東大ら,皮膚に貼れる薄型伸縮自在なディスプレーを開発

東京大学と大日本印刷の研究グループは,薄型で伸縮自在なスキンディスプレーの製造に成功し,スキンセンサーで計測された心電波形の動画を皮膚上に貼り付けたスキンディスプレーに表示できるセンサーシステムを開発した(ニュースリリース)。

研究では,薄型で伸縮自在なスキンディスプレーの製造に成功し,スキンセンサーで計測された心電波形の動画を皮膚上に貼り付けたスキンディスプレーに表示することができるようになった。

このスキンディスプレーは,16×24個(画素数:384)のマイクロ発光ダイオード(マイクロLED)が薄いゴムシートに等間隔で埋め込まれており,全体の厚みは約1mmで,繰り返し45%伸縮させても電気的・機械的特性が損なわれず,薄型・軽量で伸縮自在なため,皮膚に直接貼り付けても人の動きを妨げることがなく,装着時の負担が大幅に低減されている。

最も伸ばした状態と最も縮めた状態の解像度は,それぞれで4mmと2.4mm。実効的な表示面積は,それぞれ64mm×96mmと38mm×58mm。マイクロLEDの大きさは1mm×0.5mm,発光波長は630nm(赤色),駆動電圧は2ボルト(V)。パッシブマトリクス方式で駆動され,表示スピードは60Hz,最大消費電力は13.8ミリワット(mW)。

研究では,発光素子として無機半導体を発光材料としたマイクロLEDと独自の伸縮性ハイブリッド電子実装技術を駆使することによって,従来の伸縮性ディスプレーよりも圧倒的な大気安定性と機械的耐久性を同時に達成した。伸縮自在なディスプレーを皮膚の形状に合わせてフィットさせ,かつ人の動きに追従させた状態で,1画素の故障もなく動画を表示できたのは,世界初。

また,産業界で実績のある量産性に優れた電子実装方法で製造されているため,早期の実用化と将来の低コスト化が期待できる。具体的には,伸縮性の配線としてはスクリーン印刷法による銀配線が使われ,マイクロLEDの実装には一般的なマウンタとはんだペーストが使われている。

東京大学が開発した皮膚貼り付け型のスキンセンサーと,今回開発したスキンディスプレーを一体化したシステムによって,生体信号の計測から情報の表示まで一連の流れをユーザーにとって自然な形で負担なく実現できる。例えば,心臓疾患のある高齢者が自宅にいながらにして,ナノメッシュ電極で計測された医療グレードの心電波形が無線を介して医療クラウドに伝送され,病院の担当医が経時変化を含めて患者の状況を遠隔でモニターできる。

研究グループは,人に優しいスキンエレクトロニクスによって,スマートフォンやタブレット端末よりも情報へのアクセシビリティが大幅に向上され,子供から高齢者に至る全世代のQOLが向上されるとしている。今後,大日本印刷では,伸縮性を有するデバイスの構造最適化による更なる信頼性向上,製造プロセス開発による高集積化,大面積化といった技術課題を解決し,3年以内の実用化を目指す。

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