Пенсионный советник
Лекция по технолигии

«Сегодня мы пишем учебники будущего»

Научный руководитель Plastic Logic Майк Банак о пластиковой электронике

Лектор: 02.07.2012, 14:19

Как будет выглядеть электронная бумага будущего, зачем пластмассу заставили проводить ток и чем пластиковая электроника перспективнее обычной, рассказывает в своей лекции на «Газете.Ru» Майк Банак, научный руководитель Plastic Logic — одного из мировых лидеров отрасли пластиковой электроники.


Пластмассы были открыты около 100 лет назад, а активно их использовать начали в конце прошлого века. Их преимущества перед традиционными материалами были совершенно очевидными — они недорогие и могут при этом принимать самые разные формы. Самый простой пластик – полиэтилен, который представляет собой цепочку из атомов углерода, каждый из которых дополнительно связан с двумя атомами водорода. Он, как и большинство пластмасс, является диэлектриком, то есть не пропускает электрический ток. Это тоже относится к его преимуществам, и традиционно пластмассы использовались исключительно в качестве изоляторов.

Однако

в 1977 году трое ученых — Алан Хигер, Хидеки Сиракава и Алан Макдиармид — открыли пластмассу, способную проводить электрический ток – так называемый полиацетилен.

Строение полиацетилена Plastic Logic
Строение полиацетилена
По сути, это та же цепочка из атомов углерода, но в ней одинарные связи чередуются с двойными (соответственно, у каждого атома углерода только по одному водороду). Пластики типа полиацетилена — полупроводники и проводники, так как в них свободный электрон может двигаться по сопряженной системе двойных связей. Именно на основе этих материалов родилась пластиковая электроника.

Кембриджский университет стал ведущим научным центром в этой области. Именно там были сделаны наиболее выдающиеся фундаментальные открытия и предложены первые технологии внедрения в производство. В частности, группа ученых, возглавляемая сэром Ричардом Френдом и профессором Хеннингом Сиррингхаусом, в 1989 году впервые наблюдала эффект электролюминесценции в полимере – свечение полимера, к которому прилагают электрический ток.

В 1988 году они создали первый полимерный полевой транзистор, а спустя десять лет, в 1998 году, интегрировали полимерный полевой транзистор и светодиод.

В 2000 году там был отработан процесс печати полимерных полевых транзисторов. Уникальность полупроводников в том, что для них можно регулировать проводимость, а также эффективно преобразовывать ток в свет и наоборот. Пластиковые полупроводники обладают рядом дополнительных плюсов – они дешевые, с ними можно работать с помощью технологии печати, а также отливать самые разные формы большого объема. Кроме того, из пластика можно делать гибкие дисплеи.

Гибкий дисплей состоит из двух слоев. Передняя плоскость, на которой выводится изображение, создана с помощью уже обычной технологии электронных чернил, которые используются в большинстве современных «электронных книг».

А вот задняя стенка, которая обеспечивает построение изображения, состоит из пластиковых полупроводниковых элементов.

Схема OTFT Plastic Logic
Схема OTFT
Строительный блок пластиковой электроники – органический тонкопленочный транзистор (organic thin film transistor, OTFT). OTFT представляет собой переключатель, обеспечивающий управление током, протекающим между двумя электродами (истоком и стоком). Для регулировки тока используется третий электрод, носящий название затвор. Напряжение затвора, при котором происходит отпирание транзистора, называется пороговым. Подвижностью называется скорость перемещения носителей тока от истока к стоку. В отличие от кремниевых транзисторов аналогичного действия, пластиковые изготавливаются при низкой температуре. Для них мы создали совершенно новые материалы, новые процессы, новые технологии характеризации и, конечно, новые приборы.

Фактически сегодня мы пишем учебники будущего для этой области промышленности.

На первом этапе мы разработали дисплеи. С 2002 года нам удалось пройти большой путь: если десять лет назад у нас были только очень простые дисплеи 4 на 4 точки, то к 2005-му мы вышли на хорошее разрешение – в 80 на 60 точек. Однако те дисплеи были еще очень маленькими. В 2006 году мы сделали уже достаточно большие дисплеи и перешли к стадии производства. Сегодня наши технологии позволяют делать черно-белые дисплеи 1920 на 1440 точек (225 пикселей на дюйм) и цветные дисплеи с разрешением 75 пикселей на дюйм. Цветные дисплеи состоят из тонких окрашенных оптических фильтров, которые добавляются к основному монохромному дисплею.

Этапы разработки дисплеев Plastic Logic
Этапы разработки дисплеев

В современном гибком дисплее уже установлена матрица, имеющая 1,2 млн ОTFT.

После запуска опытной линии в Кембридже мы перенесли ее на производство в Германии, в Дрездене. Линия-прототип в Кембридже показала правильность технологического решения. Однако перенос ее на производство в Дрезден позволил значительно улучшить результат – там дисплеи создаются в условиях чистой комнаты, где все манипуляции ведутся автоматически, что позволяет избавиться от дефектов, неизбежных при попадании пыли на мельчайшие транзисторы. Линия в Дрездене позволяет производить дисплеи очень высокого качества в гораздо больших количествах.

Строение современного пластикового дисплея, имеющего 1.2 млн OTFT Plastic Logic
Строение современного пластикового дисплея, имеющего 1.2 млн OTFT

В будущем мы ожидаем создания более высокоскоростных транзисторов, транзисторов толщиной в лист бумаги, которые будут иметь более богатую цветовую палитру и более высокую четкость изображения.