polymers.

Рис. 1.

Если кратко, то я бы принципиально разделял такие вещи, как органические полупроводники, OFET и просто гибкая электроника. Конечно, в технологическом плане проще всего начинать с обычной гибкой электроники, когда нет необходимости изобретать велосипед, а можно просто текстолит заменить полимерами, которые будут играть роль носителя всей остальной кремний/металлической начинки. Сейчас гибкую электронику можно встретить повсеместно, особенно в портативных устройствах (от наручных часов до коммуникаторов и цифровых фотоаппаратов). Кстати, когда-то мне довелось переводить обзор по гибкой электронике - в нём представлены довольно интересные решения. Если кому-то захочется прочитать оригинал, пишите - попробую найти.

Если же кому-то потребуется более научный подход к заявленной тематике, то с основными достижениями в области гибкой электроники можно познакомится здесь, а по гибким OLED здесь.

OFET - чуть более сложная технология, чем гибкая электроника. Основная её идея заключается в том, чтобы заменить всё хрупкое, тяжелое и дорогое (например, стекло, ITO, как токопроводящий слой на стекле и т.д.) на более дешёвые полимерные материалы. При этом, диэлектриком (слоем между сток/истоком и затвором) может быть, как аморфизированный оксид кремния, так и слой другого полимера.

Рис. 2. Принципиальная схема устройства OFET.

Рис. 3. От устройства к отдельному OFET.

Некоторые типы полимеров, например, полиацетилен, имеют «связанную» систему орбиталей атомов, что позволяет при приложении некоторого (прямо скажем, не маленького) напряжения заставлять электроны туннелировать от одного атома к другому, перепрыгивать, создавая, таким образом, электрический ток между электродами.

Рис. 4. Примеры токопроводящих полимеров.

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика из презентации Plastic Logic. Обратите внимание, изменения тока на порядок требуется разность потенциалов от 10 В, а 3 порядка - 30 В.

Чтобы понять, какое напряжение для таких перескоков надо приложить, взглянем на вольт-амперную характеристику, взятую из английской версии презентации PlasticLogic. Изменение тока на порядок величины требует 10 В, а на три порядка более - около 30 В, что в сравнении с кремниевой электроникой (обычно 5 В) мягко говоря многовато, но чем-то пожертвовать придётся.

Собственно, это (разработка и производство TFT матрицы дисплеев) и составляет основу бизнеса компании, подопечной РосНано. Во всём остальном ридеры PlasticLogic - сборная солянка. К тому же, на сегодняшний день, помимо PlasticLogic, идеологию пластиковой электроники продвигают LG, некая организация TRADIM, говорят, что даже для iPhone включился в эту гонку, так что конкуренция будет серьёзная.

И последнее. Полностью органические микросхемы - это отдельный большой вопрос, заслуживающей отдельной статьи. Может быть, именно ты, %username%, захочешь посвятить этому несколько дней кропотливого поиска (могу даже помочь;) )?

Но вернёмся к нашим… экспериментам.

Эксперимент. Сравнение обычного E-Ink и дисплея от PlasticLogic

Не будем говорить, откуда, но маленький кусочек PlasticLogic у меня в руках всё же оказался. А что ещё надо для счастья?!

Если сравнивать размеры пикселей с самым обычным E-Ink дисплеем, о котором, кстати, не так давно было написано. То окажется, что размеры пикселей, а точнее, управляющих этими пикселями тонкоплёночных транзисторов вполне сопоставимы между собой, то есть ребята просто оптимизировали структуру пикселей под свою технологию, некоем образом не уменьшив их размер (может быть дисплей не high resolution попался?!):

Рис. 6. Сравнение E-Ink от PocketBook (слева) и управляющей матрицы PlasticLogic (справа).

Для ценителей прекрасного - два отчёта: из чего состоит E-Ink и из чего состоят управляющие транзисторы. Что касается первого, то в шариках E-Ink есть немного алюминия, титана, хрома и меди (то есть это те элементы, из которых могут состоять белый и чёрный красители), а плёнка, закрывающая электронную бумагу полностью органического происхождения - действительно пластиковая электроника!

Второй отчёт чуть более интересен, так как показывает, что в транзисторах в качестве изолятора используются всё-таки оксиды кремния, а контакты выполнены из золота, хотя представители PlasticLogic на презентации говорили, что редких металлов нет, из-за чего производство удешевляется…

Кто выступал от имени PlasticLogic?

• Питер Китчин (второй справа), вице-президент Технологического центра Кембриджского университета.
• Питер Фишер (второй слева), вице-президент по вопросам технологического проектирования
• Дэвид Гэмми, старший менеджер по разработке дисплеев в Plastic Logic
• Майк Банак (крайний слева), старший научный руководитель в Plastic Logic

Рис. 7.

Что было представлено?

Говорили об истории компании, о людях, технологиях и тенденциях… Да что я всё болтаю - смотрите сами.

Конечно, самыми запоминающимися были цветные дисплеи:

Рис. 8. Для сравнения красивое фото от организаторов (сверху) и то, как это выглядит на самом деле (снизу). Очень не хватает «антбликовости».

И ещё немного бледно цветных фоток:

Рис. 9.

Стоит отметить прозорливость организаторов - портативные микроскопы:

Рис. 10. По-моему, именно эти камеры использовались (тут приведён обзор).

С помощью данных устройств удалось посмотреть на цветные дисплеи чуть в более привычном ракурсе, а также сравнить high resolution и low resolution:

Рис. 11. Просто некоторые пиксели покрасили в соответствующие цвета…

Да, именно, так просто! Просто нанесли дополнительный слой цветофильтров и дисплей стал цветным. Кстати, создание цветного дисплея потребовало разработки E-Ink высокой чёткости. На презентации были дисплеи с 225 PPI (pixel per inch) (http://en.wikipedia.org/…ixel_density). Так как формально заявленное разрешение цветного дисплея - 75 PPI, то получается, что ребята явно где-то зажали дисплей с 280 PPI (на цветном дисплее 4 субпикселя образуют пиксель).

Рис. 12.

Помимо перехода в бледный цвет был обозначен новый тренд: посадка ультратонких кремниевых чипов на полимерную подложку с разводкой контактов. Обратите внимание, что на всех представленных фотографиях присутствуют похожие кремниевые чипы, может быть это драйвера?

PlasticLogic могут делать дисплеи совершенно разных размеров, но почему-то предпочитают формат А4 всем остальным. Мне почему-то кажется, что это основное их конкурентное преимущество (в частности, на российском рынке).

Рис. 13. От маленького к большому и обратно…

Тоньше, легче, быстрее и чётче - вот, пожалуй, лозунг, которому следуют в PlasticLogic:

Рис. 14. Дисплей действительно тончайший и легчайший, правда, за время презентации (2 часа) на нём появилось множество «убитых» линей пикселов…

Данное фото достойно «Разрушителей легенд». Меня всё подбивало спросить, сколько надо таких дисплеев, чтобы пуля не прошла - еле удержался:

Рис. 15. Новый рынок для PlasticLogic - бронежилеты… Шутка, конечно!

И ещё одна разработка компании - матрицы с возможностью backlight, т.е. ребята реально хотят ещё и рынок гибких телевизоров, а возможно и новых проектов завоевать:

Рис. 16. Недурное начало для гибких телевизоров и мониторов, а возможно и переворот в системах проецирования изображения.

Более того, есть даже опытные образцы гибких touch-дисплеев, о применении которых можно говорить бесконечно… Да и в выше указанной презентации области применения OFET довольно подробно расписаны - от RFID до телевизоров.

И напоследок нашумевший школьный ридер, «распакованный» и «упакованный». Что ж, посмотрим, как его будут внедрять. По слухам, сейчас ожидается подписание контракта на поставку таких ридеров, тогда завод в Дрездене заработает на полную катушку.

Рис. 17.

И напоследок два видео. Одно трендовое - разрезание дисплея. Не могу отказать себе в удовольствии продемонстрировать его:

И фото на память:

Рис. 18. It’s alive! It’s alive!!!

Второе видео наглядно демонстрирует, что фильмам в формате E-Ink быть. Я уже себе живо представляю учебники по школьной химии или физике с ожившими Коперником, Ньютоном, рассказывающими о своих законах, или атомами, которые то хотят, то не хотят взаимодействовать… Уже тянет обратно в школу. Обязательно оживут любимые анекдоты:

Рис. 19.

Выводы

Выводы, которые я сделал для себя после презентации.

• Во-первых, переход к пластиковой электронике неизбежен, из-за удорожания редких металлов, используемых сегодня при производстве дисплеев, и стремления к миниатюризации, это лишь вопрос времени и отработки технологий.
• Во-вторых, РосНано в лице PlasticLogic очень вовремя включилось в эту гонку. … Это передовой край одного из направлений развития современной микроэлектроники. И я уже готов опустить руки и дать возможность все ключевые разработки делать в Англии, в Кавендишской лаборатории Кембриджа, главное, чтобы потом производство из Дрездена переехало к нам (пока речь идёт о Зеленограде).
• В-третьих, показаны интересные решения и направления развития: прозрачные матрицы (представьте себе автомобиль, в котором лобовое стекло оборудовано таким устройством и на которое выводит карта, навигация и т.д., или телевизор/проектор размером 2 на 3 метра), сенсорные панели (применения фактически безграничны), цветные и высокоскоростные дисплеи. Всё это может совершить ещё одну небольшую, но важную революцию в IT и интерфейсах общения человека с компьютером.

В конце хотел бы добавить один лишь только вопрос: когда же мы научимся печатать микросхемы прямиком на нашем теле? И мне кажется, что уже совсем скоро…