CN114039007B - 发光器件和显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种发光器件和显示装置。发光器件包括衬底基板和设置在衬底基板上的有机发光晶体管，有机发光晶体管包括衬底基板和设置在衬底基板上的有机发光晶体管，有机发光晶体管包括依次层叠设置的栅极、栅极绝缘层、第一极、有源层和第二极，栅极绝缘层包括多个纳米阵列光天线和多个纳米膜阵列圆顶光耦合器，多个纳米膜阵列圆顶光耦合器设置在多个纳米阵列光天线远离衬底基板的一侧。当光经过栅极绝缘层时，多个纳米膜阵列圆顶光耦合器能够将光聚集并将光导入纳米阵列光天线中，纳米阵列光天线将由受制于波导模式中损失的光转化为散射共振模式，由此，便能够有效降低出光损失，从而提高光取出效率。

Description

发光器件和显示装置

技术领域

本申请涉及显示技术领域，特别是涉及一种发光器件和显示装置。

背景技术

目前，OLED(organic light-emitting diode，有机发光二极管)器件背板结构较为复杂，导致底发射器件的开口率及分辨率较低，直接影响高亮度及高PPI产品的制备。OLET(organic light-emitting transistor，有机发光晶体管)器件在此基础上进一步继承OFET(Organic field-effect transistor，有机场效应晶体管)的开光功能，具有结构简单、制备工艺成熟及微型化等优势，在未来显示技术中具有极大的应用前景，虽然OLET相较于OLED的开口率有所提升，但是OLET的外量子提取效率仍有很大的比重被限制或损耗在器件内部而无法被有效利用，因此导致其光取出效率很低，限制其发光性能，进而影响其实际应用。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种发光器件和显示装置，以提高OLET的光取出效率。具体技术方案如下：

本申请一个方面的实施例提出了一种发光器件。发光器件包括衬底基板和设置在所述衬底基板上的有机发光晶体管，所述有机发光晶体管包括依次层叠设置的栅极、栅极绝缘层、第一极、有源层和第二极，所述栅极绝缘层包括多个纳米阵列光天线和多个纳米膜阵列圆顶光耦合器，多个所述纳米膜阵列圆顶光耦合器设置在多个所述纳米阵列光天线远离所述衬底基板的一侧。

在本申请的一些实施例中，所述有源层包括依次层叠设置的半导体材料层和有机发光层，所述有机发光层设置在所述半导体材料层远离所述衬底基板的一侧。

在本申请的一些实施例中，多个所述纳米阵列光天线之间的间距为1nm-10nm，多个所述纳米阵列光天线的高度为100nm-1μm，多个所述纳米阵列光天线的直径为100nm-600nm。

在本申请的一些实施例中，多个所述纳米膜阵列圆顶光耦合器的直径为100nm-400nm。

在本申请的一些实施例中，所述栅极绝缘层还包括绝缘膜层，所述绝缘膜层设置在所述栅极和多个所述纳米阵列光天线之间。

在本申请的一些实施例中，所述绝缘膜层的厚度为5nm-10nm。

在本申请的一些实施例中，所述绝缘膜层的材质与所述纳米阵列光天线的材质相同。

在本申请的一些实施例中，所述纳米阵列光天线的折射率比所述纳米膜阵列圆顶光耦合器的折射率大0.5-1。

在本申请的一些实施例中，所述纳米阵列光天线的材质为二氧化钛，所述纳米膜阵列圆顶光耦合器的材质为氧化铝。

在本申请的一些实施例中，所述发光器件还包括封装层，所述封装层覆盖所述第二极。

在本申请的一些实施例中，所述栅极的材料为透明金属氧化物。

本申请第二方面的实施例提出了一种显示装置，包括第一方面任一实施例中的发光器件。

本申请实施例有益效果：根据本申请实施例中的发光器件，在栅极外加电压和第一极以及第二极电压的作用下，有源层能够发射光，当有源层发射的光经过栅极绝缘层时，多个纳米膜阵列圆顶光耦合器能够将光聚集并将光导入纳米阵列光天线中，纳米阵列光天线将由受制于波导模式中损失的光转化为散射共振模式，由此，便能够有效降低出光损失，从而提高光取出效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本申请实施例的发光器件的结构示意图；

图2为图1中M的局部放大图；

图3为本申请实施例的发光器件的多个纳米阵列光天线和多个纳米膜阵列圆顶光耦合器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1至图3所示，本申请第一方面的实施例提出了一种发光器件10。发光器件10包括衬底基板100和设置在衬底基板100上的有机发光晶体管。有机发光晶体管包括依次层叠设置的栅极200、栅极绝缘层300、第一极400、有源层500和第二极600，栅极绝缘层300包括多个纳米阵列光天线310和多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320，多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320设置在多个纳米阵列光天线310远离衬底基板100的一侧。

有机发光晶体管的工作原理包括：在栅极200外加电压和第一极400以及第二极600电压的作用下，电子和空穴分别从第一极400和第二极600注入到有源层500中，此时，在电场的影响下，电子从有源层500中的一侧向另外一侧传输，空穴在有源层500中与电子的传输方向相反，在电子和空穴相遇处，电子容易从有源层500中的电子传输层材料的HOMO(hig hest occupiedmonocular orbit)能级进入空穴传输层材料中的HOMO能级与空穴形成激子并最终跃迁辐射发光。

根据本申请实施例中的发光器件10，有源层500被激发后能够发射光，当有源层500发射的光经过栅极绝缘层300时，多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320能够将光聚集并将光导入纳米阵列光天线310中，纳米阵列光天线310将由受制于波导模式中损失的光转化为散射共振模式，由此，便能够有效降低出光损失，从而提高光取出效率。

在本申请的一些实施例中，有源层500包括半导体材料层510和有机发光层520，有机发光层520设置在半导体材料层510远离衬底基板100的一侧。在本实施例中，半导体材料层510覆盖第一极400，其可以采用喷墨打印或者蒸镀等工艺进行制备，有机发光层520可以包括空穴传输层521、发光材料层522和电子传输层523。在栅极200外加电压和第一极400以及第二极600电压的作用下，电子和空穴分别从第一极400和第二极600注入到有源层500中的有机发光层520，并驱动其发光。在本实施例中，第一极为源极(Source)，第二极为漏极(Drain)。

在本申请的一些实施例中，多个纳米阵列光天线310之间的间距S为1nm-10nm，多个纳米阵列光天线310的高度H为100nm-1μm，多个纳米阵列光天线310的直径D1为100nm-600nm。在本实施例中，当形成多个纳米阵列光天线310和多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320后，需要在多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320上覆盖第一极400，并在第一极400上覆盖有源层500，为确保随着衬底基板100上的沉积膜层的厚度逐渐增大，多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320能够逐渐变平坦、致密，优选出多个纳米阵列光天线310之间的间距S为1nm-10nm，多个纳米阵列光天线310的高度H为100nm-1μm，多个纳米阵列光天线310的直径D1为100nm-600nm，其中，多个纳米阵列光天线310之间的间距S为任意两个纳米阵列光天线310之间的距离，纳米阵列光天线310的高度H为纳米阵列光天线310的底部至与纳米膜阵列圆顶光耦合器320接触部位之间的距离，纳米阵列光天线310的主体形状为圆柱形，因此其直径D1为圆柱形的直径，如此设置，能够使纳米阵列光天线310更好的将受制于波导模式中损失的光转化为散射共振模式的光，而且还能确保后续相应膜层的沉积仍能正常进行，这样各个功能层的作用也能够正常发挥。

在本申请的一些实施例中，多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320的直径D2为100nm-400nm。纳米膜阵列圆顶光耦合器320的主体形状为半球型，其直径D2为该半球形的直径。优选纳米膜阵列圆顶光耦合器320的直径D2为100nm-400nm，这样能够更好的将光线聚集到纳米膜阵列圆顶光耦合器320中。

在本申请的一些实施例中，栅极绝缘层300还包括绝缘膜层301，绝缘膜层301设置在栅极200和多个纳米阵列光天线310之间。在本申请的实施例中，在将多个纳米阵列光天线310覆盖到栅极200之前，需要先在栅极200上进行绝缘膜层301的沉积，这样能够防止栅极200与第一极400短接。

在本申请的一些实施例中，绝缘膜层301的厚度为5nm-10nm。既能够起到很好的绝缘作用，也能够避免绝缘膜层301过厚而影响到光线的传输。

在本申请的一些实施例中，绝缘膜层301的材质与纳米阵列光天线310的材质相同。例如，当纳米阵列光天线310的材质为二氧化钛时，绝缘膜层301的材质也可以为二氧化钛，这样能够简化发光器件10的制备工艺。

在本申请的一些实施例中，纳米阵列光天线310的折射率比纳米膜阵列圆顶光耦合器320的折射率大0.5-1。示例性的，可以将纳米膜阵列圆顶光耦合器320的材质选为三氧化二铝，纳米阵列光天线310的材质选择为二氧化钛，这样纳米膜阵列圆顶光耦合器320的折射率为1.6，而纳米阵列光天线310的折射率为2.35，这样对于打破发光器件10的波导损耗更有利，能够提高发光器件10的光取出效率。本实施例也可以采用其他具备高折射率的材质，以形成高低折射率的差异，例如纳米阵列光天线310的材质还可以为氮化硅，纳米膜阵列圆顶光耦合器320的材质为氧化硅，这样也能够达到类似效果，本实施例对两者具体的材质选择不做具体限定。

在本申请的一些实施例中，纳米阵列光天线310的材质为二氧化钛，纳米膜阵列圆顶光耦合器320的材质为氧化铝。在本实施例中，优选纳米阵列光天线310的材质为二氧化钛，纳米膜阵列圆顶光耦合器320的材质为氧化铝，两者均可以作为良好的绝缘材质，并且能够形成高低折射率的差异，以提高发光器件10的光取出效率。

在本申请的一些实施例中，发光器件10还包括封装层700，封装层700覆盖第二极600。在本实施例中，封装层700可以为薄膜封装结构TFE(Thin film encapsulation，薄膜封装)，其可以为叠层无机薄膜封装，也可以为叠层无机或有机薄膜封装，通过在第二极600上覆盖TFE700，以对第二极600形成保护。

在本申请的一些实施例中，栅极200的材料为透明金属氧化物。透明金属氧化物具备良好的光学透明的性能，同时也具备电学传导功能。具体地，透明金属氧化物可以例如为氧化铟锡(Indium Tin Oxides，ITO)。

本申请第二方面的实施例提出了一种显示装置，包括第一方面任一实施例中的发光器件10。

根据本申请实施例中的显示装置，由于其包括第一方面任一实施例中的发光器件10，因此其也具备第一方面任一实施例中的有益效果，具体而言，本申请实施例有益效果：根据本申请实施例中的显示装置，其包括发光器件10，在栅极200外加电压和第一极400以及第二极600电压的作用下，有源层500能够发射光，当有源层500发射的光经过栅极绝缘层300时，多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320能够将光聚集并将光导入纳米阵列光天线310中，纳米阵列光天线310将由受制于波导模式中损失的光转化为散射共振模式，由此，便能够有效降低出光损失，从而提高光取出效率。

本申请第三方面的实施例提出了一种发光器件10的制造方法，用于制造第一方面任一实施例中的发光器件10，制造方法包括：

提供衬底基板100；

在衬底基板100上依次形成栅极200和栅极绝缘层300，栅极绝缘层300包括多个纳米阵列光天线310和多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320；

在栅极绝缘层300的表面形成第一极400；

在第一极400的表面形成有源层500；

在有源层500的上方形成第二极600。

在一个具体的实施例中，可以采用Array工艺来制造发光器件10的衬底基板100，其具体工艺步骤为沉积，清洗，PR涂附，曝光，显影，刻蚀，PR剥离和检查。接着在衬底基板100上形成栅极200，其中，栅极200的材质可以为ITO(氧化铟锡)，随后在栅极200上形成栅极绝缘层300，其材质可以为氧化锌(ZnO)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO₂)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)等，一般可以通过CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)或者ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)来制备栅极200和栅极绝缘层300。其次，在栅极绝缘层300的表面进行第一极400的制备，其中，第一极400优选碳纳米管或多孔膜层，一般可以通过旋涂工艺或喷墨打印工艺对第一极400进行制备，随后在第一极400的表面形成有源层500，其可以通过喷墨打印工艺、CVD或者蒸镀等工艺进行制备。

根据本申请实施例中的发光器件10的制造方法，由于其用于制造第一方面任一实施例中的发光器件10，因此其也具备第一方面任一实施例中的有益效果，具体而言，本申请实施例有益效果：根据本申请实施例中的制造方法制造的发光器件10，在栅极200外加电压和第一极400以及第二极600电压的作用下，有源层500能够发射光，当有源层500发射的光经过栅极绝缘层300时，多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320能够将光聚集并将光导入纳米阵列光天线310中，纳米阵列光天线310将由受制于波导模式中损失的光转化为散射共振模式，由此，便能够有效降低出光损失，从而提高光取出效率。

在本申请的一些实施例中，栅极绝缘层300还包括绝缘膜层，在衬底基板100上依次形成栅极200和栅极绝缘层300包括：

在衬底基板100上形成栅极200；

在栅极200上形成绝缘膜层301；

在绝缘膜层301上形成多个纳米阵列光天线310和多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320。

在本实施例中，在形成多个纳米阵列光天线310和多个纳米膜阵列圆顶光耦合器320之前，可以先在栅极200上形成绝缘膜层301，这样能够防止栅极200与第一极400短接。具体而言，绝缘膜层301的厚度可以为5nm-10nm，这样能够起到很好的绝缘作用，也能够避免绝缘膜层301过厚，避免影响到光线的传输。绝缘膜层301的材质可以与纳米阵列光天线310的材质相同，例如，当纳米阵列光天线310的材质为二氧化钛时，绝缘膜层301的材质也可以为二氧化钛，这样能够使发光器件10的制备相对简单。

在本申请的一些实施例中，有源层500包括依次层叠设置的半导体材料层510和有机发光层520，在第一极400的表面形成有源层500包括：

在第一极400的表面依次形成半导体材料层510和有机发光层520。

在一个具体的实施例中，在第一极400的表面首先形成半导体材料层510，其覆盖第一极400，在半导体材料层510上依次层叠沉积空穴传输层521、发光材料层522和电子传输层523，最后在电子传输层523上沉积第二极600。

在本申请的一些实施例中，衬底基板100的材质可以为玻璃等刚性基底，也可以为PI(Polyimide，聚酰亚胺)等柔性基底。其中PI是一种有机高分子材料，耐高温，柔软性好，可以作为软板的主要材料。

需要说明的是，本实施例中的显示装置可以为：电子纸、手机、平板电脑、电视机、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (12)

1.一种发光器件，其特征在于，包括衬底基板和设置在所述衬底基板上的有机发光晶体管，所述有机发光晶体管包括依次层叠设置的栅极、栅极绝缘层、第一极、有源层和第二极，所述栅极绝缘层包括多个纳米阵列光天线和多个纳米膜阵列圆顶光耦合器，多个所述纳米膜阵列圆顶光耦合器设置在多个所述纳米阵列光天线远离所述衬底基板的一侧；多个所述纳米阵列光天线之间的间距为1nm-10nm；所述纳米膜阵列圆顶光耦合器配置为聚集所述有源层发射的光线，并将所述光线导入所述纳米阵列光天线。

2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述有源层包括依次层叠设置的半导体材料层和有机发光层，所述有机发光层设置在所述半导体材料层远离所述衬底基板的一侧。

3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，多个所述纳米阵列光天线的高度为100nm-1μm，多个所述纳米阵列光天线的直径为100nm-600nm。

4.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，多个所述纳米膜阵列圆顶光耦合器的直径为100nm-400nm。

5.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述栅极绝缘层还包括绝缘膜层，所述绝缘膜层设置在所述栅极和多个所述纳米阵列光天线之间。

6.根据权利要求5所述的发光器件，其特征在于，所述绝缘膜层的厚度为5nm-10nm。

7.根据权利要求5所述的发光器件，其特征在于，所述绝缘膜层的材质与所述纳米阵列光天线的材质相同。

8.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述纳米阵列光天线的折射率比所述纳米膜阵列圆顶光耦合器的折射率大0.5-1。

9.根据权利要求8所述的发光器件，其特征在于，所述纳米阵列光天线的材质为二氧化钛，所述纳米膜阵列圆顶光耦合器的材质为氧化铝。

10.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件还包括封装层，所述封装层覆盖所述第二极。

11.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述栅极的材料为透明金属氧化物。

12.一种显示装置，其特征在于，包括根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的发光器件。

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