在各种应用中，几何布局可逆拉伸的显示器是非常重要的。可伸缩显示器，通常使用具有可伸缩橡胶衬底和弹性互连的二维(2D)几何图形来演示。然而，机械拉伸会导致单位面积分辨率的下降，并使显示图像变得模糊，从而降低显示质量。

在此，来自韩国延世大学的Jong-Hyun Ahn等研究者，展示了一种受折纸/剪纸艺术启发的可变形3D结构，以生产可伸缩显示器，通过保持在拉伸下的显示像素密度来保持原始图像质量。相关论文以题为“Morphable 3D structure for stretchable display”发表在Materials Today上。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702122000177

可伸缩显示器，作为可弯曲、可折叠的下一代显示器，在可穿戴电子产品、生物医学传感器、机器人等多种未来应用领域备受关注。与柔性和可折叠显示器相比，可伸缩显示器应满足更严格的力学标准，以保持机械拉伸下的电气和光学性能。显示器中使用的发光器件、电极和互连应设计成能承受高应变(超过数十到数百个百分比)。然而，通过传统刚性电子学中常用的典型材料和方法，来实现应变范围仍是一个挑战。因此，人们开发了不同的方法来生产可伸缩显示器。一般的方法利用特殊的机械设计，可以消耗设备中的外部应变，例如：1)引入具有屈曲或蛇形形状的弹性互连，可以拉伸刚性发光设备像素；2)网格基板，利用设备组件不位于的空空间。另一种方法是使用本质上可伸缩的材料集成电子和光学器件组件，这样整个器件就可以被拉伸。

这些方法，可以在许多显示应用中产生良好的结果，尽管它们表现出一个关键的缺点，即由于机械拉伸而导致显示质量恶化。前一种方法会随着像素间距的增大而降低显示分辨率，而后一种方法则会随着整个器件基片(包括发射区域)的拉伸而降低亮度(cd/m2)并导致图像模糊。

在此，研究者提出了一种新的设计理念，基于三维(3D)结构，使显示在机械拉伸下稳定运行而不会出现图像退化。研究者在材料设计和选择方面进行了详细的研究，以便通过石墨烯与Au的整合，使电极表现出优异的力学性能。用于显示操作的微-LED芯片集成到一个三维结构中，可以自由地转换成一个预定义的配置。微-LED被放置在3D结构的特定区域，作为隐藏像素，可以在特定的应变值出现或消失。微-LED像素在未拉伸状态下隐藏，在双向拉伸状态下暴露，从而提供了保持初始像素密度和图像质量的能力。研究表明，这种可变形的3D显示器，由一个7×7的微型发光二极管(LED)像素阵列集成在一个透明的环氧结构框架上，可以在不影响显示性能的情况下拉伸到100%。

图1 可变形显示器的制造、设计与表征。

图2 三维结构的力学和电学性能分析。

图3 变形显示在机械变形下稳定运行。

图4 通过自动反馈系统驱动变形显示的隐藏像素。

综上所述，研究者开发了一种可伸缩显示器，使用可变形的3D结构，可以在100%的高应变下保持像素密度和图像质量。由GaN外延晶片制作的微型LED芯片被集成到支撑塑料薄膜的三维几何结构中，可以从小尺寸显示器弹性地转换成大尺寸显示器。通过测量几何变换过程中输出电流的变化，自动调整隐藏像素微LED的运行，从而保持显示器的像素密度。结果表明，三维结构化显示可以实现稳定的图像质量和均匀的像素密度，而不受机械变形的影响。除了保持图像质量，该方法还展示了在功能光电器件和可重构电子应用的新时代中使用的潜力。

此外，该3D结构显示能应用于电子领域，这些领域需要为各种用途进行维度转换，以最大限度地提高空间效率。（文：水生）

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