Вертикально расположенный дисплей с активной матрицей, напоминающий кожу, со сверхвысоким светосилой

a, Схемы устройства AMOLED, похожего на кожу, и основная схема изготовления (нижняя вставка). b, 3D-изображение с оптического микроскопа. Масштабная линейка: 5 мм. Иллюстрации представляют собой цифровые фотографии и микроскопические изображения отдельных пикселей. c, Фотография матрицы AMOLED, похожей на кожу, приклеенной к прозрачной пластиковой полусфере. Масштабная линейка: 5 мм. d, Фотографии матрицы, приклеенной к человеческой ладони. Масштабная линейка: 5 мм. e, Фотографии и 3D-изображение с оптического микроскопа матрицы, прикрепленной к крылу стрекозы. Масштабная линейка: 2 мм. Кредит: Juntong Li et al.

Дисплеи, похожие на кожу, являются важнейшими компонентами вывода информации в портативной и носимой электронике следующего поколения. В настоящее время все такие дисплеи изготавливаются на стеклянных или толстых пластиковых подложках, что ограничивает присущую органическим материалам механическую гибкость и предотвращает тесный контакт с кожей.

Разработка дисплеев с активной матрицей (AM), включающих органические тонкопленочные транзисторы (OTFT) и органические светодиоды (OLED), имеет решающее значение для достижения высококачественных дисплеев, подобных коже. Почти все известные дисплеи AMOLED представляют собой параллельные структуры, состоящие из расположенных бок о бок OTFT и OLED.

К сожалению, эта параллельная структура покрывает часть площади пикселя несветящимися OTFT и проводкой, что приводит к низкой активной области, яркости, разрешению и светосиле. Вертикальная структура более благоприятна, чем параллельная структура, для изготовления AMOLED с высокой светосилой. Вертикальное наложение OLED и OTFT устраняет помехи от несветящихся OTFT и проводных частей, максимизируя активную область.

Кроме того, вертикально структурированный пиксель минимизирует занимаемую область, что значительно улучшает разрешение и качество дисплея. Тем не менее, изготовление вертикально структурированных AMOLED-дисплеев, подобных коже, является сложным, поскольку такие дисплеи представляют новые проблемы, включая взаимное растворение, механическую совместимость и взаимосвязь между функциональными слоями.

a, Схемы вертикально сложенных AMOLED. b, Принципиальная схема цепи управления матрицей AMOLED. c, Изображения оптического микроскопа матрицы AMOLED. Масштабная линейка: 10 мкм. d, Сравнение производительности нашего устройства с заявленными полностью органическими гибкими дисплеями AMOLED. e, Вертикально сложенные матрицы AMOLED конформно размещены на тыльной стороне искусственной руки. Цифровые фотографии с управлением OTFT отдельных и множественных пикселей с выключением и включением. Кредит: Juntong Li et al.

Исследователи предлагают общую стратегию «дискретной подготовки-многослойного ламинирования» для первой демонстрации вертикально уложенных дисплеев с активной матрицей, подобных коже. Эта стратегия в основном заключается в отдельной подготовке каждого конформного функционального слоя (OLED/межсоединительный слой/OTFT), а затем ламинировании их вместе, что эффективно предотвращает химические и физические повреждения и обеспечивает механическую совместимость и взаимосвязь между функциональными слоями.

Эксперименты исследователей не вводили растворители или воду во время процесса отслаивания, и никакие дополнительные клеи не использовались во время процесса ламинирования. Это полностью сухое изготовление позволяет избежать взаимного растворения и загрязнения интерфейса, обеспечивая чистый, полный контактный интерфейс для изготовления высококачественных вертикально уложенных дисплеев, подобных коже.

По сравнению с существующими стратегиями изготовления дисплеев с активной матрицей предлагаемая стратегия имеет ряд преимуществ:

1. В отличие от параллельных стратегий подготовки AMOLED, мы отдельно подготовили каждый соответствующий функциональный слой (TE-OLED/слой межсоединений/полностью фотолитографический OTFT), а затем вертикально ламинировали их вместе. Эта стратегия значительно улучшает коэффициент апертуры. Связывая слой межсоединений, матрица OLED становится тесно и вертикально уложенной на полностью фотолитографическую матрицу OTFT. Вся матрица завершена и не имеет удалений или трещин. Коэффициент апертуры пикселя достигает 83%, а коэффициент апертуры матрицы дисплея достигает 71%, оба из которых превосходят результаты всех ранее зарегистрированных гибких дисплеев AMOLED.
2. В отличие от традиционных методов послойного осаждения, эта стратегия исключает химическое (например, различные растворители) или физическое (например, травление и нагревание) повреждение хрупких органических материалов во время изготовления, что необходимо для изготовления воспроизводимых, высококачественных вертикально уложенных дисплеев, подобных коже. Кроме того, эта стратегия может интегрировать современные микроэлектронные технологии, такие как фотолитография и травление, в дисплей кожи, позволяя массовое производство высокоинтегрированных дисплеев, подобных коже, с высоким разрешением.
3. В отличие от послойной подготовки на жестких или гибких подложках, все функциональные слои снимаются с жестких подложек, освобождая их от любых механических ограничений, налагаемых этими подложками. Таким образом, предлагаемый дисплей обладает исключительной механической гибкостью и хорошей прилегаемостью.

Дополнительная информация: Джунтонг Ли и др., Вертикально сложенный дисплей с активной матрицей, похожий на кожу, со сверхвысоким коэффициентом апертуры, Свет: наука и приложения (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01524-z

Информация о журнале: Свет: наука и приложения

Предоставлено Китайской академией наук