显示屏制作(斯坦福大学的工程师制作了一个像橡皮筋一样伸展的微型LED显示屏)

Posted 2023-05-28

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显示屏制作(斯坦福大学的工程师制作了一个像橡皮筋一样伸展的微型LED显示屏)

显示器中的光线可能昙花一现，但概念验证屏幕背后的想法可能会留下来。

斯坦福工程师将这种塑料薄膜制成迷你LED显示屏。宝集团研究实验室/斯坦福大学

智能手机或电视上的屏幕是一个刚性物体，绝对不是用来伸展的。但斯坦福大学的工程师可能已经找到了制作弹性LED屏幕的第一步，他们的新研究正在探索如何创建交互式显示器，这些显示器很容易成为《超人总动员》中Elastigirl超级套装的一部分与传统LED显示屏不同，传统的LED显示屏由封装在刚性外壳中的液晶组成，这种LED屏幕在周三的《自然》杂志上进行了详细描述，完全由类似橡皮筋的高分子材料制成。

传统 LED 屏幕的工作原理

LED代表发光二极管，LED电子设备以类似的方式工作。电视或智能手机上的典型LED屏幕有几层夹在显示矩阵中，该矩阵必须包含两个电极层之间的液晶层，一些光偏振层以及位于晶体层和查看器之间的RGB色罩。

层的构建方式允许发生一系列复杂的反应，最终产生明亮的图像。在显示器中的两个电极层中，一个产生正电荷或空穴，一个产生电子或负电荷。这些电荷在电场存在下开始在不同的层上移动，斯坦福大学化学工程教授、《自然》杂志上该论文的作者Zhenan Bao解释说。"当正电荷（也称为空穴）和电子相互找到时，它们将结合成某种激发态分子，"她说。"然后，当[被激发的分子下降到]更稳定的基态时，[以光子的形式]将发射光。

这种设置的基本原理是，电压控制液晶可以在像素级别操纵光的路径，方向和强度（想想像素，就像屏幕的微小构建块一样）。每个像素包含三个子像素，这些子像素上都有颜色滤镜，通常为红色，绿色和蓝色，可以以不同的组合输出，以使像素块具有不同的颜色。缩小，彩色像素的质量可以形成图片。

目前在计算机和电视上使用的大多数屏幕都是由液晶制成的。"它们不会发光。有一个背光[包含一个LED灯条]，背光灯的前面是液晶。很多光线基本上都被阻挡了，"鲍说。"只有一部分光可以穿过。因此，它消耗更多的能量，并且切换速度（这决定了屏幕上的图片可以变化的速度）相对较慢。

鲍指出，这些屏幕的另一个缺点是它们刚性而脆，主要是因为基板由玻璃制成，如果你试图弯曲或拉伸它，进入发光二极管的材料也会破裂。

宝集团研究实验室/斯坦福大学

关于新弹力概念的须知事项

"我们在这里所做的是试图制造一种新型的显示器，你可以弯曲，折叠，改变形状，仍然显示图像，"鲍说。拥有可以改变形状的屏幕将使其适合柔软或不平坦表面的轮廓。在他们的实验中，他们通过拉伸它并用笔戳它来对其进行压力测试，并且它保持得很好。

Bao和她的团队的任务是使这个屏幕的所有组件都具有弹性。"我们开发了一种可用于两个电极的可伸缩导电聚合物。但是，由于一个电极需要允许空穴进入，而另一个电极需要允许电子进入，我们还需要促进通过层的传输，"鲍说。"这里的发光材料需要是可拉伸的，但它也需要发出大量的光。我们想要一个明亮的显示屏。

她和她的同事们找到了一种方法，将不同的硬塑料和软塑料材料结合在一起，使发光聚合物形成纳米纤维结构，这有助于电子和空穴相互找到。"如果他们找不到对方，我们就不会熄灭光线，"她说。"这种纳米结构形成了一个连续的途径。而且，我们发现，通过形成这些纳米纤维状结构，它消除了发光聚合物中曾经存在的一些缺陷。我们看到，与不可拉伸版本相比，可拉伸材料中可以发出更多的光线。

他们不仅能够用绿色，红色和蓝色发光聚合物形成这种纳米结构，这些聚合物是制作全彩色显示器所需的基本颜色。之后，这主要是一个工程问题，即找出一种方法，将屏幕的各个层次稳定地堆叠在一起以制作显示器。它由外部的两个基板层，两个电极层组成，然后是电荷传输层，以及中心的发光层。

对于这个原型，该团队展示了他们的屏幕可以容纳静态图像。为了制作一个可以改变图像的屏幕，他们需要加入某种可以为其供电的电机。"我们拥有的屏幕类型分辨率非常低。这篇论文主要是关于材料的发现以及我们如何制作显示器的像素，"鲍尔说。"但像素仍然很大。下一步是我们需要使它们具有更高的分辨率，我们还需要使它们持续更长时间。

在目前的状态下，这种第一代弹性屏幕可以在高氮环境中发光数天。一旦暴露在正常空气中，光线只能持续几个小时。

"我们仍然没有好的材料可以阻止氧气和水分进入发光聚合物，[这]会熄灭光线并使显示器随着时间的推移而变暗，"鲍说。"对于我们今天使用的OLED显示器，内部设备也只能在氮气下运行。但他们发现了一种很好的封装材料，可以阻挡氧气和水分。这是显示器实际有用的重要部分。