Многие повседневные поверхности, от интерьеров автомобилей до линз очков, имеют двуосную кривизну, что означает, что в данной точке поверхность изогнута во всех направлениях, как у сферы или эллипсоида. Создание дисплеев и активных оптических пленок, соответствующих этим сложным формам, долгое время было проблемой. Обычные жидкокристаллические (ЖК) ячейки изготавливаются на плоском стекле и не могут быть двуосно изогнуты, а также являются тяжелыми и хрупкими.

Органическая электроника, с другой стороны, сделала возможным производство транзисторов при производственных температурах, не превышающих 100°C, что означает, что можно использовать все типы гибких подложек без повреждений, включая те, которые обладают оптически идеальными свойствами, такими как пленка TAC. FlexEnable расширила эту возможность обработки при низких температурах, включив в нее не только органические тонкопленочные транзисторы (OTFT), но и изготовление жидкокристаллических ячеек, что позволяет производить ЖК-оптику и полноценные органические дисплеи (электронная бумага и OLCD) на ультратонких, гибких подложках.

В то время как приведение этих пластиковых пленок к одноосно изогнутой поверхности (например, цилиндра или конуса) относительно просто, двуосная кривизна, достигаемая путем 3D-термоформования пленки, требует растяжения пленки. 3D-формование открывает захватывающие новые возможности для дисплеев и оптических применений, особенно в таких областях, как автомобильные поверхности и AR/VR.

Эндрю Рассел, главный промышленный дизайнер FlexEnable, объясняет, как работает 3D-формование в контексте гибкой электроники.

Что такое 3D-формование?

3D-формование - это процесс придания материалам трехмерных форм. Все ЖК- и OTFT-ячейки, производимые во всем мире, изготавливаются из плоских листовых материалов, поэтому в FlexEnable мы используем эти отработанные производственные процессы, но на гибких пластиковых пленках, а не на жестком стекле. Затем мы используем простые методы производства для создания трехмерных форм. Мы делаем это, нагревая ячейки в печи или на плите до точной температуры в течение заданного времени, чтобы сделать материалы пластичными. Положительное или отрицательное давление прикладывается к одной стороне ограниченной ячейки на короткое время при температуре; затем оно снимается, и ячейке дают остыть.

Простые двуосно изогнутые формы могут быть сформированы путем ограничения периметра плоской ячейки и приложения давления воздуха; радиус кривизны (ROC) контролируется уровнем приложенного давления воздуха.

Массовое производство ячеек может быть достигнуто путем пакетного вакуумного термоформования с использованием существующего оборудования.

Более сложные формы с переменными радиусами могут быть сформированы с помощью отрицательного/положительного давления воздуха в или над формой желаемой формы. Альтернативно, некоторые форм-факторы могут быть лучше адаптированы к комбинации драпировочного формования одной оси кривизны при одновременном формовании под давлением другого ROC.

Приложения, для которых необходимо 3D-формование

Оптика AR/VR

Растущее внедрение очков дополненной и виртуальной реальности (AR/VR) стимулирует спрос на передовые оптические компоненты, которые улучшают пользовательский опыт. К ним относятся настраиваемые линзы, которые позволяют динамически регулировать фокус, и пиксельные диммеры, которые контролируют количество света, попадающего в глаз пользователя. Важно отметить, что эти оптические элементы должны точно соответствовать изогнутой фиксированной оптике в очках AR/VR, сводя к минимуму объем и вес, что может повлиять на пользовательский опыт. Возможность термоформования пластиковых ЖК-ячеек позволяет создавать двуосно изогнутые пиксельные диммеры и настраиваемые линзы, которые плотно прилегают к этим изогнутым оптическим поверхностям, улучшая оптические характеристики и визуальную четкость.

Автомобильные умные крыши

Помимо приложений AR/VR, электрические транспортные средства стимулируют спрос на умные люки. Автомобильные люки и автомобильные окна имеют двуосную кривизну, что требует интеграции затемняющих пленок, которые можно формовать в 3D. Быстро переключаемые тонируемые жидкокристаллические ячейки FlexEnable на гибких пластиковых подложках обеспечивают двуосную кривизну, и ячейки могут быть даже сегментированы или пикселизированы для обеспечения индивидуального управления освещением в разных областях по мере необходимости. Интегрированное непосредственно в стекло крыши, это решение снижает вес автомобиля и устраняет необходимость в традиционных механизмах люка.

Гибкие дисплеи

3D-формование позволяет создавать изогнутые и гибкие дисплеи. Гибкие OTFT в настоящее время массово производятся в виде изогнутого дисплея E Ink для криптокошелька Ledger Stax. Использование OTFT позволило создать радиус кривизны 3 мм и создать уникальный форм-фактор и метод взаимодействия в отрасли.

OTFT можно интегрировать с ЖК-дисплеем для создания гибкого активного матричного органического ЖК-дисплея (OLCD), что позволяет создавать передовые конструкции и новые функциональные возможности, которые невозможны с плоскими панельными дисплеями. Представьте себе дисплеи, которые оборачиваются вокруг сферического динамика или носимых устройств.

Основное техническое достижение

Способность создавать двуосно изогнутые электронные устройства представляет собой важное техническое достижение и показывает уникальность низкотемпературной органической электроники. По мере продолжения исследований и разработок мы можем ожидать дальнейших достижений в области материалов, технологий обработки и архитектур устройств, расширяющих границы возможного с помощью 3D-формованных дисплеев и оптики.