Mikrolichtdioden (μLEDs) stehen kurz davor, die Flachbilddisplay-Technologie (FPD) mit ihrer außergewöhnlichen Helligkeit, Kontrastverhältnis, Energieeffizienz und ultrahohen Auflösungen zu revolutionieren und sind so unverzichtbar für Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) Mikrodisplays. Die Realisierung von hochpixel-pro-Zoll (PPI) μLED-Mikrodisplays erfordert jedoch fortschrittliche Dünnschichttransistor-(TFT)-Backplanes mit robusten Fahreigenschaften. Derzeit dominiert das einkristalline Silizium-CMOS die Branche für diese Anwendung, doch seine untransparente Natur, Wafergrößenbeschränkungen und hohe Herstellungskosten schränken seine Skalierbarkeit ein. Alternative Technologien, darunter Niedrigtemperatur-Polykristallines Silizium (LTPS) und Metalloxid-Halbleiter, liefern nicht die erforderlichen Kleingerätemaße, die Antriebsleistung und die Stabilität. Zweidimensionale Übergangsmetalldichalkogenide (TMDs) haben Potenzial gezeigt, aber ihre Integration stieß auf Herausforderungen wie komplexe Übertragungsprozesse und begrenzte Skalierbarkeit, sodass nur halbaktive Matrix-Display-Demonstrationen möglich sind. Hier präsentieren wir einen Prototyp eines aktiven Matrix-(AM) μLED-Mikrodisplays, der von optimierten Kohlenstoff-Nanoröhren-(CNT)-TFTs mit Al gesteuert wird₂O₃/SiO₂ Gate-Dielektrikstapel und Y₂O₃/SiO₂/polyimide passivation layers. Our CNT TFTs with a channel length (L_Ch) von 3 μm erreichen einen Antriebsstrom von ∼10 μA/μm und eine Mobilität von ∼27 cm²/(V·s), while scaling L_Ch bis 0,5 μm erhöht den Antriebsstrom auf ∼80 μA/μm und eine Beweglichkeit von ∼40 cm²/(V·s), surpassing most previously reported CNT TFTs for AM displays and enabling AM-μLED microdisplays with a PPI up to 3400. Moreover, a heterogeneous integration process ultilizing flip-chip eutectic bonding was developed to assemble μLED arrays onto CNT TFT backplanes, achieving a yield of ∼100% aided by the PI layer. Furthermore, CNT TFT-based two-transistor, one-capacitor (2T1C) pixel-driving circuits and peripheral control circuits were designed to support both pulse amplitude modulation (PAM) and pulse width modulation (PWM) of μLED operation. These advancements culminate in a 32 × 32-pixel AM-μLED prototype microdisplay with a PPI of 357, capable of dynamic image and video display. Our work demonstrates CNT TFTs as a viable and scalable solution for next-generation μLED microdisplays.

Ursprünglicher Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c00672