Πολλές καθημερινές επιφάνειες, από τα εσωτερικά των αυτοκινήτων μέχρι τους φακούς των γυαλιών, έχουν διπλή καμπυλότητα, που σημαίνει ότι σε ένα δεδομένο σημείο η επιφάνεια είναι καμπυλωτή προς κάθε κατεύθυνση, όπως αυτή μιας σφαίρας ή ενός ελλειψοειδούς. Η δημιουργία οθονών και ενεργών οπτικών φιλμ που προσαρμόζονται σε αυτά τα σύνθετα σχήματα αποτελεί εδώ και καιρό πρόκληση. Τα συμβατικά κελιά υγρών κρυστάλλων (LC) είναι κατασκευασμένα σε επίπεδο γυαλί και δεν μπορούν να διαμορφωθούν διπλά, καθώς και είναι βαριά και εύθραυστα.

Οργανικά ηλεκτρονικά, από την άλλη πλευρά, έχουν καταστήσει δυνατή την κατασκευή τρανζίστορ σε θερμοκρασίες παραγωγής που δεν υπερβαίνουν τους 100°C, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν όλα τα είδη εύκαμπτων υποστρωμάτων χωρίς ζημιά, συμπεριλαμβανομένων εκείνων με οπτικά ιδανικές ιδιότητες, όπως το φιλμ TAC. Η FlexEnable έχει διευρύνει αυτή την ικανότητα επεξεργασίας σε χαμηλή θερμοκρασία ώστε να περιλαμβάνει όχι μόνο οργανικά τρανζίστορ λεπτού φιλμ (OTFT), αλλά και την κατασκευή κυψελών υγρών κρυστάλλων, επιτρέποντας την κατασκευή οπτικών LC και ολοκληρωμένων οργανικών οθονών (ePaper και OLCD) σε εξαιρετικά λεπτά, εύκαμπτα υποστρώματα.

Ενώ η προσαρμογή αυτών των πλαστικών φιλμ σε μια μονοαξονικά καμπυλωτή επιφάνεια (όπως αυτή ενός κυλίνδρου ή κώνου) είναι σχετικά απλή, η διπλή καμπυλότητα, που επιτυγχάνεται με θερμοδιαμόρφωση 3D του φιλμ, απαιτεί την τάνυση του φιλμ. Η διαμόρφωση 3D ανοίγει συναρπαστικές νέες δυνατότητες για οθόνες και οπτικές εφαρμογές, ιδιαίτερα σε τομείς όπως οι επιφάνειες αυτοκινήτων και η AR/VR.

Ο Andrew Russel, Principal Industrial Designer στην FlexEnable, εξηγεί πώς λειτουργεί η διαμόρφωση 3D στο πλαίσιο των εύκαμπτων ηλεκτρονικών.

Τι είναι η διαμόρφωση 3D;

Η διαμόρφωση 3D είναι η διαδικασία διαμόρφωσης υλικών σε τρισδιάστατα σχήματα. Όλα τα κελιά LC και OTFT που κατασκευάζονται σε όλο τον κόσμο είναι κατασκευασμένα από επίπεδα υλικά φύλλων, οπότε στην FlexEnable υιοθετούμε αυτές τις καθιερωμένες διαδικασίες κατασκευής, αλλά σε εύκαμπτα πλαστικά φιλμ και όχι σε άκαμπτο γυαλί. Στη συνέχεια, χρησιμοποιούμε απλές τεχνικές κατασκευής για να δημιουργήσουμε τρισδιάστατα σχήματα. Το κάνουμε αυτό εφαρμόζοντας θερμότητα στα κελιά σε έναν φούρνο ή σε μια εστία σε μια ακριβή θερμοκρασία για ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα για να κάνουμε τα υλικά όλκιμα. Εφαρμόζεται θετική ή αρνητική πίεση στη μία πλευρά του περιορισμένου κελιού για σύντομο χρονικό διάστημα σε θερμοκρασία. Στη συνέχεια αφαιρείται και αφήνεται να κρυώσει.

Απλά διπλά καμπυλωτά σχήματα μπορούν να σχηματιστούν περιορίζοντας την περίμετρο του επίπεδου κελιού και εφαρμόζοντας πίεση αέρα. Η ακτίνα καμπυλότητας (ROC) ελέγχεται από το επίπεδο της πίεσης αέρα που εφαρμόζεται.

Η μαζική παραγωγή κυψελών μπορεί να επιτευχθεί ως θερμοδιαμόρφωση κενού παρτίδας χρησιμοποιώντας υπάρχοντα μηχανήματα.

Πιο σύνθετα σχήματα με μεταβλητές ακτίνες μπορούν να σχηματιστούν με αρνητική/θετική πίεση αέρα μέσα ή πάνω σε ένα καλούπι του επιθυμητού σχήματος. Εναλλακτικά, ορισμένοι συντελεστές μορφής μπορεί να είναι πιο κατάλληλοι για έναν συνδυασμό διαμόρφωσης με κουρτίνα ενός άξονα καμπυλότητας, ενώ η διαμόρφωση πίεσης του άλλου ROC.

Εφαρμογές για τις οποίες απαιτείται διαμόρφωση 3D

Οπτικά AR/VR

Η αυξανόμενη υιοθέτηση γυαλιών επαυξημένης και εικονικής πραγματικότητας (AR/VR) οδηγεί την ζήτηση για προηγμένα οπτικά εξαρτήματα που βελτιώνουν την εμπειρία του χρήστη. Αυτά περιλαμβάνουν ρυθμιζόμενους φακούς, οι οποίοι επιτρέπουν τη δυναμική ρύθμιση της εστίασης, και εικονοστοιχειωτούς ρυθμιστές, οι οποίοι ελέγχουν την ποσότητα του φωτός που εισέρχεται στο μάτι του χρήστη. Είναι σημαντικό ότι αυτά τα οπτικά στοιχεία πρέπει να προσαρμόζονται με ακρίβεια στα καμπυλωτά σταθερά οπτικά μέσα στα γυαλιά AR/VR, ελαχιστοποιώντας τον όγκο και το βάρος, κάτι που μπορεί να επηρεάσει την εμπειρία του χρήστη. Η δυνατότητα θερμοδιαμόρφωσης των πλαστικών κυψελών LC επιτρέπει τη δημιουργία διπλά καμπυλωτών εικονοστοιχειωτών ρυθμιστών και ρυθμιζόμενων φακών που εφαρμόζονται άνετα στις καμπυλωτές οπτικές επιφάνειες, βελτιώνοντας την οπτική απόδοση και την οπτική διαύγεια.

Έξυπνες οροφές αυτοκινήτων

Κοιτάζοντας πέρα από τις εφαρμογές AR/VR, τα ηλεκτρικά οχήματα οδηγούν την ζήτηση για έξυπνες ηλιοροφές. Οι ηλιοροφές και τα παράθυρα των αυτοκινήτων είναι διπλά καμπυλωτά, γεγονός που απαιτεί την ενσωμάτωση φιλμ εξασθένισης που μπορούν να διαμορφωθούν σε 3D. Τα ταχείας εναλλαγής χρωματιζόμενα κελιά υγρών κρυστάλλων της FlexEnable σε εύκαμπτα πλαστικά υποστρώματα επιτρέπουν τη διπλή καμπυλότητα και τα κελιά μπορούν ακόμη και να τμηματοποιηθούν ή να εικονοστοιχειωθούν για να παρέχουν προσαρμοσμένο έλεγχο φωτός σε διαφορετικές περιοχές, όπως απαιτείται. Ενσωματωμένη απευθείας στο γυαλί της οροφής, αυτή η λύση μειώνει το βάρος του οχήματος και εξαλείφει την ανάγκη για παραδοσιακούς μηχανισμούς ηλιοροφής.

Εύκαμπτες οθόνες

Η διαμόρφωση 3D επιτρέπει καμπυλωτές και προσαρμόσιμες οθόνες. Τα εύκαμπτα OTFT βρίσκονται σήμερα σε μαζική παραγωγή με τη μορφή μιας καμπυλωτής οθόνης E Ink για το πορτοφόλι κρυπτονομισμάτων Ledger Stax. Η χρήση OTFT επέτρεψε μια ακτίνα καμπύλης 3 mm και δημιούργησε έναν μοναδικό συντελεστή μορφής και μέθοδο αλληλεπίδρασης στον κλάδο.

Τα OTFT μπορούν να ενσωματωθούν με LCD για τη δημιουργία εύκαμπτων ενεργών-matrix Organic LCD (OLCD) που επιτρέπει πρωτοποριακά σχέδια και νέα λειτουργικότητα που δεν είναι δυνατή με τις επίπεδες οθόνες. Φανταστείτε οθόνες που τυλίγονται γύρω από ένα σφαιρικό ηχείο ή φορετά.

Ένα σημαντικό τεχνικό επίτευγμα

Η δυνατότητα δημιουργίας διπλά καμπυλωτών ηλεκτρονικών συσκευών αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό τεχνικό επίτευγμα και δείχνει τη μοναδικότητα των οργανικών ηλεκτρονικών χαμηλής θερμοκρασίας. Καθώς η έρευνα και η ανάπτυξη συνεχίζονται, μπορούμε να περιμένουμε να δούμε περαιτέρω προόδους στα υλικά, στις τεχνικές επεξεργασίας και στις αρχιτεκτονικές συσκευών, ξεπερνώντας τα όρια του τι είναι δυνατό με τις οθόνες και τα οπτικά που διαμορφώνονται σε 3D.