新型顯示器：可穿戴、自供電、可洗滌！

導讀

近日，韓國科學技術院的科研團隊開發出一款基於織物、自供電、可洗滌、可穿戴的顯示器。

背景

衣服，通常都是由織物加工而成的，可以滿足日常穿著和洗滌的需要。然而，與其他傳統物品一樣，衣服也在走向智能化。

將高速光電半導體器件嵌入到纖維中做成具有通信功能的智能織物（圖片來源：MIT）

智能織物，也稱智能服裝，標誌著傳統紡織技術與電子技術、感測器技術、物聯網技術等新興科技的融合。智能織物不僅可以由各種導電材料製作而成，也會具有各種電子元器件例如感測器、集成電路、LED、OLED、電池等，並帶來許多先進功能例如顯示、通信、存儲、交互、儲能等。

將OLED集成到織物中變成可穿戴顯示器（圖片來源：KAIST）

可是，智能衣服常常會面臨電源和透濕性的問題，電源直接關係到能量供應，透濕性的問題會導致設備發生故障。

創新

近日，韓國科學技術院（KAIST）的科研團隊克服了上述問題，開發出一款基於織物的可穿戴顯示模塊。它是可洗滌的，並且無需外部電源。相關論文發表在《能源與環境科學（Energy & Environmental Science）》期刊上。

（圖片來源：KAIST)

技術

為了避免外部電源的問題，提高可穿戴顯示器的實用性，電氣工程學院教授 Kyung Cheol Choi 及其團隊將聚合物太陽能電池（PSCs）和有機發光二極體（OLEDs）集成到一起，在真實的織物上製造出了可穿戴顯示器模塊。

可洗滌的可穿戴顯示模塊示意圖（圖片來源：KAIST）

聚合物太陽能電池一直是新一代電源最有前途的選擇之一，特別是對於可穿戴和光電子應用來說，因為它無需外部電源就可以提供穩定的能量，而OLED只需數毫瓦就可以驅動。然而問題在於，它們都非常容易受到外部的濕氣和氧氣的影響。為了保證可靠性，水氧阻隔膜的封裝是必需的。傳統的水氧阻隔膜的封裝足以應付一般環境；然而，它會在水環境中喪失原有的特性。這就限制了必須在雨天或者洗滌後使用的可穿戴顯示器的商業化。

為了解決這個問題，團隊利用原子層沉積（ALD）和旋轉塗布（spin coating）技術，實現了可洗滌的水氧阻隔膜的封裝，使得設備在洗滌之後也不會產生特性變化。團隊確認，通過這種封裝技術，基於織物的可穿戴顯示器模塊，其中包含聚合物太陽能電池、OLED以及提議的水氧阻隔膜，在經過20次的10分鐘循環洗滌之後，特性只發生了微不足道的變化。進一步說，封裝後的設備能在3毫米的低彎曲半徑下，保持穩定的工作和高度的可靠性。

價值

最後，經過30天的觀察，在受到彎曲壓力和洗滌之後，該裝置的特性沒有任何退化。這項技術使用了壓力更少的織物，與採用塑料基底的傳統可穿戴電子設備相比，它能加速可穿戴電子器件的商業化。重點是，在日常生活中，這種可穿戴電子器件能通過自供電系統來節省能量。

Choi 教授表示：「我可以說，這項研究實現了真正可洗滌的可穿戴電子模塊，從這一方面來說，它使用了日常的可穿戴織物取代傳統可穿戴電子器件中使用的塑料。通過聚合物太陽能電池節省能量，它可以變成自供電的，利用對大自然友好的太陽能，並且還是可洗滌的。我相信，它為『真正意義上的可穿戴顯示器』開闢了道路。這種顯示器可以通過織物加工而成，超越那些粘貼形式的可穿戴技術。」

關鍵字

可穿戴技術、太陽能電池、自供電、OLED、智能服裝

參考資料

【1】https://www.kaist.ac.kr/_prog/_board/?code=ed_news&mode=V&no=93821&upr_ntt_no=93821&site_dvs_cd=en&menu_dvs_cd=0601

【2】Eun Gyo Jeong, Yongmin Jeon, Seok Ho Cho, Kyung Cheol Choi. Textile-based washable polymer solar cells for optoelectronic modules: toward self-powered smart clothing. Energy & Environmental Science, 2019; DOI: 10.1039/c8ee03271h

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