研究背景
以第四次工业革命为代表的新时代具有超互联、超智能、超融合的特征，需要依托智能物联网(loT)和元宇宙技术开发前所未有的信息通信技术，实现人与机器的无线连接。智能物联网技术与人工智能、区块链、大数据和云系统的结合，正被迅速应用于医疗、制药、农业、交通和建筑等各个领域。在智能物联网中，促进人机界面与各种光电子信息的人机交互技术至关重要。这些进步催生了高性能传感器的诞生，它们能有效探测人类信息，并随后实现信息的可视化。
目前已开发出大量用于生物医学保健的可穿戴和可贴片传感器，能够精确诊断和监测人体信息，如呼吸、体温、脉搏、人体运动和血压数据。机械灵活、重量轻的显示器可通过微处理器单元与传感器连接，进行数据转换，并安装在人体上，实现信息的可视化。因此，自发光显示器，如聚合物发光二极管 (PLED)、有机发光二极管 (OLED)、量子点发光二极管(QLED)， 因其高发光性能而成为最具代表性的显示器。为了解决这类设备的物理体积与能量损耗互连电路的问题，最近的人机交互传感显示器(HISD)通过取消微处理器单元，进一步小型化和简化了设备结构。单设备人机交互传感显示器的开发取得了显著进展。它使触觉、嗅觉和听觉等感官信息直接可视化，而如果没有微处理器的帮助，这些信息是无法感知的。此外，除了信息的可视化，新兴的HISD 还能利用其他形式的信息显示，如声音和触觉振动，提供有关信息的更多可识别细节。
大多数单器件 HISD依赖于交流电驱动的非常规电致发光(EL)，不同于直流电驱动的 EL。此外，目前大多数发光二极管(LED)，如有机发光二极管(OLED)、聚光发光二极管(PLED)和 OLED，都是在激子重组时发光的。然而，基于交流驱动电致发光(AC-EL)的 HISD由于其简单的器件结构，很少需要各层之间的能带排列来实现便捷、平衡的载流子注入和传输，因而是有益的。通过在交流驱动电致发光显示器中采用机械柔性和可拉伸材料，各种具有极强拉伸性的可穿戴和皮肤贴片式交流驱动电致发光 HISD 已得到证实。此外人们还经常使用压电材料将交流电场转化为机械响应(如人类能听到和感觉到的共振声和振动)，从而产生了新颖的多模式 AC-EL HISD。
研究成果
基于交流电(AC)驱动的电致发光(EL)的刺激交互式显示器的开发备受关注，因为其设备结构简单，适合需要弹性机械柔性和伸缩性的可穿戴应用。交流驱动电致发光显示器可作为各种人机交互传感显示器(HISD)的新兴平合，利用电致发光对人体信息进行电检测和直接可视化，从而促进人机交互技术的发展。韩国科学技术研究所Cheolmin Park教授等人在本综述中全面概述了交流电致发光显示器的最新发展，重点介绍其在人机互动感应显示器中的应用。基于激子重组或热电子撞击激发的交流电致发光显示器根据其器件结构可分为四类：(1)无绝缘层显示器；(2) 单绝缘层显示器；(3) 双绝缘层显示器；(4)绝缘基体中嵌入电致发光材料的显示器。讨论了最先进的交流 HISD。此外，还介绍了新兴的刺激性交互式交流电致发光显示器，随后讨论了作为光电子人机界面的未来刺激性交互式交流电致发光显示器所面临的科学和工程挑战及前景。相关报道以“Alternating Current Electroluminescence for Human-Interactive Sensing Displays”为题发表在Advanced Materials期刊上。
图文导读
Figure 1. Schematic overview of human-interactive sensing displays (HISDs) based on alternating current (AC)-electroluminescence (EL) displays.
Figure 2. Classification of AC-EL devices with (1) without insulating layers, (2) displays with single insulating layers, (3) displays with emitting layers sandwiched with double insulating layers, and (4) displays with composite-type emitting layers.
Figure 3. Luminescence mechanisms of AC-EL devices with (a) without insulating layers, (b) with single insulating layers, (c) with emitting layers sandwiched with double insulating layers, and (d) with composite-type emitting layers.
Figure 4. AC-EL displays without insulator layer.
Figure 5. AC-EL displays with single-insulator layers.
Figure 6. AC-EL displays with double insulator layers.
Figure 7. Flexible phosphor-embedded AC-EL displays.
Figure 8. Stretchable phosphor-embedded AC-EL displays.
总结与展望
总之，本综述探讨了交流电子设备的最新进展，并根据设备结构对研究进行了四种有代表性的分类。在这些研究中，各种人体感官信息，如触觉压力、体温、手指运动和声音等，都以交流电子设备的形式通过直接和同步可视化信息进行了电子检测。特别是，基于交流电子显微镜的人机交互显示器具有方便的机械变形能力和自愈能力，扩大了其在新兴人机界面技术中的应用。综述预测了高性能交流电致发光器件的未来，并探讨了若干技术挑战，包括开发用于低电压操作的新型材料、高电致发光效率、多功能性和可扩展性。此外，还讨论了人类超感官互动显示器的最新发展。此外，还展望了交流电致发光器件前所未有的应用前景如元宇宙显示器、软机器人、加密显示器、生物医学传感显示器、医疗保健和监控显示器以及突触显示器。
文献链接
Alternating Current Electroluminescence for Human-Interactive Sensing Displays
https://doi.org/10.1002/adma.202304053
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