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、應變、溫度、濕度和磁場）表示為光學信息，已被積極研究用于高效的信息傳遞、緊湊和輕便的設計以及復雜的未來應用。具體而言，聯覺顯示器通過單個設備可視化不可見的人類感官，包括聲音、嗅覺、味覺和觸摸，因此有可能成為未來電子設備中獨特的人機交互界面。要將獨立的設備納入單個系統，需要各種設備設計策略，包括材料工程、制造工藝開發、和結構配置。例如，可以通過將彈性體和磷光體的電介質復合物定位在兩個可拉伸電極（即夾層結構）之間來實現聲音產生電致發光（EL）器件，該電介質復合物既充當EL器件，又充當電介質致動器揚聲器，其充當可以產生同步聲音和光的聯覺顯示器。

處于早期發展階段的可變形聲音產生顯示器面臨著尚未解決的挑戰，包括低亮度和單色操作。在實際應用中，還需要將圖案化技術應用于聲音生成顯示器，以可視化各種信息。獲得精細和復雜圖案的主要方法通常是電極圖案化。然而，對于夾層結構器件，即使是單色圖案化顯示器也需要多個閉合曲線電極設計（每個像素需要兩個電極），這可能會限制顯示器的分辨率。還研究了發射層（EML）圖案化技術，包括絲網印刷、組裝和光圖案化。然而，現有方法導致低分辨率EL操作（圖案尺寸>2 mm）和亮度降低到低于工業標準（>100 cd/m2），這不足以用于顯示器應用。因此，有必要開發一種新技術，在不顯著降低光學性能的情況下實現器件的高分辨率多色圖案化。

本文亮點

1. 本工作通過轉移打印，提出了一種可拉伸的高分辨率多色聯覺顯示器，它可以產生同步的聲音和光作為輸入/輸出源。轉移印刷發射復合材料使顯示器具有增強的光學性能和精細的聲壓級。

2. 由于該設備固有的可拉伸性，聯覺顯示器可以在靜態和動態變形下穩定地工作，而聲音相對于輸入波形沒有失真。

3. 用戶交互式聯覺顯示用于視覺-聲學加密，這有助于高級加密，以及用單個設備橋接多個域的多路快速響應代碼。

圖文解析

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

圖2 轉印技術和設備性能。a） 轉印過程示意圖。插圖顯示了水滴在每個表面上的接觸角。b） 通過旋涂（左）和轉移印刷（右）制造的器件的截面SEM圖像。c） 通過旋涂（紅色）和轉印（藍色）在10 kHz和?30至30 V電壓范圍內制造的器件的電容。d） 根據10 kHz下的電壓，通過旋涂（紅色）和轉印（藍色）制造的器件之間的亮度比較。e） 電壓在不同頻率下對器件亮度的影響。f） 在10 kHz和交流/直流電壓比為3:1時，電壓對設備產生的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坐標相對于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%應變范圍內的圖像。j） 拉伸應變對器件產生的亮度（藍點）和SPL（紅點）的影響。k） 50%重復拉伸對亮度（藍點）和SPL（紅點）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光圖像。經盧浮宮許可改編和復制的繪畫作品。c）用PDMS平坦化之前（藍色）和之后（紅色）的EML圖案的3D光學輪廓。d） 取決于頻率的高分辨率馬賽克圖案的電致發光圖像。比例尺表示1厘米。經海牙Maurithuis美術館許可改編和復制的繪畫作品。多色設備圖像e）在平面上，f）在彎曲物體上，以及g）在彎曲狀態下。h） 拉伸應變對圖案化器件產生的亮度（藍色）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 作為輸出設備的可穿戴聯覺顯示器的性能。a、 b）播放音樂時顯示可穿戴聯覺的圖像，Niccolo Paganini的La Campanella，a）沒有和b）有手指彎曲運動。c） 輸入電壓信號（La Campanella）。d） 輸出從連接在食指（頂部）并在手指關節（底部）拉伸的可穿戴聯覺顯示器記錄的聲音。e、 f）對e）原始輸入聲音和f）可佩戴聯覺顯示器的輸出聲音的STFT結果進行頻譜可視化。

圖5 聯覺顯示作為用戶交互式視覺-聲學加密和多重QR的輸入設備的應用。a） 顯示用戶交互聯覺的圖像。插圖顯示了顯示器的關閉狀態。b） 視覺-聲學加密系統的解碼過程框圖。c） 方框圖對應的操作過程。通電后，通感顯示器上的二維碼被解密（左）。當獲取的聲音的頻率分別為10kHz（中間、頂部）和噪聲（中間、底部）時，秘密頁面和拒絕訪問頁面（右側）顯示在智能手機上。d） 用于生成多路二維碼的概念圖。e） 聯覺的圖像顯示在1、5和10kHz的頻率下工作。插圖顯示在每個頻率編碼的圖像。比例尺表示1厘米。

審核編輯：劉清