CN108807341B - 一种温度测量装置、发光器件及显示阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度测量装置、发光器件及显示阵列，其中，所述温度测量装置包括第一电极层、连接层和第二电极层，所述连接层的一端覆盖在所述第一电极层上，所述第二电极层覆盖在所述连接层的另一端上，所述第一电极层和第二电极层之间还连接设置有电压测量装置，根据第一电极层和第二电极层之间的电压值以及第二电极层处的温度值得出第一电极层处的温度值，通过若干薄膜层组成一热电回路，能将该热电回路集成在发光器件的电极上，通过读取电信号从而精确获知发光像素的温度，达到直接测量微米尺度下像素温度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种温度测量装置、发光器件及显示阵列。
背景技术
有机发光二极管(OLED)和量子点发光二极管(QLED)是具有高显示性能和印刷显示适应性的下一代显示技术。结合图1，以QLED为例，一个QLED单元器件通常包括电极1，空穴注入层，空穴传输层，发光层，电子传输、注入层和电极2。根据电极1和电极2的相对位置，即背电极和顶电极，QLED的结构可以分为正型器件和反型器件两种。根据光出射的方向，从顶电极出射的器件(顶电极在发射波段内为透明电极)称为顶发射器件；从底电极出射(底电极和基板在发射波段内为透明)的器件称为底发射器件。空穴注入、传输层用于从外电路向发光层提供可迁移空穴，电子传输层用于提供可迁移电子。电子-空穴在量子点中形成激子，激子通过辐射复合输出光子。
QLED显示技术的发光效率已经接近显示应用的要求，然而，器件的发光寿命仍然需要提高。尤其是蓝色发光器件与红、绿色器件的发光寿命差距悬殊，还不足以支持消费电子水平的应用。从原因分析，可粗略分为器件在恒定外部条件(比如温度、湿度)下的稳定性以及外部条件变化时对器件衰减的加速作用。前者主要涉及高电流驱动下各功能层材料的可靠度、器件中电场分布、复合区分布的稳定程度；后者涉及温度、湿度变化时对上述因素产生的负面影响。高温下，更多声子被激发，降低复合区内辐射复合的几率；功能层中玻璃化温度较低的有机材料会发生相变，其电学性质被完全改变；载流子传输层的电学性质变化(比如电阻增加)会反馈出更高的驱动电压以保证驱动电流不降低，从而进一步升高器件温度，产生恶性循环。一个外量子效率在10％左右的蓝光器件，为了输出1000cd/m2的亮度，通常需要120mW/cm2的电路输入功率，即至少100mW/cm2的功率以各种形式转换成热能耗散在器件中。热源产生的热量通过热导率非常低的有机(λ～0.1WK-1m-1)无机纳米晶材料(1～10WK-1m-1)传导至电极后再与外部环境达到动态平衡。任何提高发光外量子效率的方法都可以降低热耗散。比如提高发光材料的辐射复合几率，降低器件的电阻(包括材料自身电阻、界面电阻—注入势垒、电极电阻)等等。尤其是蓝光器件，由于电子，空穴都有非常高的注入势垒，即使在材料发光效率相同的情况下，二极管在正向导通状态下有非常高的界面电阻，其发热情况会比红、绿器件更严重。
因此测量发光单元器件的温度是评估器件工作条件的先决条件，实验室中可以使用红外热成像技术对非集成的器件样品进行初略的测量，而在实际显示产品中情况则不同。首先高性能显示器的像素的尺寸线度在100微米以下，热成像技术的解析率未必能达到要求，对局部温度的测量可能产生很大误差；其次发光单元器件集成在驱动电路面板上，面板的热传导率热导率较低，空间内且填充大量导热率极低的绝缘材料，使从下方散热更加困难，且发光器件上方会继续覆盖导热率极低的绝缘材料，从器件上方散热也很困难。因此如何直接测量发光像素温度的问题还亟待解决。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种温度测量装置、发光器件及显示阵列，通过若干薄膜层组成一热电回路，能将该热电回路集成在发光器件的电极上，通过读取电信号从而精确获知发光像素的温度，达到直接测量微米尺度下像素温度的目的。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种温度测量装置，其包括第一电极层、连接层和第二电极层，所述连接层的一端覆盖在所述第一电极层上，所述第二电极层覆盖在所述连接层的另一端上，所述第一电极层和第二电极层之间还连接设置有电压测量装置，根据第一电极层和第二电极层之间的电压值以及第二电极层处的温度值得出第一电极层处的温度值。
所述的温度测量装置中，所述连接层的热电系数大于第一电极层、第二电极层的热电系数。
所述的温度测量装置中，所述连接层为单层结构或多层结构。
所述的温度测量装置中，所述多层结构包括若干个周期的层叠设置的第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层与第二半导体层间隔设置。
所述的温度测量装置中，所述单层结构或所述第一半导体层采用的材料的热电系数大于等于50μ VK-1。
所述的温度测量装置中，所述第二半导体层的能带隙宽于第一半导体层的能带隙。
所述的温度测量装置中，所述第一电极层的材料为金、银、铜、钽、铅、铝、碳、铂中的至少一种。
所述的温度测量装置中，所述第二电极层的材料为金、银、铜、钽、铅、铝、碳、铂中的至少一种。
一种发光器件，包括依次叠层设置的底电极、发光层和顶电极，其还包括如上所述的温度测量装置，所述第一电极层与底电极或顶电极接触设置；或者所述第一电极层直接作为发光器件的底电极或顶电极。
一种显示阵列，其包括若干个如上所述的发光器件。
相较于现有技术，本发明提供的温度测量装置、发光器件及显示阵列中，所述温度测量装置包括第一电极层、连接层和第二电极层，所述连接层的一端覆盖在所述第一电极层上，所述第二电极层覆盖在所述连接层的另一端上，所述第一电极层和第二电极层之间还连接设置有电压测量装置，根据第一电极层和第二电极层之间的电压值以及第二电极层处的温度值得出第一电极层处的温度值，通过若干薄膜层组成一热电回路，能将该热电回路集成在发光器件的电极上，通过读取电信号从而精确获知发光像素的温度，达到直接测量微米尺度下像素温度的目的。
附图说明
图1为现有技术中的QLED器件结构示意图。
图2为本发明提供的温度测量装置第一实施例的结构示意图。
图3为本发明提供的温度测量装置第二实施例的结构示意图。
图4为本发明提供的温度测量装置中连接层采用的铟镓锌氧化物的热电系数-电导率图。
图5为本发明提供的温度测量装置优选实施例中的热电电压-温差曲线图。
图6为本发明提供的发光器件第三实施例的结构示意图。
图7为本发明提供的发光器件第四实施例的结构示意图。
图8为本发明提供的显示阵列的部分电路示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术无法直接测量发光像素温度等缺点，本发明的目的一种温度测量装置、发光器件及显示阵列，通过若干薄膜层组成一热电回路，能将该热电回路集成在发光器件的电极上，通过读取电信号从而精确获知发光像素的温度，达到直接测量微米尺度下像素温度的目的。
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图2，本发明提供的温度测量装置包括第一电极层1、连接层2和第二电极层3，所述连接层2的一端覆盖在所述第一电极层1上，所述第二电极层3覆盖在所述连接层2的另一端上，所述第一电极层1和第二电极层3之间还连接设置有电压测量装置10，根据第一电极层1和第二电极层3之间的电压值以及第二电极层3处的温度值得出第一电极层1处的温度值。本发明通过若干薄膜层组成一热电回路，通过读取电信号从而精确获知发光像素的温度，达到了直接测量微米尺度下像素温度的目的
具体地，所述第一电极层1为热电系数较低的、具有金属级别导电率和导热率的材料，其包括但不限于为金、银、铜、钽、铅、铝、碳、铂等金属材料，且第一电极层1可为上述一种金属材料制备而成的单一电极层或至少两种金属材料制备而成复合电极层。类似地，所述第二电极层3同样为热电系数较低的、具有金属级别导电率和导热率的材料，其包括但不限于为金、银、铜、钽、铅、铝、碳、铂等金属材料，且第二电极层3可为上述一种金属材料制备而成的单一电极层或至少两种金属材料制备而成复合电极层，具体可根据实际产品需求选择，本发明对此不作限定。
进一步地，所述连接层2为热电系数较高的半导体或介质材料组成，且连接层2的热电系数远远大于第一电极层1和第二电极层3的热电系数，即S2＞＞S1≈S3，其中S1为第一电极层1的热电系数，S2为连接层2的热电系数，S3为第二电极层3的热电系数，所述连接层2的热电系数优选为100μ VK-1。
更进一步地，请一并参阅图3，所述连接层2可采用单层结构或多层结构，如图2所示，第一实施例中所述连接层2为单层结构，而图3所示的第二实施例中，所述连接层2为多层结构。所述单层结构或所述第一半导体层采用的材料的热电系数均为具有高热电系数的材料，其热电系数大于等于50μ VK-1，当连接层2采用单层结构时，其采用的材料为含锑、碲、锗的化合物，例如Bi1-xSbx、Bi2Te3-xSex、AgPb18SbTe20、(Pb,Sn)Te、Ga2Se3、PbTe、SiGe等，其中0≤x≤1，或者为宽带隙的半导体材料，例如铟镓锌氧化物(IGZO)、铝镓锌氧化物(AGZO)、铟锌氧化物(IZO)或氧化铟掺硒(ITO)等等，图4中的数据显示了用直流磁共溅射制备的IGZO，其热电系数与电导率之间的关系。
当连接层2采用多层结构时，如图3所示，所述多层结构包括若干个周期的层叠设置的第一半导体层A和第二半导体层B，所述第一半导体层A与第二半导体层B间隔设置。此时连接层2为基于量子限制效应的多层周期结构，例如超晶格结构或二维电子气结构等等，使用周期结构可以利用量子限制效应进一步提高热电系数，提高测量的信噪比，从而提高温度测量的准确性。
其中，所述第一半导体层A为具有高热电系数的材料，所述第二半导体层B采用的材料热电系数低于第一半导体层A的材料，且所述第二半导体层B的能带隙宽于第一半导体层A的能带隙，所述第一半导体层A和第二半导体层B的厚度范围均为0.1-100nm。具体所述第一半导体层A采用的材料包括但不限于含锑、碲、锗的化合物，例如Bi1-xSbx、Bi2Te3-xSex、AgPb18SbTe20、(Pb,Sn)Te、Ga2Se3、PbTe、SiGe等，其中0≤x≤1，或者为宽带隙的半导体材料，例如铟镓锌氧化物(IGZO)、铝镓锌氧化物(AGZO)、铟锌氧化物(IZO)或氧化铟掺硒(ITO)等等，而由于所述第二半导体的作用为将第一半导体层A中的电子局限在单层薄膜中形成二维电子气和量子限制效应，因此其采用带隙大于2eV的宽带隙半导体或绝缘材料，包括且不限于ZnO，Nb2O5，Ta2O5，SiO2，Al2O3，MoO3，ZnS，CdS等。为了达到良好的量子限制效果，可根据优化实验得到第一半导体层A和第二半导体层B的最优厚度值，以及层叠设置的第一半导体层A和第二半导体层B的周期数，从而使连接层2得到最优化的热电系数，进一步提高温度测量效果。
具体实施时，本发明提供的温度测量装置在测量温度时，将第一电极层1与待测区域中的发光像素接触，而连接层2从第一电极层1处，即待测区域中延伸至远离待测区域的恒温区域，例如室温区域，且第二电极层3也位于该恒温区域，通过测量第一电极层1和第二电极层3之间的电压值，即连接层2两端的压差来获得待测区域的温度值，具体计算方法为
其中V为电压测量装置10测得的电压值，S1为第一电极层1的热电系数，S2为连接层2的热电系数，S3为第二电极层3的热电系数，Swire为导线的热电系数，T1为第一电极层1处的温度值，T2为连接层2一端与第一电极层1接触处的温度值，T3为连接层2另一端与第二电极层3接触处的温度值，T4为第二电极层3处的温度值，由上式可知，连接层2一端与第一电极层1接触处的温度值T2可通过电压值V、T3和S2得出，而连接层2的另一端位于原地待测区域的恒温区域，即T3与S2均已知，因此只需通过测量连接层2两端的压差即可转换得出待测区域的温度值，如图5所示，其为连接层2分别采用IGZO和IGZO:SiO2复合层时电压-温差曲线图，其中IGZO的热电系数为-220μ VK-1，IGZO:SiO2复合层中，IGZO厚度为5nm，SiO2厚度为0.2nm。通过电压和温度之间的关系成功通过电信号得到温度信号，实现温度测量，且由于该温度测量装置可直接集成在发光单元器件上，因此在通过读取电信号获知发光像素的温度的基础上，还达到直接测量微米尺度下像素温度的目的，突破了传统温度测量的尺寸限制。
基于上述提供的温度测量装置，本发明还相应提供一种发光器件，如图6和图7所示，其包括如上所述的温度测量装置，所述第一电极层1与底电极或顶电极接触设置，或者所述第一电极层1直接作为发光器件的底电极或顶电极。需说明的是，本发明提供的发光器件包括有机发光二极管(OLED)和量子点发光二极管(QLED)，即本发明提供的温度测量装置，不仅可以应用于QLED，也可以应用于OLED中，取决于其选用的发光层材料，以QLED为例，其发光层采用的材料包含无机半导体量子点纳米晶作为电致发光材料，其包括但不限于II-VI半导体的纳米晶，比如CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、PbS、PbSe、PbTe和其他二元、三元、四元的II-VI化合物；III-V族半导体的纳米晶，比如GaP、GaAs、InP、InAs和其他二元、三元、四元的III-V化合物。所述的用于电致发光的半导体材料还不限于II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物、IV族单质等等。
具体地，所述温度检测装置集成于发光器件时可分为两种情况，如图6所示，第三实施例中，所述发光器件为底发射器件，即顶电极为反射电极，光从底电极方向射出，所述温度检测装置中第一电极层1与发光器件的顶电极接触设置，需说明的是，本实施例中对发光器件为正置器件或反置器件并不作限定，例如，为了提高器件效率，在底电极和发光层之间增加空穴注入层和/或空穴传输层，在发光层与顶电极之间增加电子传输层和/或电子注入层，制备得到正置底发射器件；或者在底电极和发光层之间增加电子注入层和/或电子传输层，在发光层与顶电极之间增加空穴传输层和/或空穴注入层，制备得到反置底发射器件，具体取决于器件制备过程。
第三实施例中，发光器件制备完毕后，在顶电极上继续形成上述温度检测装置，首先在顶电极上形成第一电极层1，此时若顶电极材料已经为上文中第一电极层1所采用材料中的任意一种，则可省略第一电极层1，直接沉积连接层2，之后在第一电极层1上以不同的掩膜图形沉积连接层2，使连接层2即覆盖整个顶电极区域又延伸至远离像素点的室温点，之后继续在连接层2远离像素点的一端沉积第二电极层3，最后通过电压测量装置10连接第一电极层1和第二电极层3即可将所述温度测量装置集成在发光器件的电极上，达到直接测量像素温度的效果。
如图7所示，第四实施例中，所述发光器件为顶发射器件，即底电极为反射电极，光从顶电极方向射出，所述温度检测装置中第一电极层1与发光器件的底电极接触设置，需说明的是，本实施例中对发光器件为正置器件或反置器件同样不作限定，为了提高器件效率，可在底电极和发光层之间增加空穴注入层和/或空穴传输层，在发光层与顶电极之间增加电子传输层和/或电子注入层，制备得到正置顶发射器件；或者在底电极和发光层之间增加电子注入层和/或电子传输层，在发光层与顶电极之间增加空穴传输层和/或空穴注入层，制备得到反置顶发射器件，具体取决于器件制备过程。
第四实施例中，温度检测装置形成于发光器件制备之前，首先形成第一电极层1，之后在第一电极层1上以不同的掩膜图形沉积连接层2，使连接层2即覆盖整个底电极区域又延伸至远离像素点的室温点，之后在连接层2远离像素点的一端沉积第二电极层3，如果底电极的材料已经为上文中第一电极层1所采用材料中的任意一种，则可省略第一电极层1，最后通过电压测量装置10连接第一电极层1和第二电极层3，实现对发光器件的温度测量。
本发明还相应提供一种显示阵列，其包括若干个如上所述的发光器件，如图8所示，图中仅展示一个发光器件，以简化的驱动电路(两个晶体管T11、T12和电容C1)为例，表现温度测量装置中两个电极和介质层组成的热偶组件在电路中的位置，实际情况下的应用不限于二晶体管电路这种情况。温度测量装置中热电材料与QLED的一个电极相接触并且延伸至恒温处，QLED运行时测量该电极与恒温处的压差，根据类似图5中所示的电压-温度关系图得出QLED运行时的温度，具体的电压与温度关系取决于连接层2的热电系数，可根据实际需要进行选择。
综上所述，本发明提供的温度测量装置、发光器件及显示阵列中，所述温度测量装置包括第一电极层、连接层和第二电极层，所述连接层的一端覆盖在所述第一电极层上，所述第二电极层覆盖在所述连接层的另一端上，所述第一电极层和第二电极层之间还连接设置有电压测量装置，根据第一电极层和第二电极层之间的电压值以及第二电极层处的温度值得出第一电极层处的温度值，通过若干薄膜层组成一热电回路，能将该热电回路集成在发光器件的电极上，通过读取电信号从而精确获知发光像素的温度，达到直接测量微米尺度下像素温度的目的。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种温度测量装置，其特征在于，包括第一电极层、连接层和第二电极层，所述连接层的一端覆盖在所述第一电极层上，所述第二电极层覆盖在所述连接层的另一端上，所述第一电极层和第二电极层之间还连接设置有电压测量装置，根据第一电极层和第二电极层之间的电压值以及第二电极层处的温度值得出第一电极层处的温度值。
2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述连接层的热电系数大于第一电极层、第二电极层的热电系数。
3.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述连接层为单层结构或多层结构。
4.根据权利要求3所述的温度测量装置，其特征在于，所述多层结构包括若干个周期的层叠设置的第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层与第二半导体层间隔设置。
5.根据权利要求4所述的温度测量装置，其特征在于，所述单层结构或所述第一半导体层采用的材料的热电系数大于等于50μVK-1。
6.根据权利要求4所述的温度测量装置，其特征在于，所述第二半导体层的能带隙宽于第一半导体层的能带隙。
7.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述第一电极层的材料为金、银、铜、钽、铅、铝、碳、铂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述第二电极层的材料为金、银、铜、钽、铅、铝、碳、铂中的至少一种。
9.一种发光器件，包括依次叠层设置的底电极、发光层和顶电极，其特征在于，还包括如权利要求1-8任意一项所述的温度测量装置，所述第一电极层与底电极或顶电极接触设置；
或者所述第一电极层直接作为发光器件的底电极或顶电极。
10.一种显示阵列，其特征在于，包括若干个如权利要求9所述的发光器件。
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