Viele Oberflächen im Alltag, von Autointerieurs bis hin zu Brillengläsern, weisen eine biaxiale Krümmung auf, was bedeutet, dass die Oberfläche an einem bestimmten Punkt in jede Richtung gekrümmt ist, wie bei einer Kugel oder einem Ellipsoid. Die Herstellung von Displays und aktiven optischen Filmen, die sich diesen komplexen Formen anpassen, stellt seit langem eine Herausforderung dar. Herkömmliche Flüssigkristallzellen (LC-Zellen) werden auf flachem Glas aufgebaut und können nicht biaxial geformt werden, außerdem sind sie schwer und zerbrechlich.

Organische Elektronikermöglicht hingegen die Herstellung von Transistoren bei Produktionstemperaturen, die 100 °C nicht überschreiten, was bedeutet, dass alle Arten von flexiblen Substraten ohne Beschädigung verwendet werden können, einschließlich solcher mit optisch idealen Eigenschaften wie TAC-Folie. FlexEnable hat diese Niedrigtemperaturverarbeitungskapazität erweitert, um nicht nur organische Dünnschichttransistoren (OTFTs), sondern auch die Herstellung von Flüssigkristallzellen einzubeziehen, wodurch LC-Optiken und komplette organische Displays (ePaperundOLCD) auf ultradünnen, flexiblen Substraten hergestellt werden können.

Während die Anpassung dieser Kunststofffolien an eine uniaxial gekrümmte Oberfläche (wie die eines Zylinders oder Kegels) relativ einfach ist, erfordert die biaxiale Krümmung, die durch 3D-Thermoformen der Folie erreicht wird, die Dehnung der Folie. 3D-Formen eröffnet aufregende neue Möglichkeiten für Displays und optische Anwendungen, insbesondere in Bereichen wie Automobiloberflächen und AR/VR.

Andrew Russel, Principal Industrial Designer bei FlexEnable, erklärt, wie 3D-Formen im Kontext der flexiblen Elektronik funktioniert.

Was ist 3D-Formen?

3D-Formen ist der Prozess des Formens von Materialien in dreidimensionale Formen. Alle LC- und OTFT-Zellen, die weltweit hergestellt werden, bestehen aus flachen Folienmaterialien. Daher übernehmen wir bei FlexEnable diese etablierten Herstellungsprozesse, jedoch auf flexiblen Kunststofffolien anstelle von starrem Glas. Anschließend verwenden wir einfache Herstellungstechniken, um dreidimensionale Formen zu erzeugen. Dazu wird Wärme auf die Zellen in einem Ofen oder auf einer Heizplatte bei einer präzisen Temperatur für eine vordefinierte Zeit angewendet, um die Materialien duktil zu machen. Auf eine Seite der begrenzten Zelle wird für kurze Zeit bei Temperatur positiver oder negativer Druck ausgeübt; anschließend wird er entfernt und abgekühlt.

Einfache biaxial gekrümmte Formen können durch Begrenzung des Umfangs der flachen Zelle und Anlegen von Luftdruck geformt werden; der Krümmungsradius (ROC) wird durch den Grad des angelegten Luftdrucks gesteuert.

Die Serienproduktion von Zellen kann als Batch-Vakuum-Thermoformen mit vorhandenen Geräten erreicht werden.

Komplexere Formen mit variablen Radien können mit negativem/positivem Luftdruck in oder über eine Form der gewünschten Form geformt werden. Alternativ können sich einige Formfaktoren besser für eine Kombination aus Drapierformen einer Krümmungsachse und Druckformen des anderen ROC eignen.

Anwendungen, für die 3D-Formen benötigt wird

AR/VR-Optik

Die wachsende Akzeptanz von Augmented- und Virtual-Reality-Brillen (AR/VR) treibt die Nachfrage nach fortschrittlichen optischen Komponenten an, die das Benutzererlebnis verbessern. Dazu gehörenabstimmbare Linsen, die eine dynamische Fokuseinstellung ermöglichen, undpixelierte Dimmer, die die Lichtmenge steuern, die in das Auge des Benutzers gelangt. Wichtig ist, dass sich diese optischen Elemente präzise an die gekrümmte, feste Optik innerhalb der AR/VR-Brille anpassen müssen, um Volumen und Gewicht zu minimieren, was sich auf das Benutzererlebnis auswirken kann. Die Fähigkeit, die Kunststoff-LC-Zellen zu thermoformen, ermöglicht die Herstellung von biaxial gekrümmten pixelierten Dimmern und abstimmbaren Linsen, die sich eng an diese gekrümmten optischen Oberflächen anschmiegen und die optische Leistung und die visuelle Klarheit verbessern.

Intelligente Autodächer

Über AR/VR-Anwendungen hinaustreiben Elektrofahrzeuge die Nachfrage nach intelligenten Schiebedächern an. Autoschiebedächer und Autofenster sind biaxial gekrümmt, was die Integration von Dimmfolien erfordert, die 3D-geformt werden können. Die schnell schaltenden, einfärbbaren Flüssigkristallzellen von FlexEnable auf flexiblen Kunststoffsubstraten ermöglichen eine biaxiale Krümmung, und die Zellen können sogar segmentiert oder pixelisiert werden, um eine kundenspezifische Lichtsteuerung in verschiedenen Bereichen nach Bedarf bereitzustellen. Diese Lösung ist direkt in das Glas des Dachs integriert, reduziert das Fahrzeuggewicht und macht herkömmliche Schiebedachmechanismen überflüssig.

Flexible Displays

3D-Formen ermöglicht gekrümmte und anpassungsfähige Displays. Flexible OTFTs werden heute in Massenproduktion in Form eines gekrümmten E-Ink-Displays für die Ledger Stax-Kryptowährungs-Wallet hergestellt. Die Verwendung von OTFTs hat einen Krümmungsradius von 3 mm ermöglicht und einen einzigartigen Formfaktor und eine einzigartige Interaktionsmethode in der Branche geschaffen.

OTFTs können mit LCD integriert werden, um flexible Active-Matrix Organic LCD (OLCD) zu erstellen, was bahnbrechende Designs und neue Funktionen ermöglicht, die mit Flachbildschirmen nicht möglich sind. Stellen Sie sich Displays vor, die sich um einen kugelförmigen Lautsprecher oder Wearables wickeln.

Eine wichtige technische Leistung

Die Fähigkeit, biaxial gekrümmte elektronische Geräte herzustellen, stellt eine wichtige technische Leistung dar und zeigt die Einzigartigkeit der Niedrigtemperatur-Organoelektronik. Mit der Weiterentwicklung von Forschung und Entwicklung können wir weitere Fortschritte in Materialien, Verarbeitungstechniken und Gerätearchitekturen erwarten, die die Grenzen des Möglichen mit 3D-geformten Displays und Optiken erweitern.