Elastyczne kolorowe wyświetlacze z mikrofluidami

Anonim

Nowe badania opublikowane na temat Microsystems and Nanoengineering autorstwa Kazuhiro Kobayashiego i Hiroaki Onoe szczegółowo opisują rozwój elastycznego i odbijającego światła wielokolorowego systemu wyświetlania, który nie wymaga ciągłego dostarczania energii w celu utrzymania koloru. Pomysł ma na celu znalezienie futurystycznych aplikacji z trwałymi kolorowymi wyświetlaczami i zastąpienie istniejących elektronicznych znaków graficznych aktualnie wykorzystywanych do wielokolorowych wiadomości i obrazów. Podczas gdy koncepcja pochodzi z papieru elektronicznego lub elastycznej elektroniki, która wygląda jak nadruk na papierze (opracowana dla inteligentnego zużycia), proponowana metoda polega jedynie na sekwencyjnie wprowadzanych kolorowych kropelkach wody i kieszeniach powietrznych w urządzeniu mikroprzepływowym precyzyjnie wykonanym na elastycznym polimerze w celu utrzymania stabilności obrazy bitmapowe bez zużycia energii.

Metoda różni się także od istniejących technik ciekłych kryształów lub organicznych diod emitujących światło (OLED), które pochłaniają energię na poziomie piksela emitującego światło. Technika ta wykorzystuje mikroprzepływowy zestaw kropel wody jako elastyczny, refleksyjny wyświetlacz. Zasada działania systemu opiera się na obrotowym selektorze cieczy z podciśnieniowym podciśnieniem, który napędza krople w pożądanym kierunku i tworzy z góry określony znak.

Mikrokanaliki proponowanego urządzenia zostały wykonane z elastycznego polimeru, polidimetylosiloksanu (PDMS), materiału o właściwościach, które obejmują przezroczystość w świetle widzialnym i przepuszczalność powietrza. Autorzy wykorzystali technikę litografii miękkiej i techniki łączenia, aby utworzyć mikrokanały PDMS-PDMS o pikselach w zakresie od 400-800 μm średnicy i 50-200 μm wysokości. W architekturze urządzenia wzorce zostały połączone liniowymi kanałami o szerokości 100-200 μm. Ponieważ materiał jest przepuszczalny dla rozpuszczalnego powietrza i gazu, cienka warstwa Parylene (o grubości 500 nm) została osadzona w mikrokanałach, aby zapobiec wyciekowi i odparowaniu powietrza i wody.

Aby zoptymalizować wielkość pikseli, autorzy wymyślili związek między geometrią mikrokanalików i utratą wody w celu utrzymania określonej objętości barwionej wody w postaci kropelek zaawansowanych w urządzeniu. Konstrukcja i optymalizacja urządzenia obejmowała pomiary minimalnej różnicy ciśnień wymaganej do kierowania barwionych kropelek wody przez mikrokanały. Ciśnienie wewnątrz układu ssącego urządzenia mikroprzepływowego było kontrolowane za pomocą komputerowego układu zaworów, a sterowanie przełącznikiem programowano przy użyciu MATLAB. Ponadto, zdolność do przełączania kolorów i kontroli kropli oceniano na poziomie pojedynczego piksela dla zoptymalizowanego wyświetlania obrazu. Zależność pomiędzy położeniem kropelek a czasem przyłożonego podciśnienia została zoptymalizowana, aby wskazać, że urządzenie można kontrolować na poziomie pojedynczego piksela.

W badaniu utworzono w ten sposób szereg obrazów w mikrokanałach zygzakowych jako dowód zasadności testowania proponowanej koncepcji elastycznych wielokolorowych wyświetlaczy odblaskowych. Zatrzymanie koloru było możliwe dzięki zatrzymaniu układu ssącego, podczas którego orientacja wyświetlacza pozostała nienaruszona bez dostarczania energii.

Wyniki eksperymentu potwierdziły, że system może wyświetlać wielokolorowe odblaskowe obrazy i zachować je bez teoretycznego zużycia energii. Obrazy były trwałe przy zachowaniu ich pozycji po elastycznym skręcaniu, aby wskazać elastyczność i odzyskiwanie oryginalnego wielobarwnego szkieletu. Naukowcy przewidują, że takie elastyczne i energooszczędne systemy wyświetlające mogą znaleźć innowacyjne aplikacje na skórki robotów, ubrania i akcesoria w życiu codziennym w przyszłości.

menu
menu