一位獨居在一個小山村里的老婦人吃完午飯后正在休息。 她手背上貼著一塊方形薄橡膠片。它就像膏藥一樣，可以隨著手指的動作伸展和彎曲。?當她伸手去拿茶杯時，手背上的方形貼片亮起了一條信息：“服用降壓藥。”她微笑著，回憶起她過去是如何想盡辦法記得吃藥的，即使智能手機已經向她發送這樣的提醒，她依然時常忘記。不過現在，多虧了她手上名片大小的貼片，她一劑藥都沒漏掉。真的，她在屏幕上看到，她的血壓值已經在一個健康的范圍內了。?未來幾年，輕薄、明亮、防水、無需粘合劑就可以貼在皮膚上的屏幕將開始出現。除了老年人外，運動員、旅行者、時髦人士和早期采用者的手上和胳膊上也會出現它們的身影。它們將低調地更新跑步者和騎行者的心率和水分需求、紫外線照射情況，甚至顯示前方的路線地圖。它們將用于在朋友和愛人之間傳遞秘密信息。毫無疑問，時尚潮人將用它在派對和節日里互相傳遞信息和重要數據。這種屏幕甚至還可以用于與觀看者分享情感，表示你的興趣、焦慮、興奮，以及是否有空。在不同環境下，它可能會增進友誼、加深交流，或創造極好的獨處時光。 對于老年人或體弱者，這些屏幕可以顯示心電圖波形，收集安放在身體其他部位的無線電極數據。還可以提醒那些聽力不好的人有來電或有人在敲門。 這些輕薄、靈活的柔性屏幕的放置位置并不局限于皮膚；它們同樣可輕松應用于衣服和其他物體的曲面上。它們的顏色、亮度或圖案可能會隨著你的活動或對周圍世界的反應而改變。 隨著能夠扭曲、彎曲和拉伸的輕薄柔性電路的出現，人們可以將半導體電路貼在皮膚上，將其包裹在手、胳膊、小腿或軀干的曲面上。第一代這種柔性可穿戴設備是醫院等用來測量生命體征的傳感器。運動飲料公司佳得樂今年早些時候發布了一款柔性汗液監測貼片。 不過要從這些傳感器中獲得有用信息，用戶仍然需要拿出智能手機或查詢附近的電腦。智能手表的目的是減少獲取這些信息的繁瑣性，但不少人覺得它們比較笨重，而且屏幕小，不方便閱讀。 長久以來，顯示屏一直是可穿戴設備發展道路上的一塊洼地，許多研究人員一直在努力填平這塊洼地，包括我在東京大學工程學院有機晶體管實驗室的研究小組。傳統的顯示技術很難做到具有柔性。雖然可卷曲電視和可折疊智能手機終于面世了，但它們確實很貴。而且，它們只能朝一個方向卷曲或折疊，不能扭曲或拉伸。 現在，真正明亮的柔性屏幕終于即將實現，隨時可以為我們提供所需要的信息，而不再需要通過手機。我的團隊已經開發并演示了幾個版本的這種皮膚顯示屏。大日本印刷株式會社正致力于將我們的皮膚顯示技術推向市場，可能會在未來三年內實現。

并非所有類型的屏幕都可以拉伸。例如，在液晶屏中，光從后面的一組電極發出，電極之間有一層液晶。打開和關閉電流會改變液晶的方向，從而改變光的偏振，使光可以通過偏振濾波器進入觀看者的眼睛，或者被濾波器堵塞。拉伸液晶屏會改變液晶層的厚度，改變晶體的排列。 基于有機發光二極管（OLED）的屏幕沒有這樣的限制。這些OLED屏確實可以打印到輕薄的柔性基板上。今天的可卷曲屏就利用了這一性能。然而，到目前為止，可以向多個方向拉伸和彎曲的OLED屏還沒有實現商業化，盡管據報道三星正在研發這種屏幕。我們在實驗室里制作了一款低分辨率的OLED原型屏。不過，研究人員仍需要相當長的時間才能開發出一種既有柔性又經久耐用，還可以保護設備免受氧氣和水汽傷害的材料。 所以我的團隊主要研究無機發光二極管的微型LED顯示屏。我們不是唯一采取這種方法的人。比如，西北大學的羅杰斯研究小組、荷蘭微電子研究中心（Imec）和荷蘭國家應用科學研究院（TNO）的一個團隊以及芬蘭國家技術研究中心（VTT）的研究人員也在研究將LED陣列用于柔性顯示屏。 我們最近使用商用微型LED生產了我們的第二代全彩皮膚顯示屏。在這些顯示屏中，一個圖像元素（像素）由一個1.5平方毫米的封裝構成；每個封裝都包含一顆紅色、一顆綠色和一顆藍色LED。因為這些器件是用標準的半導體制造技術制造的，所以單顆LED和及其封裝都很堅硬。但是LED很小，我們把它們裝在一塊橡膠片上，用可伸縮的電線連接起來，造出一塊柔性很強的顯示屏。

這些微型LED封裝以12×12陣列排列。未拉伸時，像素封裝間距為2.5毫米，因此整塊顯示屏約為46平方毫米，厚度僅為2毫米。我們可以自由地彎曲和扭曲它，最大可拉伸到原始長度的130%，將像素之間的距離從2.5毫米擴大到3.25毫米。拉伸會在一定程度上扭曲圖片，但文字仍然清晰易辨，而且已經證明這種顯示屏能夠抵抗穿戴和撕拉帶來的磨損。

這種可拉伸顯示屏的制作是從一個非常薄的塑料基板開始的。然后，我們使用絲網印刷來定義將像素連接成電路的接線，這種接線由銀漿（一種含有銀片的樹脂）制造而成。在干燥的情況下，這種銀漿是有彈性的，即使它發生膨脹和收縮也能導電。

印刷電路完成后，我們用標準的商用表面貼片機，將微型LED芯片焊接到塑料薄膜電路板上。然后將塑料薄膜層壓到已在框架上預拉伸過的硅橡膠基底上。器件完成后便成為了一塊多層薄片，包括LED封裝、銀線、薄塑料膜和硅基底，將它從框架中取出后，它就可以彎曲了。它以這種皺褶、收縮的形式應用于人類的皮膚。由于硅材料的天然特性，它無需粘合劑即可貼合皮膚。 這就是我們的顯示屏：印刷銀導線連接微型LED粘在預先拉伸的硅基底上。現在，我們把控制器、無線通信設備和電池等電子器件放在一個單獨的硬包裝中，通過導線與顯示屏相連。為了進行測試，我們將柔性顯示屏放在用戶的手上，并將其他電子器件像手表一樣綁在手腕上。顯然，設備商業化之前，我們還需要縮小這些外部組件的尺寸，并將它們放入柔性封裝中。這將帶來一些挑戰。

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第一項挑戰是如何在沒有笨重電池的情況下，為顯示屏供電一周或更長時間。研究人員正在努力改進可穿戴設備的電源。現已有可拉伸太陽能電池，其效率也已經達到12%以上，在室外每平方厘米可產生約10毫瓦的電能。但從它們身上獲取足夠的電力來驅動顯示屏仍然是一項巨大的挑戰，肯定會涉及開發用電量比現在少得多的顯示屏控制器和無線通信設備。 同時，我們希望驅動更多像素。我們知道144像素的陣列可以用來顯示文本，但這并不是最佳像素。目前，我們受到商用LED尺寸的限制。幸運的是，微型LED的用途不限于皮膚顯示，制造商正在努力使它們的尺寸變得一年比一年更小。皮膚顯示屏無疑將受益于這一發展。

我們還需要提高耐用性。目前，我們的顯示屏在機械測試中可以承受1萬次反復拉伸。但可以想象，對于許多應用來說，人們每天大部分時間都會佩戴我們的顯示屏，而且日復一日。所以我們需要做得更好，比如承受100萬次反復拉伸。我們是怎么得出那個數字的呢？一年有525 600分鐘，想一下一個人的手伸展或彎曲的頻率，你就知道皮膚顯示屏必須有多耐用了。 然而，還需要權衡一下耐用性和皮膚對顯示屏的承受程度。如果我們使用更硬、更耐用的材料，佩戴顯示屏后就不那么舒適了。我們需要做更多的研究，找到耐用性和舒適性之間的最佳點。 當然，解決許多可穿戴設備共同面臨的廣泛問題，如道德、隱私和醫療器械特有的法規，對于皮膚顯示屏的未來也非常重要，尤其是顯示生物信息的皮膚顯示屏。 基于目前所取得的進展，我們相信自己的工作不會因為任何一項困難而止步。相反，我們期望在不久的將來解決其中許多挑戰。

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如果沒有令人關注的數據傳達佩戴者，皮膚顯示屏也沒有太多的用途。為了收集這些數據，我們求助于貼合皮膚的傳感器，檢測來自心臟、大腦、皮膚、肌肉和其他器官的信號。 這些傳感器的關鍵部分是電極。為了制造柔性電極，一開始我們用一種水溶性聚乙烯醇（一種常用于粘合劑和隱形眼鏡的物質）制成的納米纖維網。然后我們用氣相沉積法給這個納米纖維網增加了一個70到100納米厚的金導電層。為了將電極貼到人的皮膚上，我們將先放好它，然后向傳感器噴點水。水溶解了一些納米纖維，變得有粘性。這樣電極很容易粘附在皮膚上，貼合在汗腺孔或指紋脊線一樣小的曲線表面。即使它被拉伸到其長度的130%（這大約是指關節彎曲時皮膚的拉伸程度），也能工作。

由于水汽能通過納米網，所以這些傳感器是低敏感型的，在皮膚上連續佩戴一周也不會感到不適。使用者常常會忘記自己還戴著它們。可穿戴電極并不是一項全新的技術；可穿戴式心電圖監護儀已經面向運動員推出了一段時間。但這些設備都很笨重，而且它們根本不透氣，無法長期使用。 到目前為止，我們已經在肌電圖記錄儀上使用我們的彈性電極來監測的肌肉活動，它的性能和傳統電極一樣好。我們同樣可以制造在胸部或頭部的某個位置監測心臟或大腦活動的傳感器。

當我們將貼合皮膚的傳感器連接到顯示屏時，我們可以創建一個連續的、易于訪問的生物特征信息流。但是皮膚顯示屏不僅可以應用于健康保健范疇。它可提高了信息的可訪問性。當我們雙手都很忙并且在移動中時，它們特別有用。比如，我們可以一邊做飯一邊看菜譜，而不擔心要先把手擦干再拿智能手機。在家里或工廠查閱說明書時，也不用放下正在使用的工具。 在體育運動中的應用似乎更是無限的。我已經提到了跑步者和騎行者，這對于他們的好處是顯而易見的。其他戶外愛好者也會發現它的用途。比如跳傘愛好者、沖浪劃艇愛好者和滑雪者，他們只要瞥一眼胳膊或手就能查看到頭盔式運動攝像機的輸出。垂釣者不用放下魚竿，也不用冒著把智能手機掉到齊胸深的溪流里的風險，就能查看探魚儀上的信息。 而且皮膚顯示屏在受到撞擊時會發生彎曲而不是斷裂，在有身體接觸的運動項目中也很有用。美國每年大約有十幾名年輕的橄欖球運動員死于中暑或心臟病，這非常不幸。但在很多時候，這些情況都可以在致命之前被發現。 最后，我相信皮膚顯示屏可以讓人們到一種溫柔、親切、傳播溫暖的未來科技，而不僅僅是傳遞信息。 讓我們回到之前描述的那位老婦人吧。晚飯后她正在客廳休息。她一個人住，沒有人說話。只有電視里的聲音打破這片寂靜。然后她注意到貼在手背上的顯示屏在閃爍著什么。是一顆心形圖案，這來自她的一個孫子，他住在遙遠的城市里。這只是一顆小紅心，但她好像真的聽到孫子的聲音在說：“我愛你，奶奶！”她把另一只手放在顯示屏上，久久地握著那顆心。這就是我對未來電子設備的期望——不僅能傳輸數據，還能傳輸情感。 ?

編輯：黃飛