Wiele codziennych powierzchni, od wnętrz samochodów po soczewki okularów, ma krzywiznę dwuosiową, co oznacza, że w danym punkcie powierzchnia jest zakrzywiona we wszystkich kierunkach, jak w przypadku sfery lub elipsoidy. Tworzenie wyświetlaczy i aktywnych folii optycznych, które dopasowują się do tych złożonych kształtów, od dawna stanowi wyzwanie. Konwencjonalne komórki ciekłokrystaliczne (LC) są budowane na płaskim szkle i nie mogą być kształtowane dwuosiowo, a także są ciężkie i kruche.

Elektronika organicznaz drugiej strony, umożliwiła produkcję tranzystorów w temperaturach produkcyjnych, które nie przekraczają 100°C, co oznacza, że można używać wszystkich rodzajów elastycznych podłoży bez uszkodzeń, w tym tych o idealnych właściwościach optycznych, takich jak folia TAC. FlexEnable poszerzył tę możliwość przetwarzania w niskiej temperaturze, aby obejmowała nie tylko organiczne tranzystory cienkowarstwowe (OTFT), ale także produkcję komórek ciekłokrystalicznych, umożliwiając produkcję optyki LC i kompletnych wyświetlaczy organicznych (ePaperiOLCD) na ultracienkich, elastycznych podłożach.

Podczas gdy dopasowanie tych plastikowych folii do powierzchni zakrzywionej jednoosiowo (takiej jak walec lub stożek) jest stosunkowo proste, krzywizna dwuosiowa, osiągana przez termoformowanie 3D folii, wymaga rozciągnięcia folii. Formowanie 3D otwiera ekscytujące nowe możliwości dla wyświetlaczy i zastosowań optycznych, szczególnie w takich obszarach jak powierzchnie samochodowe i AR/VR.

Andrew Russel, główny projektant przemysłowy w FlexEnable, wyjaśnia, jak działa formowanie 3D w kontekście elektroniki elastycznej.

Co to jest formowanie 3D?

Formowanie 3D to proces kształtowania materiałów w kształty trójwymiarowe. Wszystkie komórki LC i OTFT produkowane na całym świecie są wykonane z płaskich materiałów arkuszowych, więc w FlexEnable stosujemy te sprawdzone procesy produkcyjne, ale na elastycznych foliach plastikowych zamiast sztywnego szkła. Następnie stosujemy proste techniki produkcyjne, aby generować kształty trójwymiarowe. Robimy to, przykładając ciepło do komórek w piekarniku lub na płycie grzewczej do precyzyjnej temperatury przez z góry określony czas, aby materiały były plastyczne. Dodatnie lub ujemne ciśnienie jest przykładane do jednej strony ograniczonej komórki na krótki czas w temperaturze; następnie jest usuwane i pozostawione do ostygnięcia.

Proste kształty dwuosiowo zakrzywione można formować, ograniczając obwód płaskiej komórki i przykładając ciśnienie powietrza; promień krzywizny (ROC) jest kontrolowany przez poziom zastosowanego ciśnienia powietrza.

Produkcję masową komórek można osiągnąć jako termoformowanie próżniowe wsadowe przy użyciu istniejącego sprzętu.

Bardziej złożone kształty o zmiennych promieniach można formować z ujemnym/dodatnim ciśnieniem powietrza do lub nad formą o pożądanym kształcie. Alternatywnie, niektóre czynniki kształtu mogą być lepiej dopasowane do kombinacji formowania przez drapowanie jednej osi krzywizny podczas formowania ciśnieniowego drugiego ROC.

Zastosowania, dla których wymagane jest formowanie 3D

Optyka AR/VR

Rosnące przyjęcie okularów rozszerzonej i wirtualnej rzeczywistości (AR/VR) napędza popyt na zaawansowane komponenty optyczne, które poprawiają wrażenia użytkownika. Obejmują onesoczewki regulowane, które umożliwiają dynamiczną regulację ostrości, orazpikselowane ściemniacze, które kontrolują ilość światła wpadającego do oka użytkownika. Co ważne, te elementy optyczne muszą dokładnie dopasowywać się do zakrzywionej optyki stałej w okularach AR/VR, minimalizując objętość i wagę, co może mieć wpływ na wrażenia użytkownika. Możliwość termoformowania plastikowych komórek LC umożliwia tworzenie dwuosiowo zakrzywionych pikselowanych ściemniaczy i regulowanych soczewek, które idealnie przylegają do tych zakrzywionych powierzchni optycznych, poprawiając wydajność optyczną i przejrzystość wizualną.

Inteligentne dachy samochodowe

Patrząc poza zastosowania AR/VR,pojazdy elektryczne napędzają popyt na inteligentne szyberdachy. Szyberdachy i szyby samochodowe są dwuosiowo zakrzywione, co wymaga integracji folii przyciemniających, które można formować 3D. Szybko przełączające się komórki ciekłokrystaliczne FlexEnable na elastycznych podłożach plastikowych umożliwiają krzywiznę dwuosiową, a komórki mogą być nawet segmentowane lub pikselowane, aby zapewnić dostosowaną kontrolę światła w różnych obszarach w razie potrzeby. Zintegrowane bezpośrednio ze szkłem dachu, to rozwiązanie zmniejsza wagę pojazdu i eliminuje potrzebę stosowania tradycyjnych mechanizmów szyberdachu.

Elastyczne wyświetlacze

Formowanie 3D umożliwia zakrzywione i dopasowujące się wyświetlacze. Elastyczne OTFT są obecnie produkowane masowo w postaci zakrzywionego wyświetlacza E Ink dla portfela kryptowalut Ledger Stax. Zastosowanie OTFT umożliwiło promień krzywizny 3 mm i stworzyło unikalny kształt i metodę interakcji w branży.

OTFT można zintegrować z LCD, aby stworzyć elastyczny aktywny-matrycowy Organic LCD (OLCD), co pozwala na najnowocześniejsze projekty i nowe funkcjonalności niemożliwe do uzyskania w przypadku płaskich wyświetlaczy. Wyobraź sobie wyświetlacze, które owijają się wokół sferycznego głośnika lub urządzeń do noszenia.

Główne osiągnięcie techniczne

Możliwość tworzenia dwuosiowo zakrzywionych urządzeń elektronicznych stanowi główne osiągnięcie techniczne i pokazuje wyjątkowość elektroniki organicznej niskotemperaturowej. W miarę kontynuacji badań i rozwoju możemy spodziewać się dalszych postępów w materiałach, technikach przetwarzania i architekturach urządzeń, przesuwając granice tego, co jest możliwe dzięki wyświetlaczom i optyce formowanym 3D.