微流控装置的创新应用:柔性彩色显示屏-汶颢股份
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微流控装置的创新应用:柔性彩色显示屏

柔性彩色显示屏

据麦姆斯咨询报道,一项新研究详细介绍了一种柔性反光多色显示系统的开发,该系统不需要持续的能量供应来保持色彩。该研究旨在找到可持续彩色显示器的未来应用,并替代当前用于多色信息和图像的电子显示标志。

该装置的设计和制作原理图:该微流控装置由PDMS聚合物材料制作而成,使用标准光刻制备技术形成像素图案化微通道。微流控装置内的压力由计算机控制的微阀系统调节,微阀由电磁阀、真空和空气调节器组成。开关控制由MATLAB编程,表压由内置调节器控制。

麦姆斯咨询报道,由Kazuhiro Kobayashi和Hiroaki Onoe在《微系统与纳米工程》(Microsystems and Nanoengineering)上刊载的一项新研究,详细介绍了一种柔性反光多色显示系统的开发,该系统不需要持续的能量供应来保持色彩。该研究旨在找到可持续彩色显示器的未来应用,并替代当前用于多色信息和图像的电子显示标志。虽然该系统的设计理念源于电子纸或看起来像纸上印刷(为智能穿戴而开发)的柔性电子产品,但是提出的方法仅依赖于在柔性聚合物上精确制备的微流控装置,按顺序引入彩色水滴和气穴,以稳定形成没有能耗的位图。

该方法也脱离了现有的液晶或有机发光二极管(OLED)技术,这两种技术会消耗发光像素水平的能量。而本技术将微流控水滴队列作为柔性反光显示器。该系统的工作原理基于一种具有抽吸负压功能的旋转液体选择器,沿预期方向驱动液滴并形成预设的多色标志。

这款微流控装置中的微通道由柔性聚合物聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)制作而成,该材料在可见光下具有透明和透气的性质。研究人员使用软刻蚀和键合技术来创建PDMS-PDMS微通道,其像素图案直径为400~800微米,高度为50~200微米。在器件结构中,图案通过宽度为100~200微米的线性通道连接。由于该材料可以渗透空气和气容性物质,因此微通道内会沉积薄Parylene(聚对二甲苯)层(50纳米厚),以防止空气和水的泄露和蒸发。

制作彩色显示装置 

制作彩色显示装置,a)具有7 x 13显示像素(25dpi)的弯曲微通道。入口和出口与液体连接器和抽吸系统连接,b)构成微通道的泪滴状像素微观图像,照射在装置表面的可见光生成每个像素上的白点,c)微通道的横截面图中,parylene薄膜沉积在微通道中以防止空气泄漏。

为了制造出优化的像素尺寸,研究人员设计了微通道结构和水分流失之间的关系,以便液滴在微流控装置中前进时能够保持特定量的染色水。该装置的设计和优化包括测量驱动染色液滴通过微通道时所需的最小压差。微流控装置抽吸系统内的压力由计算机辅助阀系统控制,开关控制则使用MATLAB编程。此外,颜色转换和液滴控制的能力将以单个像素水平进行评估,以优化图像显示。液滴位置与负压施加时间之间的关系也被优化,以表明该装置可以在单像素水平进行控制。

观察液滴位置和负压施加时间的关系

观察液滴位置和负压施加时间的关系,以在单像素水平控制液滴的位置

研究过程中,以该方法在锯齿形微通道中创建了一系列图像,作为测试所提出的柔性多彩反光显示器概念的原理证明。通过停止抽吸系统可以保持色彩,在此期间,无需提供能量即可保持色彩显示的方向。

三色点阵的原理验证

三色点阵的原理验证,a)微通道上显示多色条纹图案(垂直和水平对齐),b-c)基于微流控装置反光显示的可视化位图字符‘A’和‘T’,d-g)测试显示器的柔性,维持原始结构以保持多色显示。

实验结果验证了该系统可以显示多色反光图像,如推理一般不需要消耗能量就能保持图像。图像经久耐用,在扭曲后仍能保持其位置,展现了原始多色结构的柔性和恢复能力。研究人员预测,未来可能会在机器人皮肤、衣服和日常配件中,挖掘这种柔性且无能耗的显示系统的创新应用。

三色点阵的原理验证 三色点阵的原理验证,a)微通道上显示多色条纹图案(垂直和水平对齐),b-c)基于微流控装置反光显示的可视化位图字符‘A’和‘T’,d-g)测试显示器的柔性,维持原始结构以保持多色显示。  实验结果验证了该系统可以显示多色反光图像,如推理一般不需要消耗能量就能保持图像。图像经久耐用,在扭曲后仍能保持其位置,展现了原始多色结构的柔性和恢复能力。研究人员预测,未来可能会在机器人皮肤、衣服和日常配件中,挖掘这种柔性且无能耗的显示系统的创新应用。  1 (2).gif  在柔性PDMS

在柔性PDMS微通道上观察原始尺寸多色显示器的柔性、恢复和保持能力

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41378-018-0018-1