Molte superfici di uso quotidiano, dagli interni delle auto alle lenti degli occhiali, hanno una curvatura biassiale, il che significa che in un dato punto la superficie è curva in ogni direzione, come quella di una sfera o di un ellissoide. Creare display e film ottici attivi che si adattino a queste forme complesse è stata a lungo una sfida. Le celle a cristalli liquidi (LC) convenzionali sono costruite su vetro piano e non possono essere modellate biassialmente, oltre ad essere pesanti e fragili.

Elettronica organica, d'altra parte, ha reso possibile la produzione di transistor a temperature di produzione che non superano i 100°C, il che significa che tutti i tipi di substrati flessibili possono essere utilizzati senza danni, compresi quelli con proprietà otticamente ideali come il film TAC. FlexEnable ha ampliato questa capacità di elaborazione a bassa temperatura per includere non solo transistor a film sottile organico (OTFT), ma anche la fabbricazione di celle a cristalli liquidi, consentendo di produrre ottiche LC e display organici completi (ePaper e OLCD) su substrati ultra-sottili e flessibili.

Mentre conformare questi film plastici a una superficie a curvatura uniassiale (come quella di un cilindro o di un cono) è relativamente semplice, la curvatura biassiale, ottenuta mediante termoformatura 3D del film, richiede che il film venga stirato. La formatura 3D apre nuove ed entusiasmanti possibilità per display e applicazioni ottiche, in particolare in settori come le superfici automobilistiche e la realtà aumentata/realtà virtuale.

Andrew Russel, Principal Industrial Designer di FlexEnable, spiega come funziona la formatura 3D nel contesto dell'elettronica flessibile.

Cos'è la formatura 3D?

La formatura 3D è il processo di modellatura dei materiali in forme tridimensionali. Tutte le celle LC e OTFT prodotte in tutto il mondo sono realizzate con materiali in fogli piatti, quindi in FlexEnable adottiamo questi processi di produzione consolidati, ma su film plastici flessibili anziché su vetro rigido. Quindi impieghiamo semplici tecniche di produzione per generare forme tridimensionali. Lo facciamo applicando calore alle celle in un forno o su una piastra riscaldante a una temperatura precisa per un tempo predefinito per rendere i materiali duttili. La pressione positiva o negativa viene applicata a un lato della cella vincolata per un breve periodo di tempo a temperatura; viene quindi rimossa e lasciata raffreddare.

Forme semplici a curvatura biassiale possono essere formate vincolando il perimetro della cella piatta e applicando la pressione dell'aria; il raggio di curvatura (ROC) è controllato dal livello di pressione dell'aria applicata.

La produzione in volume di celle può essere ottenuta come termoformatura sottovuoto a lotti utilizzando le apparecchiature esistenti.

Forme più complesse con raggi variabili possono essere formate con pressione dell'aria negativa/positiva in o sopra uno stampo della forma desiderata. In alternativa, alcuni fattori di forma potrebbero essere più adatti a una combinazione di formatura a drappeggio di un asse di curvatura mentre si forma a pressione l'altro ROC.

Applicazioni per le quali è necessaria la formatura 3D

Ottica AR/VR

La crescente adozione di occhiali per la realtà aumentata e virtuale (AR/VR) sta guidando la domanda di componenti ottici avanzati che migliorano l'esperienza dell'utente. Questi includono lenti regolabili, che consentono la regolazione dinamica della messa a fuoco, e dimmer pixelati, che controllano la quantità di luce che entra nell'occhio dell'utente. È importante sottolineare che questi elementi ottici devono conformarsi con precisione all'ottica fissa curva all'interno degli occhiali AR/VR, riducendo al minimo il volume e il peso, il che può influire sull'esperienza dell'utente. La capacità di termoformare le celle LC in plastica consente la creazione di dimmer pixelati e lenti regolabili a curvatura biassiale che si adattano perfettamente a queste superfici ottiche curve, migliorando le prestazioni ottiche e la chiarezza visiva.

Tetti intelligenti per autoveicoli

Guardando oltre le applicazioni AR/VR, i veicoli elettrici stanno guidando la domanda di tetti apribili intelligenti. I tetti apribili e i finestrini delle auto sono a curvatura biassiale, il che richiede l'integrazione di film oscuranti che possono essere formati in 3D. Le celle a cristalli liquidi oscuranti a commutazione rapida di FlexEnable su substrati plastici flessibili consentono la curvatura biassiale e le celle possono anche essere segmentate o pixelate per fornire un controllo della luce personalizzato in diverse aree, se necessario. Integrata direttamente nel vetro del tetto, questa soluzione riduce il peso del veicolo ed elimina la necessità di meccanismi tradizionali per il tetto apribile.

Display flessibili

La formatura 3D consente display curvi e conformabili. Gli OTFT flessibili sono oggi in produzione di massa sotto forma di un display E Ink curvo per il portafoglio di criptovalute Ledger Stax. L'utilizzo degli OTFT ha consentito un raggio di curvatura di 3 mm e ha creato un fattore di forma e un metodo di interazione unici nel settore.

Gli OTFT possono essere integrati con gli LCD per creare LCD organici (OLCD) a matrice attiva flessibili che consentono design all'avanguardia e nuove funzionalità non possibili con i display a pannello piatto. Immagina display che si avvolgono attorno a un altoparlante sferico o dispositivi indossabili.

Un importante risultato tecnico

La capacità di creare dispositivi elettronici a curvatura biassiale rappresenta un importante risultato tecnico e dimostra l'unicità dell'elettronica organica a bassa temperatura. Mentre la ricerca e lo sviluppo continuano, possiamo aspettarci di vedere ulteriori progressi nei materiali, nelle tecniche di elaborazione e nelle architetture dei dispositivi, superando i limiti di ciò che è possibile con display e ottiche formati in 3D.