Разработка электронных приложений может принимать множество новых форм, включая складные и носимые дисплеи для мониторинга здоровья человека и выполнения функций медицинских роботов. Такие устройства основаны на органических светодиодах (OLED) для оптимизации. Однако все еще сложно разработать полупроводниковые материалы с высокой механической гибкостью из-за их ограниченного использования в традиционных электронных форматах.
В новом отчете « Достижения науки» Минву Чой и группа ученых в области электроники и материаловедения в Республике Корея разработали носимый полноцветный OLED-дисплей с использованием двумерной (2-D) задней панели на основе материала транзистор. Они разработали тонкопленочную транзисторную матрицу 18 на 18 на тонкомпленки дисульфида молибдена (MoS 2 ) и перенесли ее на поверхность из оксида алюминия (Al 2 O 3 ) / полиэтилентерефталата (PET).
Чой и соавторы осаждали красные, зеленые и синие OLED-пиксели на поверхности устройства и наблюдали отличные механические и электрические свойства двумерного материала. Поверхность может управлять цепями для управления OLED-пикселями для формирования ультратонкого носимого устройства.
[penci_related_posts title=”Вам также может быть интересно” number=”4″ style=”list” align=”none” displayby=”cat” orderby=”random”]
Ученые и инженеры должны провести обширные исследования в области носимой электроники для разработки интеллектуальных электронных систем, ориентированных на гибкие устройства и ультратонкие подложки. Неотъемлемые ограничения таких материалов побудили использовать альтернативные полупроводниковые материалы, такие как MoS 2, для включения в тонкопленочные транзисторы (TFT) и логические схемы с относительно высокими характеристиками. Эти материалы известны как дихалькогениды переходных металлов, и они обеспечивают уникальные электрические, оптические и механические свойства для объединительной платы носимой электроники.
Исследователи недавно разработали MoS 2транзисторы со сложными красными, зелеными и синими (RGB) цветами как фундаментальное и необходимое требование для практических дисплеев. В этой работе Choi et al. разработал массив TFT MoS 2 большой площади для работы с 324 пикселями в 2-дюймовом RGB OLED, в котором полноцветный дисплей демонстрировал конфигурацию активной матрицы.
OLED RGB были сделаны с различными оптоэлектронными характеристиками , поэтому команда разработала TFT объединительной платы для управления каждым цветным пикселем. Экспериментальная установка была многообещающей как носимый дисплей и стабильно функционировала на коже человека без побочных эффектов. Команда использовала проекты разнородного материала, чтобы сформировать оптоэлектронику в настоящей работе.
Свойства устройства транзистора MoS2 и RGB OLED. (A) Кривая передачи транзистора MoS2 на 4-дюймовой несущей стеклянной подложке, где средняя подвижность 18 см2 В -1 с -1 была достаточной для работы RGB OLED. (B) Характеристики IV транзистора MoS2 в качестве смещения затвора были увеличены с +4 до 7 В, где на вставке показан транзистор MoS2. (C) Статистический анализ подвижности транзистора MoS2 по 324 выборкам. (От D до F) характеристики IV (левая ось y) и яркость (правая ось y) RED OLED как функция прикладного смещения, когда вставки визуализируют излучение каждого цвета OLED. (G) EL спектры пикселей RGB OLED. Фото любезно предоставлено Са-Ранг Бае, Университет Кореи. Предоставлено Science Advances, doi: 10.1126 / sciadv.abb5898.
Дисплей OLED (AMOLED) с активной матрицей большой площади
Команда разработала OLED-дисплей с активной матрицей большой площади (AMOLED) с объединительной панелью MoS 2 с помощью последовательности процессов. Сначала они сформировали матрицу тонкопленочных транзисторов (TFT) на тонкой пленке MoS 2 , затем нанесли RGB OLED на электрод стока TFT и сняли дисплей с носителя, чтобы передать его человеческой руке (цели) , В ходе процесса они синтезировали двухслойную пленку MoS 2 на 4-дюймовой пластине SiO 2 / Si с помощью осаждения из пароорганического химического соединения металла (MOCVD).
Затем они покрыли полиэтилентерефталатную (ПЭТ) подложку оксидом алюминия с помощью осаждения атомного слоя и перенесли пленку MoS 2 из SiO 2./ Si-пластина к этой подложке из ПЭТ, чтобы получить транзисторную матрицу MoS 2 с конфигурацией объединительной платы. Полученная структура была уникальной и заключена в капсулу с оксидом алюминия для улучшения металлических контактов и подвижности носителей.
Полноцветный AMOLED-дисплей равномерно контролировал RGB OLED-пиксели, где каждый пиксель, соединенный с данными и линией сканирования, и вся схема дисплея функционировали в конструкции с активной матрицей . Чой и соавт. управлял током пикселя на основе сигналов стока и затвора транзистора для изменения яркости OLED. Затем они могли бы преобразовать ультратонкий дисплей из несущей стеклянной подложки в криволинейную поверхность без ухудшения качества устройства.
Стабильный дисплей приложений
Группа исследовала кривые выходного напряжения-тока, чтобы определить характеристики стока TFT, чтобы проиллюстрировать взаимосвязь между током стока (I DS ) и напряжениями смещения (V DS и V GS ). Однородность пленки MoS 2, выращенной в MOCVD, обеспечивала высокую однородность для стабильных приложений отображения. Свойства устройства были одинаковыми во всех образцах, позволяя одному пикселю работать в полноцветном AMOLED, при этом эффективность не снижалась. Команда измерила самое высокое свечение при 460, 530 и 650 нм для синего, зеленого и красного OLED.
При повторном смещении импульса затвора +10 В, OLED демонстрировал быстрый переход между состояниями включения и выключения, хотя время отклика было ограничено измерительной системой, время задержки было коротким. Модуляция затвора не происходила в выключенном состоянии, и состояние пикселя оставалось стабильным, обеспечивая эффективную герметичную работу TFT. Ток пикселей также резко увеличивается с увеличением смещения затвора (V G ) во включенном состоянии, чтобы достичь порогового напряжения 5 В на OLED RGB.
Свойства одного пикселя интегрированы с транзистором MoS2 и RED OLED. (A) Схематическое изображение пикселей RGB-блока, интегрированных с транзистором MoS2 в последовательном соединении для конфигурации активной матрицы. (B) Свойства переключения пикселей, управляемые с использованием смещения затвора -10 и 10 В при фиксированных смещениях данных 4 В (красный) и 10 В (синий). (C) Цифровая фотография изменения яркости в светодиодах RGB в диапазоне смещения затвора от 4 до 9 В, где яркость каждого светодиода была стабильной и контролировалась сигналом затвора транзистора MoS2. (От D до F) ток пикселей (левая ось y) и яркость (правая ось y) как функция сигнала затвора. Фото любезно предоставлено Са-Ранг Бае, Университет Кореи. Предоставлено Science Advances, doi: 10.1126 / sciadv.abb5898.
Подтверждение концепции – носимое электронное устройство
Команда подтвердила производительность отдельных пикселей RGB с использованием транзисторов и интегрировала массив 18 x 18 (324 пикселя) в линии данных и затвора схемы задней панели транзистора, чтобы сформировать полноцветный дисплей AMOLED. Они контролировали каждый пиксель через матричную линию и поддерживали постоянное свечение света в каждом отдельном пикселе на OLED-дисплеях. OLED-пиксели RGB демонстрировали постоянную и равномерную яркость благодаря стабильному контролю сигналов затвора и данных. Чой и соавт. управлял массивами пикселей RGB последовательно через схему внешнего привода, сконфигурированную в коммерческой структуре пикселей, представляющей символы «R», «G» и «B».
Низкая жесткость ультратонкого устройства предотвращала ухудшение оптических и электрических свойств во время существенных механических рефлексов деформации – после его передачи человеческой руке. Исходя из характеристик вольт-амперного напряжения ( IV ), уровень тока не изменился во время упражнений на усадку или растяжение кожи, и включенное состояние также не колебалось во время операции отображения активной матрицы. Пока стабильность устройства все еще находится в стадии разработки, команда планирует продолжить разработку, чтобы улучшить пленку MoS 2 для практического применения в качестве носимого, полноцветного AMOLED-дисплея.
Носимый полноцветный AMOLED-дисплей на основе схемы объединительной платы MoS2. Цифровые фотографии полноцветного дисплея с активной матрицей во время (A) состояния «все включено»; (B) динамическая работа дисплея с активной матрицей, где сигналы затвора и данных индивидуально управляются с использованием внешней цепи; и (C) нанесение ультратонкого дисплея на руку человека, где дисплей был деформирован двумя механическими режимами, основанными на движении руки, а именно режимом сжатия (в центре) и режимом растяжения (справа). (D) Графики тока единичного пикселя как функции напряжения данных при значениях VG 4 В (выключенное состояние), 6 В и 9 В в режимах сжатия (синий), плоского (красный) и растяжения (зеленый) , При каждом прикладываемом смещении затвора (VG) наблюдается незначительное изменение тока пикселя при различных режимах деформации, что обеспечивает стабильную работу AMOLED на руке человека. (E) Нормализованное текущее изменение состояния ультратонкого дисплея на руке человека во время механической деформации. Фото любезно предоставлено Минву Чой, Университет Йонсей. Предоставлено Science Advances, doi: 10.1126 / sciadv.abb5898.
Таким образом, Minwoo Choi и его коллеги разработали тонкий (2-дюймовый), пригодный для носки и полноцветный AMOLED- дисплей с 18 x 18 массивами, используя TFT объединительной платы на основе MoS 2 . Они построили транзисторную матрицу прямо на бислой MoS 2пленка выращена с использованием MOCVD и наблюдается высокая подвижность носителей и соотношение вкл / выкл.
Команда контролировала излучение RED OLED-пикселей, подавая напряжение на затворе от 4 до 9 вольт. Они использовали ультратонкую пластиковую подложку (ПЭТ) в сочетании с 2-D полупроводниковыми материалами для непосредственного изготовления ОСИД для превосходных электрических, оптических и механических характеристик. Эта экспериментальная система может быть улучшена для интеграции в носимые и электронные устройства помимо существующих обычных и жестких органических материалов.
Источники: Science X Network
Фото: Thamarasee Jeewandara, Phys.org