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吉林大学冯晶、银达团队综述文章:有机电致发光二极管在可穿戴电子中的应用 精选

已有 2893 次阅读 2025-8-13 16:40 |系统分类:科研笔记

研究背景:

近年来,可穿戴电子设备得到快速发展,各种应用在人体表面或者服装上的电子产品,如智能手表、手环、戒指和血糖监测贴片等,让人们能够随时随地获取各类信息而受到广泛欢迎。基于发光器件的电子产品能够实现人机交互显示、装饰性照明和非侵入性生物信息传感等功能,成为可穿戴电子设备的重要组成部分。其中,有机发光二极管(OLED)具有轻薄柔性和可实现透明结构等优点,相比于刚性无机LED,能够更好地与皮肤和服装集成,提高穿戴舒适性、美观性和传感准确性。工业化制造技术的成熟进一步提升了有机发光二极管在可穿戴设备中的应用潜力。

然而,在面向实际应用时,可穿戴OLED技术仍然面临一些挑战。首先,有机蓝光和近红外光材料还难于实现低电压下的高亮度、高效率和长期稳定性,不能满足可穿戴设备低功耗和长寿命的需求。其次,超薄柔性和可拉伸OLED能够紧密贴合在皮肤表面,减少运动伪影和提高器件的传感精度,但是可能引起汗液积累、皮肤红肿过敏等症状。在面向生物医疗应用时,缺少针对特定疾病的标准治疗方案,给医生和病人带来困惑和不确定性。未来,需要发展高性能有机发光材料和优化器件结构,提高可穿戴OLED发光性能、传感准确性和穿戴舒适性。同时,通过大量临床研究实现可穿戴光医疗的标准化方案。最后,结合人工智能技术,实现基于可穿戴OLED的个性化定制和无需医生实时监测的生物信息传感和居家治疗。

亮点 Highlights:

文章总结了应用于OLED的各种有机发光材料,用于制备柔性OLED的各种衬底材料,和实现可拉伸OLED的拉伸策略;然后,详细阐述了OLED在可穿戴电子中的各种应用,包括可穿戴显示、生物传感和光医疗等,重点讨论了OLED在上述应用中的工作原理、展现形式和性能特点;最后,总结了可穿戴OLED面临的技术挑战和展望了未来的发展方向,包括发展高性能有机发光材料、提高传感准确性和穿戴舒适性,以及与人工智能结合,实现个性化定制和无需医生实时参与的居家健康监测、疾病诊断和治疗等。

文章解读

文章从基于发光器件的可穿戴电子设备的发展现状和未来前景出发,讨论OLED在可穿戴电子中的研究现状、面临的问题和发展前景,重点综述了各种类型OLED的器件结构、性能参数和在可穿戴电子中的应用。图中展示了纤维状OLED的独特器件结构、发光性能、制备工艺和与服装集成的能力。这些内容向读者展示了纤维状OLED在可穿戴电子中的应用前景。

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将超薄柔性或者可拉伸OLED贴在身体表面用于皮肤电子是可穿戴OLED的重要应用方式。文章对近年来报道的基于OLED的皮肤显示器件进行了总结,重点介绍了各种皮肤显示器件的器件结构特点和性能参数。将OLED贴在手背或者手腕处是实现皮肤显示应用的典型方式,同时有利于通过与探测器集成实现生物信息传感功能。

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接着,文章对OLED在可穿戴光传感领域的应用进行了总结。针对脉搏频率和血氧饱和度探测等应用,文中讨论了提高探测信号准确性和信噪比的多种方法,包括通过光源波长和器件形状设计提高光在皮肤下的穿透深度和反射信号收集能力,采用超薄柔性或者拉伸性器件提高器件与皮肤贴合性来降低运动伪影,通过调控入射光与反射光的偏振特性提高信噪比等。经过优化的可穿戴OLED脉搏和血氧饱和度传感器的探测准确性已经达到同类商业化产品的水平,同时具有更好的便携性和可穿戴舒适性。

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光医疗方法对于伤口愈合、肿瘤消除、新生儿黄疸和睡眠调节等临床医学具有重要意义,OLED在此方面同样展现了应用潜力。文章介绍了光生物调节和光动力学疗法的基本原理,总结了当前报道中利用OLED进行光医疗应用的探索性工作,蓝光和近红外光OLED在这些应用中被广泛采用,器件的辐射功率密度对于特定医疗对象具有重要意义,是OLED在光医疗应用中的重要性能参数。同时,文章强调了柔性封装技术对于实际应用的重要性。

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读后感:

相比于无机LED,OLED具有轻薄柔性等优点,更适合可穿戴应用,但是同时也面临发光性能和稳定性不足等问题。同时,可穿戴传感和探测器件面临降低运动伪影和提高信噪比与舒适性的挑战。未来,通过发展高性能有机发光材料和优化器件结构,并结合光学和力学设计,提高可穿戴OLED发光性能、传感准确性和穿戴舒适性。同时,通过大量临床研究并结合人工智能技术,有望实现基于可穿戴OLED的个性化定制和无需医生实时参与的生物信息传感和居家治疗。

基金支持:

本项研究得到了国家重点研发计划项目(2022YFB3607500)、 国家自然科学基金 (62474082,U24A20293)、吉林省自然科学基金(20230101057JC)和吉林省教育厅基金(JJKH20241280KJ)的支持。

【文献链接】

D. Yin, S. Jia, H. Zhang, S. Li, Y. Liu, J. Feng. Applications of organic light-emitting diodes in wearable electronics. Wearable Electronics 2, 215–236 (2025).

https://doi.org/10.1016/j.wees.2025.06.001

期刊介绍:

Wearable Electronics是一本全方位关注可穿戴电子领域发展的开放获取型学术期刊,期刊刊发文章涵盖可穿戴电子的基础研究和技术应用两个方面,内容涉猎广泛,刊发文章包括但不限于:与可穿戴电子相关的材料(基底材料、金属互联材料、活性层材料、封装材料等)、功能器件(传感与探测器件、通讯器件、存储器件、显示与发光器件、能量转换与存储器件、数据采集与集成电路等)以及与之相关的先进制造技术及理论研究(建模、仿真、制造、集成、封装以及与可穿戴电子产品相关的应用技术等),致力于应对可穿戴电子领域及其核心技术出现的各类全新挑战。

目前,期刊已被Ei CompendexINSPECCAS(美国化学文摘),EBSCOhost等数据库收录。

主编和编委团队:

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