Vertikal gestapeltes, hautähnliches Aktivmatrix-Display mit ultrahohem Öffnungsverhältnis

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Hautähnliche Displays sind wichtige Komponenten der Informationsausgabe in tragbaren und tragbaren elektronischen Geräten der nächsten Generation. Derzeit werden alle derartigen Displays auf Glas oder dicken Kunststoffsubstraten hergestellt, was die inhärente mechanische Flexibilität organischer Materialien einschränkt und einen engen Hautkontakt verhindert.

Die Entwicklung von Aktivmatrix-Displays (AM) aus organischen Dünnschichttransistoren (OTFTs) und organischen Leuchtdioden (OLEDs) ist entscheidend für die Herstellung hochwertiger, hautähnlicher Displays. Fast alle gemeldeten AMOLED-Displays sind parallele Strukturen aus nebeneinander angeordneten OTFTs und OLEDs.

Leider bedeckt diese parallele Struktur einen Teil der Pixelfläche durch nicht leuchtende OTFTs und Verdrahtung, was zu geringer aktiver Fläche, geringer Leuchtdichte, geringer Auflösung und geringer Öffnungsrate führt. Die vertikale Struktur ist für die Herstellung von AMOLEDs mit hoher Öffnungsrate besser geeignet als die parallele Struktur. Durch vertikales Stapeln von OLEDs und OTFTs werden Behinderungen durch nicht leuchtende OTFTs und Verdrahtungsteile vermieden und die aktive Fläche maximiert.

Darüber hinaus minimiert ein vertikal strukturierter Pixel die belegte Fläche, was die Auflösung und Qualität des Displays deutlich verbessert. Dennoch ist die Herstellung vertikal strukturierter hautartiger AMOLEDs komplex, da solche Displays neue Herausforderungen mit sich bringen, darunter gegenseitige Auflösung, mechanische Kompatibilität und Verbindung zwischen Funktionsschichten.

Für die erste Demonstration vertikal gestapelter hautartiger Aktivmatrix-Displays schlagen Forscher eine allgemeine Strategie der „diskreten Vorbereitung – Mehrschichtlaminierung“ vor. Diese Strategie besteht hauptsächlich darin, jede anpassbare Funktionsschicht (OLED/Verbindungsschicht/OTFT) separat vorzubereiten und sie dann zusammenzulaminieren. Dadurch werden chemische und physikalische Schäden effektiv vermieden und die mechanische Kompatibilität und Verbindung zwischen den Funktionsschichten sichergestellt.

Bei den Experimenten der Forscher wurden während des Abziehvorgangs weder Lösungsmittel noch Wasser verwendet und während des Laminierungsprozesses wurden keine zusätzlichen Klebstoffe verwendet. Diese vollständig trockene Herstellung vermeidet gegenseitige Auflösung und Grenzflächenverschmutzung und bietet eine saubere, vollständige Kontaktoberfläche für die Herstellung hochwertiger vertikal gestapelter hautähnlicher Displays.

Im Vergleich zu bestehenden Strategien zur Herstellung von Aktivmatrix-Displays bietet die vorgeschlagene Strategie mehrere Vorteile:

  • Im Gegensatz zu den parallelen AMOLED-Herstellungsstrategien haben wir jede anpassbare Funktionsschicht (TE-OLED/Verbindungsschicht/vollständig photolithographisches OTFT) separat hergestellt und sie dann vertikal zusammenlaminiert. Diese Strategie verbessert das Öffnungsverhältnis erheblich. Durch die Verbindung der Verbindungsschicht wird das OLED-Array eng und vertikal auf einem vollständig photolithographischen OTFT-Array gestapelt. Das gesamte Array ist vollständig und weist keine Löschungen oder Risse auf. Das Öffnungsverhältnis eines Pixels beträgt bis zu 83 %, und das Öffnungsverhältnis des Display-Arrays erreicht 71 %, was beide Ergebnisse aller zuvor gemeldeten flexiblen AMOLED-Displays übertrifft.
  • Anders als bei herkömmlichen Schicht-für-Schicht-Abscheidungsverfahren wird bei dieser Strategie eine chemische (z. B. durch verschiedene Lösungsmittel) oder physikalische (z. B. durch Ätzen und Erhitzen) Beschädigung fragiler organischer Materialien während der Herstellung vermieden, was für die Herstellung reproduzierbarer, hochqualitativer vertikal gestapelter hautähnlicher Displays unerlässlich ist. Darüber hinaus können bei dieser Strategie moderne mikroelektronische Verfahren wie Photolithographie und Ätzen in das Hautdisplay integriert werden, was die Massenproduktion hochintegrierter, hochauflösender hautähnlicher Displays ermöglicht.
  • Im Gegensatz zur schichtweisen Herstellung auf starren oder flexiblen Substraten werden alle Funktionsschichten von starren Substraten abgezogen, wodurch sie von allen mechanischen Einschränkungen befreit werden, die diese Substrate mit sich bringen. Somit weist das vorgeschlagene Display eine hervorragende mechanische Flexibilität und gute Anpassungsfähigkeit auf.

    • Mehr Informationen:
    Juntong Li et al., Vertikal gestapeltes hautähnliches Aktivmatrix-Display mit ultrahohem Öffnungsverhältnis, Licht: Wissenschaft und Anwendungen (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01524-z

    Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

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