中国半导体十大研究进展候选推荐（2021-007）———全柔性织物显示系统

作为电子设备的主要输出端，显示器件是信息传递的重要窗口和人机交互的主要平台，显示技术已成为现代信息化社会发展的重要推动力。近几十年来，显示器件朝着轻量化、柔性化、集成化方向发展，由最初的块状阴极射线管显示、液晶显示、有机发光二极管显示发展到现在的柔性薄膜显示，经历了从模糊到清晰，从单色到彩色，从笨重到轻薄的发展过程。但是，随着智能电子织物等可穿戴电子设备的蓬勃发展，如何将显示功能与织物融合集成，在实现显示的同时，又确保织物的柔软、透气导湿、适应复杂形变等特性，以满足未来物联网、人机交互、大数据、人工智能等新兴领域的快速发展要求，成为这个领域的一个国际难题。

图1. a) 显示织物结构示意图，发光经线和导电纬线在施加电压情况下，交织区域的发光材料受激发而发光；b, c) 分别为多色发光织物和发光点照片。

与传统平面显示技术相比，在柔软透气的织物上构建显示器件，在结构和制备方法等方面明显不同，无先例可循。团队突破传统显示器件经典三明治结构的研究范式，提出在高分子复合纤维交织点集成微型发光器件，即通过编织方法，将负载有发光活性层的复合纤维和透明的导电纤维交织在一起，交织点处活性材料受到电场激发而发光，每一个交织点类似于传统显示器中的一个像素点，通过向经纬纤维电极程序化输入驱动信号，即可实现显示功能（图1）。

首先，如何在几十至几百微米细的光滑纤维表面上沉积均匀的发光活性层，是非常困难的一件事情。团队将掺杂的硫化锌无机半导体发光材料与韧性高分子材料复合，设计了微孔辅助的限域涂覆方法，实现了千米级导电纱线表面半导体发光活性层的均匀负载。其次，纤维具有弯曲的表面，交织点区域形成非规则的曲面接触界面，如何在非规则纤维界面之间形成稳定均匀的电场，对显示织物发光点稳定性和均匀性至关重要，然而却一直是个难题。团队设计了弹性的透明导电纤维，并通过模量调控，与经线的发光纤维接触区域产生弹性形变，获得紧密接触界面，实现了在交织点非规则接触界面均匀的电场分布和稳定发光。所揭示的高曲率界面电场分布机制和规律，为发展新型柔性电子器件提供了理论支持。

图2. a)大面积显示织物照片；b, c) 分别为显示织物发光单元亮度的相对偏差统计和柱状图分布；d, e) 分别为显示织物在弯曲和拉伸变形1,000次后发光单元亮度变化分布统计。

研究团队实现了长6 m、宽20 cm、含约500,000个发光点的大面积显示织物，发光点亮度偏差小于8%，单个发光点亮度达到115.1 cd/m²，功率消耗低至几毫瓦，发光点间距可达到微米级别，分辨率可初步满足显示应用需求。织物显示系统还可以耐受弯折、拉伸、扭曲等多种复杂变形，具有良好的柔软度和舒适性，并且按照国际标准在洗衣机中洗涤500次后显示亮度保持稳定（图2）。

通讯作者

彭慧胜，复旦大学高分子科学系教授。

通讯作者

陈培宁，复旦大学先进材料实验室副研究员。

第一作者

施翔，复旦大学高分子科学系博士后。