采用无缩放限制设计的1T-1FeMFET架构的柔性有源矩阵微型LED显示器

为何更薄、更可弯曲的屏幕很重要

从贴合手腕的智能手表到可卷起、能放入口袋的平板电脑，未来的设备需要的屏幕不仅要明亮且清晰，还要能在弯曲时不损坏并尽量省电。本研究提出了一种建造此类显示器的新方法：使用微小的光源并内置记忆功能，使每个像素在柔性塑料膜上也能在消耗更少能量的情况下保持亮度。

超越当今的像素设计

大多数现代显示器的像素电路使用多个晶体管和一个较大的存储电容来维持像素亮度随时间的稳定。该电容必须足够大以保存电荷，这对像素尺寸设定了实际下限并限制了像素的密度。此外，电容需要不断刷新，导致设备在多次重绘图像时浪费能量。这些限制对柔性屏尤其麻烦，因为空间有限且电池容量较小。

会自己记忆的新像素

作者用一种围绕特殊器件构建的像素替代了这种笨重的做法——这种器件称为铁电金属场效应晶体管，并结合了氧化铟锡通道。简单来说，该晶体管既能驱动每个像素中的微型发光二极管，又能在没有独立存储电容的情况下记住亮度设置。它通过一层薄薄的材料实现，该材料内部的电偶极可以被翻转并保持，就像微小的指南针针。这一状态一旦设定，就会维持控制像素电流的电荷分布，从而使电路更小并避免持续刷新。

在柔性塑料上构建明亮像素

为了在可弯曲的基底上实现该方案，团队将铁电层由铪锆氧化物混合物生长，并将其夹在金属层之间，然后在顶部加入非常薄的氧化铟锡通道，所有工艺均在低于400 °C的聚酰亚胺薄膜上完成。他们证明了铁电层可切换超过一亿次且仍保持强极化，并且器件在以4毫米半径反复弯曲十万次后仍保持性能不变。所得晶体管在开关状态间具有干净的切换特性，涵盖极宽的范围，从而能精确控制显示表面下的微型LED。

更清晰的图像与更低的功耗

借助这种一晶体管加存储的设计，每个像素可以缩小，因为铁电元件远小于传统的存储电容，且无需不断补充电荷。研究人员展示了在柔性塑料上的有源矩阵微型LED显示，像素密度达428 ppi，在典型刷新率下每像素动态功耗约为0.6纳瓦。像素电路支持两种常见的亮度设定方式：改变驱动脉冲的幅值或调整脉冲宽度，两者结合可在极高刷新速率下实现平滑的灰度控制，适用于高分辨率视频。

从实验室原型到未来可穿戴设备

最后，作者展示这些柔性驱动电路可以与氮化镓微型LED阵列结合并逐个寻址以形成发光像素图案，同时LED的光输出在加工步骤中基本保持不变。对非专业读者而言，关键讯息是他们创建了一种薄、可弯曲的显示技术，每个像素都能利用内置的铁电存储记住自身亮度。这使得像素能更紧密地排列并降低功耗，指明了面向未来可穿戴和便携设备的轻薄、高分辨率和持久屏幕的发展方向。

引用: Huang, T., Yang, G., Sang, Y. et al. Flexible active-matrix micro-LED display with 1T-1FeMFET architecture featuring scaling-limit-free design. Nat Commun 17, 4628 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71182-9

关键词: 柔性显示, 微型 LED, 铁电晶体管, 氧化铟锡, 低功耗电子学