一種鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件及其製備方法與流程

2024-01-31 01:24:15 4

本發明涉及顯示器件領域，尤其涉及一種鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件及其製備方法。

背景技術：

鈣鈦礦是一種性能優異的發光材料，具備一系列突出的優點：(1)發光效率高。光致發光效率可達80%以上；(2)帶隙和光譜簡單可調。通過調節不同滷元素的比例可以輕鬆實現發光峰從可見覆蓋到近紅外區；(3)光譜色純高，發光光譜半峰寬度小於20nm；(4)製備成本低廉、工藝簡單，可通過溶液法實現大面積生產。

與有機發光二極體(鈣鈦礦發光二極體)相比，鈣鈦礦發光二極體具備一系列明顯的優勢：(1)發光光譜色純度高；(2)製備工藝簡單、製作成本低，無需昂貴的蒸鍍設備投資。經過短短兩三年的發展，鈣鈦礦發光二極體的性能已經可以同鈣鈦礦發光二極體相比擬。2015年10月，劍橋大學himchancho等人在science上報導了他們的突破性進展。研究人員通過改進前驅體溶液和成膜工藝將有機無機雜化peleds的最大電流效率和最大外量子效率提高到了42.9cd/a和8.53%。

微型顯示器指的是顯示尺寸在1英寸之下，基於單矽基cmos驅動的發光器件，像素可以高達800×600以上，特別適合應用於頭盔顯示器、立體顯示鏡以及眼睛式顯示器等，具有廣闊的市場和軍事價值。

目前高解析度微顯示的實現方式主要有lcd微顯示、led微顯示器、矽基鈣鈦礦發光二極體微顯示器。其中鈣鈦礦發光二極體微顯示具備全固態、主動發光、功耗低、響應速度快、工作溫度範圍寬等系列優點。但是矽基鈣鈦礦發光二極體微顯示器件也存在諸多問題：(1)光譜色純度差，影響近眼顯示效果；(2)產品成本高昂，價格昂貴，這一方面源於鈣鈦礦發光二極體器件的良率低，另一方面源於鈣鈦礦發光二極體蒸鍍設備價格昂貴，量產設備都需要從日韓進口，用於8寸晶圓的鈣鈦礦發光二極體蒸鍍設備投資都在億元以上。因此，開發新型微顯示器件十分必要。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，提供一種鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件及其製備方法。

本發明通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：

一種鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件，包括：矽基板、鈣鈦礦發光二極體微顯示器、密封層和玻璃蓋板，所述鈣鈦礦發光二極體微顯示器形成在矽基板上，所述鈣鈦礦發光二極體微顯示器包括陽極層，有機功能層和陰極層，所述有機功能層包括空穴注入層、鈣鈦礦發光層和電子注入層，所述鈣鈦礦發光層採用的材料選自ch3nh3pbbr3、cspbbr3、ch3nh3pbclxbr3-x、cspbclxbr3-x，鈣鈦礦發光層的厚度在50~300nm。

進一步地，所述陽極層採用蒸鍍或者濺射的方式形成，採用的材料選自al、au、ag、cr、mo、pt、cu中的一種或任意幾種，所述陽極層的厚度在20~200nm。

進一步地，所述空穴注入層採用的材料選自pedot:pss、cui、cuscn、nio、spiro-ometad、p3ht、ptaa、pf8-taa、pdppdbte、polytpd中的一種或任意幾種，所述空穴注入層的厚度在10~50nm。

進一步地，所述電子注入層採用的材料選自balq3、bphen、bcp、alq3、tpbi，所述電子注入層的厚度在0.25~5nm。

進一步地，所述陰極層為半透明結構，所述陰極層採用的材料選自al、ag、mg:ag、ca/mg，厚度為5~20nm。

本發明還提出了一種鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件的製備方法，包括以下步驟：

a、採用超聲波清洗機對矽基板進行清洗，採用氮氣吹乾，並用烘乾機對矽基板烘乾；

b、在矽基板上蒸鍍或者濺射陽極層，陽極層材料選自al、au、ag、cr、mo、pt、cu，陽極層的厚度為20~200nm；

c、在陽極層上沉積空穴注入層，沉積材料選自pedot:pss、cui、cuscn、nio、spiro-ometad、p3ht、ptaa、pf8-taa、pdppdbte、polytpd，所述空穴注入層的厚度在10~50nm；

d、在空穴注入層上沉積鈣鈦礦發光層，所述鈣鈦礦發光層採用的材料選自ch3nh3pbbr3、cspbbr3、ch3nh3pbclxbr3-x、cspbclxbr3-x，鈣鈦礦發光層的厚度在50~300nm;

e、在鈣鈦礦發光層上沉積電子注入層，所述電子注入層採用的材料選自balq3、bphen、bcp、alq3、tpbi，所述電子注入層的厚度在0.25~5nm；

f、在電子注入層上沉積陰極層，所述陰極層採用的材料選自al、ag、mg:ag、ca/mg，厚度在5~20nm；

g、採用原子層沉積或旋轉塗覆或熱蒸發方法製備密封層，所述密封層材料選自al2o3、tio2、sin、sio2，厚度為10~100nm；

h、貼玻璃蓋片。

進一步地，在空穴注入層上旋轉塗覆前驅體溶液，先以500轉/秒的轉速旋轉塗覆3秒，後以2000轉/秒的轉速塗覆30秒，在100~120℃的加熱板上退火處理10~30分鐘，以得到鈣鈦礦發光層。

進一步地，所述前驅體溶液由溶質和溶劑按比例混合而成，所述溶質選自ch3nh3br、csbr、ch3nh3pbbr3、pbbr2、pbcl2、cspbbr3，所述溶劑選自dmf、dmso。

進一步地，採用原子層沉積或旋轉塗覆或熱蒸發方法製備密封層，所述密封層材料選自al2o3，厚度為10~30nm。

本發明與現有技術相比較，本發明的實施效果如下：

本發明提出的鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件製備工藝簡單、成本低廉，製備出來的微顯示器件結構發光效率和解析度高，像素點尺寸小於3.5微米，像素達到1280×720。

附圖說明

圖1是本發明提出的鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合具體的實施例來說明本發明的內容。

參照圖1，本發明提出的鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件的結構示意圖。

如圖1所示，本發明提出的一種鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件，包括：矽基板1、鈣鈦礦發光二極體微顯示器、密封層7和玻璃蓋板8，鈣鈦礦發光二極體微顯示器形成在矽基板1上，所述鈣鈦礦發光二極體微顯示器包括陽極層2，有機功能層和陰極層6。

所述陽極層2採用蒸鍍或者濺射的方式形成，採用的材料選自al、au、ag、cr、mo、pt、cu中的一種或任意幾種，所述陽極層2的厚度在20~200nm。

所述有機功能層包括空穴注入層3、鈣鈦礦發光層4和電子注入層5，所述空穴注入層3材料選自pedot:pss、cui、cuscn、nio、spiro-ometad、p3ht、ptaa、pf8-taa、pdppdbte、polytpd中的一種或任意幾種，所述空穴注入層3的厚度在10~50nm。所述鈣鈦礦發光層4採用的材料選自ch3nh3pbbr3、cspbbr3、ch3nh3pbclxbr3-x、cspbclxbr3-x，鈣鈦礦發光層4的厚度在50~300nm。所述電子注入層5採用的材料選自balq3、bphen、bcp、alq3、tpbi，所述電子注入層5的厚度在0.25~5nm。

所述陰極層6為半透明結構，所述陰極層6採用的材料選自al、ag、mg:ag、ca/mg，厚度為5~20nm。

其中，鍍在鈣鈦礦發光層4上的材料為前驅體溶液，溶質選自ch3nh3br、csbr、ch3nh3pbbr3、pbbr2、pbcl2、cspbbr3，所述溶劑選自dmf、dmso，溶質的摩爾比例在1~1.2mol/l。

實施例1

提供矽基板1，用超聲波清洗機清洗矽基板1，用氮氣吹乾矽基板1，並用烘乾機烘乾矽基板1。在10-4pa下蒸鍍al至厚度約30nm作為陽極層2，接著，在陽極層2上蒸鍍ptaa至厚度約20nm作為空穴注入層3。之後，在空穴注入層3上先以500轉/秒的轉速下旋轉塗覆3秒前驅體溶液，後在2000轉/秒的轉速下塗覆30秒前驅體溶液，厚度達到50nm後，在100~120℃的加熱板上退火處理10~30分鐘，得到鈣鈦礦發光層4。其中，前驅體溶液由ch3nh3br和dmf混合而成，ch3nh3br的摩爾比例為1mol/l。接著，在鈣鈦礦發光層4上蒸鍍bphen至厚度3nm作為電子注入層5，之後，在電子注入層5上鍍上al至厚度約10nm作為陰極層6，最後，進行封裝，貼上玻璃蓋板，即完成了鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件的製作。

實施例2

提供矽基板1，用超聲波清洗機清洗矽基板1，用氮氣吹乾矽基板1，並用烘乾機烘乾矽基1板。在10-4pa下蒸鍍cu至厚度約50nm作為陽極層2，接著，在陽極層2上蒸鍍p3ht至厚度約30nm作為空穴注入層3。之後，在空穴注入層3上先以500轉/秒的轉速下旋轉塗覆3秒前驅體溶液，後在2000轉/秒的轉速下塗覆30秒前驅體溶液，厚度達到80nm後，在100~120℃的加熱板上退火處理10~30分鐘，得到鈣鈦礦發光層4。其中，前驅體溶液由cspbbr3和dmf混合而成，cspbbr3的摩爾比例為1.2mol/l。接著，在鈣鈦礦發光層4上蒸鍍bcp至厚度3nm作為電子注入層5，之後，在電子注入層5上鍍上al至厚度約7nm作為陰極層6，最後，進行封裝，貼上玻璃蓋板，即完成了鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件的製作。

實施例3

提供矽基板1，用超聲波清洗機清洗矽基板1，用氮氣吹乾矽基板1，並用烘乾機烘乾矽基板1。在10-4pa下蒸鍍cu至厚度約50nm作為陽極層2，接著，在陽極層2上蒸鍍ptaa至厚度約20nm作為空穴注入層3。之後，在空穴注入層3上先以500轉/秒的轉速下旋轉塗覆3秒前驅體溶液，後在2000轉/秒的轉速下塗覆30秒前驅體溶液，厚度達到70nm後，在100~120℃的加熱板上退火處理10~30分鐘，得到鈣鈦礦發光層4。其中，前驅體溶液由pbcl2和dmso混合而成，cspbbr3的摩爾比例為1.1mol/l。接著，在鈣鈦礦發光層4上蒸鍍alq3至厚度3nm作為電子注入層5，之後，在電子注入層5上鍍上al至厚度約7nm作為陰極層6，最後，進行封裝，貼上玻璃蓋板，即完成了鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件的製作。

本發明提出的鈣鈦礦發光二極體的矽基微顯示器件製備方法，工藝簡單、成本低廉，製備出來的微顯示器件結構發光效率和解析度高，像素點尺寸小於3.5微米，像素達到1280×720。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。