Flexible Displays auf der Haut

Ultradünnes, organisches Material verbessert E-Skin-Display: Wissenschaftler an der Universität von Tokyo haben eine ultradünne, extrem flexible und schützende Schicht entwickelt und deren Nutzen anhand eines luftstabilen OLED-Displays demonstriert. Diese Technologie soll die Entwicklung von E-Skin-Displays ermöglichen, also Displays, die direkt auf der Haut aufliegen, und die dann die Sauerstoffsättigung anzeigen oder von E-Skin-Sensoren für die Pulsmessung etwa im Leistungssport und viele andere Anwendungen.

Die Verbindung elektronischer Geräte mit dem Körper, um Körperfunktionen in biomedizinischen Anwendungen zu optimieren oder wiederherzustellen, ist das Ziel von Forschern weltweit. Besonders die tragbare Elektronik gilt es dünn und flexibel zu machen, um den Wechselwirkung dort zu minimieren, wo diese Elektronik am Körper anliegt. Doch die meisten bisher entwickelten Geräte haben millimeterdicke Glas- oder Plastiksubstrate mit eingeschränkter Biegsamkeit erfordert, während mikrometerdünne, flexible organische Lösungen noch nicht stabil genug waren, um in der Luft zu bestehen.

Die Forschergruppe von Professor Takao Someya und Dr. Tomoyuki Yokota an der Graduate School of Engineering der Universität von Tokyo haben einen hochwertigen, schützenden Film entwickelt, der weniger als 2 Mikrometer dick ist. Er soll die Fertigung von ultradünnen, enorm flexiblen und leistungsfähigen tragbaren elektronischen Displays und anderen Anwendungen ermöglichen. Der Film besteht aus abwechselnden Schichten anorganischen (Siliziumoxynitrid) und organischen (Parylene) Materialien. Er verhindert die Passage von Sauerstoff und Wasserdampf in die Luft, und verlängert die Lebensdauer von einigen Stunden auf mehrere Tage. Darüber hinaus gelang es den Entwicklern, transparente Indiumzinnoxid-Elektroden (ITO) auf das Substrat aufzutragen, ohne es zu beschädigen und damit ein E-Skin-Display in den Bereich des Vorstellbaren zu rücken.

Mit der Schutzschicht und den ITO-Elektroden konnten die Forscher Polymer-LEDs (PLEDs) und organische Photodetektoren (OPDs) herstellen. Diese erwiesen sich als dünn genug, um auf der Haut aufgebracht zu werden, und als biegsam genug, um sich entsprechend der Körperbewegungen zu dehnen und zu falten. Die PLEDs waren lediglich 3 Mikrometer dick und seien um das sechsfache effizienter als bisher vorgestellte ultradünne PLEDs. Das führte zu weniger Wärmeentwicklung und geringerem Stromverbrauch, was dem direkten Anbringen auf die Haut für medizinische Zwecke, etwa als Displays für die Sauerstoffsättigung oder die Pulsfrequenz entgegenkommt. Zudem wurden rote und grüne PLEDs mit einem Photodetektor kombiniert, um einen Sensor für den Sauerstoffgehalt des Bluts zu demonstrieren.

Journal article/Conference paper

Tomoyuki Yokota, Peter Zalar, Martin Kaltenbrunner, Hiroaki Jinno, Naoji Matsuhisa, Hiroki Kitanosako, Yutaro Tachibana, Wakako Yukita, Mari Koizumi, Takao Someya, „Ultraflexible organic photonic skin,“ Science Advances 2:e1501856, 15 April 2016. URL (abstract): http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.1501856 DOI: 10.1126/sciadv.1501856

Bild: Rotes PLED-Display mit sieben Segmenten auf dem Handrücken. Credit: Someya Laboratory