Läpinäkyvä näyttöteknologia ja mediapinnat

Ollaanpas rehellisiä heti alkuun. Useimmat meistä ovat tottuneet siihen, että kun televisio tai mainosnäyttö sammutetaan, se on ruma, musta suunnikas, joka dominoi tilaa. Se imee valoa ja huomiota silloinkin, kun siinä ei lue mitään. Tämä on ollut näyttöteknologian perusongelma vuosikymmeniä: laite on fyysisesti massiivinen ja visuaalisesti raskas.

Mutta jos olet seurannut viime vuosina Oulun suunnalta tulevaa kehitystä – ja tarkoitan nyt nimenomaan Flexbrightin kaltaisia toimijoita – tiedät, että peli on muuttunut. Emme puhu enää perinteisistä piirilevyistä tai kömpelöistä lasikoteloista. Puhumme teknologiasta, joka on käytännössä näkymätöntä, kunnes siihen sytytetään valo.

Läpinäkyvät mediapinnat eivät ole enää scifi-elokuvien rekvisiittaa. Ne ovat täällä, ja ne perustuvat painetun elektroniikan ja hybridi-integraation (FHE) liittoon. Tämä artikkeli ei ole mikään myyntipuhe, vaan syväsukellus siihen, miten ihmeessä saadaan valoa ilman, että estetään näkyvyyttä, ja miksi se on valmistusteknisesti yksi vaikeimmista asioista, mitä voi yrittää tehdä.

Miten näkymättömyys oikeastaan rakennetaan?

Perinteinen näyttö on voileipä. Siellä on taustavalo, pikselimatriisi, suojalasi ja kasa kaapeleita. Läpinäkyvässä LED-kalvossa kaikki tämä heitetään romukoppaan. Ideana on käyttää pohjamateriaalina erittäin ohutta muovikalvoa (usein PET tai polyimidi), johon johdotus ei olekaan kuparijohtoa sanan perinteisessä merkityksessä, vaan se on painettua mustetta.

Kyllä, luit oikein. Mustetta.

Hopeapohjaiset, johtavat musteet painetaan kalvolle ns. Roll-to-Roll (R2R) -prosessilla. Kuvittele valtava painokone, joka sylkee ulos sanomalehtiä, mutta paperin sijasta rullalla kulkee high-tech muovia ja musteen sijasta printataan sähköistä piirustusta. Tähän päälle ”ladotaan” mikroskooppisen pieniä LED-komponentteja. Puhumme siruista, joiden korkeus voi olla alle millimetrin.

Tässä kohtaa homma menee mielenkiintoiseksi. Jotta näyttö olisi läpinäkyvä, itse valonlähteiden ja johtimien täytyy peittää mahdollisimman pieni pinta-ala. Ihmissilmä on siitä jännä instrumentti, että kun johdotus on tarpeeksi ohutta ja verkko harva, aivot ”poistavat” verkon näkökentästä. Näemme vain maiseman kalvon läpi.

R2R-prosessin armoton tarkkuus

Monet luulevat, että R2R-valmistus on helppoa: ”Sen kun painetaan nappia.” Todellisuudessa se on insinöörin painajainen, jos säädöt ovat vähänkään pielessä. Kun Flexbright ja vastaavat yhtiöt kehittivät tätä, haasteena oli lämpö.

• Muovikalvo venyy ja paukkuu lämmössä. Jos ”uunitat” hopeamusteen kiinni liian kuumassa, kalvo vääristyy. Jos lämpöä on liian vähän, johtavuus on surkea.
• Komponenttien ladonta (pick-and-place) täytyy tehdä liikkuvaan maaliin. Se ei ole staattinen piirilevy pöydällä, vaan rulla, joka liikkuu koko ajan. Tarkkuuden on oltava mikrometritasoa.
• Liitokset ovat kriittisiä. Perinteinen juotos on kova ja murtuu, kun kalvoa taivutetaan. Siksi käytetään anisotrooppisia johtavia liimoja tai matalan lämpötilan juotteita. Liiman täytyy joustaa, tai valot sammuvat heti kun kalvoa rullataan.

Arkkitehtuuri: Kun ikkuna ei ole enää vain ikkuna

Olen nähnyt ja kokenut tilanteita, joissa arkkitehti haluaa rakennukseen mediapintaa, mutta tyrmää täysin ajatuksen siitä, että julkisivu peitetään metallihäkeillä tai LED-paneeleilla. ”Valoa pitää tulla sisään,” on vakiokommentti.

Tässä läpinäkyvä teknologia, ja erityisesti Flexbrightin kehittämä kalvoratkaisu, on ainoa järkevä tie. Kalvo voidaan laminoida suoraan lasin sisään. Se on suojassa säältä, kosteudelta ja ilkivallalta. Kun valot ovat pois päältä, lasi näyttää lasilta. Ehkä aavistuksen sävytetyltä, mutta läpinäkyvyys on usein 80-90% luokkaa.

Mutta kun ilta hämärtyy? Koko julkisivu herää eloon. Se ei ole vain staattinen valotaulu, vaan dynaaminen mediapinta, jossa voi ajaa videota, animaatiota tai informatiivista sisältöä. Olen nähnyt sovelluksia hotellien auloissa, joissa lasinen tilanjakaja toimii päivällä näköesteenä ja illalla se muuttuu tunnelmalliseksi revontuliseinäksi. Se muuttaa tilan luonteen täysin ilman, että sinne tuodaan yhtään ”uutta” huonekalua.

Autoteollisuus: Painonpudotuskuuri

Jos puhut autöinsinöörille, hän ei ole kiinnostunut siitä, onko valo kaunista. Hän on kiinnostunut grammoista. Jokainen kilo pois autosta tarkoittaa pienempää kulutusta tai pidempää sähköauton toimintasädettä.

Perinteinen auton sisävalaistus vaatii paksuja valojohteita, muovikauluksia ja kiinnikkeitä. Ohutkalvoelektroniikka (IME – In-Mold Electronics) mahdollistaa sen, että valo integroidaan suoraan auton muoviosien sisään ruiskuvaluvaiheessa.

Kuvittele tilanne: Auton kojelauta näyttää sileältä pinnalta. Kun käynnistät auton, muovin läpi syttyy painikkeet ja mittaristo. Ei mekaanisia kytkimiä, ei erillisiä lamppuja, vaan alle millin paksuinen kalvo muovin sisällä. Tämä säästää tilaa (jota nykyautoissa on vähän) ja painoa dramaattisesti. Flexbrightin teknologia on ollut tässä edelläkävijä, sillä heidän kalvonsa kestävät ruiskuvalun vaatimat korkeat lämpötilat ja paineet. Se ei ole itsestäänselvyys; useimmat kiinalaiset halpakopiot sulavat tai oikosulkeutuvat tässä prosessissa.

Miksi mediapinnat ovat kaupallisesti räjähdysherkkä ala?

Mainostajat etsivät jatkuvasti uusia tapoja tunkeutua tajuntaamme, mutta olemme oppineet ”sokeiksi” perinteisille mainostauluille. Ihmiset kävelevät ohi. Mutta kun bussikatoksen lasiseinä alkaa elää, tai kauppakeskuksen kaide muuttuu valonauhaksi, se kiinnittää huomion.

Kyse on integraatiosta. Ennen mediapinta oli ”add-on”, jotain mikä ruuvattiin seinään jälkikäteen. Nyt se on osa rakennetta.

• Kaupallisissa tiloissa hyllynreunapinnat voivat olla digitaalisia ja läpinäkyviä, jolloin tuote näkyy takana, mutta hinta ja tarjous leijuvat ilmassa sen edessä.
• Jääkaapin ovi ruokakaupassa voi näyttää mainoksen, mutta muuttua läpinäkyväksi kun asiakas lähestyy (liiketunnistimella), paljastaen tuotteet.
• Julkisessa liikenteessä linja-auton ikkuna voi toimia näyttönä matkustajille tai ulospäin näkyvänä mainospintana, menettämättä ikkunan funktiota.

Tekniset sudenkuopat ja haasteet

Olisi epärehellistä sanoa, että tämä on täydellistä teknologiaa. Ongelmia on, ja niistä pitää puhua.

Kirkkaus on ikuinen taistelukenttä. Jotta näyttö näkyy suorassa auringonpaisteessa, LEDien täytyy olla erittäin tehokkaita. Mutta tehokkuus tuottaa lämpöä. Ohuessa muovikalvossa lämmönhallinta on vaikeampaa kuin paksussa alumiinirungossa. Jos lämpö ei poistu, LEDien elinikä lyhenee dramaattisesti tai muovi alkaa kellastua. Tämä on se kohta, jossa halvat ratkaisut erottuvat laadukkaista; materiaalien lämmönjohtavuus on kemiaa, ei taikuutta.

Toinen haaste on virransyöttö. Itse näyttöpinta voi olla ohut, mutta johonkin se ”ajuri” ja virtalähde pitää piilottaa. Usein näkee upeita läpinäkyviä näyttöjä, joiden reunasta roikkuu ruma mötikkä kaapeleita. Arkkitehdit vihaavat tätä. Integraation suunnittelu pitää aloittaa jo rakennusvaiheessa, kaapelit on vedettävä karmien sisään piiloon.

Tulevaisuuden näkymät: Joustava hybridielektroniikka

Mihin olemme menossa? Flexbrightin ja muiden alan pioneerien suunta on selvä: Vielä ohuempaa, vielä joustavampaa ja vielä isommissa paloissa.

Tulevaisuudessa emme ehkä erota valaisinta ja pintamateriaalia toisistaan. Tapetti itsessään voi olla valonlähde. Koko katto voi olla yksi iso matalaresoluutioinen näyttö, joka simuloi taivasta pilvisenä päivänä. R2R-valmistus mahdollistaa kilometrien pituiset valonauhat, mikä laskee metrihintaa tasolle, jossa tätä voidaan käyttää muuallakin kuin luksushotelleissa.

Kehitys kulkee myös kohti älykkäämpää pintaa. Ei vain valoa, vaan myös sensoreita. Samalle kalvolle voidaan painaa kosketusantureita, lämpötilasensoreita tai antenneja. Silloin ikkunalasi ei vain näytä tietoa, vaan se voi toimia 5G-tukiasemana ja kosketusnäyttönä.

Suomalainen osaaminen on tässä hämmästyttävän vahvaa. Meillä on pitkä historia paperinvalmistuksessa ja elektroniikassa (kiitos Nokia), ja nämä kaksi maailmaa kohtaavat nyt painetussa älyssä. Se ei ehkä ole yhtä seksikästä otsikoissa kuin tekoäly, mutta fyysisessä maailmassa, jossa elämme, se muuttaa ympäristöämme paljon konkreettisemmin.