Les chercheurs de l’Université de Tokyo ont développé une couche ultra-mince, ultra flexible, protectrice et ont démontré son utilisation en créant un affichage à diode électroluminescente organique (OLED) stable à l’air. Cette technologie permettra la création d’une peau électronique (e-peau) qui affiche le niveau d’oxygène dans le sang, des capteurs de fréquence cardiaque de la peau électronique pour les athlètes et de nombreuses autres applications.

Smart e-skin system comprising health-monitoring sensors, displays, and ultraflexible PLEDs.
(A) Schematic illustration of the optoelectronic skins (oe-skins) system. (B) Photograph of a finger with the ultraflexible organic optical sensor attached. (C) Photographs of a human face with a blue logo of the University of Tokyo and a two-color logo. The brightness can be changed by the operation voltage. (D) Photograph of a red seven-segment PLEDs displayed on a hand.
Science Advances 15 Apr 2016:
Vol. 2, no. 4, e1501856
DOI: 10.1126/sciadv.1501856

Intégrer des dispositifs électroniques avec le corps humain pour améliorer ou restaurer les fonctions organiques pour des applications biomédicales est l’objectif des chercheurs du monde entier. En particulier, l’électronique portable doit être mince et souple pour minimiser l’impact où ils attachent au corps. La plupart des appareils mis au point jusqu’à présent ont toutefois exigé une échelle millimétrique de l’épaisseur du verre ou des substrats plastiques avec une flexibilité limitée, tandis que les dispositifs organiques flexibles minces à l’échelle du micromètre n’ont pas été suffisamment stables pour survivre dans l’air.

Le groupe de recherche du Pr Takao Someya et Dr Tomoyuki Yokota de l’University of Tokyo’s Graduate School of Engineering a mis au point une pellicule protectrice de haute qualité, inférieure à deux micromètres d’épaisseur, qui permet de produire des visualisations (des écrans) électroniques portables ultra-minces, ultra-flexibles, de haute performance et d’autres dispositifs.

Le groupe a développé la pellicule de protection par une alternance de couches inorganiques (oxynitrure de silicium) et des matières organiques (Parylène). Le film protecteur a empêché le passage de l’oxygène et de vapeur d’eau dans l’air, prolongeant la durée de vie du dispositif à partir des quelques heures vues dans des recherches antérieures à plusieurs jours. En outre, le groupe de recherche a pu fixer des électrodes transparentes en oxyde d’indium-étain (ou oxyde d’indium dopé à l’étain ou ITO pour l’appellation anglaise : Indium tin oxide) sur un substrat ultramince sans l’endommager, permettant l’affichage d’une e-peau possible.

À partir de la nouvelle couche protectrice et des électrodes ITO, le groupe de recherche créé des diodes électroluminescentes à polymère (PLEDs) et des photodétecteurs organiques (OPS – organic photodetectors (OPDs)). Ceux-ci étaient suffisamment minces pour être fixés à la peau et suffisamment souple, flexible, pour se déformer et se chiffonner en réponse aux mouvements du corps. Les PLEDs étaient juste de trois micromètres d’épaisseur et plus de six fois plus efficace que les PLEDs ultra-minces signalés auparavant. Cela a réduit la production de chaleur et de la consommation d’énergie, ce qui les rend particulièrement adaptés pour une fixation directe sur le corps pour des applications médicales telles que l’affichage de la concentration d’oxygène dans le sang ou la fréquence du pouls. Le groupe de recherche a également combiné PLEDs rouge et vert avec un photodétecteur afin de mettre en évidence un capteur à oxygène sanguin.

« L’avènement de la téléphonie mobile a changé notre façon de communiquer. Bien que ces outils de communication soient de plus en plus petits, ils sont des dispositifs encore discrets que nous devons emporter avec » dit Someya. Il poursuit : « Que serait le monde si nous avions des écrans qui pourraient adhérer à nos corps, et même montrer nos émotions ou le niveau de stress ou de malaise ? En plus de ne pas avoir à transporter un appareil avec nous en tout temps, ils pourraient améliorer la façon dont nous interagissons avec ceux qui nous entourent, ou ajouter une nouvelle dimension à la façon dont nous communiquons. »

Tomoyuki Yokota, Peter Zalar, Martin Kaltenbrunner, Hiroaki Jinno, Naoji Matsuhisa, Hiroki Kitanosako, Yutaro Tachibana, Wakako Yukita, Mari Koizumi, Takao Someya, « Ultraflexible organic photonic skin, » Science Advances 2:e1501856, 15 April 2016. DOI: 10.1126/sciadv.1501856