研究表明，交互式人機(jī)界面在日常生活中扮演著不可或缺的角色。然而，考慮到皮膚兼容性、便攜性和耐用性，傳統(tǒng)的較重和剛性顯示器不能滿足快速發(fā)展的可穿戴電子產(chǎn)品的要求。下一代顯示器應(yīng)該是柔性和可拉伸的，這樣它們就可以很容易地與其他類型的可伸縮電子設(shè)備集成，緊密地連接或生物相容地植入人體，用于實(shí)時(shí)傳感、監(jiān)測和讀取。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，斯坦福大學(xué)鮑哲南教授和張智濤博士等人提出器件工程和合理的材料設(shè)計(jì)是兩種有效的策略，將其總結(jié)為實(shí)現(xiàn)高性能可伸縮顯示器以及未來發(fā)展方向的主要方法（圖1）。相關(guān)論文以“High luminescent polymers for stretchable displays”為題發(fā)表在National Science Review，這也是Nature之后，鮑哲南教授再次發(fā)文談及皮膚顯示器，詳見《》

剛性孤島結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的無機(jī)材料，如導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的電子和光學(xué)性能。因此，由這些材料制成的發(fā)光二極管（LEDs）具有較高的電致發(fā)光性能。然而，無機(jī)材料通常具有較高的模量和脆性。因此，它們需要特殊的結(jié)構(gòu)工程，如剛性島或反向結(jié)構(gòu)，以便將它們納入可伸縮的電子設(shè)備中。這主要是因?yàn)楦吣Ａ繜o機(jī)材料即使在小應(yīng)變下也容易形成裂紋，導(dǎo)致內(nèi)部變質(zhì)和導(dǎo)電路徑的丟失。為了防止材料斷裂，設(shè)計(jì)了一種基于剛性孤島的發(fā)光裝置，每個(gè)像素島都由蛇形的島連接起來。雖然在變形條件下顯示分辨率降低，但采用了特殊的設(shè)計(jì)來改善這一問題。

屈曲策略。另一種實(shí)現(xiàn)可拉伸發(fā)光器件的策略是設(shè)計(jì)彎曲結(jié)構(gòu)。在這種策略中，首先將發(fā)光器件在超薄柔性基板上制備，然后將該預(yù)制器件轉(zhuǎn)移到預(yù)拉伸的彈性襯底上。釋放彈性基底后，可以在發(fā)光器件上得到所得到的彎曲結(jié)構(gòu)，該發(fā)光器件具有較高的拉伸性，能夠延伸到原來的平坦?fàn)顟B(tài)而沒有任何降解。該器件制造的關(guān)鍵參數(shù)是控制整個(gè)發(fā)光器件的厚度，較低的厚度將使發(fā)光器件能夠承受較低的彎曲半徑。然而，這種彎曲結(jié)構(gòu)可能會導(dǎo)致光散射導(dǎo)致透射率顯著降低。同時(shí)，為了在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)一步集成，還需要仔細(xì)考慮非平面結(jié)構(gòu)。

內(nèi)在可拉伸的聚合物基體方法。發(fā)光器件的本質(zhì)上可伸縮結(jié)構(gòu)是未來可伸縮顯示器的一種很有前途的方法。這類器件所需的材料需要具有低模量，并且不需要特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括剛性孤島和屈曲。這些設(shè)備可以直接拉伸到較大的應(yīng)變，同時(shí)仍然保持良好的性能。為了實(shí)現(xiàn)低模量材料，人們發(fā)現(xiàn)了發(fā)光電容器器件，所得到的發(fā)光電容器具有100%的高拉伸性，最大亮度為220 cd/m²。

另一方面，聚合物發(fā)光二極管（PLEDs）具有高亮度、低驅(qū)動電壓和響應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)。增強(qiáng)拉伸性的策略是在發(fā)光聚合物薄膜中引入增塑劑，這可以通過削弱鏈間相互作用來降低薄膜的模量。值得注意的是，整齊的發(fā)光共軛聚合物通常包含許多由結(jié)構(gòu)缺陷和雜質(zhì)引起的電子和空穴陷阱。這些阱能夠顯著降低電子和空穴的遷移率，也可能導(dǎo)致非輻射阱輔助復(fù)合，導(dǎo)致電致發(fā)光性能較差。

以上結(jié)果表明，下一代可伸縮顯示器實(shí)現(xiàn)了重大的飛躍，然而在未來的實(shí)際應(yīng)用中仍存在著許多挑戰(zhàn)。首先，需要進(jìn)一步改進(jìn)材料和器件結(jié)構(gòu)，以提高器件在反復(fù)拉伸下的循環(huán)穩(wěn)定性。將動態(tài)鍵結(jié)合到共軛聚合物主鏈中可能是提高發(fā)光共軛聚合物拉伸性的一種很有前途的策略之一。其次，確定合適的封裝材料，提高器件在空氣中的長期穩(wěn)定性至關(guān)重要。最后，目前的發(fā)光器件的分辨率仍然很低，需要開發(fā)制造工藝來實(shí)現(xiàn)高分辨率和大規(guī)模的可伸縮顯示器。通過材料、器件結(jié)構(gòu)和制造工藝的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，高分辨率和全彩可拉伸顯示器有望在未來成為現(xiàn)實(shí)。將這些可伸縮的顯示器用于人機(jī)界面（例如交互式3D顯示器）和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用（例如用于光遺傳學(xué)和光學(xué)治療的可植入柔性顯示器）將非常有吸引力。

Zhitao Zhang, Zhenan Bao,*High luminescent polymers for stretchable displays, National Science Review, 2022, https://doi.org/10.1093/nsr/nwac093