OLED「皮膚」顯示器可拉伸高達30%
作者 : Samsung
三星先進技術研究院(SAIT)研究人員發表可拉伸裝置研究的重大突破。在單個裝置中整合可拉伸的OLED顯示器和PPG感測器，可即時測量和顯示用戶的心率，從而打造出「可拉伸電子皮膚」外形…
三星先進技術研究院(SAIT)研究人員日前在知名期刊《Science Advances》上發表了關於突破可拉伸裝置限制的研究。
透過這項研究，在具有高延展性的可拉伸裝置中實現了穩定性能。由於該技術能與現有的半導體製程整合，也使其首次證實了可拉伸裝置的商業化潛力。
SAIT研究團隊能夠在單個裝置中整合可拉伸的有機LED (OLED)顯示器和光體積變化描記圖(PPG)感測器，以即時測量和顯示用戶的心率，從而打造出「可拉伸電子皮膚」外形。
該測試用例成功證明了擴展這一技術到進一步應用的可行性。這項研究可望在未來增加可拉伸裝置的使用。
延展性高達30%的OLED「皮膚」顯示器
這項研究的最大成就之一在於該團隊能改變「彈性體」的成份和結構。這種彈性體是一種具有絕佳彈性和回彈力的有機聚合物，能夠利用現有的半導體製程技術，應用於可拉伸OLED顯示器和光學血流感測器的基板上。該團隊隨後並確認當拉伸率高達30%時並不至於出現任何性能衰退，感測器和顯示器仍能繼續正常運作。
SAIT打造的原型系統
為了測試其研究成果，SAIT研究人員將可拉伸的PPG心率感測器和OLED顯示系統連接到靠近橈動脈的手腕內側。這使其得以確認手腕動作不至於影響貼片測量效果，皮膚伸展幅度高達30%仍維持可靠性能。此次測試也證實感測器和OLED顯示器在拉伸1,000次後仍能繼續穩定工作。更重要的是，當測量來自活動手腕的訊號時，研究人員發現，感測器接收心率訊號的靈敏度比固定式光學感測器接收的訊號更強2.4倍。
據該論文的首席研究員Youngjun Yun解釋，這項技術的優勢在於能在更長時間測量生物特徵數據，配戴者在睡覺或運動時也無需取下感測貼片，因為它就像是皮膚的一部份。此外，配戴者還可以直接在螢幕上即時查看生物數據，而無需將其傳輸到外部裝置。這項技術可望進一步擴展到用於成人、兒童和嬰兒以及特定疾病患者所配戴的穿戴醫療保健產品。
可拉伸材料和結構克服技術挑戰
實施可拉伸顯示技術極其困難，因為顯示器一旦被拉伸或形狀被改變，往往造成裝置損壞或性能衰退。為了克服這個問題，所有的材料和元件，包括基板、電極、薄膜電晶體、發射材料層和感測器，都必須具備物理伸縮性以及維持其電氣特性的能力。
因此，SAIT研究人員採用彈性體取代現有可拉伸顯示器所使用的塑料。SAIT團隊據稱率先使用微影製程(Photolithography)於顯示器和感測器開發此系統，並實現了微壓印(Micro-patterning)和大面積處理。
彈性體是一種具有高彈力和回彈力的先進材料，但由於易受熱影響，在應用於現有半導體製程時受到諸多限制。為了克服這一限制，研究人員調整彈性體材料的分子組成以增強其耐熱性，並以化學整合特定分子鏈，使其具有對半導體製程使用材料的抵抗力。
島狀結構中的OLED與裂紋金屬電極
商業化和擴展應用
與現有的固定穿戴式感測器相較，這種可拉伸感測器的製造方式讓連續心跳測量具有更高的靈敏度。該解決方案藉由提升與皮膚的附著力，從而減少運動可能導致的性能差異，從而實現優異的效能。
這種可拉伸感測器和OLED顯示器不僅為現有裝置克服在可拉伸材料上的限制，同時確保彈性體材料的耐化學性和耐熱性，從而使具有高解析度和大螢幕的可拉伸裝置展現未來龐大的商業化潛力。
本文原刊登於EDN China網站，夏菲編譯
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