Nature之后，鲍哲南&张智涛NSR再次聚焦皮肤显示器

研究表明，交互式人机界面在日常生活中扮演着不可或缺的角色。然而，考虑到皮肤兼容性、便携性和耐用性，传统的较重和刚性显示器不能满足快速发展的可穿戴电子产品的要求。下一代显示器应该是柔性和可拉伸的，这样它们就可以很容易地与其他类型的可伸缩电子设备集成，紧密地连接或生物相容地植入人体，用于实时传感、监测和读取。

为了实现这一目标，斯坦福大学鲍哲南教授和张智涛博士等人提出器件工程和合理的材料设计是两种有效的策略，将其总结为实现高性能可伸缩显示器以及未来发展方向的主要方法（图1）。相关论文以“High luminescent polymers for stretchable displays”为题发表在National Science Review，这也是Nature之后，鲍哲南教授再次发文谈及皮肤显示器，详见《》

刚性孤岛结构。传统的无机材料，如导电材料和半导体材料，具有优异的电子和光学性能。因此，由这些材料制成的发光二极管（LEDs）具有较高的电致发光性能。然而，无机材料通常具有较高的模量和脆性。因此，它们需要特殊的结构工程，如刚性岛或反向结构，以便将它们纳入可伸缩的电子设备中。这主要是因为高模量无机材料即使在小应变下也容易形成裂纹，导致内部变质和导电路径的丢失。为了防止材料断裂，设计了一种基于刚性孤岛的发光装置，每个像素岛都由蛇形的岛连接起来。虽然在变形条件下显示分辨率降低，但采用了特殊的设计来改善这一问题。

屈曲策略。另一种实现可拉伸发光器件的策略是设计弯曲结构。在这种策略中，首先将发光器件在超薄柔性基板上制备，然后将该预制器件转移到预拉伸的弹性衬底上。释放弹性基底后，可以在发光器件上得到所得到的弯曲结构，该发光器件具有较高的拉伸性，能够延伸到原来的平坦状态而没有任何降解。该器件制造的关键参数是控制整个发光器件的厚度，较低的厚度将使发光器件能够承受较低的弯曲半径。然而，这种弯曲结构可能会导致光散射导致透射率显著降低。同时，为了在实际应用中进一步集成，还需要仔细考虑非平面结构。

内在可拉伸的聚合物基体方法。发光器件的本质上可伸缩结构是未来可伸缩显示器的一种很有前途的方法。这类器件所需的材料需要具有低模量，并且不需要特殊的结构设计，包括刚性孤岛和屈曲。这些设备可以直接拉伸到较大的应变，同时仍然保持良好的性能。为了实现低模量材料，人们发现了发光电容器器件，所得到的发光电容器具有100%的高拉伸性，最大亮度为220 cd/m²。

另一方面，聚合物发光二极管（PLEDs）具有高亮度、低驱动电压和响应时间短的特点。增强拉伸性的策略是在发光聚合物薄膜中引入增塑剂，这可以通过削弱链间相互作用来降低薄膜的模量。值得注意的是，整齐的发光共轭聚合物通常包含许多由结构缺陷和杂质引起的电子和空穴陷阱。这些阱能够显著降低电子和空穴的迁移率，也可能导致非辐射阱辅助复合，导致电致发光性能较差。

以上结果表明，下一代可伸缩显示器实现了重大的飞跃，然而在未来的实际应用中仍存在着许多挑战。首先，需要进一步改进材料和器件结构，以提高器件在反复拉伸下的循环稳定性。将动态键结合到共轭聚合物主链中可能是提高发光共轭聚合物拉伸性的一种很有前途的策略之一。其次，确定合适的封装材料，提高器件在空气中的长期稳定性至关重要。最后，目前的发光器件的分辨率仍然很低，需要开发制造工艺来实现高分辨率和大规模的可伸缩显示器。通过材料、器件结构和制造工艺的设计和优化，高分辨率和全彩可拉伸显示器有望在未来成为现实。将这些可伸缩的显示器用于人机界面（例如交互式3D显示器）和生物医学应用（例如用于光遗传学和光学治疗的可植入柔性显示器）将非常有吸引力。

Zhitao Zhang, Zhenan Bao,*High luminescent polymers for stretchable displays, National Science Review, 2022, https://doi.org/10.1093/nsr/nwac093