Veel alledaagse oppervlakken, van auto-interieurs tot brillenglazen, hebben biaxiale kromming, wat betekent dat het oppervlak op een bepaald punt in elke richting gebogen is, zoals dat van een bol of ellipsoïde. Het creëren van displays en actieve optische films die zich aanpassen aan deze complexe vormen is al lange tijd een uitdaging. Conventionele vloeibare kristal (LC)-cellen zijn gebouwd op plat glas en kunnen niet biaxiaal worden gevormd, en zijn bovendien zwaar en fragiel.

Organische elektronica heeft daarentegen de productie van transistors mogelijk gemaakt bij productietemperaturen die niet hoger zijn dan 100°C, wat betekent dat alle soorten flexibele substraten zonder schade kunnen worden gebruikt, inclusief die met optisch ideale eigenschappen zoals TAC-film. FlexEnable heeft die lage temperatuurverwerkingsmogelijkheid uitgebreid met niet alleen organische dunnefilmtransistors (OTFT's), maar ook de fabricage van vloeibare kristalcellen, waardoor LC-optiek en complete organische displays (ePaper en OLCD) kunnen worden vervaardigd op ultradunne, flexibele substraten.

Hoewel het aanpassen van deze plastic films aan een uniaxiaal gebogen oppervlak (zoals dat van een cilinder of kegel) relatief eenvoudig is, vereist biaxiale kromming, bereikt door 3D-thermovormen van de film, dat de film wordt uitgerekt. 3D-vormen opent spannende nieuwe mogelijkheden voor displays en optische toepassingen, met name op gebieden als auto-oppervlakken en AR/VR.

Andrew Russel, Principal Industrial Designer bij FlexEnable, legt uit hoe 3D-vormen werkt in de context van flexibele elektronica.

Wat is 3D-vormen?

3D-vormen is het proces van het vormen van materialen in driedimensionale vormen. Alle LC- en OTFT-cellen die over de hele wereld worden vervaardigd, zijn gemaakt van platte plaatmaterialen, dus bij FlexEnable passen we deze gevestigde productieprocessen toe, maar dan op flexibele plastic films in plaats van op stijf glas. Vervolgens gebruiken we eenvoudige productietechnieken om driedimensionale vormen te genereren. We doen dit door warmte toe te passen op de cellen in een oven of op een kookplaat tot een precieze temperatuur gedurende een vooraf bepaalde tijd om de materialen ductiel te maken. Er wordt gedurende korte tijd bij temperatuur positieve of negatieve druk uitgeoefend op één kant van de ingesloten cel; deze wordt vervolgens verwijderd en mag afkoelen.

Eenvoudige biaxiaal gebogen vormen kunnen worden gevormd door de omtrek van de platte cel in te sluiten en luchtdruk toe te passen; de kromtestraal (ROC) wordt geregeld door de mate van luchtdruk die wordt toegepast.

Massaproductie van cellen kan worden bereikt als batchvacuümthermovormen met behulp van bestaande apparatuur.

Complexere vormen met variabele stralen kunnen worden gevormd met negatieve/positieve luchtdruk in of over een mal van de gewenste vorm. Als alternatief kunnen sommige vormfactoren beter geschikt zijn voor een combinatie van drape-vormen van één krommingsas, terwijl de andere ROC onder druk wordt gevormd.

Toepassingen waarvoor 3D-vormen nodig is

AR/VR-optiek

De groeiende adoptie van augmented reality (AR) en virtual reality (VR)-brillen stimuleert de vraag naar geavanceerde optische componenten die de gebruikerservaring verbeteren. Deze omvatten afstembaar lenzen, die dynamische focusaanpassing mogelijk maken, en gepixelde dimmers, die de hoeveelheid licht regelen die het oog van de gebruiker binnendringt. Belangrijk is dat deze optische elementen precies moeten passen op de gebogen vaste optiek in de AR/VR-bril, waardoor het volume en het gewicht worden geminimaliseerd, wat van invloed kan zijn op de gebruikerservaring. De mogelijkheid om de plastic LC-cellen te thermovormen, maakt de creatie mogelijk van biaxiaal gebogen gepixelde dimmers en afstembaar lenzen die nauw aansluiten op deze gebogen optische oppervlakken, waardoor de optische prestaties en visuele helderheid worden verbeterd.

Slimme autodaken

Naast AR/VR-toepassingen, drijven elektrische voertuigen de vraag naar slimme zonnedaken aan. Autozonnedaken en autoruiten zijn biaxiaal gebogen, wat de integratie vereist van dimfilms die 3D kunnen worden gevormd. De snelle schakelende tintbare vloeibare kristalcellen van FlexEnable op flexibele plastic substraten maken biaxiale kromming mogelijk en de cellen kunnen zelfs worden gesegmenteerd of gepixeld om op maat gemaakte lichtregeling in verschillende gebieden te bieden. Geïntegreerd direct in het glas van het dak, vermindert deze oplossing het gewicht van het voertuig en elimineert de noodzaak van traditionele zonnedakmechanismen.

Flexibele displays

3D-vormen maakt gebogen en vervormbare displays mogelijk. Flexibele OTFT's worden vandaag de dag in massa geproduceerd in de vorm van een gebogen E Ink-display voor de Ledger Stax cryptocurrency wallet. Het gebruik van OTFT's heeft een kromtestraal van 3 mm mogelijk gemaakt en een unieke vormfactor en interactiemethode binnen de industrie gecreëerd.

OTFT's kunnen worden geïntegreerd met LCD om flexibele actieve matrix Organic LCD (OLCD) te creëren, wat geavanceerde ontwerpen en nieuwe functionaliteit mogelijk maakt die niet mogelijk is met platte beeldschermen. Stel je displays voor die zich om een ​​sferische luidspreker of wearables wikkelen.

Een belangrijke technische prestatie

De mogelijkheid om biaxiaal gebogen elektronische apparaten te creëren, vertegenwoordigt een belangrijke technische prestatie en toont de uniciteit van organische elektronica bij lage temperaturen. Naarmate onderzoek en ontwikkeling doorgaan, kunnen we verdere ontwikkelingen verwachten in materialen, verwerkingstechnieken en apparaatarchitecturen, die de grenzen verleggen van wat mogelijk is met 3D-gevormde displays en optiek.