一種可拉伸的高分辨率多色聯(lián)覺(jué)顯示器開發(fā)

背景介紹

多功能顯示器可以立即將各種刺激（例如，光、聲音、壓力、應(yīng)變、溫度、濕度和磁場(chǎng)）表示為光學(xué)信息，已被積極研究用于高效的信息傳遞、緊湊和輕便的設(shè)計(jì)以及復(fù)雜的未來(lái)應(yīng)用。具體而言，聯(lián)覺(jué)顯示器通過(guò)單個(gè)設(shè)備可視化不可見(jiàn)的人類感官，包括聲音、嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸摸，因此有可能成為未來(lái)電子設(shè)備中獨(dú)特的人機(jī)交互界面。要將獨(dú)立的設(shè)備納入單個(gè)系統(tǒng)，需要各種設(shè)備設(shè)計(jì)策略，包括材料工程、制造工藝開發(fā)、和結(jié)構(gòu)配置。例如，可以通過(guò)將彈性體和磷光體的電介質(zhì)復(fù)合物定位在兩個(gè)可拉伸電極（即夾層結(jié)構(gòu)）之間來(lái)實(shí)現(xiàn)聲音產(chǎn)生電致發(fā)光（EL）器件，該電介質(zhì)復(fù)合物既充當(dāng)EL器件，又充當(dāng)電介質(zhì)致動(dòng)器揚(yáng)聲器，其充當(dāng)可以產(chǎn)生同步聲音和光的聯(lián)覺(jué)顯示器。

處于早期發(fā)展階段的可變形聲音產(chǎn)生顯示器面臨著尚未解決的挑戰(zhàn)，包括低亮度和單色操作。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要將圖案化技術(shù)應(yīng)用于聲音生成顯示器，以可視化各種信息。獲得精細(xì)和復(fù)雜圖案的主要方法通常是電極圖案化。然而，對(duì)于夾層結(jié)構(gòu)器件，即使是單色圖案化顯示器也需要多個(gè)閉合曲線電極設(shè)計(jì)（每個(gè)像素需要兩個(gè)電極），這可能會(huì)限制顯示器的分辨率。還研究了發(fā)射層（EML）圖案化技術(shù)，包括絲網(wǎng)印刷、組裝和光圖案化。然而，現(xiàn)有方法導(dǎo)致低分辨率EL操作（圖案尺寸>2 mm）和亮度降低到低于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（>100 cd/m2），這不足以用于顯示器應(yīng)用。因此，有必要開發(fā)一種新技術(shù)，在不顯著降低光學(xué)性能的情況下實(shí)現(xiàn)器件的高分辨率多色圖案化。

本文亮點(diǎn)

1. 本工作通過(guò)轉(zhuǎn)移打印，提出了一種可拉伸的高分辨率多色聯(lián)覺(jué)顯示器，它可以產(chǎn)生同步的聲音和光作為輸入/輸出源。轉(zhuǎn)移印刷發(fā)射復(fù)合材料使顯示器具有增強(qiáng)的光學(xué)性能和精細(xì)的聲壓級(jí)。

2. 由于該設(shè)備固有的可拉伸性，聯(lián)覺(jué)顯示器可以在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變形下穩(wěn)定地工作，而聲音相對(duì)于輸入波形沒(méi)有失真。

3. 用戶交互式聯(lián)覺(jué)顯示用于視覺(jué)-聲學(xué)加密，這有助于高級(jí)加密，以及用單個(gè)設(shè)備橋接多個(gè)域的多路快速響應(yīng)代碼。

圖文解析

圖1 用戶交互式聯(lián)覺(jué)顯示，用于視覺(jué)-聲學(xué)加密。a） 可拉伸高分辨率聯(lián)覺(jué)顯示的示意圖。b） 用于視覺(jué)-聲學(xué)加密的用戶交互式聯(lián)覺(jué)顯示的概念圖。

圖2 轉(zhuǎn)印技術(shù)和設(shè)備性能。a） 轉(zhuǎn)印過(guò)程示意圖。插圖顯示了水滴在每個(gè)表面上的接觸角。b） 通過(guò)旋涂（左）和轉(zhuǎn)移印刷（右）制造的器件的截面SEM圖像。c） 通過(guò)旋涂（紅色）和轉(zhuǎn)?。ㄋ{(lán)色）在10 kHz和?30至30 V電壓范圍內(nèi)制造的器件的電容。d） 根據(jù)10 kHz下的電壓，通過(guò)旋涂（紅色）和轉(zhuǎn)?。ㄋ{(lán)色）制造的器件之間的亮度比較。e） 電壓在不同頻率下對(duì)器件亮度的影響。f） 在10 kHz和交流/直流電壓比為3:1時(shí)，電壓對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的SPL的影響。g） 取決于100 V下的頻率的圖案化器件的EL操作的圖像。h） CIE坐標(biāo)相對(duì)于120 V下從100 Hz到50 kHz的頻率變化。黑色箭頭表示顏色的變化。i） 裝置在0%至120%應(yīng)變范圍內(nèi)的圖像。j） 拉伸應(yīng)變對(duì)器件產(chǎn)生的亮度（藍(lán)點(diǎn)）和SPL（紅點(diǎn)）的影響。k） 50%重復(fù)拉伸對(duì)亮度（藍(lán)點(diǎn)）和SPL（紅點(diǎn)）的影響。

圖3 EML圖案化特性。a） 顯示最小圖案尺寸的SEM圖像。b） 高分辨率馬賽克圖案的光致發(fā)光圖像。經(jīng)盧浮宮許可改編和復(fù)制的繪畫作品。c）用PDMS平坦化之前（藍(lán)色）和之后（紅色）的EML圖案的3D光學(xué)輪廓。d） 取決于頻率的高分辨率馬賽克圖案的電致發(fā)光圖像。比例尺表示1厘米。經(jīng)海牙Maurithuis美術(shù)館許可改編和復(fù)制的繪畫作品。多色設(shè)備圖像e）在平面上，f）在彎曲物體上，以及g）在彎曲狀態(tài)下。h） 拉伸應(yīng)變對(duì)圖案化器件產(chǎn)生的亮度（藍(lán)色）和SPL（紅色）的影響。插圖顯示了在拉伸之前和之后在操作中的圖案化器件的圖像。比例尺表示1厘米。

圖4 作為輸出設(shè)備的可穿戴聯(lián)覺(jué)顯示器的性能。a、 b）播放音樂(lè)時(shí)顯示可穿戴聯(lián)覺(jué)的圖像，Niccolo Paganini的La Campanella，a）沒(méi)有和b）有手指彎曲運(yùn)動(dòng)。c） 輸入電壓信號(hào)（La Campanella）。d） 輸出從連接在食指（頂部）并在手指關(guān)節(jié)（底部）拉伸的可穿戴聯(lián)覺(jué)顯示器記錄的聲音。e、 f）對(duì)e）原始輸入聲音和f）可佩戴聯(lián)覺(jué)顯示器的輸出聲音的STFT結(jié)果進(jìn)行頻譜可視化。

圖5 聯(lián)覺(jué)顯示作為用戶交互式視覺(jué)-聲學(xué)加密和多重QR的輸入設(shè)備的應(yīng)用。a） 顯示用戶交互聯(lián)覺(jué)的圖像。插圖顯示了顯示器的關(guān)閉狀態(tài)。b） 視覺(jué)-聲學(xué)加密系統(tǒng)的解碼過(guò)程框圖。c） 方框圖對(duì)應(yīng)的操作過(guò)程。通電后，通感顯示器上的二維碼被解密（左）。當(dāng)獲取的聲音的頻率分別為10kHz（中間、頂部）和噪聲（中間、底部）時(shí)，秘密頁(yè)面和拒絕訪問(wèn)頁(yè)面（右側(cè)）顯示在智能手機(jī)上。d） 用于生成多路二維碼的概念圖。e） 聯(lián)覺(jué)的圖像顯示在1、5和10kHz的頻率下工作。插圖顯示在每個(gè)頻率編碼的圖像。比例尺表示1厘米。

審核編輯：劉清