客观日本

东京大学与大日本印刷成功实现全彩化皮肤显示屏,可自由伸缩的薄型电路基板迈出实用化一步

2020年07月27日 电子电气

东京大学的染谷隆夫博士(大学院工学系研究科科长兼教授)的研究团队与大日本印刷(以下简称DNP),改进了自主开发的弹性混合电子安装技术,成功制造出了可自由伸缩的薄型全彩皮肤显示屏与驱动电路、通信电路和电源一体化的显示屏(照片1、2)。该装置可贴到皮肤上显示外部发送来的图像信息的显示屏。

title

照片1:可自由伸缩的薄型全彩皮肤显示屏。利用自主开发的可伸缩混合电子安装技术,在橡胶膜上安装了12×12个彩色LED并弹性布线。

title

照片2:显示部、驱动电路、BLE(低功耗蓝牙)通信电路和电源实现一体化,可以贴到皮肤上。

【研究要点】

此次开发的可以贴合曲面形状的弹性混合电子安装技术扩大了部件的选择范围,作为验证实验,研究团队提高了皮肤显示屏的表现力,成功实现了全彩化。

另外,还提高了全彩皮肤显示屏的布线可靠性,驱动电路、通信电路和电源也实现了一体化。能轻松贴到各种物体表面使用。

显示和获得信息的器件形状发生变化,传递的信息量也会发生变化。为弥补远程通信中的情感交流,皮肤显示屏可以在信息传递中发挥更多的便利性,比如以前所未有的方式发送声援信息等。

【研究内容】

电路基板以前主要是硬板状基板,现在开始广泛使用薄膜状柔性基板。柔性基板可以弯曲或卷绕,但无法反复“伸缩变形”,因此,该研究团队以实现可以伸缩且能自由贴合曲面的电子电路基板为目标,推进了研究开发。

配合伸缩变形的电极布线,此前存在材料拉伸时电阻升高,以及反复伸缩时容易断线的问题。另外,利用既有的刚性部件在拥有高弹性的基材上形成电子电路时,还存在柔性电极材料与刚性部件的接合部容易被伸缩时积累的应力所破坏的问题。

研究团队自主开发了即使弯曲或拉伸柔性基材,电阻值也不会改变的电极布线。另外还具有了即使安装刚性部件,伸缩时也不容易断线的特性。通过提高可靠性,能制作使用相对较大的部件时也不容易损坏的电路。为验证这种安装技术的有效性而开发的皮肤显示屏,以2.5mm的相等间隔在薄橡胶膜上嵌入了12×12个(像素:144)1.5mm见方的全彩LED。整体厚度约为2mm,反复进行130%的伸缩也没有损坏电气特性和机械特性。由于厚度薄、重量轻、可自由伸缩,直接贴到皮肤上也不会妨碍人的动作,能大幅减轻佩戴时的负担。包括曲面在内,还能贴到皮肤以外的各种物体上。

显示部分的驱动电压为3.7V,显示速度为60Hz,最大耗电量平均为100mW。以前发布的皮肤显示屏为单色显示,而此次的开发品利用全彩LED实现了9,000种颜色以上的色彩表现能力。另外,显示区域外周附近也安装了控制电路和电池,无需进行布线,贴到手背上的皮肤显示屏可以通过BLE(低功耗蓝牙)通信从外部控制显示内容。

仅能弯曲的显示屏已经实现商品化,但伸缩显示屏和可以贴到皮肤上的极薄显示屏目前还只报告了几款处于研发阶段的试制品。研究团队2009年5月发布了全球首款16×16组成的可伸缩有机电致发光(EL)显示屏,2016年8月发布了采用厚度仅1μm的极薄有机EL元件的7段式显示屏,2018年2月发布了本次研究成果的上一代产品——单色皮肤显示屏。

此次的研究采用以无机半导体为发光材料的LED作为发光元件,并结合使用自主开发的弹性混合电子安装技术,由此,与以往的可伸缩显示屏相比,同时实现了超高的大气稳定性和机械耐久性。将可以自由伸缩的显示屏贴合到皮肤上,并使其随着人的动作变形,数百个LED在此状态下无任何故障地显示了全彩视频,这还是全球首次。

另外,本产品采用铜作为弹性布线材料,可利用普通的电子部件制造流程制造。由于能利用工业界已经实现实用化且量产性优异的方法制造,有望尽快投入使用,将来还有望降低成本。

日语发布原文

文:JST客观日本编辑部

专题网页