人体皮肤有源矩阵有机发光二极管显示器

电子应用的开发可以采取许多新的形式，包括可折叠和可穿戴的显示器，以监测人类健康并充当医疗机器人。这类设备依靠有机发光二极管(OLED)进行优化。然而，由于半导体材料在传统电子格式中的使用受到限制，开发具有高机械柔性的半导体材料仍然是具有挑战性的。在一份关于科学进步的新报告中，韩国电子工程和材料科学的科学家团队蔡明宇(Minwoo Choi)开发了一种使用二维(2-D)材料背板晶体管的可穿戴全彩OLED显示器。他们在一层薄薄的二硫化钼(MoS2)薄膜上设计了一个18×18的薄膜晶体管阵列，并将其转移到氧化铝(Al2O3)/聚对苯二甲酸乙二酯(PET)表面。Choi等人。然后在器件表面沉积红色、绿色和蓝色的OLED像素，观察到二维材料优异的机械和电学性能。表面可以驱动电路来控制OLED像素，形成一个超薄的可穿戴设备。科学家和工程师必须在可穿戴电子领域进行广泛的研究，以开发专注于柔性设备和超薄衬底的智能电子系统。这类材料的固有限制促使了替代半导体材料的使用，如MoS2，用于包含在性能相对较高的TFT和逻辑电路中。这些材料被称为过渡金属二卤化合物，它们为可穿戴电子产品的背板电路提供了独特的电、光和机械性能。研究人员最近开发了具有复杂的红、绿、蓝(RGB)颜色的MoS2晶体管，作为实际显示的基本和必要要求。在这项工作中，Choi等人。开发了一种大面积MoS2 TFT阵列，可在2英寸RGB OLED中操作324像素，其中全色显示器采用有源矩阵配置。RGB有机发光二极管由不同的光电特性制成，因此研究小组设计了背板TFT来控制每个颜色像素。该实验装置作为一种可穿戴式显示器前景看好，在人体皮肤上运行稳定，没有不良影响。在目前的工作中，该团队使用异质材料设计来形成光电子学。

该团队通过一系列工艺设计了一种采用MoS2背板的大面积有源矩阵OLED(AMOLED)显示器。他们首先在薄薄的MoS2薄膜上形成薄膜晶体管(TFT)阵列，然后在TFT的漏电极上沉积RGB OLED，并将显示器从载体上剥离，将其转移到人类的手(靶子)上。在此过程中，他们通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在4英寸的SiO2/Si晶片上制备了双层MoS2薄膜。然后用原子层沉积技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底上涂覆MoS2薄膜，将SiO2/Si衬底上的MoS2薄膜转移到PET衬底上，形成具有驱动背板结构的MoS2晶体管阵列。由此产生的结构是独特的，并用氧化铝封装，以改善金属接触和载流子迁移率。全彩色AMOLED显示器统一控制RGB OLED像素，每个像素连接到数据和扫描线，整个显示电路采用有源矩阵设计。Choi等人。根据晶体管的漏极和栅极信号控制像素电流，以改变OLED的亮度。然后，他们可以将超薄显示器从载体玻璃基板转变为曲面，而不会造成设备退化。

该团队检查了电流-电压输出曲线以确定TFT的漏极特性，以说明漏极电流(Ids)和偏置电压(Vds和Vgs)之间的关系。MOCVD生长的MoS2薄膜的均匀性为稳定的显示应用提供了高均匀性。所有样品的器件特性都是一致的，允许单个像素在全色AMOLED中工作，同时效率没有降低。研究小组测量了蓝色、绿色和红色有机发光二极管在460、530和650 nm处的最高发光强度。

在+10V的重复栅极脉冲偏置下，OLED在导通和关断状态之间表现出快速的转换，尽管响应时间受到测量系统的限制，但延迟时间很短。在关断状态期间没有发生栅极调制，并且像素状态保持稳定，从而提供了TFT的高效防泄漏操作。在导通状态期间，像素电流也随着栅极偏置(V_G)的增加而显著增加，以达到RGB OLED两端的阈值电压5伏。

研究小组确认了使用晶体管的单个RGB像素的性能，并将18x18阵列(324像素)集成到晶体管的数据线和栅极线上

Kiban Kang等人。具有晶片尺度均匀性的高迁移率三原子厚度半导体薄膜，“自然”(2015)。Doi：10.1038/nature14417