CN105449125A - 一种硅基量子点显示器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅基量子点显示器在硅衬底上采用半导体工艺制作对应行列像素单元的电压或电流驱动电路，在每个像素上制作对应于像素的阴极膜层，并进行化学机械平坦化抛光。在抛光的阴极膜层上，制作TiO2、TiN等材料的电子传输层、量子点发光层。并在量子点发光层上制作CBP作为空穴传输层，MoO3作为空穴注入层，ITO导电层作为器件阳极,促进空穴和电子传输到量子点发光层，复合后发光。用透明基板进行密封封接后形成量子点发光显示器件。本发明的优点在于：在硅衬底上制作像素驱动电路，可以获得高的像素分辨率，以及大的电压或电流驱动能力，从而获得高亮度的量子点发光显示，实现高分辨率、高亮度可穿戴显示用的微型显示器。

Description

一种硅基量子点显示器及其制作方法
技术领域
本发明属于半导体领域，特别涉及一种基于硅基电路的量子点发光显示器及其制作方法。
背景技术
量子点(QDs)是一种零维半导体纳米晶体，由于能级分裂、量子限域效应等，使其可以通过调节量子点的粒径大小改变发光颜色，而且发光不会存在二次吸收的情况，发光效率高，同时具有较窄的发射峰，单色性好。基于量子点发光LED(QLED,QuantumDots-LightEmittingDiode)可以创建几乎任何颜色的CIE图。
利用QLED的发光特性，制作成点阵像素形式，通过每个像素对应的驱动电路对发光单元施加电压或电流信号，可以实现像素点的发光控制，从而可以实现高颜色质量的图像显示。
传统的量子点发光显示器件以及薄膜晶体管(TFT)器件，是在TFT或透明电极(如ITO)的基础上，在ITO上制作空穴传输层、量子点发光层、电子传输层和阴极材料层并进行封装。在电压或电流驱动下，量子点发光，并由阳极一侧发射出去。通过对每个像素单元上电压电流的调制，实现图像显示。
但对于TFT量子点发光器件，由于TFT占据一定面积不能透光，同时由于工艺限制不能使像素尺寸非常小。而将QLED应用于微型显示，就要求在小的像素面积下具有足够的电压或电流驱动能力，以保证足够的分辨率和发光亮度，采用传统的薄膜晶体管TFT工艺，难以实现可穿戴、投影显示所需要的分辨率和发光亮度，在可穿戴等应用的微型显示方面有些不足。
如果不采用TFT作为像素驱动的无源显示，则由于所有驱动电路都需要通过外部施加电压或电流驱动像素，则同样无法实现高分辨率大信息容量的显示，也难以在高分辨率小尺寸的可穿戴装备中使用。
如果采用硅基来制作量子点显示的驱动电路，则驱动电路可以实现微型显示所要求的高分辨率、小尺寸，同时可以拥有非常高的电压或电流驱动能力。但是由于硅基是不透明的，同时由于作为阴极电极的铝膜透光率也不佳。
发明内容
本发明提供一种硅基量子点显示器，包括硅衬底，硅衬底上设置有驱动电路，驱动电路上方设置有抛光的阴极膜层，阴极膜层上方从下往上依次设置有电子传输层、量子点发光层、空穴传输层和空穴注入层，空穴注入层上设置有器件阳极，所述驱动电路一端设置在硅衬底与阴极膜层之间另一端设置在阳极膜层上。
进一步的，所述阴极膜层所采用的材料为铝、金、银、钙中一种或多种。
一种硅基量子点显示器的制作方法，包括以下步骤：
第一步：在硅衬底上采用半导体工艺，制作对应行列像素单元的电压或电流驱动电路；
第二步：在每个像素单元上制作对应于像素的阴极膜层，并进行化学机械平坦化抛光；
第三步：在抛光的阴极膜层上，制作TiO2或TiN材料的电子传输层和量子点发光层，QD材料包括CdSe/ZnS,InP/ZnSeS,CdTe/ZnS,PbSe/ZnS等；
第四步：在发光层上制作CBP作为空穴传输层，促进空穴传输到量子点发光层；
第五步：在空穴传输层上制作MoO3作为空穴注入层，在空穴注入层上制作ITO导电层作为驱动电路的器件阳极；
第六步：最后用透明基板进行密封封接后形成量子点发光显示器件。
其中，第三步中的电子传输层采用二氧化钛前驱溶液或氧化锌溶液通过旋涂、印刷、转移的方法涂抹在阴极膜层上。
进一步的，所述二氧化钛前驱溶液为钛聚合物溶解在正丁烷中其质量比为5％配制而成的溶液，氧化锌溶液为10-50mg/ml的ZnO纳米颗粒溶液。
其中，第四步中空穴传输层采用真空热蒸发的方法蒸发CBP。
其中，第五步中的空穴注入层采用真空热蒸发的方法蒸发MoO3。
其中，第五步中的器件阳极采用磁控溅射的方法制备，并作退火固化处理。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：在硅衬底上制作像素驱动电路，可以获得高的像素分辨率，以及大的电压或电流驱动能力，从而获得高亮度的量子点发光显示，实现高分辨率、高亮度可穿戴显示用的微型显示。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
如图1所示，在硅衬底1上采用半导体工艺制作对应行列像素单元的电压或电流驱动电路8，在每个像素上制作对应于像素的阴极材料(如铝或金或银或钙或它们的合金)膜层即阴极膜层2，并进行化学机械平坦化抛光(CMP)。在抛光的阴极膜层2上，制作TiO2、TiN等材料的电子传输层3、量子点发光层4。并在发光层4上制作CBP作为空穴传输层5，促进空穴传输到量子点发光层4，MoO3作为空穴注入层6，ITO导电层作为器件阳极7。用玻璃进行密封封接后形成量子点发光显示器件。
一种硅基量子点显示器制作方法的具体实施方式如下：
1)根据设计的行列像素单元电压或电流驱动电路，在半导体工艺线上制作硅基底的驱动电路，并在顶层制作铝(也可以是Ag、Au或者Ca，以及它们的合金)作为阴极，并采用化学机械抛光进行表面平坦化。
2)二氧化钛(TiO2)前驱溶液是将钛聚合物溶解在正丁烷中且其质量比为5％，配制而成的溶液；将二氧化钛前驱溶液用旋涂、印刷、转移等方法在阴极上制备无机电子传输层。
3)量子点的制备：将用高温金属法制备的量子点颗粒的表面上包裹羧基，量子点核壳结构，核为硒化镉，壳为硫化锌。
4)采用真空热蒸发的方法蒸发CBP形成空穴传输层，继续蒸发制备MoO3形成空穴注入层。
5)在空穴注入层上利用磁控溅射的方法制备阳极电极，并作退火固化处理，电极材料为ITO。
因此在制作量子点发光显示时要作为顶置发光，既以硅基作为基底，并制作驱动电路，在驱动电路上制作与像素单元对应的铝膜层作为阴极，然后制作量子点发光所需要的电子传输层、量子点发光层、空穴传输层，阳极材料ITO要做在顶层，这样发光可以通过ITO向外部发射。由此形成硅基量子点显示器(QLEDoS)，其具有微小型化、分辨率高、发光亮度高、色纯度高、工艺简单等优势，可应用于可穿戴系统、投影显示系统等。硅基底可以利用成熟的大规模或者超大规模集成电路技术，将周边电路集成在硅基底，提高器件集成度，增强器件的可靠性，实现更高分辨率。
将硅基驱动电路与QLED相结合，在硅基像素驱动电路上制作适合的QLED发光层，形成硅基量子点显示器件(QLEDoS)，可以解决量子点显示高亮度高分辨率时驱动能力不足的问题。硅基量子点显示器件具有分辨率高、色彩饱和度高，易微小型化的特点，适合可穿戴、投影等微型显示系统应用。
本发明解决量子点发光显示器件在可穿戴、投影等应用场合所需要的高分辨率、高亮度、微小型化带来的电压或电流驱动问题，将量子点发光显示与硅基驱动电路相结合；在硅衬底上制作像素驱动电路，可以获得高的像素分辨率，以及大的电压或电流驱动能力，从而获得高亮度的量子点发光显示，实现高分辨率、高亮度可穿戴显示用的微型显示。

Claims (8)

1.一种硅基量子点显示器：其特征在于：包括硅衬底，硅衬底上设置有驱动电路，驱动电路上方设置有抛光的阴极膜层，阴极膜层上方从下往上依次设置有电子传输层、量子点发光层、空穴传输层和空穴注入层，空穴注入层上设置有器件阳极，所述驱动电路一端设置在硅衬底与阴极膜层之间，另一端设置在阳极膜层上。
2.根据权利要求1所述的一种硅基量子点显示器，其特征在于：所述阴极膜层所采用的材料为铝、金、银、钙中一种或多种。
3.一种硅基量子点显示器的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：在硅衬底上采用半导体工艺，制作对应行列像素单元的电压或电流驱动电路；
第二步：在每个像素单元上制作对应于像素的阴极膜层，并进行化学机械平坦化抛光；
第三步：在抛光的阴极膜层上，制作TiO2、TiN或ZnO材料的电子传输层和量子点发光层，量子点材料包括CdSe/ZnS,InP/ZnSeS,CdTe/ZnS,PbSe/ZnS等；
第四步：在量子点发光层上制作CBP作为空穴传输层，促进空穴传输到量子点发光层；
第五步：在空穴传输层上制作MoO3作为空穴注入层，在空穴注入层上制作ITO导电层作为驱动电路的器件阳极；
第六步：最后用透明基板进行密封封接后形成量子点发光显示器件。
4.根据权利要求3所述的一种硅基量子点显示器的制作方法，其特征在于：第三步中的电子传输层采用二氧化钛前驱溶液或氧化锌溶液通过旋涂、印刷、转移的方法涂抹在阴极膜层上。
5.根据权利要求4所述的一种硅基量子点显示器的制作方法，其特征在于：所述二氧化钛前驱溶液为钛聚合物溶解在正丁烷中其质量比为5％配制而成的溶液，氧化锌溶液为10-50mg/ml的ZnO纳米颗粒溶液。
6.根据权利要求3所述的一种硅基量子点显示器的制作方法，其特征在于：第四步中空穴传输层采用真空热蒸发的方法蒸发CBP。
7.根据权利要求3至6之一所述的一种硅基量子点显示器的制作方法，其特征在于：第五步中的空穴注入层采用真空热蒸发的方法蒸发MoO3。
8.根据权利要求7所述的一种硅基量子点显示器的制作方法，其特征在于：第五步中的器件阳极采用磁控溅射的方法制备，并作退火固化处理。
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