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项目介绍:

CINNO Research产业资讯,国立大学法人东京大学(校长:五神真)染谷隆夫博士(研究院工科系研究科长・教授)为首的研发团队和大日本印刷株式会社(以下简称DNP)合作,开发了专有的伸缩混合电子安装技术(术语1),成功制造出超薄、自由伸缩的全彩皮肤显示(术语2)与驱动、通信电路和电源相结合的显示装置,该设备是一种通信系统,可以粘贴在皮肤上,显示从外部发送过来的图像信息。

 
照片1:薄且自由伸缩的full color skin display。使用专有的伸缩混合电装技术,在橡胶片上实际安装12×12个的color LED和伸缩性配线。
照片2:将显示部与驱动电路、BLE(Bluetooth Low Energy)通信电路、电源结合为一体,粘贴在皮肤上的full color skin display。

研发的背景




在新型冠状病毒影响的社会,在有距离情况下的沟通方式变得尤为重要。在无法直接见面或接触的情况下,非语言沟通元素,例如根据脸色的变化等会有所欠缺。换句话说,在未来的社会中,需要一种手段来弥补之前面对面且无意识进行的非语言信息处理。为了实现模拟出对方就在身边,周边就能查看和检测到信息实感技术,正在进行皮肤传感器和皮肤显示的开发。 

研发的重点


  • 伸缩混合电子安装技术中使用的零件选择多样,可以应用在各种曲面形状,并投入实际应用。作为这一证明,我们成功地实现了全彩,提高了粘贴在皮肤上的显示器的显示能力。


  • 提高了全彩皮肤显示器布线的可靠性,并集成了驱动和通信电路和电源。现在可以轻松粘贴到各种物体上。


  • 显示和获取信息的设备形状会发生变化,传输的信息的质量也会变化。我们开发了skin display,希望对远程通信中的情感传递有补偿效果。通过发送之前没有的支持消息等,也在信息传输中发挥出极大的便利性。


主要研究内容




东京大学的染谷隆夫博士(研究院工科系研究科长・教授)为首的研发团队和DNP致力于伸缩性器件的研究开发。这一次,他们安装了全彩的LED,开发出薄且自由伸缩的skin display。

以前,刚性电子电路基板是主流,但现在薄膜状柔性基板被广泛使用。虽然薄膜状基板可以弯曲或卷曲,但反复'伸缩和变形'是不能实现的,因此团队正在研发可以伸缩并应用于各曲面的电子电路板。

首先电极布线在伸缩变形中,存在一个问题,即材料伸长时电阻增加,在反复伸缩时容易断开。此外,在高度伸缩性的基材上,当使用现有的刚性部件形成电子电路时,柔性电极材料和刚性部件的接头处,存在很容易被拉伸过程中积累的张力破坏的问题。

团队独特的伸缩性混合电子安装技术,可以实现电极布线在柔性基板弯曲和拉伸时,电阻值也不发生改变。此外,还实现了刚性部件安装拉伸时也不易断开的技术。通过提高可靠性,使电路也可以应用于相对较大的部件。作为此安装技术有效性的研发证明——skin display,将12 x 12个(像素数:144)1.5mm方形的全彩LED以2.5mm的间隔嵌入在薄橡胶片上。整体厚度约为2mm,反复拉伸至130%都不会损害电气和机械性能。 因为它更薄,重量轻,且能自由伸缩,所以直接粘贴到皮肤上,也不会干扰人的动作,从而大大减少佩戴的负担。除了粘贴在皮肤以外,还可以粘贴在包含曲面的各种对象上。

显示单元的驱动电压为3.7伏(V),显示速度为60 Hz,最大平均功耗为100毫瓦(mW)。以前发布的skin display显示是单色的。但这次由于使用全彩LED,所以可以显示9,000种以上的颜色。此外,控制电路和电池安装在显示区域的外边缘附近,无需布线,通过蓝牙通信可以控制粘贴在手背上的skin display的显示内容。

弯曲的显示器已经商业化,但可以实现粘贴在皮肤上达到伸缩水平的极薄display,仅仅只有几例处于研究开发阶段的实验品。该团队于2009年5月发布了全球首款伸缩16 x 16个有机电致发光(EL)显示屏(注1),2016年8月,该团队在厚度为1微米(μm)的超薄有机EL元件上展示了7段显示器(注2),并于2018年2月发布了单色skin display(注 3),是该领域研究的先行者。

在这项研究中,利用LED和独特的伸缩混合电子安装技术,将无机半导体作为发光元件,同时实现了绝对性优于传统伸缩显示器的气压稳定性和机械耐久性。这是世界上第一个能够显示全彩视频的自由伸缩display,而且运作时数百个LED中没有一个像素发生故障,另外还能粘贴在皮肤上,适配人的动作。 

此外,本产品采用铜作为伸缩的布线材料,可以使用通用电子元件制造工艺进行制造。由于可以使用工业领域中已经大规模量产的工艺进行制造,因此有望快速实现实际应用和降低成本。

今后的对策




Skin display集成了通信、驱动电路和电源,可以作为独立的通信工具使用。例如,来自遥远地方人员的鼓励的信息,可以通过像照亮身体某些部分一样的LED发光进行显示。因此,期待可以超过SNS 或电子邮件通信,接收者接收对方消息时能感觉对方就在身边。经历新冠病毒后,在未来的新常态的社会中,可以弥补过去面对面无意识下非语言交流元素缺少的一种手段。此外,skin电子器件使用显示元件和各种传感器,无需佩戴笨重的设备,即可在皮肤上感知身体运动和身体状况,从而提供新的方式跟与之通信的人共享感官信息。今后,将继续验证研究在靠近身体表面时对显示传感设备通信的影响。skin电子技术对人友好,从智能手机和平板电脑设备终端的可访问性大幅提高,改善从儿童到老年人的所有年龄段的人们的生活质量(QQL)。DNP不久将开始对皮肤电子进行实际应用验证。

这项研究是由东京大学研究院工学研究系和DNP的研发中心联合研发的成果。此外,该研究成果的一部分,还受到了JST未来社会创造事业探索加速型(全面研究ACCEL型)的研究经费援助(研发课题名称:「开发超级生物成像仪」,研究代表:染谷隆夫(东京大学研究院工学研究系・教授),项目经理:松叶赖重(科学技术振兴机构),研究期间:2017年7月~2022年3月)。
 
注1:Nature Materials杂志(2009年).DOI 番号:10.1038/nmat2459

注2:Science Advances杂志(2016年).DOI 番号:10.1126/sciadv.1501856

注3:Someya, Takao. 'Continuous Health-Monitoring With Ultraflexible On-Skin Sensors.' 2018 AAAS Annual Meeting.
 
(术语1)伸缩性混合电子安装技术:一种通常在硬板印刷电路板上安装电子元件(如半导体元件)的制造方法得到发展,一种将各种电子元件安装在伸缩且柔软的橡胶片状印刷电路板上的制造技术。由于是由伸缩且柔软的电子元件和硬的电子元件混合制造出来的电子产品技术,因此被称为伸缩性混合电子安装技术。

(术语2)Skin display:又薄且自由伸缩的display,可以直接粘贴在皮肤上使用。

(术语3)7段显示:一种由可以单独打开和关闭的7个条形像素构成的电子显示装置。可以显示阿拉伯数字和字母表,并广泛用于计算器的显示。
事宜人群:
产品详情

东京大学与大日本印刷合作研发超薄全彩可伸缩皮肤显示器

东京大学与大日本印刷合作研发超薄全彩可伸缩皮肤显示器

CINNO Research产业资讯,国立大学法人东京大学(校长:五神真)染谷隆夫博士(研究院工科系研究科长・教授)为首的研发团队和大日本印刷株式会社(以下简称DNP)合作,开发了专有的伸缩混合电子安装技术(术语1),成功制造出超薄、自由伸缩的全彩皮肤显示(术语2)与驱动、通信电路和电源相结合的显示装置,该设备是一种通信系统,可以粘贴在皮肤上,显示从外部发送过来的图像信息。

 
东京大学与大日本印刷合作研发超薄全彩可伸缩皮肤显示器
照片1:薄且自由伸缩的full color skin display。使用专有的伸缩混合电装技术,在橡胶片上实际安装12×12个的color LED和伸缩性配线。
东京大学与大日本印刷合作研发超薄全彩可伸缩皮肤显示器
照片2:将显示部与驱动电路、BLE(Bluetooth Low Energy)通信电路、电源结合为一体,粘贴在皮肤上的full color skin display。

东京大学与大日本印刷合作研发超薄全彩可伸缩皮肤显示器

研发的背景




在新型冠状病毒影响的社会,在有距离情况下的沟通方式变得尤为重要。在无法直接见面或接触的情况下,非语言沟通元素,例如根据脸色的变化等会有所欠缺。换句话说,在未来的社会中,需要一种手段来弥补之前面对面且无意识进行的非语言信息处理。为了实现模拟出对方就在身边,周边就能查看和检测到信息实感技术,正在进行皮肤传感器和皮肤显示的开发。 

研发的重点


  • 伸缩混合电子安装技术中使用的零件选择多样,可以应用在各种曲面形状,并投入实际应用。作为这一证明,我们成功地实现了全彩,提高了粘贴在皮肤上的显示器的显示能力。


  • 提高了全彩皮肤显示器布线的可靠性,并集成了驱动和通信电路和电源。现在可以轻松粘贴到各种物体上。


  • 显示和获取信息的设备形状会发生变化,传输的信息的质量也会变化。我们开发了skin display,希望对远程通信中的情感传递有补偿效果。通过发送之前没有的支持消息等,也在信息传输中发挥出极大的便利性。


东京大学与大日本印刷合作研发超薄全彩可伸缩皮肤显示器

主要研究内容




东京大学的染谷隆夫博士(研究院工科系研究科长・教授)为首的研发团队和DNP致力于伸缩性器件的研究开发。这一次,他们安装了全彩的LED,开发出薄且自由伸缩的skin display。

以前,刚性电子电路基板是主流,但现在薄膜状柔性基板被广泛使用。虽然薄膜状基板可以弯曲或卷曲,但反复'伸缩和变形'是不能实现的,因此团队正在研发可以伸缩并应用于各曲面的电子电路板。

首先电极布线在伸缩变形中,存在一个问题,即材料伸长时电阻增加,在反复伸缩时容易断开。此外,在高度伸缩性的基材上,当使用现有的刚性部件形成电子电路时,柔性电极材料和刚性部件的接头处,存在很容易被拉伸过程中积累的张力破坏的问题。

团队独特的伸缩性混合电子安装技术,可以实现电极布线在柔性基板弯曲和拉伸时,电阻值也不发生改变。此外,还实现了刚性部件安装拉伸时也不易断开的技术。通过提高可靠性,使电路也可以应用于相对较大的部件。作为此安装技术有效性的研发证明——skin display,将12 x 12个(像素数:144)1.5mm方形的全彩LED以2.5mm的间隔嵌入在薄橡胶片上。整体厚度约为2mm,反复拉伸至130%都不会损害电气和机械性能。 因为它更薄,重量轻,且能自由伸缩,所以直接粘贴到皮肤上,也不会干扰人的动作,从而大大减少佩戴的负担。除了粘贴在皮肤以外,还可以粘贴在包含曲面的各种对象上。

显示单元的驱动电压为3.7伏(V),显示速度为60 Hz,最大平均功耗为100毫瓦(mW)。以前发布的skin display显示是单色的。但这次由于使用全彩LED,所以可以显示9,000种以上的颜色。此外,控制电路和电池安装在显示区域的外边缘附近,无需布线,通过蓝牙通信可以控制粘贴在手背上的skin display的显示内容。

弯曲的显示器已经商业化,但可以实现粘贴在皮肤上达到伸缩水平的极薄display,仅仅只有几例处于研究开发阶段的实验品。该团队于2009年5月发布了全球首款伸缩16 x 16个有机电致发光(EL)显示屏(注1),2016年8月,该团队在厚度为1微米(μm)的超薄有机EL元件上展示了7段显示器(注2),并于2018年2月发布了单色skin display(注 3),是该领域研究的先行者。

在这项研究中,利用LED和独特的伸缩混合电子安装技术,将无机半导体作为发光元件,同时实现了绝对性优于传统伸缩显示器的气压稳定性和机械耐久性。这是世界上第一个能够显示全彩视频的自由伸缩display,而且运作时数百个LED中没有一个像素发生故障,另外还能粘贴在皮肤上,适配人的动作。 

此外,本产品采用铜作为伸缩的布线材料,可以使用通用电子元件制造工艺进行制造。由于可以使用工业领域中已经大规模量产的工艺进行制造,因此有望快速实现实际应用和降低成本。

东京大学与大日本印刷合作研发超薄全彩可伸缩皮肤显示器

今后的对策




Skin display集成了通信、驱动电路和电源,可以作为独立的通信工具使用。例如,来自遥远地方人员的鼓励的信息,可以通过像照亮身体某些部分一样的LED发光进行显示。因此,期待可以超过SNS 或电子邮件通信,接收者接收对方消息时能感觉对方就在身边。经历新冠病毒后,在未来的新常态的社会中,可以弥补过去面对面无意识下非语言交流元素缺少的一种手段。此外,skin电子器件使用显示元件和各种传感器,无需佩戴笨重的设备,即可在皮肤上感知身体运动和身体状况,从而提供新的方式跟与之通信的人共享感官信息。今后,将继续验证研究在靠近身体表面时对显示传感设备通信的影响。skin电子技术对人友好,从智能手机和平板电脑设备终端的可访问性大幅提高,改善从儿童到老年人的所有年龄段的人们的生活质量(QQL)。DNP不久将开始对皮肤电子进行实际应用验证。

这项研究是由东京大学研究院工学研究系和DNP的研发中心联合研发的成果。此外,该研究成果的一部分,还受到了JST未来社会创造事业探索加速型(全面研究ACCEL型)的研究经费援助(研发课题名称:「开发超级生物成像仪」,研究代表:染谷隆夫(东京大学研究院工学研究系・教授),项目经理:松叶赖重(科学技术振兴机构),研究期间:2017年7月~2022年3月)。
 
注1:Nature Materials杂志(2009年).DOI 番号:10.1038/nmat2459

注2:Science Advances杂志(2016年).DOI 番号:10.1126/sciadv.1501856

注3:Someya, Takao. 'Continuous Health-Monitoring With Ultraflexible On-Skin Sensors.' 2018 AAAS Annual Meeting.
 
(术语1)伸缩性混合电子安装技术:一种通常在硬板印刷电路板上安装电子元件(如半导体元件)的制造方法得到发展,一种将各种电子元件安装在伸缩且柔软的橡胶片状印刷电路板上的制造技术。由于是由伸缩且柔软的电子元件和硬的电子元件混合制造出来的电子产品技术,因此被称为伸缩性混合电子安装技术。

(术语2)Skin display:又薄且自由伸缩的display,可以直接粘贴在皮肤上使用。

(术语3)7段显示:一种由可以单独打开和关闭的7个条形像素构成的电子显示装置。可以显示阿拉伯数字和字母表,并广泛用于计算器的显示。
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