你智能手机或电视上的屏幕是一个坚硬的物体，绝对无法拉伸。但斯坦福大学的工程师们可能已经找到了制造可拉伸LED屏幕的第一步，他们的最新研究正在探索如何创造出能轻松成为《超人总动员》中弹力女超人超能力套装一部分的交互式显示屏。
与传统的LED显示屏不同，传统LED显示屏由封装在刚性外壳中的液晶组成，而在周三《Nature》杂志上详细介绍的这款LED屏幕，则完全由一种类似橡皮筋的聚合物材料制成。
以下是关于这项新研究需要了解的内容。
传统LED显示屏的工作原理
LED是发光二极管的缩写，LED电子产品的工作方式也类似。电视或智能手机上的典型LED屏幕有几层夹在显示矩阵中，其中必须包含两层电极之间的液晶层、一些偏光层，以及位于液晶层和观看者之间的RGB彩色滤光片。
这些层的构造方式允许一系列复杂的反应发生，最终产生明亮的图像。显示屏的两层电极中，一层产生正电荷（称为空穴），一层产生电子（负电荷）。斯坦福大学化学工程教授、Nature论文作者Zhenan Bao解释说，在电场作用下，这些电荷开始在不同层之间移动。“当正电荷，也称为空穴，与电子相遇时，它们会结合成某种激发态分子。”她说。“然后，当[该激发分子]回落到更稳定的基态时，就会发出光（以光子的形式）。”
这一装置的基本原理是，电压控制的液晶可以控制像素级别的光线的路径、方向和强度（将像素想象成屏幕的微小构成单元）。每个像素包含三个带有彩色滤光片的子像素，通常是红、绿、蓝，它们可以以不同的强度组合输出，使像素块呈现不同的颜色。放大来看，大量的彩色像素就可以组成一幅图像。
目前在电脑和电视上使用的大部分屏幕都是由液晶制成的。“它们不发光。有一个背光[包含LED灯条]，背光前面是液晶。大部分光线被基本阻挡了，”Bao说。“只有一部分光能通过。因此，它消耗更多的能量，而且切换速度（决定屏幕图像变化的速度）相对较慢。”
Bao指出，这些屏幕的另一个缺点是它们易碎，主要是因为基板由玻璃制成，而且如果你试图弯曲或拉伸构成发光二极管的材料，它们也会断裂。
关于新的拉伸概念需要了解什么
“我们正在尝试制造一种新型显示屏，您可以弯曲、折叠、改变形状，它仍然可以显示图像，”Bao说。能够改变形状的屏幕可以适应柔软或不规则表面的轮廓。在他们的实验中，他们通过拉伸和用笔戳来对其进行压力测试——它表现良好。
Bao和她的团队希望让这款屏幕的所有组件都具有弹性。“我们开发了一种可拉伸的导电聚合物，可用于两层电极。但由于一个电极需要允许空穴进入，另一个电极需要允许电子进入，因此我们还需要促进层间的传输，”Bao说。“这里的发光材料需要可拉伸，但它也需要发出很多光。我们想要一个明亮的显示屏。”
她和她的同事们找到了一种方法，将硬质和软质塑料材料结合在一起，使发光聚合物形成纳米纤维结构，这有助于电子和空穴相遇。“如果它们找不到彼此，我们就无法发出光，”她说。“这种纳米结构形成了一个连续的通道。而且，我们发现通过形成这些类纳米纤维结构，可以消除发光聚合物中以前存在的一些缺陷。我们发现与不可拉伸版本相比，可拉伸材料中发出的光更多。”
他们能够用绿色、红色和蓝色发光聚合物形成这种纳米结构，这些是制造全彩色显示屏所需的基本颜色。之后，主要是一个工程问题，即找出一种方法来稳定地堆叠屏幕的各个层以制造显示屏。他们的最终产品由外部的两层基板、内部的两层电极、两层电荷传输层以及中心的 the 发光层组成。
对于这个原型，该团队证明了他们的屏幕可以保持静态图像。要制造一个能够改变图像的屏幕，他们需要加入某种能够为其供电的电机。“我们拥有的屏幕类型分辨率非常低。这篇论文主要是关于材料的发现以及我们如何制造显示屏的像素，”Bao说。“但像素仍然相当大。下一步是我们需要提高它们的分辨率，并且还需要延长它们的寿命。”
在其当前状态下，这款第一代可拉伸屏幕可以在高氮环境中发光数天。一旦暴露在正常空气中，光线只能持续几个小时。
“我们仍然没有好的材料能够阻止氧气和水分进入发光聚合物，[这会]淬灭光线并使显示屏随着时间的推移而变暗，”Bao说。“对于我们今天使用的OLED显示屏，内部器件也是在氮气下运行的。但他们找到了一种良好的封装材料，可以阻挡氧气和水分。这对显示屏实际应用至关重要。”
