科学家解决MicroLED巨量转移难题，实现柔性化一体化电子皮肤显示

视觉交互是人类感知信息最直观和最有效的方式，人工智能（AI）、云计算、虚拟现实/增强现实等全新的交互技术极大地拓展了人类感知，正推动虚拟世界与物理世界的融合。

同时，生物安全性是深度人机交互的基础，合成生物电子系统和植入式柔性电子技术为生命科学变革提供更加便捷和智能的健康管理方案。

视觉与生物电子的多模态交互将为人类提供超感知，并为通信、医疗和智能工业等各个领域带来革命性的创新与应用前景。

因此，具有高柔性和生物相容性的电子皮肤显示设备成为亟待解决的研究课题。

在近期一项研究中，研究人员解决了显示终端和供能终端与肌肤的全柔性贴合难题，并解决了 MicroLED（Micro Light Emitting Diode，微发光二极体）的巨量转移和电路的可拉伸难题，最终实现了具有生物安全性的全柔性化一体化电子皮肤显示。

日前，相关论文以《MicroLED 和水凝胶电池无缝集成的全柔性一体电子显示皮肤》（Fully Flexible All-in-One Electronic Display Skin with Seamless Integration of MicroLED and Hydrogel Battery）为题发在Advanced Functional Materials[1]。牛嘉楠和白雪是共同第一作者，中国科学院北京纳米能源所胡卫国研究员担任通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Advanced Functional Materials）

在牛嘉楠眼中，光与影的变幻仿佛是操纵着视觉的魔术，小时候他就对此深深着迷。

图 | 牛嘉楠（来源：牛嘉楠）

小时候，牛嘉楠常常思索：未来是否可以创造出一种“电子皮肤”，不仅能根据需求自由变换颜色和特性，还能为人类提供超感官体验？长大之后，他终于有了实现愿望的机会。

前不久，他和所在团队设定了开发全柔性、生物兼容的电子皮肤显示设备的目标。

这种设备不仅能够满足视觉信息交互的需求，还可以紧密贴附于肌肤表面并保证生物安全性。

确定这一方向之后，他们专注于 MicroLED 显示器、电路和电池的柔性化技术路径，最终设计出了柔性一体化的系统集成方案。

在显示器部分他们采用了自己研发的气相转移法，将 10000 颗 MicroLED 芯片高效地转移到柔性基底上，从而实现了超薄、高分辨率的显示效果。

电路部分则使用了 3D 打印技术，制造出透明且具备高拉伸性的柔性电路，使其在弯曲和拉伸状态下依然能够保持稳定的电性能。

然后，他们选择了具有生物相容性的水凝胶作为电池材料，确保其电学输出性能和良好的柔性。

通过此，研究小组将这些关键组件集成到一个完整的系统中，成功开发出全柔性一体化电子皮肤显示器。

随后，他们对各组件及其集成系统进行了多方面的测试评估。MicroLED 显示器厚度仅为真皮层十分之一，发光表现十分优秀。

可拉伸电路板的电导率达到 8.5×106Sm-1，具有大于 94% 的透光率，同时还展现了出色的机械耐久性。

水凝胶电池最大比容量为 331.3mAhg-1，即使在弯曲状态下也能保持稳定输出。

集成后的全柔性一体化显示系统表现出极佳的光电性能和机械稳定性，能紧密贴合皮肤。

即使在循环弯曲下仍能保持稳定的光电连接，充放电时温度低于人体体温，这证明其具备优越的生物安全性和应用前景。

若该技术得到进一步发展，它将在未来几年内广泛应用于有关视觉交互的多个领域。

其一，在信息电子领域，全柔性一体化电子皮肤显示将无机与有机深度结合，凭借其轻便、可折叠的特性，替代现有的刚性显示方案。

特别是在智能信息终端中，全柔性显示技术不仅能够提高设备的显示性能，还可以实现更个性化、灵活的交互体验。

其二，增强现实/虚拟现实是人类进入未来虚拟世界的入口。

超柔性、轻薄、高效的 MicroLED 显示不仅可以减少设备的重量，还能提高视觉质量和续航能力，从而构建出更智能和更具沉浸感的人与虚拟环境交互场景，推动娱乐、教育和工业仿真等领域的发展。

其三，在医疗健康领域，电子皮肤显示系统可以与生物系统深度融合。一体化植入式生物电子显示将为失能人士弥补感知能力，提供智能视觉辅助，为健康人士提供超感虚拟交互。

其四，还可以在系统中集成智能贴片，实时监测生理信号，如心率、体温和血压等。

随着技术的不断进步，柔性智能终端、人机虚拟交互、多模态生物电子和工业智能监测等领域也将受益于这种全柔性一体化显示技术，为未来的智能生活提供更多可能。

在未来的研究中，课题组计划进一步提升系统柔性和引入更具生物相容性的材料，以便能够更加精准和安全地与皮肤融合，实现植入式应用。

接下来，他们还计划进一步提升集成度，将温度和心率传感器集成到现有的柔性显示系统中，能够实时监测体温、心率等生理数据，尤其适合残障或慢性病等需要长期健康管理的用户群体。

最后，该团队计划与虚拟交互技术相结合，提供人与虚拟世界无缝连接的通道，以人工智能为基础真正实现智能超感多模态系统。

参考资料：

1.Niu, J., Bai, X., Wang, J., Chen, Y., Zhao, B., Sha, W., ... & Hu, W. (2024). Fully Flexible All‐in‐One Electronic Display Skin with Seamless Integration of MicroLED and Hydrogel Battery.Advanced Functional Materials, 2411916.

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