Painduv ekraan

Painduv ekraan on ekraan, mida saab painutada, mis eristab seda enamikus elektroonilistes seadmetes kasutatavatest traditsioonilistest lamekuvaritest. Viimasel ajal on suurenenud huvi painduvate ekraanide vastu mitmetes elektroonikavaldkondades, näiteks e-lugerite, mobiiltelefonide ja muude tarbeelektroonika tootjate hulgas.

Ajalugu

Painduvad e-paberi põhised ekraanid 

Painduva elektroonilise paberi põhine kuvari tehnoloogiad olid esimesed painduva ekraani kontseptsioonid, mis jõudsid prototüübi valmimiseni. Kuigi sellist tüüpi painduval ekraanil on pikk ajalugu ning paljud firmad on üritanud neid toota, tekkis alles hiljuti kommertsväljund, mis lõi tingimused seadmete masstoodanguks ning kasutamiseks elektroonilistes seadmetes.

Xenox PARC 

Painduva kuvari tehnoloogia, mille lõi Xerox PARC (Palo Alto Research Company). 1974. aastal saavutas läbimurde painduvate ekraanide vallas Xerox PARC töötaja Nicholas K. Sheridon ja valmistas esimese painduva e-paberist kuvari. Uut tüüpi painduva kuvari ehk Gyriconi omadused sarnanesid paberi omadega, lisaks võimaldas see kuvada dünaamilisi pilte. Sheridon nägi tehnoloogias tulevikku paberivabade kontorite näol ja otsis võimalusi Gyriconi masstootmiseks. Aastal 2003 loodi Xeroxi tütarfirma Gyricon LLC, mille ülesandeks oli muuta painduv elektrooniline paber massitarbekaubaks. Gyricon LLC tegevus jäi lühikeseks, Xerox sulges selle aastal 2005 ning keskendus pigem painduva elektroonilise paberi litsentside müügile.

HP ja ASU (Arizona State University) 
Aastal 2005 avas Arizona Osariigi Ülikool 2,1 hektari suuruse hoone, ASU Flexible Display Center, kus keskendutakse painduvate ekraanide alastele uuringutele. Keskuse ehitamist rahastas Army Research Lab 43,7 miljoni dollariga. Samal aastal oli ka planeeritud prototüübi avalik esitlus, kuid projekti tabasid mitmed tagasilöögid. 2008. aasta detsembris esitleti lõpuks koos Hewlett-Packardiga painduva e-paberi prototüüpi. Hewlett Packard jätkas arendamist ja esitles 2010. aastal veel üht prototüüpi. Ilmnenud tehnoloogia piiratuse tõttu teatas HP, et kuigi kompanii ei näe paneelide kasutamist tõeliselt painduvate ja rullitavate ekraanidena, saab tehnoloogia abil muuta tavalisi ekraane õhukesemaks ja kergemaks.

Plastic Logic 
Plastic Logic on kompanii, mis arendab välja ja toodab erineva suurusega mitmevärvilisi ja must-valgeid painduvaid ekraane, mis põhinevad OTFT (Organic Thin-Film Transistor) tehnoloogial. Ekraane toodetakse Dresdenis, Saksamaal, tehases, mis esimesena maailmas oli mõeldud orgaanilise elektroonika tootmiseks suurtes kogustes. Selliseid painduvaid ekraane peetakse purunematuteks, kuna need on tehtud täielikult plastmassist ja ei sisalda klaasi. Ekraanid on ka kergemad ja õhemad kui klaasekraanid ning võtavad vähem voolu. Selliseid ekraane kasutatakse allkirjastamises, käekellades ja kantavates seadmetes, samuti autotööstuses ning mobiilseadmetes.

Organic User Interface ja Human Media Lab 
Aastal 2004 arendas meeskond professor Roel Vertegaali juhtimisel Queensi Ülikoolis Human Media Labis Kanadas PaperWindowsi ehk esimese painutatavast e-paberist arvuti prototüübi ja esimese orgaanilise kasutajaliidese (Organic User Interface). 4. mail 2007 esitles prof. Vertegaal loengul Gyriconis Organic User Interface’i mõistet, mis kirjeldab mittelamedate ekraanide tehnoloogiate kasutusalasid tuleviku kasutajaliidestes: paberarvutid, painduvad detailid arvutiseadmetes, igakujuliste mittepainduvate kuvaseadmete asendamine õhukeste volditavate ekraanidega. Mais 2010 lõi Human Media Lab koos ASU Flexible Display Centeriga PaperPhone'i ehk esimese painduva nutitelefoni, millel on painduv elektroforeesekraan. PaperPhone kasutas painutamist kasutajaliideses navigeerimiseks. Hiljem on Human Media Lab sõlminud partnerluse Plastic Logicu ja Inteliga, et luua esimene painutatav tahvelarvuti ning esimene mitme painduva ekraaniga paberarvuti, PaperTab. 2013. aasta aprillis CES-il esitleti maailma esimest nutitelefoni MorePhone, mille kasutajaliides töötab paindumiskäskudega.

Teised 
Alates 2010. aastast on painutatavate e-paber-ekraanide arenduse vastu huvi üles näidanud Sony Electronics, AU Optronics ja LG Electronics, kuid ainult LG on teatanud, et planeerib nende masstootmist.

Painutatavad OLED-põhised ekraanid 
OLED-painutatava e-paberi ekraanide põhised uurimus- ja arendustööd algasid 2000. aastate lõpul peamise eesmärgiga kasutada neid mobiilseadmetes. Siiski on tehnoloogia viimastel aastatel leidnud ka mõningat kasutust telerites.

Nokia Morph ja Kinetic 
Nokia lõi esimesena kontseptsiooni kasutada painduvaid OLED-ekraane mobiiltelefonides Nokia Morph ideetelefoni. Esmaselt pressis 2008. aasta veebruaris kajastatud projekti Morph arendas Nokia koos Cambridge’i ülikooliga. Morphiga üritas Nokia demonstreerida tulevikutelefoni painutatavat ja polümorfset disaini, mis võimaldab seadmel erinevates keskkondades muuta oma omadusi kasutaja soovidele vastavaks . Kuigi Morphi eesmärk oli näidata nanotehnoloogia potentsiaali,oli see teerajajaks ideele kasutada painduvaid ekraane tavakasutaja elektroonilistes seadmetes. Nokia renewed their interest in flexible mobile devices again in 2011 with the Nokia Kinetic concept. Nokia uuendas oma huvi aastal 2011, luues Nokia Kinetic ideetelefoni, selle prototüüpi esitlesid nad messil Nokia World 2011 Londonis koos Windows Phone 7 seadmetega. Kinetic oli Morphist väliselt väga erinev, kuid sisaldas siiski Nokia visiooni erinevate kujudega mobiilseadmetest.

Sony 
 
Sony Electronics on väljendanud huvi painduvate ekraanide arendustöö vastu alates aastast 2005. Sony lubas sellise tehnoloogiaga turule tulla aastaks 2010 ning 2010. aasta mais esitletigi rullitavat TFT-põhist OLED-ekraani.

Samsung 
2010. aasta lõpus kuulutas Samsung Electronics, et arendab 4,5-tollise painutatava AMOLED-ekraani prototüüpi. Seadme prototüüp nägi päevavalgust 2011. aasta CES-il. 2011. aastal kinnitas Samsungi asepresident Robert Yi, et firma kavatseb kasutada tehnoloogiat käsiseadmetes ja lisas et nad "üritavad tuua [painutatavad ekraanid] välja 2012. aastal, loodetavasti esimeses pooles". 2012. aasta jaanuaris ostis Samsung ära Liquavista, firma millel olid oskused toota painutatavaid ekraane ning teatas, et plaanivad alustada masstoodanguga 2012. aasta teises kvartalis. 2013. aasta CES-i plenaarettekandel esitles Samsung kahte AMOLED-ekraaniga mobiili prototüüpi publikule.

8. oktoobril 2013 esitleti Samsung Galaxy Roundi kui maailma esimest painduva ekraaniga mobiiltelefoni, millel oli 5,7-tolline kaarjas painduvast materjalist puutetundlik ekraan, kuid kuna telefon ise oli jäigast materjalist, ei saanud ekraani painutada. Samsung Galaxy Round oli 7,9 mm paks ja kaalus 154 grammi. Nutitelefonil oli Android 4.3 Jelly Bean operatsiooni süsteem ning seda müüdi 1000 USA dollariga.

ASU 
Flexible Display Center Arizona osariigi ülikoolis teatas aastal 2012, et nad jätkavad painduvate ekraanide arendust. 30. mail teatas ASU, et on koostöös Army Research Lab’i teadlastega TFT tehnoloogiat kasutades edukalt valmis saanud maailma suurima painduva OLED-ekraani. ASU kavatseb kasutada ekraani "õhukestes, kergekaalulistes, painutatavates ja väga vastupidavates seadmetes".

Tehnilised andmed

Elektrooniline paber 
Tavaliselt on e-paberi tehnoloogial põhinevad painduvad ekraanid loodud kasutades kas elektroforees- või elektromärgamise tehnoloogiat. Kuid firmade erinevatest tootmistehnikatest sõltuvalt on e-paberite spetsifikatsioonid erisugused.

HP ja ASU e-paber 

HP ja ASU välja töötatud tehnoloogia kasutab SAIL (Self-Aligned Imprint Lithography) tehnoloogiat. Ekraanide tegemisel pannakse pooljuhtiva materjali ja metallide kihid paindlikust plastikust kihtide vahele. Kihid peavad olema täpselt kohakuti asetatud ning niimoodi ka püsima. Ülesanne on keeruline, kuna esmalt võib tootmisprotsessis kuumus materjale deformeerida ning teisalt peab ekraan olema painduv. SAIL protsess püüab sellest probleemist üle saada 'printides' pooljuhtiva materjali mustri eelnevalt valmistatud alusmaterjalile (substraadile), selleks et kihid jääksid alati täpselt kohakuti. Ekraanimaterjali kasutamispiirang tuleneb sellest, et antud moel loodud materjal lubab teha ainult piiratud hulga rullimisi (täispöördeid). 
Prototüübi spetsifikatsioonid:
 
Painduv ja rullitav kuni umbes 6 korda
"Purunematu"

AOU e-paber 
Arizona Osariigi Ülikoolis loodud e-paberekraan on unikaalne kui ainus painduva ekraani variant, mis töötab päikeseenergial. Kui päikeseenergia pole kättesaadav, saab paigaldada lisaks aku. Spetsifikatsioonid:

6-tolline diagonaal
Painduvus ulatub kuni 100 mm
Kontrastsus 9:1 
Ekraani peegelduvus 33%
16 hallivarjundit
Päikeseenergial töötav
"Purunematu"

LG e-paber 
Spetsifikatsioonid:

6-tolline diagonaal
1024 × 768(XGA) resolutsioon
4:3 pikkuse ja kõrguse suhe
TFT põhine elektrooniline ekraan
Lubab painduda 40 kraadi ekraani keskpunktist
Läbimõõt 0,7 mm 
Kaal 14 grammi
Võib kukkuda 1,5 m kõrguselt

Nimekiri erinevatest kurvatuuridega ekraanidest

OLED 
Paljud painduvad ekraanid baseeruvad OLED-tehnoloogia variantidel. Kuigi tehnoloogia on e-paberi põhiste painduvate ekraanidega võrreldes suhteliselt uus, on painduvate OLED-ekraanide kasutusalad viimaste aastate jooksul märgatavalt kasvanud.

ASU 
Spetsifikatsioonid:

6-tolline ekraanidiagonaal
480 × 360 HVGA resolutsioon
4:3 pikkuse ja kõrguse suhe
OLED-ekraan, millel on TFT-tagapaneel

Samsung 
Spetsifikatsioonid:
4,5-tolline ekraanidiagonaal
800 × 480 WVGA ja 1280 × 720 WXGA resolutsioon
AMOLED-ekraanitehnoloogia
"Purunematu"

Ideeseadmed

Mobiilseadmed 

2011. aastal tutvustas Human Media Lab koos ASU Flexible Diplay Centeriga Queensi ülikoolis Kanadas PaperPhone'i, mis kasutas viit paindumissensorit kasutajaliideses navigeerimiseks. 2013. aasta jaanuaris tutuvstas Human Media Lab koostöös Plastic Logicu ja Intel Labsiga CESil esimest e-paberi põhist tahvelarvutit nimega PaperTab. PaperTab on mitmeekraaniline keskkond, kus iga ekraan tähistab akent, rakendust või dokumenti. Ekraane jälgitakse 3D-s, et oleks võimalik teostada mitme ekraaniga operatsioone. 2013. aasta aprillis avaldasid Human Media Lab ja Plasti Logic järgmise "iseliikuva" nutitelefoni prototüübi MorePhone, mis muudab kuju, kui kasutajale nt helistatakse või saadetakse sõnum.

Nokia esitles Kinetic ideetelefoni 2011. aasta Nokia maailmamessil Londonis. Telefoni painduv OLED ekraan lubab kasutajatel telefonile käske anda ekraani painutades, väänates, pigistades või voltides erinevate liikumistega mõlemal vertikaalsel ja horisontaalsel teljel. Nokia ettekujutuses on sellist tüüpi seadmed kättesaadavad juba kolme aasta pärast ja väitis et nad töötavad praegu välja tehnoloogiat selliste telefonide tootmiseks.

2013. aasta CES-il esitles Samsung kahte seadet, mis kasutasid AMOLED-ekraanitehnoloogiat: Youm'''i ja ilma nimeta Windows Phone 8 prototüüpe. Youm kasutas staatilist AMOLED-ekraanitehnoloogiat ehk ekraanil oli jäik kurvatuur mööda ühte ekraani külge. Kurvatuur lasi kasutajatel lugeda sõnumeid ja teisi teateid isegi siis, kui ekraani kattis kate. Nimeta Windows Phone 8 prototüübil oli jäik telefoni põhi, millest väljub painduv AMOLED-ekraan. AMOLED-ekraan on painduv ja põhimõtteliselt purunematu, isegi kui see maha pillata. Brian Berkley, Samsungi vanem asedirektor uskus, et ekraani painduvus "muudab drastiliselt seda, kuidas inimesed oma seadmetega suhtlevad, avades nii uusi võimalusi kasutajatele [ning ühtlasi] võimaldab luua uue seadmete ökosüsteemi koos oma partneritega.

 Kumerad OLED-telerid 
2013. aasta CES-il esitlesid nii LG Electronics ja Samsung Electronic mõnetunnise vahega kumeraid (curved'') telereid. Mõlemad tootjad väitsid, et nende OLED-prototüüpi telerid on esimesed omasugused oma painduva OLED-ekraaniga. Tehnoloogia veebiajakiri The Verge märkis, et Samsungi 55-tollise teleri painutatud OLED-ekraan võimaldab "panoraamsemat ja hõlmavamat vaatamiskogemust, samuti paraneb küljelt vaatamine". LG 55-tolline OLED-teler pakkus sama kogemust, kuid toodi välja, et LG teler pakub lisaks painutatud ekraanile ka 3D-võimalust.

Viited 

Elektroonika