CN112054130A - 基于交流电场驱动半导体pn结的可拉伸发光器件及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件，包括从上至下依次设置的第一可拉伸电极基板、第一可拉伸电极、半导体PN结发光层、第二可拉伸电极和第二可拉伸电极基板。本发明能够实现可拉伸发光器件的发光显示，且能在拉伸情况下保持良好的光输出能力。

Description

基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件及其方法
技术领域
本发明涉及发光器件领域，具体涉及一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件及方法。
背景技术
近年来，随着可穿戴设备、智能电子皮肤和机器人等新兴领域的迅速发展，可拉伸电子器件逐渐走进人们的视野。与传统电子器件相比，可拉伸电子器件的突出特点是可以在外力作用下发生拉伸、弯曲或者折叠等形变，涉及到电子器件、材料和工程等学科，是一个全新的多学科交叉的研究方向。柔性可拉伸发光器件经过短短几年的发展，已经取得了巨大进展，包括开发了多种不同的拉伸方式、丰富的拉伸材料和不断优化的制备工艺。但是，至今还没有可实用化的可拉伸电致发光器件应用于市场中，这主要受到以下几个方面的限制：（1）发光效率较低；（2） 拉伸稳定性差；（3） 制备工艺不适合大规模生产。在当前已报道的实验结果中，研究者侧重于解决不同的问题，还没有能同时具有高效率和循环拉伸稳定性，且制备工艺适合大规模生产的可拉伸发光器件。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件，能够实现可拉伸发光器件的发光显示，且能在拉伸情况下保持良好的光输出能力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件，包括从上至下依次设置的第一可拉伸电极基板、第一可拉伸电极、半导体PN结发光层、第二可拉伸电极和第二可拉伸电极基板。
进一步的，所述半导体PN结发光层与两端中至少一端可拉伸电极之间设有可拉伸绝缘体层。
进一步的，所述可拉伸电极基板材料采用聚二甲基硅氧烷薄膜。
一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1:制备并切割可拉伸电极基板，并在可拉伸电极基板上制备可拉伸电极；
步骤S2:在电极表面制备绝缘体层，作为发光层基板；
步骤S3:将半导体PN结加入凝胶，持续搅拌配制成PN结分散液；
步骤S4:将得到的PN结分散液在绝缘体层表面制备成半导体PN结发光层；
步骤S5:在半导体PN结发光层上设置与发光层基板对称的发光层上盖；
步骤S6:半导体PN结发光层的凝胶凝固及相应溶液，得到含有半导体PN结的可拉伸发光器件。
进一步的，所述可拉伸电极两端均采用透明导电材料通过薄膜沉积工艺制备得到。
进一步的，所述可拉伸电极一端通过蒸镀获得高延展性不透明金属电极。
进一步的，所述的绝缘体层采用有机可拉伸材料贴合在电极表面上、通过薄膜沉积工艺在电极上沉积氧化铝或通过薄膜沉积工艺在电极上沉散布玻璃微球制成无机绝缘体层。
进一步的，所述半导体PN结为粒径在5-60 μm的垂直式半导体PN结或通过交流电场驱动的含镓氮化物半导体颗粒。
进一步的，所述相应溶液为甲苯，其中加入光致发光材料实现光色转换。
进一步的，所述发光层上盖包括可拉伸电极和可拉伸基板衬底。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明能够实现可拉伸发光器件的发光显示，且能在拉伸情况下保持良好的光输出能力。
2、本发明艺过程简单、成本低，半导体PN结化学性质稳定且不会因为拉伸而损失性能。
3、本发明利用可通过交流电场驱动的半导体PN结和光致发光材料，可以在非电接触情况下，经过光色转换，实现多种颜色的发光显示。
附图说明
图1是本发明一实施例中结构示意图；
图2是本发明一实施例中方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件，包括包括从上至下依次设置的第一可拉伸电极基板210、第一可拉伸电极220、第一绝缘层230，半导体PN结发光层140、第二绝缘层130、第二可拉伸电120和第二可拉伸电极基板110。
在本实施例中，所述可拉伸电极基板材料采用聚二甲基硅氧烷薄膜或其他能够一定限度内拉伸后完全恢复的基底材料。。
在本实施例中，一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1:制备并切割可拉伸电极基板，并在可拉伸电极基板上制备可拉伸电极；
步骤S2:在电极表面制备绝缘体层，作为发光层基板；
步骤S3:将半导体PN结加入凝胶，持续搅拌配制成PN结分散液；
步骤S4:将得到的PN结分散液在绝缘体层表面制备成半导体PN结发光层；
步骤S5:在半导体PN结发光层上设置与发光层基板对称的发光层上盖；
步骤S6:半导体PN结发光层的凝胶凝固及相应溶液，得到含有半导体PN结的可拉伸发光器件。
优选的，在本实施例中，所述可拉伸电极两端均采用透明导电材料通过薄膜沉积工艺制备得到；也可以一端通过蒸镀获得高延展性不透明金属电极，厚度为1-500000 nm。
优选的，在本实施例中，所述的绝缘体层采用有机可拉伸材料贴合在电极表面上、通过薄膜沉积工艺在电极上沉积氧化铝或通过薄膜沉积工艺在电极上沉散布玻璃微球制成无机绝缘体层，厚度为1-500000 nm。
优选的，在本实施例中，所述半导体PN结为粒径在5-60 μm的垂直式半导体PN结或通过交流电场驱动的含镓氮化物半导体颗粒。
优选的，在本实施例中，所述相应溶液为甲苯，其中可以加入量子点等光致发光材料实现光色转换。所述凝胶材料可以是热凝胶、UV胶等通过外部施加刺激可以凝结的胶状材料，其主要的特性是透光性好且具有一定的粘度。
优选的，在本实施例中，所述发光层上盖包括可拉伸电极和可拉伸基板衬底，发光层上盖的电极与发光层之前可存在绝缘体层。。
实施例1：
本实施例中，提供一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件，具体制备步骤为：
步骤1：氮化镓分散液的制备
用电子天平准确称取500mg红光量子点荧光微球和大约5mg的垂直式蓝光氮化镓颗粒，放入盛有大约3mL的甲苯溶剂的样品瓶中。用恒温磁力搅拌器常温下搅拌约1小时，分散均匀后移入小培养皿中。用电子天平称取CR-168A热凝胶1.5g加入小培养皿，在恒温磁力搅拌器上搅拌约1小时后，这期间甲苯溶剂不断蒸发，制成粘度适中的氮化镓分散液。制成后需密封保存。
步骤2：基板衬底材料110和210的准备。制备并切割聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为可拉伸基板衬底材料110，制备双份，另一份为发光层上盖的可拉伸基板衬底210。
步骤3：电极120和220的制备。
通过真空抽滤方法在可拉伸基板衬底上沉积银纳米线作为可拉伸电极120，制备双份，另一份为发光层上盖的电极220。在真空过滤装置上，然后将银纳米线在乙醇中的具有计算质量的分散体过滤通过滤膜，以制备具有特定沉积密度的银纳米线膜。在银纳米线沉积量只有 12.5 μg/cm2 时就可以同时实现高透过率（79.6%，在可见光波长为 550 nm处）和低方阻（7.3 Ω/sq）。
步骤4：绝缘体层130和230的制备。通过原子层沉积（ALD）方法在绝缘体层130表面制备氧化铝绝缘体层130,厚度为20nm，制备双份，另一份为发光层上盖的绝缘体层230。
步骤5：氮化镓颗粒发光层140的制备。通过丝网印刷方法在绝缘体层130表面印刷配制的氮化镓分散液。
步骤6：制成含有氮化镓颗粒的可拉伸发光器件。
将另一份制备的发光层上盖倒置于印刷的氮化镓颗粒发光层上，倒置放上时注意留出两端电极接电口。将器件放入烘箱，60℃均匀加热30分钟后取出，得到
基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件。通过连接函数发生器、信号放大器和示波器，可观察本发明中可拉伸发光器件在交流电场驱动下的发光情况。
实施例2
本实施例提供一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件，其制备过程与实施例1一致，所不同的是，两端电极120和220的材料都采用高电导率的聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）。其步骤1、步骤2、步骤4、步骤5、步骤6与实施例1相同，步骤3电极的制备如下：
在大气环境下，通过在可拉伸基板衬底上旋涂高电导率的聚乙烯二氧噻吩作为可拉伸电极120，制备双份，另一份为发光层上盖的电极220。旋涂的参数为先低速500RPM，高速2000RPM，低速持续3秒，高速持续60秒，100℃退火10min。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件，其特征在于，包括从上至下依次设置的第一可拉伸电极基板、第一可拉伸电极、半导体PN结发光层、第二可拉伸电极和第二可拉伸电极基板。
2.根据权利要求1所述的基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件，其特征在于，所述半导体PN结发光层与两端中至少一端可拉伸电极之间设有可拉伸绝缘体层。
3.根据权利要求1所述的基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件，其特征在于，所述可拉伸电极基板材料采用聚二甲基硅氧烷薄膜。
4.一种基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:制备并切割可拉伸电极基板，并在可拉伸电极基板上制备可拉伸电极；
步骤S2:在电极表面制备绝缘体层，作为发光层基板；
步骤S3:将半导体PN结加入凝胶，持续搅拌配制成PN结分散液；
步骤S4:将得到的PN结分散液在绝缘体层表面制备成半导体PN结发光层；
步骤S5:在半导体PN结发光层上设置与发光层基板对称的发光层上盖；
步骤S6:半导体PN结发光层的凝胶凝固及相应溶液，得到含有半导体PN结的可拉伸发光器件。
5.根据权利要求4所述的基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件的制作方法，其特征在于：所述可拉伸电极两端均采用透明导电材料通过薄膜沉积工艺制备得到。
6.根据权利要求4所述的基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件的制作方法，其特征在于：所述可拉伸电极一端通过蒸镀获得高延展性不透明金属电极。
7.根据权利要求4所述的基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件的制作方法，其特征在于：所述的绝缘体层采用有机可拉伸材料贴合在电极表面上、通过薄膜沉积工艺在电极上沉积氧化铝或通过薄膜沉积工艺在电极上沉散布玻璃微球制成无机绝缘体层。
8.根据权利要求4所述的基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件的制作方法，其特征在于：所述半导体PN结为粒径在5-60 μm的垂直式半导体PN结或通过交流电场驱动的含镓氮化物半导体颗粒。
9.根据权利要求4所述的基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件的制作方法，其特征在于：所述相应溶液为甲苯，其中加入光致发光材料实现光色转换。
10.根据权利要求4所述的基于交流电场驱动半导体PN结的可拉伸发光器件的制作方法，其特征在于：所述发光层上盖包括可拉伸电极和可拉伸基板衬底。
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