Affichage à diodes électroluminescentes organiques à matrice active sur la peau humaine

L'écran AMOLED couleur avec fond de panier MoS2 à grande surface. (A) Illustration schématique du fond de panier à base de MoS2 hautes performances sur un substrat de verre porteur de 4 pouces, où une couche de coiffage Al2O3 a été appliquée pour les effets de dopage n sur le film MoS2 (en haut à gauche), un écran couleur à matrice active a été appliqué sur le substrat polymère ultrafin (en haut à droite), et l'écran couleur de grande surface a été testé sur une main humaine (en bas à droite). (B) Schéma de la matrice de pixels en couleur à matrice active intégrée avec des transistors MoS2, où chaque pixel était connecté via une porte, Les données, et un interconnecteur cathodique pour la commande d'adressage de ligne. (C) Photographie numérique de l'affichage à matrice active sur le substrat de verre porteur de 4 pouces, où l'encart montre l'affichage en couleur lorsqu'il est allumé. (D) Photographie numérique de l'affichage couleur de grande surface sur le substrat polymère ultrafin, démontrant les propriétés mécaniques flexibles dues à la faible rigidité en flexion du matériau ultrafin. Crédit photo :Minwoo Choi, Université Yonsei. Crédit :Avancées scientifiques, doi:10.1126/sciadv.abb5898

Le développement d'applications électroniques peut prendre de nombreuses nouvelles formes pour inclure des écrans pliables et portables pour surveiller la santé humaine et agir comme des robots médicaux. De tels dispositifs reposent sur des diodes électroluminescentes organiques (OLED) pour l'optimisation. Cependant, il est toujours difficile de développer des matériaux semi-conducteurs avec une flexibilité mécanique élevée en raison de leur utilisation restreinte dans les formats électroniques conventionnels. Dans un nouveau rapport sur Avancées scientifiques , Minwoo Choi et une équipe de scientifiques en génie électronique et science des matériaux en République de Corée, développé un portable, affichage OLED en couleur utilisant un transistor de fond de panier bidimensionnel (2D) basé sur un matériau. Ils ont conçu un réseau de transistors à couche mince de 18 x 18 sur un mince bisulfure de molybdène (MoS 2 ) et transféré sur un oxyde d'aluminium (Al 2 O 3 )/surface en polyéthylène téréphtalate (PET). Choi et al. puis déposé rouge, pixels OLED verts et bleus sur la surface de l'appareil et ont observé d'excellentes propriétés mécaniques et électriques du matériau 2D. La surface pourrait conduire des circuits pour contrôler les pixels OLED pour former un ultrafin, appareil portable.

Les scientifiques et les ingénieurs doivent mener des recherches approfondies dans le domaine de l'électronique portable pour développer des systèmes électroniques intelligents axés sur les dispositifs flexibles et les substrats ultrafins. Les limites inhérentes à ces matériaux ont motivé l'utilisation de matériaux semi-conducteurs alternatifs tels que le MoS. 2 pour l'inclusion dans des transistors à couche mince (TFT) et des circuits logiques avec des performances relativement élevées. Ces matériaux sont connus sous le nom de dichalcogénures de métaux de transition et ils fournissent des propriétés électriques, optique, et les propriétés mécaniques des circuits de fond de panier de l'électronique portable. Les chercheurs avaient récemment développé MoS 2 transistors au rouge sophistiqué, les couleurs verte et bleue (RVB) comme exigence fondamentale et essentielle pour des affichages pratiques. Dans ce travail, Choi et al. développé un MoS de grande surface 2 Matrice TFT pour exploiter 324 pixels dans un OLED RVB de 2 pouces, dans lequel l'écran couleur montrait une configuration à matrice active. Les OLED RGB étaient composées de différentes caractéristiques optoélectroniques, par conséquent, l'équipe a conçu les TFT de fond de panier pour contrôler chaque pixel de couleur. La configuration expérimentale était prometteuse en tant qu'écran portable et fonctionnait régulièrement sur la peau humaine sans effets indésirables. L'équipe a utilisé des conceptions de matériaux hétérogènes pour former l'optoélectronique dans le présent travail.

Propriétés de l'appareil du transistor MoS2 et des OLED RVB. (A) Courbe de transfert du transistor MoS2 sur le substrat de verre porteur de 4 pouces, où la mobilité moyenne de 18 cm2 V−1 s−1 était suffisante pour faire fonctionner les OLED RGB. (B) Caractéristiques I-V du transistor MoS2 lorsque la polarisation de la grille a été augmentée de +4 à 7 V, où l'encart montre le transistor MoS2. (C) Analyse statistique de la mobilité du transistor MoS2 sur 324 échantillons. (D à F) Caractéristiques I-V (axe y gauche) et luminance (axe y droit) de l'OLED RGB en fonction du biais appliqué, où les inserts visualisent l'émission de chaque couleur OLED. (G) Spectres EL des pixels RVB OLED. Crédit photo :Sa-Rang Bae, Université de Corée. Crédit :Avancées scientifiques, doi:10.1126/sciadv.abb5898

Écran OLED (AMOLED) à matrice active de grande surface

L'équipe a conçu un écran OLED à matrice active (AMOLED) de grande surface avec un MoS 2 fond de panier via une séquence de processus. Ils ont d'abord formé un réseau de transistors à couche mince (TFT) sur un MoS mince 2 film, puis déposé un RGB OLED sur l'électrode de drain des TFT et décollé l'écran du support pour le transférer à la main humaine (la cible). Pendant le processus, ils ont synthétisé un MoS bicouche 2 filmer sur un SiO de 4 pouces 2 Plaquette /Si par dépôt chimique en phase vapeur métal-organique (MOCVD). Ensuite, ils ont recouvert un substrat de polyéthylène téréphtalate (PET) d'oxyde d'aluminium en utilisant un dépôt de couche atomique et ont transféré le MoS 2 film du SiO 2 Plaquette /Si sur ce substrat PET pour produire un MoS 2 réseau de transistors avec une configuration de fond de panier de commande. La structure résultante était unique et encapsulée avec de l'oxyde d'aluminium pour améliorer les contacts métalliques et la mobilité des porteurs. L'écran AMOLED en couleur contrôlait uniformément les pixels RVB OLED, où chaque pixel connecté à une ligne de données et de balayage et l'ensemble du circuit d'affichage fonctionnaient dans une conception à matrice active. Choi et al. contrôlé le courant de pixel en fonction des signaux de drain et de grille du transistor pour modifier la luminosité de l'OLED. Ils pourraient ensuite transformer l'écran ultrafin du substrat de verre porteur en une surface incurvée sans dégradation de l'appareil.

Le fonctionnement dynamique de l'affichage à matrice active via une commande de circuit externe. Crédit :Avancées scientifiques, doi:10.1126/sciadv.abb5898

Applications d'affichage stables

L'équipe a examiné les courbes de sortie courant-tension pour déterminer les caractéristiques de drain des TFT afin d'illustrer la relation entre le courant de drain (I DS ) et les tensions de polarisation (V DS et V SG ). L'homogénéité du MoS cultivé par MOCVD 2 le film a permis une grande uniformité pour des applications d'affichage stables. Les propriétés de l'appareil étaient cohérentes dans tous les échantillons, permettant au pixel unique de fonctionner dans l'AMOLED en couleur, tandis que l'efficacité n'a pas diminué. L'équipe a mesuré la luminescence la plus élevée à 460, 530, et 650 nm pour le bleu, OLED verte et rouge.

À une polarisation d'impulsion de grille répétée de +10 volts, l'OLED a présenté une transition rapide entre les états allumé et éteint, bien que le temps de réponse ait été limité par le système de mesure, le temps de retard était court. La modulation de porte ne s'est pas produite pendant l'état désactivé et l'état du pixel est resté stable, assurant un fonctionnement étanche et efficace du TFT. Le courant de pixel a également considérablement augmenté avec l'augmentation de la polarisation de la grille (V g ) pendant l'état allumé pour atteindre une tension de seuil de 5 volts aux bornes des OLED RVB.

Les propriétés d'un seul pixel intégré au transistor MoS2 et aux OLED RVB. (A) Illustration schématique des pixels de l'unité RVB intégrés au transistor MoS2 dans une connexion en série pour une configuration à matrice active. (B) Propriétés de commutation de pixels contrôlées à l'aide d'un biais de grille de -10 et 10 V à des biais de données fixes de 4 V (rouge) et 10 V (bleu). (C) Photographie numérique du changement de luminance dans les OLED RVB dans une plage de polarisation de grille de 4 à 9 V, où la luminosité de chaque OLED était stable et contrôlée par le signal de grille du transistor MoS2. (D à F) Le courant de pixel (axe y gauche) et la luminance (axe y droit) en fonction du signal de porte. Crédit photo :Sa-Rang Bae, Université de Corée. Crédit :Avancées scientifiques, doi:10.1126/sciadv.abb5898

Preuve de concept — appareil électronique portable

L'équipe a confirmé les performances des pixels RVB individuels à l'aide des transistors et a intégré un réseau 18 x 18 (324 pixels) aux lignes de données et de grille du circuit de fond de panier du transistor pour former un écran AMOLED en couleur. Ils contrôlaient chaque pixel via la ligne matricielle et maintenaient une luminescence lumineuse constante dans chaque pixel individuel des écrans OLED. Les pixels RVB OLED ont montré une luminosité constante et uniforme grâce au contrôle stable des signaux de porte et de données. Choi et al. a conduit les matrices de pixels RVB de manière séquentielle via un circuit de commande externe configuré dans une structure de pixels en bande commerciale représentant les caractères « R », 'G', et B'.

La faible rigidité du dispositif ultrafin a empêché la détérioration des propriétés optiques et électriques lors de réflexes de déformation mécanique importants, après son transfert sur une main humaine. Sur la base des caractéristiques courant-tension ( I-V ), le niveau actuel n'a pas changé pendant les exercices de rétrécissement de la peau ou d'étirement de la peau et l'état activé n'a pas non plus fluctué pendant l'opération d'affichage à matrice active. Alors que la stabilité de l'appareil est encore en développement, l'équipe a pour objectif de poursuivre l'ingénierie pour améliorer le MoS 2 film pour des applications pratiques en tant que portable, écran AMOLED couleur.

Écran AMOLED couleur portable basé sur les circuits de fond de panier MoS2. Photographies numériques de l'affichage couleur à matrice active pendant (A) l'état « tout allumé » ; (B) le fonctionnement dynamique de l'affichage à matrice active, où les signaux de porte et de données étaient contrôlés individuellement à l'aide du circuit externe ; et (C) l'application de l'écran ultrafin sur une main humaine, où l'affichage a été déformé par deux modes mécaniques basés sur le mouvement de la main, à savoir, mode de compression (au centre) et mode de traction (à droite). (D) Tracés du courant de pixel unitaire en fonction de la tension de données à des valeurs VG de 4 V (état désactivé), 6 V, et 9 V dans le compressif (bleu), plat (rouge), et le mode de traction (vert). À chaque polarisation de grille appliquée (VG), un changement négligeable du courant de pixel est observé sous divers modes de déformation, qui permet un fonctionnement stable d'AMOLED sur une main humaine. (E) Variation de courant normalisée à l'état passant de l'écran ultra-mince sur la main humaine pendant la déformation mécanique. Crédit photo :Minwoo Choi, Université Yonsei. Crédit :Avancées scientifiques, doi:10.1126/sciadv.abb5898

De cette façon, Minwoo Choi et ses collègues ont développé un mince (2 pouces), écran AMOLED portable et couleur avec des matrices 18 x 18 utilisant MoS 2 TFT de fond de panier. Ils ont construit le réseau de transistors directement sur un MoS bicouche 2 film cultivé à l'aide de MOCVD et a observé une mobilité des porteurs et un rapport marche/arrêt élevés. L'équipe a contrôlé l'émission lumineuse des pixels RVB OLED en appliquant une tension de grille comprise entre 4 et 9 volts. Ils ont utilisé un substrat en plastique ultrafin (PET) combiné à des matériaux semi-conducteurs 2D pour fabriquer directement des OLED pour une excellente électricité, optique, et les performances mécaniques. Ce système expérimental peut être amélioré pour une intégration dans des dispositifs portables et électroniques au-delà des matériaux organiques conventionnels et rigides existants.