Il display AMOLED a colori con backplane basato su MoS2 ad ampia area. (A) Illustrazione schematica del backplane basato su MoS2 ad alte prestazioni su un substrato di vetro portante da 4 pollici, dove è stato applicato uno strato di copertura Al2O3 per effetti n-doping sul film MoS2 (in alto a sinistra), un display a colori a matrice attiva è stato applicato al substrato polimerico ultrasottile (in alto a destra), e il display a colori di grandi dimensioni è stato testato su una mano umana (in basso a destra). (B) Schema dell'array di pixel a colori a matrice attiva integrato con transistor MoS2, dove ogni pixel era connesso tramite un gate, dati, e interconnettore catodico per il controllo dell'indirizzamento di linea. (C) Fotografia digitale del display a matrice attiva sul substrato di vetro di supporto da 4 pollici, dove l'inserto mostra il display a colori quando acceso. (D) Fotografia digitale del display a colori di ampia area sul substrato polimerico ultrasottile, dimostrando le proprietà meccaniche flessibili dovute alla bassa rigidità alla flessione del materiale ultrasottile. Credito fotografico:Minwoo Choi, Università Yonsei. Credito:progressi scientifici, doi:10.1126/sciadv.abb5898
Lo sviluppo di applicazioni elettroniche può assumere molte nuove forme per includere display pieghevoli e indossabili per monitorare la salute umana e agire come robot medici. Tali dispositivi si basano su diodi a emissione di luce organica (OLED) per l'ottimizzazione. Però, è ancora difficile sviluppare materiali semiconduttori con un'elevata flessibilità meccanica a causa del loro uso limitato nei formati elettronici convenzionali. In un nuovo rapporto su Progressi scientifici , Minwoo Choi e un team di scienziati in ingegneria elettronica e scienza dei materiali nella Repubblica di Corea, sviluppato un indossabile, display OLED a colori che utilizza un transistor backplane bidimensionale (2D) basato su materiale. Hanno progettato un array di transistor a film sottile 18x18 su un sottile bisolfuro di molibdeno (MoS 2 ) film e lo ha trasferito su un ossido di alluminio (Al 2 oh 3 )/superficie di polietilene tereftalato (PET). Choi et al. poi depositato rosso, pixel OLED verdi e blu sulla superficie del dispositivo e hanno osservato eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche del materiale 2-D. La superficie potrebbe guidare i circuiti per controllare i pixel OLED per formare un ultrasottile, dispositivo indossabile.
Scienziati e ingegneri devono condurre ricerche approfondite nel campo dell'elettronica indossabile per sviluppare sistemi elettronici intelligenti incentrati su dispositivi flessibili e substrati ultrasottili. I limiti intrinseci di tali materiali hanno motivato l'uso di materiali semiconduttori alternativi come MoS 2 per l'inclusione in transistor a film sottile (TFT) e circuiti logici con prestazioni relativamente elevate. Questi materiali sono noti come dicalcogenuri di metalli di transizione e forniscono un'energia elettrica unica, ottico, e proprietà meccaniche per i circuiti backplane dell'elettronica indossabile. I ricercatori hanno recentemente sviluppato MoS 2 transistor con sofisticato rosso, i colori verde e blu (RGB) come requisito fondamentale ed imprescindibile per display pratici. In questo lavoro, Choi et al. sviluppato un MoS . di ampia superficie 2 Array TFT per gestire 324 pixel in un OLED RGB da 2 pollici, in cui il display a colori ha mostrato una configurazione a matrice attiva. Gli OLED RGB erano realizzati con diverse caratteristiche optoelettroniche, quindi il team ha progettato i TFT del backplane per controllare ogni pixel di colore. La configurazione sperimentale era promettente come display indossabile e funzionava costantemente sulla pelle umana senza effetti negativi. Il team ha utilizzato progetti di materiali eterogenei per formare l'optoelettronica nel presente lavoro.
Proprietà del dispositivo del transistor MoS2 e degli OLED RGB. (A) Curva di trasferimento del transistor MoS2 sul substrato di vetro portante da 4 pollici, dove la mobilità media di 18 cm2 V-1 s-1 era sufficiente per far funzionare gli OLED RGB. (B) Caratteristiche I-V del transistor MoS2 quando la polarizzazione del gate è stata aumentata da +4 a 7 V, dove l'inserto mostra il transistor MoS2. (C) Analisi statistica della mobilità del transistor MoS2 su 324 campioni. (D a F) Caratteristiche I-V (asse y sinistro) e luminanza (asse y destro) dell'OLED RGB in funzione della polarizzazione applicata, dove gli inserti visualizzano l'emissione di ogni colore OLED. (G) Spettri EL dei pixel OLED RGB. Credito fotografico:Sa-Rang Bae, Università della Corea. Credito:progressi scientifici, doi:10.1126/sciadv.abb5898 
Il team ha progettato un display OLED (AMOLED) a matrice attiva di ampia area con un MoS 2 backplane tramite una sequenza di processi. Per prima cosa hanno formato un array di transistor a film sottile (TFT) su un sottile MoS 2 film, quindi depositato un OLED RGB sull'elettrodo di drenaggio dei TFT e staccato il display dal supporto per trasferirlo alla mano umana (il bersaglio). Durante il processo, hanno sintetizzato un MoS . a doppio strato 2 film su SiO . da 4 pollici 2 /Si wafer tramite deposizione di vapore chimico organico metallico (MOCVD). Quindi hanno rivestito un substrato di polietilene tereftalato (PET) con ossido di alluminio utilizzando la deposizione di strati atomici e trasferito il MoS 2 film della SiO 2 /Si wafer a questo substrato PET per produrre un MoS 2 array di transistor con una configurazione del backplane di pilotaggio. La struttura risultante era unica e incapsulata con ossido di alluminio per migliorare i contatti metallici e la mobilità del portatore. Il display AMOLED a colori controllava uniformemente i pixel OLED RGB, dove ogni pixel collegato a una linea di dati e di scansione e l'intero circuito di visualizzazione funzionava in un design a matrice attiva. Choi et al. controllava la corrente dei pixel in base ai segnali di drain e gate del transistor per modificare la luminosità dell'OLED. Potrebbero quindi trasformare il display ultrasottile dal substrato di vetro di supporto a una superficie curva senza degradazione del dispositivo.
Il funzionamento dinamico del display a matrice attiva tramite controllo del circuito esterno. Credito:progressi scientifici, doi:10.1126/sciadv.abb5898 
Il team ha esaminato le curve di uscita corrente-tensione per determinare le caratteristiche di drain dei TFT per illustrare la relazione tra la corrente di drain (I DS ) e le tensioni di polarizzazione (V DS e V GS ). L'omogeneità del MoS . coltivato in MOCVD 2 il film ha consentito un'elevata uniformità per applicazioni di visualizzazione stabili. Le proprietà del dispositivo erano coerenti in tutti i campioni, consentendo al singolo pixel di funzionare nell'AMOLED a colori, mentre l'efficienza non è diminuita. Il team ha misurato la luminescenza più alta a 460, 530, e 650 nm per il blu, OLED verde e rosso.
Con una polarizzazione dell'impulso di gate ripetuta di +10 volt, l'OLED ha mostrato una rapida transizione tra gli stati on e off, sebbene il tempo di risposta fosse limitato dal sistema di misurazione, il tempo di ritardo è stato breve. La modulazione del gate non si è verificata durante lo stato off e lo stato dei pixel è rimasto stabile, fornendo un efficiente funzionamento a prova di perdite del TFT. Anche la corrente dei pixel è aumentata notevolmente con l'aumento della polarizzazione del gate (V G ) durante lo stato acceso per raggiungere una tensione di soglia di 5 volt attraverso gli OLED RGB.
Le proprietà di un singolo pixel integrato con il transistor MoS2 e gli OLED RGB. (A) Illustrazione schematica dei pixel dell'unità RGB integrati con il transistor MoS2 in una connessione in serie per la configurazione a matrice attiva. (B) Proprietà di commutazione dei pixel controllate utilizzando una polarizzazione del gate di -10 e 10 V a bias dei dati fissi di 4 V (rosso) e 10 V (blu). (C) Fotografia digitale del cambiamento di luminanza negli OLED RGB in un intervallo di polarizzazione del gate da 4 a 9 V, dove la luminosità di ciascun OLED era stabile e controllata dal segnale di gate del transistor MoS2. (D a F) La corrente del pixel (asse y sinistro) e la luminanza (asse y destro) in funzione del segnale di gate. Credito fotografico:Sa-Rang Bae, Università della Corea. Credito:progressi scientifici, doi:10.1126/sciadv.abb5898 
Il team ha confermato le prestazioni dei singoli pixel RGB utilizzando i transistor e ha integrato un array 18 x 18 (324 pixel) ai dati e alle linee di gate del circuito backplane del transistor per formare un display AMOLED a colori. Controllavano ogni pixel tramite la linea della matrice e mantenevano una luminescenza della luce coerente in ogni singolo pixel nei display OLED. I pixel OLED RGB hanno mostrato una luminosità coerente e uniforme grazie al controllo stabile del gate e dei segnali dati. Choi et al. pilotava gli array di pixel RGB in sequenza tramite un circuito di azionamento esterno configurato in una struttura di pixel a striscia commerciale che rappresentava i caratteri 'R', 'G', e B'.
La bassa rigidità del dispositivo ultrasottile ha impedito il deterioramento delle proprietà ottiche ed elettriche durante sostanziali riflessi di deformazione meccanica, dopo il suo trasferimento a una mano umana. In base alle caratteristiche corrente-tensione ( IV ), il livello attuale non è cambiato durante gli esercizi di restringimento della pelle o di allungamento della pelle e anche lo stato on non ha fluttuato durante il funzionamento del display a matrice attiva. Mentre la stabilità del dispositivo è ancora in fase di sviluppo, il team mira a condurre un'ulteriore ingegneria per migliorare il MoS 2 pellicola per applicazioni pratiche come indossabile, display AMOLED a colori.
Display AMOLED a colori indossabile basato su circuiti backplane MoS2. Fotografie digitali del display a matrice attiva a colori durante (A) lo stato "tutto acceso"; (B) il funzionamento dinamico del display a matrice attiva, dove i segnali di gate e dati sono stati controllati individualmente utilizzando il circuito esterno; e (C) l'applicazione del display ultrasottile su una mano umana, dove il display è stato deformato da due modalità meccaniche basate sul movimento della mano, vale a dire, modalità di compressione (al centro) e modalità di trazione (a destra). (D) Grafici della corrente dei pixel dell'unità in funzione della tensione dei dati a valori VG di 4 V (stato spento), 6V, e 9 V nella compressione (blu), piatto (rosso), e trazione (verde). Ad ogni gate bias applicato (VG), si osserva un cambiamento trascurabile nella corrente dei pixel in varie modalità di deformazione, che consente un funzionamento stabile di AMOLED sulla mano umana. (E) Variazione della corrente allo stato normale normalizzata del display ultrasottile sulla mano umana durante la deformazione meccanica. Credito fotografico:Minwoo Choi, Università Yonsei. Credito:progressi scientifici, doi:10.1126/sciadv.abb5898
In questo modo, Minwoo Choi e colleghi hanno sviluppato un sottile (2 pollici), display AMOLED indossabile e a colori con array 18 x 18 utilizzando MoS 2 TFT basati su backplane. Hanno costruito l'array di transistor direttamente su un MoS a doppio strato 2 film cresciuto utilizzando MOCVD e ha osservato un'elevata mobilità dei portatori e un rapporto on/off. Il team ha controllato l'emissione di luce dei pixel OLED RGB applicando una tensione di gate tra 4 e 9 volt. Hanno utilizzato un substrato di plastica ultrasottile (PET) combinato con materiali semiconduttori 2-D per fabbricare direttamente OLED per eccellenti prestazioni elettriche, ottico, e prestazioni meccaniche. Questo sistema sperimentale può essere migliorato per l'integrazione in dispositivi indossabili ed elettronici al di là dei materiali organici convenzionali e rigidi esistenti.
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