新型超級柔性液晶顯示器：可彎曲和捲曲！

導讀

日本東北大學的研究人員，開發了一種超級柔性的液晶設備，由兩片超薄塑料基板，牢固的粘合在聚合物牆墊片上組成。這種超級柔性液晶技術，未來可以應用於移動信息終端、可穿戴設備和大型電子標牌。

(圖片來源於：日本東北大學)

團隊的研究目標是什麼？

對於這個問題，工程學院的 Hideo Fujikake 教授 和 Takahiro Ishinabe 副教授領導的團隊，希望這種新型有機材料，能夠使得顯示屏和電子設備更加柔性，增加他們的便攜性和多功能性，帶來具有柔性和高質量的新型顯示屏，在未來的信息服務領域具有廣泛應用前景。

使用這種超級柔性液晶技術製造的可穿戴的新型終端（左）和大型曲面電視屏幕（右），覆蓋面積大、解析度高、成本低。

(圖片來源於：日本東北大學)

OLED柔性顯示設備的缺點

之前，科研人員設計柔性顯示設備使用的有機發光二極體（OLED），都是分布在一層薄薄的塑料基板上，雖然前景良好，但不穩定。這種塑料基板的隔絕氧氣和防水的性能都比較差，並且OLED 材料會被各種氣體嚴重損害。對於柔性OLED材料，目前對於應用於大區域、高解析度和低成本的顯示器，還沒有相關的配套的設備製造技術。

新型柔性液晶顯示器方案

為了應對這些挑戰，Fujikake 的研究團隊決定嘗試通過塑料基板，取代傳統的厚玻璃基板，讓現有的液晶顯示器變得柔性。傳統的玻璃襯底通常是僵硬和笨重的。因為是液晶材料，即使在對於柔性基底來說，比較差的氣體隔絕條件下，也不會變壞。

新方案有哪些優勢？

柔性液晶顯示器具有很多優點，例如建立了大面積顯示器的生產辦法。材料本身是廉價的，可以用於大規模製造，並且隨著時間推移，質量只會稍稍退化。

傳統柔性顯示器存在一個重要缺陷

然而，在傳統的柔性顯示器中，存在一個重要的問題：當液晶設備發生彎曲的時候，夾住液晶層的塑料基底（100μm 厚）中間的空隙，會出現局部不均勻，導致顯示圖像發生扭曲。

團隊如何克服這個缺陷？

在Fujikake 團隊的研究中，他們通過使用超級耐用的聚合物牆墊片，將兩片超薄透明的聚醯亞胺基片（厚度差不多10 μm）綁定在一起，開發了這種超級柔性液晶設備。

超級柔性液晶設備結構示意圖，它由超薄塑料基片和聚合物牆墊片構成。

(圖片來源於：日本東北大學)

超薄透明基板，是使用了日本三井化學提供的聚醯亞胺解決方案，使用了塗層和脫膠工藝。結果是製作成的柔性薄片，像食品包裝薄膜一樣。

塗層和脫膠工藝形成的超薄聚醯亞胺薄膜（左）和捲起的電阻（右）正在進行用於開發超級柔性液晶設備的測試。

(圖片來源於：日本東北大學)

基板能夠耐熱、形成良好的像素結構包括透明電極和彩色過濾器。折射指標各向異性極度小，能夠讓大視角，高對比度成為可能。

聚合物牆墊片綁定的基板的形成，是通過照射扭曲對齊的液晶層，包括具有圖案的紫外線光通過單個薄基片。當基片的厚度減少時，基片的空隙會發生變化，通過小型貼片聚合物牆，超薄基板會變得更加穩定。

均勻性測試

研究團隊也演示了這個設備的均勻性，即使在一個曲率半徑3mm 的捲曲測試後，還保持不破壞墊片，所以可用於捲曲和摺疊的應用。

未來應用領域

以上的研究結果顯示大面積、高解析度、超強穩定性的液晶顯示器，可以像OLED顯示器一樣，具有柔性。超級柔性液晶技術，可以應用於移動信息終端、可穿戴設備和大型電子標牌。

未來研究計劃

更進一步地說，團隊計劃構建圖片像素，並且軟化偏振膠片的外圍組件，以及用於背光的導光薄片。

參考資料

【1】http://www.tohoku.ac.jp/en/press/flexible_liquid_crystal_device.htm

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