日前，三星先进技术研究所 (SAIT) 的研究人员在世界知名期刊《Science Advances》上发表了关于克服可拉伸设备局限性的技术的研究。

通过这项研究，在具有高伸长率的可拉伸装置中实现了稳定的性能。鉴于该技术能够与现有的半导体工艺集成，这项研究也是业内首次证明可拉伸设备的商业化潜力。

SAIT 研究团队能够在单个设备中集成可拉伸的有机 LED (OLED) 显示器和光电容积脉搏波 (PPG) 传感器，以实时测量和显示用户的心率，从而创造出“可拉伸的电子皮肤”外形。

该测试用例的成功证明了将该技术扩展到进一步应用的可行性。这项研究有望在未来增加可拉伸设备的使用。

可拉伸高达 30% 的 OLED“皮肤”显示器

这项研究的最大成就之一是该团队能够修改“弹性体”的成分和结构，弹性体是一种具有优异弹性和回弹力的高分子化合物，并利用现有的半导体制造工艺将其应用于可拉伸 OLED 显示器的基板和光学血流传感器在行业中首次出现。该团队随后能够确认传感器和显示器继续正常运行，并且在伸长率高达 30% 的情况下没有表现出任何性能下降。

SAIT原型系统

为了测试他们的研究，SAIT 研究人员将可拉伸的 PPG 心率传感器和 OLED 显示系统连接到靠近桡动脉的手腕内侧。3这样做可以让他们确认手腕运动没有导致任何性能下降，解决方案仍然可靠，皮肤伸长率高达 30%。此次测试也证实了传感器和 OLED 显示屏在拉伸 1000 次后仍能继续稳定工作。更重要的是，当测量来自移动手腕的信号时，发现传感器接收到的心跳信号比固定硅传感器接收的信号强 2.4 倍。

“这项技术的优势在于，它可以让您在更长时间内测量您的生物特征数据，而无需在您睡觉或运动时移除溶液，因为贴片感觉就像是您皮肤的一部分。您还可以立即在屏幕上检查您的生物识别数据，而无需将其传输到外部设备，”该论文的通讯作者、首席研究员 Youngjun Yun 解释说。“该技术还可以扩展到用于成人、儿童和婴儿以及患有某些疾病的患者的可穿戴医疗保健产品中。”

用可拉伸材料和结构克服技术挑战

实施可拉伸显示技术被证明是困难的，因为通常当显示器被拉伸或其形状被操纵时，设备要么损坏，要么性能下降。为了克服这个问题，所有的材料和元件，包括基板、电极、薄膜晶体管、发射材料层和传感器，都必须具有物理拉伸性以及保持其电性能的能力。

因此，SAIT 研究人员用弹性体替换了现有可拉伸显示器中使用的塑料材料。SAIT 团队开发的系统是该领域第一个使用光刻工艺实现显示器和传感器的系统，可实现微图案化和大面积处理。

弹性体是一种具有高弹性和回弹力的先进材料，但由于易受热影响，因此其应用于现有半导体工艺的能力受到限制。为了缓解这种情况，该团队通过调整其分子组成来增强材料的耐热性。他们还化学整合了某些分子链，以建立对半导体工艺中使用的材料的抵抗力。

“我们应用了一个‘岛’结构来减轻由伸长引起的应力4，”该论文的共同第一作者、研究员 Yeongjun Lee 说。“在弹性体区域产生了更多应力，其弹性系数5相对较低，因此更容易变形。这使我们能够最大限度地减少 OLED 像素区域承受的压力，后者更容易受到这种压力的影响。我们在弹性体区域应用了一种抗变形的可拉伸电极材料（裂纹金属），这使得像素之间的空间和布线电极可以拉伸和收缩，而 OLED 像素本身不会变形。”

岛状结构中的 OLED 和裂纹金属电极

商业化和扩展应用

与现有的固定可穿戴传感器相比，可拉伸传感器的制造方式可以使连续心跳测量具有高度的灵敏度。该解决方案通过促进与皮肤的紧密粘附来实现这一点，从而最大限度地减少运动可能导致的性能不一致。6

SAIT 团队开发的可拉伸传感器和 OLED 显示器是通过克服现有设备性能和操作流程的限制而产生的，包括当前可拉伸材料的限制。SAIT 团队所做的工作特别重要，因为它确保了弹性体材料的耐化学性和耐热性，从而使具有高分辨率和大屏幕的可拉伸设备在未来更有可能商业化。

“我们的研究仍处于早期阶段，但我们的目标是通过将系统分辨率、可拉伸性和测量精度提高到使大规模生产成为可能的水平来实现和商业化可拉伸设备，”首席研究员 Jong Won Chung 说。该论文的作者。“除了在这个测试案例中应用的心跳传感器之外，我们还计划结合可拉伸传感器和高分辨率自由曲面显示器，使用户能够监测外周血氧饱和度、肌电图读数和血压等内容。”

新闻来源：电子技术设计