這種有彈性，薄，明亮，防水的顯示器，無需粘合劑就可以貼在皮膚上，在未來幾年內將開始出現。它們不僅會出現在老年人的手上和手臂上，也會出現在運動員、旅行者、時髦人士和早期嘗試者的手上和手臂上。該設備可以悄悄地更新跑步者和騎車者的心率和水化需求，紫外線照射，甚至顯示前方路線的地圖。它們也可以被用來在朋友和情人之間傳遞秘密信息。同時，還甚至可以與他人分享情感暗示，比如焦慮，開心，或是興奮，一切視環境而定 —— 它或將能夠促進友誼，加深交流，或幫助隔離使用。

　　對于老年人或體弱者，顯示器可以顯示心電圖波形，從放置在身體其他部位的無線電極收集數據。他們還可以提醒那些聽力不好的人有來電或敲門聲。

　　我們放置這些薄、靈活、可拉伸的顯示器的位置不限于皮膚；這些顯示將同樣容易應用于衣服和其他對象的曲面。它們的顏色、亮度或圖案可能會隨著你的活動或對周圍世界的反應而改變。

　　由于出現了能夠扭轉、彎曲和伸展的薄而靈活的電路，人們已經嘗試將半導體電路粘貼到皮膚上，將其包裹在手、手臂、小腿或軀干的彎曲表面上。第一代這種彈性耐磨材料是測量醫院和其他地方生命體征的傳感器。而運動飲料公司佳得樂今年早些時候發布了一個靈活的汗液監測補丁。

　　但是為了從這些傳感器中獲取有用的信息，用戶仍然需要拿出智能手機或輔助利用附近的計算機。SmartWatch的目的是使獲取這些信息變得不那么麻煩，但有些人覺得其體積過大了，并且這些微小的顯示器可能有很難看清。

　　顯示器長期以來一直是可穿戴設備發展道路上的一個坑洞，許多研究人員一直試圖填補這個坑洞，包括在東京大學工程學院有機晶體管實驗室的研究小組。傳統的顯示技術很難做到靈活。雖然可彎曲的電視和折疊的智能手機終于面世了，但它們的造價非常昂貴。并且，只能朝一個方向滾動或折疊 —— 它們不能扭曲或伸展。

　　現在，真正靈活、明亮的顯示器終于接近實現了，隨時可以為我們提供所需的信息，使得我們不再需要電話。我（作者，以下簡稱我）的團隊已經開發并演示了這種皮膚顯示的幾個版本。日本印刷公司（Dai Nippon Printing Co.）正致力于將我們的皮膚顯示技術推向市場，很可能在未來三年內實現。

　　并非所有類型的顯示器都可以拉伸。例如，在液晶顯示器中，光從一組電極后面發出，電極之間有一層液晶。打開和關閉電流會改變液晶的方向，從而改變光的偏振，使其通過偏振濾光片到達觀看者，或者被濾光片阻擋。拉伸LCD會改變液晶層的厚度，從而改變晶體的排列。

　　基于有機發光二極管（OLED）的的顯示器沒有這樣的限制。這些OLED顯示器確實可以打印到薄而靈活的基板上。今天的可滾動顯示器利用了這一功能。然而，迄今為止，還沒有人將一種可以向多個方向拉伸和彎曲的OLED顯示器商業化，盡管據報道三星正在研發一種。在我們的實驗室里，我們制作了一個低分辨率OLED顯示器的原型。盡管如此，研究人員仍需要相當長的時間才能開發出一種既有彈性又經久耐用的材料，這種材料還可以用來保護設備免受氧氣和水蒸氣的傷害。

　　所以我的小組主要研究無機發光二極管的微型發光二極管顯示器。我們不是唯一采取這種方法的人。例如，西北大學的Rogers研究小組、荷蘭Imec和TNO的一個團隊以及芬蘭VTT技術研究中心的研究人員也在研究將LED陣列作為可拉伸顯示器的一部分。

　　我們最近生產了我們的第二代全彩色皮膚顯示器使用商用微型LED。在這些顯示器中，1.5平方毫米的封裝構成圖像元素或像素；每個都包含一個紅色、一個綠色和一個藍色LED。因為這些器件是用標準的半導體制造技術制造的，所以單個的LED和圍繞它們的封裝都很硬。但是LED很小，我們把它們安裝在一塊橡膠板上，用可伸縮的電線連接起來，形成了一個非常靈活的顯示器。

　　這些微型LED封裝以12×12陣列排列。未拉伸的像素封裝間距為2.5毫米，因此整個顯示屏約為46平方毫米（約1.8平方英寸），厚度僅為2毫米。我們可以自由地彎曲和扭曲它，并將其拉伸到原始長度的130%，將像素之間的距離從2.5毫米擴大到3.25毫米。拉伸會在一定程度上扭曲圖片，但文字仍然清晰可辨，而且顯示屏已經證明能夠抵抗拉伸造成的磨損。

　　為了制作這種可拉伸的顯示器，我們從一個非常薄的塑料基板開始。然后我們使用絲網印刷來定義將像素連接到電路中的布線。對于這種布線，我們使用銀膏——一種含有銀片的樹脂。當干燥時，這種銀漿是有彈性的，即使在膨脹和收縮時也能導電。

　　印刷完電路后，我們將微型LED芯片焊接到電路板上，使用商業上用于將芯片連接到電路板上的標準表面貼片機。然后，我們將塑料薄膜層壓到硅橡膠基底上，硅橡膠基底已經在框架上預拉伸。當我們從框架中取出完整的設備時，現在是一個具有多層的薄板，包括LED封裝、銀線、薄塑料膜和它扣上的硅酮基底。它是這種皺褶，收縮的形式，適用于某人的皮膚。由于有機硅材料的天然特性，無需粘合劑即可粘合。

　　這就是我們的顯示器：微型發光二極管通過印刷銀導線連接到預先拉伸的硅酮基板上?，F在，我們把電子設備、控制器、無線收音機和電池放在一個單獨的硬包裝中，通過電線與顯示器相連。為了進行測試，我們將柔性顯示屏放在用戶的手上，并將其他電子產品像手表一樣綁在手腕上。顯然，在我們的設備商業化之前，我們必須縮小這些外部組件的尺寸，并將它們放入我們的軟包裝中。這將帶來一些挑戰。

　　第一個挑戰是如何在沒有笨重電池的情況下，一次為這些顯示器供電一周或更長時間的續航。研究人員正在努力改進可穿戴設備的電源?？缮炜s太陽能電池已經存在，其效率已經達到12%以上，在室外每平方厘米產生約10毫瓦的電能。盡管如此，從它們身上獲取足夠的電力來驅動顯示器仍然是一個巨大的挑戰，這肯定涉及到開發比現在可用的電力少得多的顯示器控制器和無線收音機。

　　同時，我們希望驅動更多像素。我們知道144像素的數組雖然可以用來顯示文本，但并不是最佳的。目前，我們受到商用LED尺寸的限制。幸運的是，微型發光二極管的用途已經超出了皮膚顯示，他們的制造商正在努力使它們每年都變小。皮膚顯示無疑將受益于這一進展。

　　我們還需要提高耐用性。目前，我們的顯示器在機械測試中可以承受10000次拉伸循環。但我們可以想象，對于許多應用程序來說，人們每天大部分時間都會佩戴我們的顯示器，而且日復一日。所以我們需要做得更好，比如說，一百萬次拉伸循環。我們是怎么得到這個數字的呢？假設一年有525600分鐘，然后考慮一個人伸出或彎曲他的手的頻率，你就會明白皮膚展示必須是多么持久了。

　　然而，在耐久性和顯示在皮膚上的負擔程度之間有一個權衡。當我們使用更硬、更耐用的材料時，顯示器就變得不那么舒適了。我們需要通過更多的研究來找出耐用性和舒適性之間的最佳點。

　　當然，解決許多可穿戴設備共同面臨的廣泛問題，包括道德、隱私和醫療器械特有的法規，對于皮膚顯示器的未來，尤其是顯示生物特征信息的皮膚顯示器，也將非常重要。

　　根據我們目前的工作，我們不希望這些困難中有任何一個成為阻礙。相反，我們期望在不久的將來解決其中許多挑戰。

　　為了收集數據，我們轉向皮膚一致性傳感器，能夠檢測來自心臟、大腦、皮膚、肌肉和其他器官的信號。這些傳感器的關鍵部分是電極。為了制造柔性電極，我們從一種水溶性聚乙烯醇（一種常用于粘合劑和隱形眼鏡的物質）制成的納米纖維網開始。然后我們用氣相沉積法在這個網孔上加一層70到100納米厚的金導電層。為了將這個電極連接到人的皮膚上，我們將它放置好，然后向傳感器噴水。水溶解了一些納米纖維，使它們變得粘稠。然后電極很容易粘附在皮膚上，符合像汗孔或指紋圖案的脊線一樣小的曲線表面。它甚至在伸展到其長度的130%時也能工作，大約相當于它彎曲時關節皮膚的伸展。

　　因為納米網允許水蒸氣通過，這些傳感器是低過敏性的，可以在皮膚上連續佩戴一周而不會感到不適 —— 用戶甚至會忽略掉佩戴了它們?？纱┐麟姌O并不是全新的；一段時間以來，可穿戴式心電圖監護儀一直面向運動員銷售。但這些都是笨重的設備，而且它們根本不透氣，使得它們無法長期使用。

　　到目前為止，我們已經使用彈性電極來監測肌電圖記錄的肌肉活動，它的表現和傳統電極一樣好。我們同樣可以制造傳感器，從胸部或頭部的某個位置監測心臟或大腦的活動。

　　當我們將符合皮膚的傳感器連接到顯示器上時，我們可以創建一個連續的、易于訪問的生物特征信息流。但是皮膚展示的應用遠遠超出了健康和保健的范疇。皮膚顯示提高了信息的可訪問性，使它們在您雙手都很忙并且在活動中時特別有用。例如，你可以一邊做飯一邊看菜譜，而不用擔心像以往要看手機的時候要先洗凈擦干雙手。

　　在體育運動中的應用似乎是無限的。我已經提到了跑步者和騎行者，對于他們的效果是顯而易見的。其他戶外愛好者也會發現它的用途。以跳傘者、皮劃艇運動員和滑雪者為例，他們可以通過“偷看”手臂或手來檢查頭盔上攝像機的輸出等等。

　　由于皮膚在受到撞擊時會彎曲而不是破裂，所以即使在接觸運動中，它們也會很有用。不幸的是，每年大約有十幾名美國年輕足球運動員死于中暑或心臟病。在許多情況下，在這種致命情況發生之前，該設備都可以檢測到這兩種情況。

　　最后，我相信皮膚展示可以讓我們走向一個溫和、善良、傳播溫暖的未來科技，而不僅僅是獲取信息。這是我對電子設備的未來的愿望 —— 它不僅能傳輸數據，而且能傳遞感情。