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迈向智能时代
——可穿戴显示器

随着物联网、大数据、5G、虚拟现实等新兴技术快速发展,以及各种电子设备朝着微型化和高度集成化的方向发展,可贴合皮肤、适应复杂形变的新型柔性可穿戴显示器的应用前景将越来越广阔。例如,智能手表已经成为人们在健身跑步时的标配,但那小小的一块屏幕实在是难以让人看清上面的文字。现在,科学家已经研制出可以直接在衣服上显示的电子屏,它们可以随着人的动作和环境的变化而延展、扭曲,且不会对内容的显示造成影响,这样的显示屏将会引领可穿戴电子设备走向新时代。

但是,要研制这样的显示器需要克服很多技术难题。领域内的主流研究是将焦点放在柔性薄膜显示屏上,但也有科学家直接指向做衣服的纤维本身!就是说把纤维这种一维材料变成具有电子显示功能的器件,让可穿戴显示器真正做到像衣服一样穿在身上,轻薄、透气,可贴合在任何不规则的基底上。

最早的显示器件是阴极射线管显示,它广泛用于电视和之后的计算机系统。后来显示器件做得越来越薄,就变成了显示屏,如液晶显示、有机发光二极管。随着技术的发展,显示屏如今已经可以弯曲,用在了可折叠手机上,但是这种折叠只是一个方向上的,也就是说这种可折叠的柔性是相对的。如果想要做成衣物,必须要保证显示屏足够柔软,且任意形变都不会影响显示的功能。显示器件经过多年的发展,经历了从厚到薄,从硬到软,从三维块体到二维薄膜的转变,而如今,科学家正在探索其结构从二维向一维的转变。

发光纤维是线状光源,将发光纤维编入织物中只能显示特定的编织图案,无法在织物上实现如同手机、计算机屏幕一样的像素点显示,显示信息有限将会限制其在可穿戴设备上的应用。我们知道,织物是由经线和纬线编织而成的。织物的经纬交织结构与平面显示器中的像素阵列类似,这启发了科学家在经纬交织点处构建微型发光器件的想法。在编织过程中,每根经线和纬线都会有一个交织点。两根纤维在编织过程中产生的张力会让它们的交织点变得紧密,如果我们在纤维表面涂上发光的活性材料,通电时交织点的位置就会发光,这样就实现了一个像素点的显示 [6] 。织物通常会有很多交织点,这些交织点就能形成可显示的屏幕。其中一个非常重要的参数是分辨率,在织物显示屏中,分辨率可以通过交织点来调控——编制得紧密一点,分辨率就高;编织得稀疏一点,分辨率就低。当穿上这些纤维编织的衣物时,你就可以在衣服上看电视和电影了,是不是非常地简单和方便?

织物显示器件结构示意图

再来看一些实用有趣的应用场景。例如,骑着电动车送外卖的小哥不可能对所有的路线都很熟悉,但拿着手机进行导航十分不安全。这时我们可以在衣服的袖子上设计一个可导航的显示屏,如果我们再把打电话和发信息的功能集成到显示屏上,那么未来手机的形态会发生根本的变化。

再比如,我们去国外旅游,穿着一件能帮你翻译外语的衣服真的是太方便了,特别是对于一些小语种国家。你说中文,它可以任意切换成世界上任意一种语言,这样的话,也许我们真的不用学习英语了,也不用学习任何其他语言就可以实现实时、有效的沟通。

另外一个更能造福社会的例子是:我们生活中有一些特殊人群,如不能说话的聋哑人,如果我们为他们量身定制一件衣服,通过采集脑电波把他们想说的话显示在衣服上,他们立刻就能与外界正常、实时地交流了。全世界这部分人群的数量还不少,如果能从根本上解决他们的问题,那么他们就能更好地融入社会。当然,这些人机交互的功能还需要计算、传感、通信、供能等系统的协同运转才能实现。 Nx9VrXcOEEwj/R/7a7GIzjtTeVT5FepaI9QYjAdag/9h+WnK5Fw2pwVaMvfcCivz

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