Fleksible farveskærme med mikrofluidik

En ny undersøgelse offentliggjort på Mikrosystemer og nanoteknik af Kazuhiro Kobayashi og Hiroaki Onoe beskriver udviklingen af ​​et fleksibelt og reflekterende flerfarvet displaysystem, der ikke kræver vedvarende energiforsyning til farvebevarelse. Ideen har til formål at finde futuristiske applikationer med bæredygtige farveskærme og erstatte eksisterende elektroniske displayskilte, der i øjeblikket bruges til flerfarvede beskeder og billeder. Mens konceptet stammer fra elektronisk papir eller fleksibel elektronik, der ligner print på papir (udviklet til smart slid), den foreslåede metode er simpelthen baseret på sekventielt introducerede farvede vanddråber og luftlommer i en mikrofluidisk enhed, der er præcist fremstillet på en fleksibel polymer for at opretholde stabile bitmapbilleder uden energiforbrug.

Metoden afviger også fra eksisterende teknikker med flydende krystaller eller organiske lysemitterende dioder (OLED'er), som forbruger energi på niveau med den lysemitterende pixel. Teknikken rummer et mikrofluidisk vanddråbetog som en fleksibel, reflekterende display. Systemets arbejdsprincip er baseret på en roterende væskevælger med sugebaseret undertryk for at drive dråberne i den tilsigtede retning og danne et forudbestemt tegn.

Mikrokanaler i den foreslåede enhed blev fremstillet med den fleksible polymer, polydimethylsiloxan (PDMS), et materiale med egenskaber, der omfatter gennemsigtighed under synligt lys og permeabilitet for luft. Forfatterne brugte blød litografi og bindingsteknikker til at oprette PDMS-PDMS mikrokanaler med pixelmønstre, der spænder fra 400-800 um i diameter og 50-200 um i højden. I enhedsarkitekturen, mønstrene blev forbundet via lineære kanaler på 100-200 μm i bredden. Da materialet er permeabelt for luft og gasopløseligt, et tyndt parylenlag (500 nm tykt) blev afsat i mikrokanalerne for at forhindre lækage og fordampning af luft og vand.

For at fremstille en optimeret pixelstørrelse, forfatterne udtænkte et forhold mellem mikrokanalgeometrien og vandtab for at opretholde et specifikt volumen af ​​farvet vand, når dråberne rykkede frem i enheden. Enhedens design og optimering omfattede målinger af det minimale differenstryk, der kræves for at drive farvede vanddråber gennem mikrokanalerne. Trykket i det mikrofluidiske sugesystem blev styret med et computerstøttet ventilsystem, og kontaktstyringen blev programmeret ved hjælp af MATLAB. Ud over, kapaciteten til farveskift og dråbekontrol blev vurderet på niveauet af den enkelte pixel for optimeret billedvisning. Forholdet mellem dråbepositionen og tidspunktet for påført undertryk blev optimeret for at indikere, at enheden kunne styres på niveau med den enkelte pixel.

I undersøgelsen, en række billeder blev skabt på denne måde i zig-zag mikrokanaler som et principbevis for at teste det foreslåede koncept med fleksible flerfarvede reflekterende displays. Farvebevarelse blev aktiveret ved at stoppe sugesystemet, hvor displayets orientering forblev intakt uden energiforsyning.

Eksperimentelle resultater validerede, at systemet kunne vise flerfarvede reflekterende billeder og bevare dem uden energiforbrug som teori. Billederne var holdbare, mens de bibeholdt deres position efter bøjelig drejning, at angive fleksibilitet og genopretning af de originale flerfarvede rammer. Forskerne forudsiger, at sådanne fleksible og energiløse displaysystemer kan finde innovative applikationer på robotskin, tøj og tilbehør i dagligdagen i fremtiden.

© 2018 Phys.org