Micro-lichtemitterende diodes (μLED's) staan op het punt om de flat-panel display (FPD)-technologie te revolutioneren met hun uitzonderlijke helderheid, contrastverhouding, energie-efficiëntie en ultrahoge resoluties, waardoor ze onmisbaar zijn voor augmented reality (AR) en virtual reality (VR) microdisplays. De realisatie van hoge pixel-per-inch (PPI) μLED-microdisplays vereist echter geavanceerde thin-film transistor (TFT) backplanes met robuuste rijmogelijkheden. Momenteel domineert enkelkristallijn silicium CMOS de industrie voor deze toepassing, maar het niet-transparante karakter, de beperkingen van de wafergrootte en de hoge fabricagekosten beperken de schaalbaarheid. Alternatieve technologieën, waaronder laagtemperatuurpolykristallijn silicium (LTPS) en metaaloxide-halfgeleiders, leveren niet de vereiste afmetingen van kleine apparaten, aandrijfprestaties en stabiliteit. Tweedimensionale overgangsmetaaldichalcogeniden (TMD's) hebben potentie getoond, maar hun integratie heeft uitdagingen ondervindd, zoals complexe overdrachtsprocessen en beperkte schaalbaarheid, wat resulteerde in slechts demonstraties van semiactieve matrixweergaven. Hier presenteren we een prototype van een actief-matrix (AM) μLED microdisplay aangedreven door geoptimaliseerde koolstofnanobuis (CNT) TFT's met Al₂O₃/SiO₂ poortdiëlektrische stapel en Y₂O₃/SiO₂/polyimide passivation layers. Our CNT TFTs with a channel length (L_Ch) van 3 μm bereiken een aandrijfstroom van ∼10 μA/μm en een mobiliteit van ∼27 cm²/(V·s), while scaling L_Ch tot 0,5 μm verhoogt de aandrijfstroom tot ∼80 μA/μm en een mobiliteit van ∼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.

Originele link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c00672