一種電控光閥被動式發光器件及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電控光閥被動式發光器件的制備工藝，包括以下步驟：(1)在玻璃襯底上沉積碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜并圖形化形成電控光閥層；(2)在電控光閥層上沉積絕緣膜層并圖形化使部分電控光閥層露出；(3)在所述絕緣膜層上沉積TFT管，所述TFT管的源漏電極與步驟(2)中露出的電控光閥層連接；(4)在所述TFT管上沉積透明絕緣填充層，使透明絕緣填充層覆蓋于所述TFT管及TFT管未覆蓋的絕緣膜層上方；(5)在所述透明絕緣填充層上沉積透明公用電極；(6)在透明公用電極上制備背光模組。本發明還公開了一種電控光閥被動式發光器件。本發明具有結構簡單、性能優良、制備方便的特點。
【專利說明】一種電控光閥被動式發光器件及其制備工藝
【技術領域】
[0001] 本發明涉及平板顯示【技術領域】，特別是涉及一種電控光閥被動式發光器件及其制 備工藝。
【背景技術】
[0002] 隨著電子技術的發展，電子產品的小型化、智能化趨勢不斷增強。相應的，對平板 顯示的要求也不斷提高。
[0003] 目前，在平板顯示領域，顯示屏主要分為主動發光和被動發光兩大類。主動發光顯 示屏的發光元件可直接出射構成圖像，而被動發光顯示屏需要背光并經由光閥（LCD、MEMS 都是光閥的名稱）調度才能出射。主動發光顯示屏如有機電致發光0LED。被動發光顯示屏 如IXD液晶顯示屏、微電子機械系統MEMS顯示屏。
[0004] 0LED被視為未來最具有前景的顯示技術，除了主動發光的特性外，0LED還具有高 亮度、高效率、超薄、可實現透明和柔性的特點。然而0LED最大的問題在于材料怕水、怕氧 氣，封裝工藝一旦出現紕漏就會使得器件壽命大幅削減。目前0LED良率一直滯留在較低的 水平，生產成本居高不下，無法進行商業量產應用。
[0005] 被動發光顯示屏具有成熟的工藝和低廉的成本等方面優勢，但被動發光也存在著 技術限制：以LCD顯示屏為例，因為器件結構包含背光、偏光片、液晶盒、反射板、導光板、 濾色片、薄膜晶體管等元件，和僅有有機發光二極管、薄膜晶體管兩種主要元件的0LED顯 示屏相比，LCD顯示屏的輕薄度注定有限；且背光透過偏振片、液晶盒、濾色片等元件后，亮 度大幅損耗，亮度低，效率不高；由于液晶分子粘滯系數和溫度高度相關，故在低溫環境下 LCD顯示屏響應速度會出現問題；此外，液晶和偏光片的存在還會影響可視角度。
[0006] 雖然MEMS顯示的出現一定程度上就是為了解決IXD的問題。MEMS的最大特點是， 采用微型快門來取代液晶，同時意味著偏光片、濾色片等一系列元件不再需要。微型快門屬 于微電子機械系統的一種，具備響應速度快、開關速度快的特點，MEMS的引入，配合背光結 構的改善，輕薄度、光效率、可視角都得到提升，在極低溫下性能也不會弱化。但MEMS在高 速機械運動中所產生的摩擦力會影響效能、MEMS自身受外界磁場影響較大，最重要的是，隨 著功能和性能要求的提升，MEMS系統的控制機理和驅動結構也會變復雜，這會導致成本及 生產門檻的拔高。
[0007] 因此，針對現有技術不足，提供一種器件結構簡單、性能優良、制備方便的電控光 閥被動式發光器件及其制備工藝以克服現有技術不足甚為必要。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于避免現有技術的不足之處而提供一種電控光閥被動式發光器 件及其制備工藝，所制備的電控光閥被動式發光器件具有結構簡單、性能優良、制備方便的 特點。
[0009] 本發明的上述目的通過如下技術手段實現：
[0010] 一種電控光閥被動式發光器件的制備工藝，通過如下步驟制備而成：
[0011] (1)預先將碳納米管或者石墨烯混合于固體電解質中形成基料，將基料沉積于玻 璃襯底上形成碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜并進行圖形化，形成電控光閥層；
[0012] (2)在電控光閥層上沉積絕緣膜層，并對所述絕緣膜層進行圖形化使部分電控光 閥層露出；
[0013] (3)在所述絕緣膜層上沉積TFT管，所述TFT管的源漏電極與步驟（2)中露出的電 控光閥層連接；
[0014] (4)在所述TFT管上沉積透明絕緣填充層，使透明絕緣填充層覆蓋于所述TFT管及 TFT管未覆蓋的絕緣膜層上方；
[0015] (5)在所述透明絕緣填充層上沉積透明公用電極；
[0016] (6)在透明公用電極上制備背光模組。
[0017] 上述步驟（1)中的碳納米管為單壁、雙壁或者多壁碳納米管。
[0018] 上述步驟（3)中的TFT管為自對準頂柵型TFT管，自下而上依次為源漏電極、有源 層、柵極絕緣層和柵極。
[0019] 上述TFT管為金屬氧化物TFT管或者低溫多晶硅TFT管或者非晶硅TFT管或者微 晶硅TFT管。
[0020] 優選的，上述TFT管為不透明材質，碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜的面積占整個 像素面積的40 %?70%。
[0021] 另一優選的，上述TFT管為透明材質，碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜的面積占整 個像素面積的70 %?95%。
[0022] 進一步的，上述步驟（6)中制備的背光模組為時序式結構，由反射層及多層背光 材料層構成，多層背光材料層設于所述透明公用電極上方，所述反射層設置于所述多層背 光材料層上方。
[0023] 上述背光層材料為透明材料。
[0024] 上述步驟（2)中的絕緣膜層為氧化硅或者氧化鋁絕緣膜層。
[0025] -種電控光閥被動式發光器件，由上述的制備工藝制備而成。
[0026] 與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：本發明采用碳納米管薄膜或 者石墨烯薄膜作為電控光閥薄膜，避免了現有技術中MEMS顯示器機械運動的限制，簡化了 器件結構，通過簡單的TFT管驅動電控光閥，使得該電控光閥被動式發光器件結構大大簡 化，能夠實現器件的輕薄化，顯示效果更佳，同時制備工藝簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發明一種電控光閥被動式發光器件的一個像素的結構示意圖；
[0028] 圖2是本發明一種電控光閥被動式發光器件的一個像素的另一結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0030] 實施例1
[0031] 一種電控光閥被動式發光器件，由三個主要部分構成：由碳納米管薄膜或者石墨 烯薄膜構成的電控光閥層、TFT管及背光模組。圖1是本發明電控光閥被動式發光器件的 一個像素的結構示意圖，通過多個像素組合形成彩色圖像，每個像素包括襯底100、電控光 閥層200、絕緣膜層300、源電極450、漏電極410、有源層420、柵極絕緣層430、柵極440、絕 緣填充層500、公用電極600、多層背光材料層710、反射層720。
[0032] 該電控光閥被動式發光器件，通過如下步驟制備而成：
[0033] (1)預先將碳納米管或者石墨烯混合于固體電解質中形成基料，將基料沉積于玻 璃襯底100上形成碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜并進行圖形化形成電控光閥層200。其 中，碳納米管可為單壁、雙壁或者多壁碳納米管，固體電解質可以為鋰磷氧氮（LiPON)或者 1-乙基-3-甲基咪唑二（氟甲基磺酰）酰亞胺或者其它固體電解質。碳納米管或者石墨烯 優選均勻混合于固體電解質中形成基料。
[0034] (2)在電控光閥層200上沉積絕緣膜層300,并對絕緣膜層300進行圖形化使部分 電控光閥層200露出。絕緣膜層300的材料通常為氧化硅或者氧化鋁等絕緣材質，也可以 為其它材質。
[0035] (3)在絕緣膜層300上沉積TFT管，TFT管為自對準頂柵型TFT管，自下而上依次 為源漏電極層（包括源電極450、漏電極410)、有源層420、柵極絕緣層430和柵極440。TFT 管的源漏電極與步驟（2)中露出的電控光閥層200連接，這樣TFT管可以向電控光閥層薄 膜施加電壓，但不通電流。
[0036] 需要說明的是，TFT管為本領域公知技術，構成其源漏電極層、有源層、柵極絕緣層 和柵極的材料及制備工藝也是本領域公知常識。在實際中，可以根據具體需要靈活選擇，在 此不再贅述。
[0037] (4)在TFT管上沉積透明絕緣填充層500,使透明絕緣填充層500覆蓋于TFT管及 TFT管未覆蓋的絕緣膜層300上方。
[0038] 透明絕緣填充層500可以為有機和無機透明導光材料，透明絕緣材料可選的無機 物如氧化硅（SiOx)、氮化硅（SiNx)、氧化鋁（A1203)等，可選的有機物如透明光刻膠等。
[0039] (5)在透明絕緣填充層500上沉積透明公用電極600。公用電極600通常為ΙΤ0、 ΙΖ0或者ΑΖ0等透明電極，透明電極可通過銀薄膜、石墨烯、銦錫氧化物、銦鋅氧化物或者銦 鎵鋅氧化物等材料制備而成
[0040] (6)在透明公用電極600上制備背光模組。
[0041] 優選背光模組為時序式結構，由透明的多層背光材料層710及反射層720構成，多 層背光材料層710設于所述透明公用電極600上方，反射層720設置于多層背光材料層710 上方。
[0042] 采用時序式背光，可簡化驅動背板，并且可把像素進一步做小，只需通過合理的驅 動算法就能實現良好的顯示效果。時序式背光為業界已有技術，在此不再贅述。此外，時序 式背光可選紅綠藍三色，還可加入白色或者其他顏色背光。背光器件可為LED。
[0043] 該電控光閥被動式發光器件背光模組發射的光，經直射或者反射，穿過透明公用 電極600和透明絕緣填充層500、電控光閥層200、玻璃襯底100后射出，具有光線透光率高 的特點。
[0044] 本發明中采用碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜作為電控光閥，能夠避免現有技術中 MEMS顯示器機械運動的限制，從而實現簡化器件結構的目的。本發明的原理為：當碳納米 管薄膜或者石墨烯薄膜被施加負電壓時，范霍夫奇點的電子耗盡，而該范霍夫奇點和光穿 透碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜的吸收光譜S1電子躍遷相關。故，當施加以負電壓時，薄 膜對于相關波長段的透光率增加。本技術方案就是利用碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜的這 種特性來提高器件的透光率。實驗發現，本發明的技術方案可以明顯提高光線的透光率。
[0045]由于采用碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜作為電控光閥，可以在簡單的TFT管驅動 下即可實現電控光閥功能，使得器件結構明顯簡化。
[0046] 由于器件結構簡化，故能夠使得該發光器件進一步輕薄化。由于是通過自身透光 率的改變而MEMS顯示器中非快門式的開合，碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜能顯示效果更 佳的灰階控制。
[0047] 而碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜能很好的支持柔性，配合氧化物TFT、以及優化的 時序式驅動背板結構，更容易實現柔性顯示。
[0048] 此外，碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜屬于環保材料，對環境污染，因此適用性更 強。
[0049] 本發明還具有制備工藝簡單，制備成本低廉的特點。
[0050] 需要說明的是，步驟（3)中沉積的TFT管可以為金屬氧化物TFT管或者低溫多晶 硅TFT管或者非晶硅TFT管或者微晶硅TFT管。以金屬氧化物TFT管最佳，具有性能優良， 成本低廉的特點。
[0051] 實施例2
[0052] -種電控光閥被動式發光器件的制備工藝，其它結構與實施例1相同，不同之處 在于還具有如下技術特征：TFT管為不透明材質，碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜的面積占 整個像素面積的40%?70%。器件具有良好的開口率，可提高光線的通過率。
[0053] 實施例3
[0054] -種電控光閥被動式發光器件，其它結構與實施例1相同，不同之處在于還具有 如下技術特征：TFT管為透明材質，碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜的面積占整個像素面積 的70%?95 %，可進一步提1?器件的開口率，提1?光線的通過率。其一個像素的結構不意 圖如圖2所示，每個像素包括襯底101、電控光閥層201、絕緣膜層301、源電極451、漏電極 411、有源層421、柵極絕緣層431、柵極441、絕緣填充層501、公用電極601、多層背光材料層 711、反射層721。
[0055] 實施例4
[0056] -種電控光閥被動式發光器件，其它結構與實施例3相同，不同之處在于，其背光 模組的背光材料采用紅、綠、藍三色，具有工藝簡單的特點。
[0057] 需要說明的是，時序式背光模組不局限于紅綠藍三色，也可以加入白光或者其他 顏色背光。
[0058] 實施例5
[0059] 為了進一步驗證本發明制備的電控光閥被動式發光器件的性能，制備如下結構的 電控光閥被動式發光器件I。
[0060] 器件I的構成材料及厚度如下：
[0061] 襯底為4mm厚度的玻璃；
[0062] 以單壁碳納米管混合固體電解質1-乙基-3-甲基咪唑二（氟甲基磺酰）酰亞胺 作為材料制備50nm的薄膜作為電控光閥層；
[0063] 以氧化硅作為材料制備200nm厚度的絕緣膜層；
[0064] 以100nm厚度的單層銅薄膜作為源漏電極；
[0065] 以銦鋅氧化物摻雜鑭系氧化物作為有源層，厚度lOOnm ;
[0066] 以150nm厚度的氧化硅薄膜作為柵極絕緣層；
[0067] 以200nm厚度的單層銅薄膜為柵極；
[0068] 絕緣填充層為厚度3mm的氧化鋁薄膜；
[0069] 公用電極為200nm銦錫氧化物；
[0070] 多層背光材料層為紅綠藍三色LED疊加而成；
[0071] 反射層為1mm厚度的銀合金。
[0072] 器件I的電控光閥層占整個像素面積70 %，該器件針對550nm波長（綠光）透光 率約為33%，此處的透光率是指像素所發出的光從器件玻璃襯底出射后的亮度和最初像素 發光亮度的比值。由于器件I采用透明TFT、配合簡單的電控光閥結構和極大的開口率，器 件I的透光率遠高于液晶顯示（IPS模式約7%?10% )，可以媲美現有技術中頂發射OLED 顯示器件（目前頂發射OLED顯示器件的透光率最高可達30%?35%或更高）。
[0073] 需要說明的是，源漏電極的材料還可以選擇鋁薄膜、鑰薄膜或者鈦薄膜等。
[0074] 需要說明的是，有源層的材料還可選金屬氧化物（In203)x(M0)y(Zn0)z,其中 0彡X彡1，0彡y彡1，0彡z彡1，且x+y+z = 1，Μ為鎵、錫、硅、鋁、鎂、鉭、鉿、鐿、鎳、鋯或 鑭系稀土元素中的一種或兩種以上的任意組合。
[0075] 需要說明的是，柵極440的材料還可選單層鋁薄膜、鑰薄膜、鈦薄膜、銀薄膜、金薄 膜、鉭薄膜、鎢薄膜、鉻薄膜或鋁合金薄膜。
[0076] 實施例6
[0077] 為了進一步驗證本發明制備的電控光閥被動式發光器件的性能，制備如下結構的 電控光閥被動式發光器件II。
[0078] 器件II的材料構成及厚度具體如下：
[0079] 襯底為厚度4mm的玻璃層；
[0080] 電控光閥層為50nm厚度的雙壁碳納米管混合鋰磷氧氮（LiPON)固態電解質薄 膜；
[0081] 絕緣膜層為200nm厚度的氧化硅薄膜；
[0082] 源漏電極為lOOnm的單層銅薄膜；
[0083] 有源層為厚度lOOnm的銦鋅氧化物摻雜鑭系氧化物薄膜；
[0084] 柵極絕緣層為厚度150nm的氧化硅；
[0085] 柵極為200nm的單層銅薄膜；
[0086] 絕緣填充層為厚度3mm的氧化鋁層；
[0087] 公用電極為厚度200nm的銦錫氧化物；
[0088] 多層背光材料層為紅綠藍三色LED疊加而成；
[0089] 反射層為1mm厚度的銀合金。
[0090] 器件II的電控光閥層占整個像素面積70%，該器件針對550nm波長（綠光）透光 率約為36%。由于器件II采用透明TFT、配合簡單的電控光閥結構和極大的開口率，器件 II的透光率遠高于液晶顯示（IPS模式約7%?10% )，可以媲美現有技術中頂發射OLED 顯示器件（目前頂發射0LED顯示器件的透光率最高可達30%?35%或更高）。
[0091] 實施例7
[0092] 為了進一步驗證本發明制備的電控光閥被動式發光器件的性能，制備如下結構的 電控光閥被動式發光器件III。
[0093] 器件III的構成材料及厚度具體如下：
[0094] 襯底為厚度4mm的玻璃襯底；
[0095] 電控光閥層為厚度50nm的雙壁碳納米管混合鋰磷氧氮（LiPON)固態電解質薄 膜；
[0096] 絕緣膜層為厚度200nm的氧化硅薄膜；
[0097] 源漏電極為厚度100nm的單層銅薄膜；
[0098] 有源層為厚度100nm的銦鋅氧化物摻雜鑭系氧化物薄膜；
[0099] 柵極絕緣層為厚度150nm的氧化硅薄膜；
[0100] 柵極為厚度200nm的單層銅薄膜；
[0101] 絕緣填充層為厚度3mm的氧化鋁薄膜；
[0102] 公用電極為厚度200nm的銦錫氧化物；
[0103] 多層背光材料層為紅綠藍三色LED疊加而成；
[0104] 反射層為1mm厚度的銀合金。
[0105] 器件III的電控光閥層占整個像素面積90%，該器件針對550nm波長（綠光）透 光率約為46%。由于器件III采用透明TFT、配合簡單的電控光閥結構和極大的開口率， 器件III的透光率遠高于液晶顯示（IPS模式約7%?10% )，可以媲美現有技術中頂發射 0LED顯示器件（目前頂發射0LED顯示器件的透光率最高可達30%?35%或更高）。
[0106] 上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種電控光閥被動式發光器件的制備工藝，其特征在于，通過如下步驟制備而成： (1) 預先將碳納米管或者石墨烯混合于固體電解質中形成基料，將基料沉積于玻璃襯 底上形成碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜并進行圖形化，形成電控光閥層； (2) 在電控光閥層上沉積絕緣膜層，并對所述絕緣膜層進行圖形化使部分電控光閥層 露出； (3) 在所述絕緣膜層上沉積TFT管，所述TFT管的源漏電極與步驟（2)中露出的電控光 閥層連接； (4) 在所述TFT管上沉積透明絕緣填充層，使透明絕緣填充層覆蓋于所述TFT管及TFT 管未覆蓋的絕緣膜層上方； (5) 在所述透明絕緣填充層上沉積透明公用電極； (6) 在透明公用電極上制備背光模組。
2. 根據權利要求1所述的電控光閥被動式發光器件的制備工藝，其特征在于，步驟（1) 中所述的碳納米管為單壁、雙壁或者多壁碳納米管。
3. 根據權利要求1所述的電控光閥被動式發光器件的制備工藝，其特征在于，步驟（3) 中所述的TFT管為自對準頂柵型TFT管，自下而上依次為源漏電極層、有源層、柵極絕緣層 和柵極。
4. 根據權利要求3所述的電控光閥被動式發光器件的制備工藝，其特征在于，所述TFT 管為金屬氧化物TFT管或者低溫多晶硅TFT管或者非晶硅TFT管或者微晶硅TFT管。
5. 根據權利要求4所述的電控光閥被動式發光器件的制備工藝，其特征在于，所述TFT 管為不透明材質，碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜的面積占整個像素面積的40%?70%。
6. 根據權利要求4所述的電控光閥被動式發光器件的制備工藝，其特征在于，所述TFT 管為透明材質，碳納米管薄膜或者石墨烯薄膜的面積占整個像素面積的70%?95%。
7. 根據權利要求1所述的電控光閥被動式發光器件的制備工藝，其特征在于，步驟（6) 中制備的背光模組為時序式結構，由反射層及多層背光材料層構成，多層背光材料層設于 所述透明公用電極上方，所述反射層設置于所述多層背光材料層上方。
8. 根據權利要求7所述的電控光閥被動式發光器件的制備工藝，其特征在于，所述背 光層材料為透明材料。
9. 根據權利要求7所述的電控光閥被動式發光器件的制備工藝，其特征在于，所述步 驟（2)中的絕緣膜層為氧化硅或者氧化鋁絕緣膜層。
10. -種電控光閥被動式發光器件，其特征在于，由權利要求1?9任一項所述的制備 工藝制備而成。
【文檔編號】H01L21/77GK104143532SQ201410345527
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】寧洪龍, 王磊, 蘭林鋒, 彭俊彪 申請人:華南理工大學