AMOLED-skärmen i fullfärg med MoS2-baserat bakplan i stort område. (A) Schematisk illustration av det högpresterande MoS2-baserade bakplanet på ett 4-tums bärglasglasunderlag, där ett Al2O3-täckskikt applicerades för n-dopningseffekter på MoS2-filmen (uppe till vänster), en aktiv färgmatningsskärm applicerades på det ultratunna polymersubstratet (uppe till höger), och storfärgsskärmen i stort område testades på en mänsklig hand (nere till höger). (B) Schema för den aktiva matrisens fullfärgspixeluppsättning som är integrerad med MoS2-transistorer, där varje pixel var ansluten via en grind, data, och katodförbindare för linje-adresseringskontroll. (C) Digitalt fotografi av den aktiva matrisdisplayen på det 4-tums bärglasglasunderlaget, där insatsen visar fullfärgsdisplayen när den är påslagen. (D) Digitalt fotografi av storfärgsskärmen på det ultratunna polymersubstratet, visar de flexibla mekaniska egenskaperna på grund av den låga böjstyvheten hos det ultratunna materialet. Foto:Minwoo Choi, Yonsei universitet. Upphovsman:Science Advances, doi:10.1126/sciadv.abb5898
Utvecklingen av elektroniska applikationer kan ta många nya former, inklusive vikbara och bärbara skärmar för att övervaka människors hälsa och fungera som medicinska robotar. Sådana enheter är beroende av organiska ljusemitterande dioder (OLED) för optimering. Dock, det är fortfarande utmanande att utveckla halvledande material med hög mekanisk flexibilitet på grund av deras begränsade användning i konventionella elektroniska format. I en ny rapport om Vetenskapliga framsteg , Minwoo Choi och ett team av forskare inom elektronisk teknik och materialvetenskap i Republiken Korea, utvecklat en bärbar, OLED-skärm i fullfärg med en tvådimensionell (2-D) materialbaserad bakplanstransistor. De konstruerade en 18-till-18 tunnfilmstransistormatris på en tunn molybdendisulfid (MoS 2 ) film och överförde den till en aluminiumoxid (Al 2 O 3 )/polyetylentereftalat (PET) yta. Choi et al. sedan deponerade rött, gröna och blå OLED-pixlar på enhetens yta och observerade utmärkta mekaniska och elektriska egenskaper hos 2-D-materialet. Ytan kan driva kretsar för att styra OLED -pixlarna för att bilda en ultratunn, bärbar enhet.
Forskare och ingenjörer måste bedriva omfattande forskning inom bärbar elektronik för att utveckla smarta elektroniska system med fokus på flexibla enheter och ultratunna underlag. Inbyggda gränser för sådana material har motiverat användningen av alternativa halvledarmaterial som MoS 2 för inkludering i tunnfilmstransistorer (TFT) och logikkretsar med relativt hög prestanda. Dessa material är kända som övergångsmetalldikalkogenider och de ger unika elektriska, optisk, och mekaniska egenskaper för backplane -kretsar av bärbar elektronik. Forskare hade nyligen utvecklat MoS 2 transistorer med sofistikerade röda, gröna och blå (RGB) färger som ett grundläggande och väsentligt krav för praktiska skärmar. I det här arbetet, Choi et al. utvecklat ett stort område MoS 2 TFT-array för att hantera 324 pixlar i en 2-tums RGB OLED, där fullfärgsdisplayen visade en aktiv matris-konfiguration. RGB OLED:erna var gjorda av olika optoelektroniska egenskaper, därför utformade teamet TFT:erna för att styra varje färgpixel. Den experimentella installationen var lovande som bärbar display och fungerade stadigt på människans hud utan negativa effekter. Teamet använde heterogena materialdesigner för att bilda optoelektronik i föreliggande arbete.
Enhetsegenskaper för MoS2 -transistorn och RGB OLED. (A) överföringskurva för MoS2-transistorn på 4-tums bärarglasunderlaget, där den genomsnittliga rörligheten på 18 cm2 V − 1 s − 1 var tillräcklig för att använda RGB OLED. (B) I-V-egenskaper hos MoS2-transistorn när grindförspänningen ökades från +4 till 7 V, där insatsen visar MoS2 -transistorn. (C) Statistisk analys av MoS2 -transistormobilitet över 324 prover. (D till F) IV-egenskaper (vänster y-axel) och luminans (höger y-axel) för RGB OLED som en funktion av tillämpad förspänning, där insatserna visualiserar utsläppet av varje OLED -färg. (G) EL -spektra för RGB OLED -pixlar. Foto:Sa-Rang Bae, Korea University. Upphovsman:Science Advances, doi:10.1126/sciadv.abb5898 
Teamet utformade en OLED-skärm med aktiv matris (AMOLED) i stort område med en MoS 2 bakplan via en sekvens av processer. De bildade först en tunnfilmstransistor (TFT) -matris på en tunn MoS 2 filma, avsatte sedan en RGB OLED på avtappningselektroden på TFT:erna och skalade skärmen från bäraren för att överföra den till människohanden (målet). Under processen, de syntetiserade ett tvåskiktigt MoS 2 film på en 4-tums SiO 2 /Si wafer via metall organisk kemisk ångavsättning (MOCVD). Sedan belagde de ett polyetentereftalat (PET) -substrat med aluminiumoxid med hjälp av atomlageravlagring och överförde MoS 2 film från SiO 2 /Si -skiva till detta PET -substrat för att producera ett MoS 2 transistormatris med en drivande bakplanskonfiguration. Den resulterande strukturen var unik och inkapslad med aluminiumoxid för förbättrade metallkontakter och bärarmobilitet. AMOLED-skärmen i fullfärg kontrollerade RGB OLED-pixlarna enhetligt, där varje pixel ansluten till en data och en skanningslinje och hela displaykretsen fungerade i en aktiv matrisdesign. Choi et al. styrde pixelströmmen baserat på transistorns avlopps- och grindsignaler för att ändra OLED:s ljusstyrka. De kan sedan omvandla den ultratunna skärmen från bärarglasunderlaget till en böjd yta utan att enheten försämras.
Den dynamiska driften av den aktiva matrisdisplayen via extern kretsstyrning. Upphovsman:Science Advances, doi:10.1126/sciadv.abb5898 
Teamet undersökte utgångskurvorna för strömspänning för att bestämma avloppsegenskaperna hos TFT:erna för att illustrera sambandet mellan dräneringsströmmen (I DS ) och förspänningen (V DS och V GS ). Homogeniteten hos den MOCVD-odlade MoS 2 film tillät hög enhetlighet för stabila displayapplikationer. Enhetsegenskaperna var konsekventa i alla prover, så att den enda pixeln fungerar i fullfärgs AMOLED, medan effektiviteten inte minskade. Teamet mätte den högsta luminescensen till 460, 530, och 650 nm för det blå, gröna och röda OLED.
Vid en upprepad grindpulsförspänning på +10 volt, OLED uppvisade en snabb övergång mellan på och av stater, även om svarstiden var begränsad av mätsystemet, fördröjningstiden var kort. Portmodulering inträffade inte under avstängt tillstånd och pixeltillståndet förblev stabilt, ger effektiv läckagesäker drift av TFT. Pixelströmmen ökade också dramatiskt med ökande gate -bias (V G ) under på -tillståndet för att nå en tröskelspänning på 5 volt över RGB -OLED:erna.
Egenskaperna hos en enda pixel integrerad med MoS2 -transistorn och RGB OLED. (A) Schematisk illustration av RGB-enhetens pixlar integrerade med MoS2-transistorn i en seriekoppling för aktiv matris-konfiguration. (B) Pixel-switch-egenskaper som styrs med hjälp av en gate-förspänning på −10 och 10 V vid fasta datafördelar på 4 V (röd) och 10 V (blå). (C) Digitalt fotografi av luminansförändringen i RGB OLED:erna i ett grindförspänningsintervall på 4 till 9 V, där ljusstyrkan för varje OLED var stabil och styrs av portsignalen från MoS2 -transistorn. (D till F) Pixelströmmen (vänster y -axel) och luminans (höger y -axel) som en funktion av grind -signalen. Foto:Sa-Rang Bae, Korea University. Upphovsman:Science Advances, doi:10.1126/sciadv.abb5898 
Teamet bekräftade prestanda för de enskilda RGB-pixlarna med hjälp av transistorerna och integrerade en 18 x 18-array (324 pixlar) till data- och grindlinjerna i transistorns bakplanskrets för att bilda en AMOLED-skärm i fullfärg. De kontrollerade varje pixel via matrislinjen och upprätthöll konsekvent ljusluminiscens i varje enskild pixel i OLED -skärmarna. RGB OLED -pixlarna visade konsekvent och enhetlig ljusstyrka på grund av den stabila kontrollen av grinden och datasignalerna. Choi et al. körde RGB -pixeluppsättningarna sekventiellt via en extern drivkrets konfigurerad i en kommersiell strip -pixelstruktur som representerar tecknen 'R', 'G', och "B".
Den ultratunna anordningens låga styvhet förhindrade försämring av optiska och elektriska egenskaper under betydande mekaniska deformationsreflexer - efter att den överförts till en mänsklig hand. Baserat på strömspänningsegenskaperna ( I-V ), den nuvarande nivån förändrades inte under hudkrympning eller hudsträckningsövningar och på-läget fluktuerade inte heller under aktiv matrisvisning. Medan enhetens stabilitet fortfarande är under utveckling, laget siktar på att bedriva ytterligare konstruktion för att förbättra MoS 2 film för praktiska tillämpningar som bärbar, AMOLED-skärm i full färg.
Bärbar fullfärgs AMOLED-skärm baserad på MoS2-backplane-kretsar. Digitala fotografier av fullfärgs aktiv matrisdisplay under (A) tillståndet "allt på"; (B) den dynamiska driften av displayen med aktiv matris, där grind- och datasignaler styrdes individuellt med hjälp av den externa kretsen; och (C) tillämpningen av den ultratunna skärmen på en mänsklig hand, där displayen deformerades av två mekaniska lägen baserade på handrörelse, nämligen, tryckläge (mitt) och dragläge (höger). (D) Diagram över enhetens pixelström som en funktion av dataspänning vid VG -värden på 4 V (avstängt tillstånd), 6 V, och 9 V i tryck (blå), platt (röd), och drag (grönt) läge. Vid varje tillämpad gate bias (VG), försumbar förändring i pixelström observeras under olika deformationssätt, vilket möjliggör stabil drift av AMOLED på människans hand. (E) Normaliserad on-state strömvariation av den ultratunna displayen på människans hand under mekanisk deformation. Foto:Minwoo Choi, Yonsei universitet. Upphovsman:Science Advances, doi:10.1126/sciadv.abb5898
På det här sättet, Minwoo Choi och kollegor utvecklade en tunn (2-tums), bärbar och fullfärgad AMOLED-skärm med 18 x 18 matriser med MoS 2 -baserade TFT -plattor med bakplan. De byggde transistormatrisen direkt på ett tvåskiktigt MoS 2 film som odlats med användning av MOCVD och observerade en hög bärarmobilitet och av/på -förhållande. Teamet kontrollerade ljusutsläppet från RGB OLED-pixlarna genom att applicera en grindspänning mellan 4 och 9 volt. De använde ett ultratunt plastsubstrat (PET) i kombination med 2-D halvledande material för att direkt tillverka OLED:er för utmärkt elektrisk, optisk, och mekanisk prestanda. Detta experimentella system kan förbättras för integration i bärbara och elektroniska enheter utöver de befintliga konventionella och styva organiska materialen.
© 2020 Science X Network
