柔性微型LED：重塑未來可穿戴技術

2020-09-05 環球創新智慧

導讀

據美國德克薩斯大學達拉斯分校官網近日報導，該校研究人員及其國際同事開發出一種創造可摺疊、扭曲、切割以及粘貼到不同表面上的微型LED的新方法。

背景

LED是「Light Emitting Diode」的縮寫，中文譯為「發光二極體」，是一種可以將電能轉化為光能的半導體器件。

各種形狀和尺寸的LED（圖片來源：維基百科）

LED廣泛應用於從剎車燈到廣告牌的一系列產品，由於輕薄、節能並可發光各種類型的光線，所以成為了電子設備背光和顯示的理想元件。

鈣鈦礦LED（圖片來源：Charlotte Perhammar）

微型LED（Micro LED），可小到2微米並捆綁成任何尺寸，比其他的LED解析度更高。這個尺寸使它們非常適合諸如智能手錶的小型設備，但它們還可捆綁到一起在平板電視及其他較大型的顯示器中工作。然而，所有尺寸的LED都是易碎的，而且通常只能在平面上使用。

創新

為了滿足可彎曲、可穿戴的電子產品的需求，美國德克薩斯大學達拉斯分校的研究人員及其國際同事開發出一種創造可摺疊、扭曲、切割以及粘貼到不同表面上的微型LED的新方法。

柔性微型LED可以被扭曲（左）或者摺疊（右）。（圖片來源：德克薩斯大學達拉斯分校）

這項研究於6月份在線發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上，為新一代柔性可穿戴技術鋪路。

技術

德克薩斯大學達拉斯分校材料科學與工程系教授、這項研究的通訊作者 Moon Kim 表示：「這項研究最大的好處在於，我們創造出一款幾乎可安裝到任何表面上的可拆卸的LED。你可以將它轉移到你的衣服甚至橡膠上，這是主要的創意。即使你弄皺它，它仍然可以繼續工作。如果你將它切開，那麼還可以繼續使用半個LED。」

埃裡克·瓊森工程與計算機科學學院以及自然科學與數學學院的研究人員通過一項稱為「遠程外延（remote epitaxy）」的技術協助開發出這款柔性LED，這項技術涉及在藍寶石晶圓或者襯底上生產一薄層LED晶體。

（圖片來源：參考資料【1】）

一般來說，LED會遺留在晶圓上。為了使其可拆卸，研究人員在襯底上增加了一層不粘層，舉例來說，其作用類似於羊皮紙保護烤盤的方式，可以更容易移走曲奇餅乾。增加的這一層，由單個碳原子厚度的薄片石墨烯組成，防止LED晶體與晶圓粘在一起。

Kim教授採用德克薩斯大學達拉斯分校納米表徵設備的原子級解析度的掃描/透射電子顯微鏡監督LED的物理分析。他表示：「石墨烯沒有與LED材料形成化學鍵，所以它增加了一層，使我們可以從晶圓上剝下LED，並將它們粘貼到任何表面上。」

位於韓國的同事們將LED粘貼到曲面以及隨後被扭曲、彎曲和弄皺的材料上，對其展開實驗室測試。在另外一個演示中，他們將LED粘貼到具有不同腿部姿勢的樂高玩具人腿上。

（圖片來源：參考資料【1】）

Kim表示，彎曲和切割不會影響LED的品質和電子特性。

價值

這款易彎曲的LED具有多種可能的用途，包括柔性照明、服裝以及可穿戴生物醫療設備。從製造的角度來看，這種製造技術提供了另外一項優勢：因為LED能在不損壞下層晶圓襯底的情況下被移除，所以晶圓可以重複使用。

Kim表示：「你可以多次使用一個襯底，而它將擁有相同的功能。」

在目前正在開展的研究中，研究人員也將這項製造技術應用於其他類型的材料。

Kim表示：「這非常令人振奮。這個方法不只局限於一種材料。它適合各種材料。」

關鍵詞

LED、柔性電子、可穿戴、石墨烯

參考資料

【1】Junseok Jeong, Qingxiao Wang, Janghwan Cha, Dae Kwon Jin, Dong Hoon Shin, Sunah Kwon, Bong Kyun Kang, Jun Hyuk Jang, Woo Seok Yang, Yong Seok Choi, Jinkyoung Yoo, Jong Kyu Kim, Chul-Ho Lee, Sang Wook Lee, Anvar Zakhidov, Suklyun Hong, Moon J. Kim, Young Joon Hong. Remote heteroepitaxy of GaN microrod heterostructures for deformable light-emitting diodes and wafer recycle. Science Advances, 2020; 6 (23): eaaz5180 DOI: 10.1126/sciadv.aaz5180

【2】https://utdallas.edu/news/science-technology/micro-leds-2020/?WT.mc_id=NewsHomePageCenterColumn

相關焦點

  • 可黏貼到不同表面的柔性microLED或重塑可穿戴技術的未來
    可黏貼到不同基底的柔性microLED可能會重塑可穿戴技術的未來德克薩斯大學達拉斯分校的研究人員及其國際同事已經開發出一種方法，可以創建可摺疊，扭曲，切割和粘貼到不同表面的微型LED。這項研究於6月在線發表在《Science Advances》雜誌上，該研究為下一代靈活的可穿戴技術鋪平了道路。
  • 中國研製出柔性可拉伸電容器 解決可穿戴智能設備難題
    復旦大學高分子科學系和先進材料實驗室彭慧勝教授團隊日前研製出世界首個可拉伸的線狀超級電容器。柔性可穿戴智能設備是當今電子產品的主流發展方向，這種可拉伸的彈性電容器將成為其重要部件。，柔性可穿戴電子設備是當今電子產品的主流發展方向。
  • 可穿戴技術重大突破:有機納米材料製成柔性存儲器
    有機納米材料，作為一項常規技術突破，已廣泛應用於柔性電子領域，例如製成柔性邏輯電路或者顯示器。但是，目前的可穿戴電子設備中，有機納米材料並沒有得到更廣泛應用，主要是因為它們無法產生柔性、非易失、具有實用的讀寫速度的存儲器。最近，一組國際研究人員團隊的突破性研究，解決了這一問題。
  • 新型柔性可穿戴熱電發電機:效率更高、性能更好!
    導讀柔性和自供電，是目前可穿戴設備的技術前沿和發展方向。最近，美國北卡羅萊納州立大學的研究人員為了提高柔性可穿戴設備中熱電發電機的性能和效率，採用EGaIn 液態金屬互連線連接溫差電元件，這些互連線不僅電阻很低，還具有拉伸和自我修復的特性。
  • 韓KAIST研發柔性垂直Micro LED,可用於生物治療
    ，開發出了柔性垂直Micro LED（微發光二極體）(f-VLEDs)技術。同時，該團隊還通過此Micro LED技術的光遺傳刺激成功地控制了動物的行為。 得益於超低功耗、快速反應速度和優越靈活性等特點, 柔性Micro LED已成為下一代顯示器的強大候選者。但是, 以往的Micro LED技術面臨器件效率差、熱可靠性低、高解析度Micro LED顯示屏互連技術不足等關鍵性問題。
  • 應用於可穿戴設備領域的柔性混合電路方案
    應用於可穿戴設備領域的柔性混合電路方案 DevicePlus 發表於 2021-01-15 16:22:21 雖然基於剛性PCB板的傳統電子電路設計已經成為數位技術時代發展的可靠基礎，但這種設計可支持的外形尺寸和功能仍然有限
  • 可穿戴福音:三星石墨烯顯示技術獲突破(全文)_液晶顯示器應用技術...
    日前，三星先進技術研究院與韓國成均館大學聯合宣布，它們已經合成一種能在更大尺度內保持導電性的石墨烯晶體。三星表示，這是一種可以用在柔性顯示屏和可穿戴設備上的屏幕顯示技術。儘管是曲面屏，但是跟業內期待的可摺疊的柔性屏技術還有著不小的差距，用業內人士的話說，這叫「為了彎曲而彎曲」。
  • 淺談柔性可穿戴電子傳感器的三大關鍵部分
    打開APP 淺談柔性可穿戴電子傳感器的三大關鍵部分 工程師3 發表於 2018-05-11 10:58:00 於是科研人員紛紛投身開發新材料 、新工藝和開發新型傳感器；實現傳感器的集成化和智能化；實現傳感技術硬體系統與元器件的微小型化；與其它學科的交叉整合的傳感器。同時 ， 希望傳感器還能夠具有透明、柔韌 、延展 、可自由彎曲甚至摺疊 、便於攜帶、可穿戴等特點 。隨著柔性基質材料的發展，滿足上述各類趨勢特點的柔性傳感器在此基礎上應運而生 。
  • 柔性可穿戴器件的散熱問題被中國科學家解決了
    近年來，柔性可穿戴電子器件發展迅速，其應用性廣、實用性強，因此逐漸在日常生活中嶄露頭角，同時也成為科學界和工業界共同青睞的新興領域。此外，因為現代人們對於健康生活日益增長的需求，可穿戴電子器件、柔性電子科技等研究在生命健康領域頗受歡迎，如智能手錶、運動手環、心臟起搏器等等，已經成為監護身體健康生物信號的重要護航者，具有非常廣闊的產業前景。
  • 首次報導新型柔性雙離子微型電池
    導讀：本文首次展示了柔性雙離子微型電池。該電池具有極高靈活性和良好的電化學特性，可以通過不同方式串並聯，並可集成為高壓微器件。這種特殊的新型電池可以被應用在LED燈、電致變色玻璃等眾多領域。可以預見微型電池將成為未來儲能器件發展的一個重要趨勢。
  • 香港大學開發出微型柔性有機半導體OFET
    香港大學開發出微型柔性有機半導體OFET場效應電晶體（FET）是諸如集成電路，計算機CPU和顯示背板之類的現代電子產品的核心組成部分。使用有機半導體作為電流通道的有機場效應電晶體（OFET）與諸如矽的無機對應電晶體相比具有撓性的優勢。
  • 基於3D雷射誘導石墨烯的可伸縮微型超級電容器自供電可穿戴設備
    基於3D雷射誘導的石墨烯可伸縮的微型超級電容器，可自供電可穿戴設備由賓夕法尼亞州立大學工程煥宇教授科學與力學系的多蘿西·奎格（Dorothy Quiggle）職業發展教授，教授Huanyu" Larry" 程煥宇教授帶領的一組國際研究人員，已經開發出一種自供電，可拉伸的系統，該系統將用於可穿戴式健康監測和診斷設備
  • 溫州「傳統製造業重塑計劃」瞄準高精尖 做足小文章 撬動大市場
    浙江在線5月8日訊（記者 周琳子） 直徑只有6毫米的馬達，在智能穿戴類馬達市場佔有率居全球前列；外徑僅有3毫米的軸承，打破國外技術壟斷；內徑只有0.07毫米的穿刺胰島素針針頭，迅速佔領德國市場……這些由溫州企業製造的「小傢伙」，如今在各自業界引發不小的震動。
  • 電流體噴射列印製作適用於可穿戴設備的微型微型超級電容器
    電流體噴印製作適用於可穿戴設備的微型微型超級電容器超級電容器（SC），也稱為超級電容器，可以比普通電容器存儲更多的能量。與基於鋰的二次電池相比，超級電容器的優勢包括具有高功率輸出和更長的循環壽命。特別地，它可以通過半導體製造工藝被製造成與人的指紋的寬度一樣小，因此也可以應用於可穿戴設備和物聯網（IoT）設備。然而，由於在製造過程中產生的熱量可能導致超級電容器的電特性的劣化，因此難以將它們直接連接至電子部件。另外，通過噴墨印刷技術將超級電容器與電子部件組合的製造方法還具有精度較低的缺點。
  • 高度柔性的有機快閃記憶體:可用於電子紙張和可穿戴設備!
    關鍵字存儲器、材料、有機、柔性、可穿戴背景快閃記憶體是一種長壽命、非易失性、基於電晶體的存儲器，也就是說它在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息。在我們日常生活中，它已經成為大多數電子系統中不可或缺的部分。儘管有機電子設備的研究初期顯得非常有前景，然而該領域的整體進展已經遠遠落後於薄膜電晶體（TFTs）或其他基於柔性材料的設備。這項技術一直以來就極具有挑戰性，特別是開發同時具有高度柔性和良好性能的快閃記憶體，原因主要是缺乏負責貫穿和阻擋電荷的柔性介電層。
  • 全球首款柔性全彩電子紙發布 將應用於可穿戴式設備
    【環球網科技綜合報導】12月7日消息，近日，電子紙廠商元太科技（E Ink）與電子紙顯示器廠商Plastic Logic合作發布全球首款柔性全彩電子紙。據了解，該電子紙大小為2.1英寸，綜合了元太科技的先進彩色電子紙技術（ACeP）以及Plastic Logic的有機薄膜電晶體（oTFT）背板技術，有望應用於需要兼具輕薄與軟性的顯示應用領域，如可穿戴式設備。具體而言，元太科技的ACeP是全反射式的彩色電子紙技術，無需使用彩色濾光片即可實現全彩顯示效果，目前已應用在廣告牌等場景中。
  • 雷射誘導石墨烯或將取代可穿戴設備的電池
    研究人員現在提出，這種石墨烯很適合取代可穿戴電子設備目前所使用的電池。石墨烯是一種非常理想的超級導體材料，擁有超薄、強韌以及靈活柔軟的特性，而雷射誘導石墨烯除了擁有上述特性之外，其製作工藝也比普通的石墨烯要容易得多。
  • 可穿戴技術新突破:形狀可定製的織物超級電容!
    未來，它的市場前景非常廣闊，將在電動汽車、大功率輸出設備、消費電子設備等領域大顯身手。然而，在可穿戴技術和智能織物領域，超級電容也扮演著重要角色。筆者曾介紹過，英國曼徹斯特大學開發出的一種固態柔性超級電容器件。
  • 大面積柔性有機光電二極體在可穿戴弱光光電探測器領域優於矽器件
    大面積柔性有機光電二極體在可穿戴弱光光電探測器領域優於矽器件柔性大面積有機光電二極體的性能已經發展到可以與傳統的矽光電二極體技術相比提供的優勢，特別是對於諸如生物醫學成像和生物特徵監測等要求在大範圍內檢測低水平光的應用。
  • 中科院物構所光固化3D列印研究獲新進展,可用於柔性可穿戴傳感器
    江蘇雷射聯盟導讀：中國科學院功能納米結構設計與組裝/福建省納米材料重點實驗室研究員吳立新課題組基於3D列印在可穿戴傳感器方面具有應用前景，創建了在3D列印光敏樹脂中添加這種交聯劑能夠提高列印解析度，列印的模具可在熱水中溶解。