De nombreuses surfaces quotidiennes, des intérieurs de voitures aux lentilles de lunettes, présentent une courbure biaxiale, ce qui signifie qu'en un point donné, la surface est incurvée dans toutes les directions, comme celle d'une sphère ou d'un ellipsoïde. La création d'écrans et de films optiques actifs conformes à ces formes complexes est un défi de longue date. Les cellules à cristaux liquides (LC) conventionnelles sont construites sur du verre plat et ne peuvent pas être façonnées de manière biaxiale, tout en étant lourdes et fragiles.

L'électronique organique a, en revanche, rendu possible la fabrication de transistors à des températures de production ne dépassant pas 100 °C, ce qui signifie que tous les types de substrats flexibles peuvent être utilisés sans dommage, y compris ceux ayant des propriétés optiques idéales telles que le film TAC. FlexEnable a élargi cette capacité de traitement à basse température pour inclure non seulement les transistors organiques à couches minces (OTFT), mais aussi la fabrication de cellules à cristaux liquides, permettant ainsi de fabriquer des optiques LC et des écrans organiques complets (ePaper et OLCD) sur des substrats ultra-fins et flexibles.

Bien que la conformité de ces films plastiques à une surface incurvée uniaxialement (telle que celle d'un cylindre ou d'un cône) soit relativement simple, la courbure biaxiale, obtenue par thermoformage 3D du film, nécessite l'étirement du film. Le formage 3D ouvre de nouvelles possibilités passionnantes pour les écrans et les applications optiques, en particulier dans des domaines tels que les surfaces automobiles et la RA/RV.

Andrew Russel, concepteur industriel principal chez FlexEnable, explique comment le formage 3D fonctionne dans le contexte de l'électronique flexible.

Qu'est-ce que le formage 3D ?

Le formage 3D est le processus de mise en forme de matériaux en formes tridimensionnelles. Toutes les cellules LC et OTFT fabriquées dans le monde sont fabriquées à partir de matériaux en feuilles plates, c'est pourquoi chez FlexEnable, nous adoptons ces procédés de fabrication établis, mais sur des films plastiques flexibles plutôt que sur du verre rigide. Nous employons ensuite des techniques de fabrication simples pour générer des formes tridimensionnelles. Pour ce faire, nous appliquons de la chaleur aux cellules dans un four ou sur une plaque chauffante à une température précise pendant une durée prédéfinie afin de rendre les matériaux ductiles. Une pression positive ou négative est appliquée sur un côté de la cellule contrainte pendant une courte durée à température ; elle est ensuite supprimée et laissée refroidir.

Des formes biaxiales incurvées simples peuvent être formées en contraignant le périmètre de la cellule plate et en appliquant une pression d'air ; le rayon de courbure (ROC) est contrôlé par le niveau de pression d'air appliqué.

La production en volume de cellules peut être réalisée par thermoformage sous vide en lots à l'aide d'équipements existants.

Des formes plus complexes avec des rayons variables peuvent être formées avec une pression d'air négative/positive dans ou sur un moule de la forme souhaitée. Alternativement, certains facteurs de forme peuvent être mieux adaptés à une combinaison de formage par drapage d'un axe de courbure tout en formant sous pression l'autre ROC.

Applications pour lesquelles le formage 3D est nécessaire

Optique RA/RV

L'adoption croissante des lunettes de réalité augmentée et virtuelle (RA/RV) stimule la demande de composants optiques avancés qui améliorent l'expérience utilisateur. Il s'agit notamment de lentilles réglables, qui permettent un réglage dynamique de la mise au point, et de gradateurs pixelisés, qui contrôlent la quantité de lumière entrant dans l'œil de l'utilisateur. Il est important de noter que ces éléments optiques doivent se conformer précisément à l'optique fixe incurvée à l'intérieur des lunettes RA/RV, minimisant ainsi le volume et le poids, ce qui peut avoir un impact sur l'expérience utilisateur. La capacité de thermoformer les cellules LC en plastique permet la création de gradateurs pixelisés et de lentilles réglables à courbure biaxiale qui s'adaptent parfaitement à ces surfaces optiques incurvées, améliorant ainsi les performances optiques et la clarté visuelle.

Toits intelligents automobiles

Au-delà des applications RA/RV, les véhicules électriques stimulent la demande de toits ouvrants intelligents. Les toits ouvrants et les vitres de voiture sont incurvés biaxialement, ce qui nécessite l'intégration de films de gradation qui peuvent être formés en 3D. Les cellules à cristaux liquides teintables à commutation rapide de FlexEnable sur des substrats plastiques flexibles permettent une courbure biaxiale, et les cellules peuvent même être segmentées ou pixelisées pour fournir un contrôle de la lumière personnalisé dans différentes zones selon les besoins. Intégrée directement dans le verre du toit, cette solution réduit le poids du véhicule et élimine le besoin de mécanismes de toit ouvrant traditionnels.

Écrans flexibles

Le formage 3D permet des écrans incurvés et conformables. Les OTFT flexibles sont en production de masse aujourd'hui sous la forme d'un écran E Ink incurvé pour le portefeuille de crypto-monnaie Ledger Stax. L'utilisation d'OTFT a permis un rayon de courbure de 3 mm et a créé un facteur de forme et une méthode d'interaction uniques dans l'industrie.

Les OTFT peuvent être intégrés à des LCD pour créer des LCD organiques (OLCD) à matrice active flexible, ce qui permet des conceptions de pointe et de nouvelles fonctionnalités impossibles avec les écrans plats. Imaginez des écrans qui s'enroulent autour d'un haut-parleur sphérique ou de dispositifs portables.

Une réalisation technique majeure

La capacité de créer des appareils électroniques à courbure biaxiale représente une réalisation technique majeure et montre le caractère unique de l'électronique organique à basse température. Au fur et à mesure que la recherche et le développement se poursuivent, nous pouvons nous attendre à de nouvelles avancées dans les matériaux, les techniques de traitement et les architectures de dispositifs, repoussant les limites de ce qui est possible avec les écrans et l'optique formés en 3D.