一种高分辨全彩显示器件及其制备方法与流程

1.本发明属于发光显示器件相关技术领域，更具体地，涉及一种高分辨全彩显示器件及其制备方法。


背景技术：

2.peled，qled和oled等显示器件因为其高发射效率、高颜色纯度、高对比度、响应速度快、超薄柔性可弯曲等优点近年来受到广泛关注，有望成为未来最有前景的显示技术。然而，面对超高清和近眼显示等需求，显示器件的高分辨率图案化是关键挑战之一。
3.目前实现高分辨率图案化的方法主要是通过蒸镀、印刷等工艺。其中蒸镀技术在用于规模性生产rgb三色显示器件时存在良品率过低的问题，且工艺过程对价格昂贵的发光材料有效利用率低，对张网机和镀膜机的精度要求极高，成本巨大，不适用于大面积基板。传统喷墨打印具有非接触、无掩模、材料高效和大面积生产的特点，但分辨率较低。电流体喷印技术采用电场力将油墨从喷嘴中拉出，具有独特的高分辨率(50nm)和兼容大范围(1-10000cp)油墨的优势，是最有前途的全彩显示应用技术之一。显示器件电子传输层、发光层、空穴传输层直接接触会产生较大的漏电流影响器件发光性能。传统的解决方式是在电子/空穴传输层中间制作一层像素定义层，然后再在像素坑内填充发光材料。但是像素坑会对喷印及干燥过程产生影响，导致发光层薄膜形貌不均、发光效率低等问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种高分辨全彩显示器件及其制备方法，通过改进制备顺序，先沉积发光层再制备像素定义层，从而在通过像素定义层减少漏电流提高外量子效率的同时，解决了传统喷墨打印先沉积像素定义层再在像素定义层坑内沉积发光层时打印效率低下、薄膜质量差的问题。
5.为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种高分辨全彩显示器件的制备方法，包括以下步骤：
6.(1)在带有阳极的基板上依次沉积制备空穴注入层和空穴传输层；
7.(2)在所述空穴传输层上沉积发光材料制备发光层；
8.(3)在所述发光层上制备像素定义层；
9.(4)在所述像素定义层上依次沉积制备电子传输层和电子注入层；
10.(5)在所述电子注入层上制备金属电极作为阴极，得到全彩显示器件。
11.进一步地，步骤(2)中，通过电流体喷印方式制备所述发光层。
12.进一步的，步骤(2)中，喷印过程中通过调整电流体喷印溶液特性、施加的电压幅值或频率来调整发光层单个像素的直径和厚度，喷印完成后通过真空干燥以及加热退火以保证成膜的均匀性。
13.进一步的，所述发光层单个像素的尺寸为500nm～60μm，且具体形状可调，可以为圆形、椭圆、菱形、矩形或腰型。
14.进一步的，步骤(3)包括：
15.在所述发光层上沉积一层绝缘材料，再图案化开槽，得到像素定义层；其中，每个槽孔与所述发光层每个像素一一对应，且所述像素定义层单个槽孔的尺寸小于所述发光层单个像素，使得发光层能与电子传输层和空穴传输层直接接触，而电子传输层和空穴传输层不直接接触。
16.进一步的，所述绝缘材料沉积方法为蒸镀、喷涂或者旋涂。
17.进一步的，步骤(1)中，所述基板为ito玻璃、带tft背板的衬底、带有图案化电极的柔性衬底中的一种。
18.进一步的，步骤(1)中，所述空穴注入层的材料为cupc、tiopc、m-mtdata、2-tnata中的一种或几种材料的混合物；所述空穴传输层的材料为聚合物pedot:pss、氧化钼、氧化镍、基于环氧丙烷体系、交联tpd(n-n
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二苯-n-n
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二(3-甲基苯基)-1、1
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二(4-(6-(3-氧杂丁环-3-基)甲氧基)-乙氧基)苯基-n-n
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二(4-甲氧基苯基)二苯-4,4
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二胺、基于苯乙烯体系、pfcb(全氟环丁烷)、znmgo和硫氰亚铜中的一种或几种材料的混合物；
19.步骤(2)中，所述发光层的材料为镉系量子点、磷化铟量子点、硒化锌量子点和硫化铅量子点、钙钛矿、铝配合物、蒽类、稀土类配合物、铟配合物、各种荧光色素中的一种或几种材料的混合物；所述发光层的溶液为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、n,n-二甲基乙酰胺、乙腈、四甲基硅烷、聚碳酸酯、n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、n,n-二甲基丙烯基脲、醋酸甲铵、甲酸甲铵、醋酸丁铵中的一种或几种材料的混合物；
20.步骤(4)中，所述电子传输层的材料为zno纳米颗粒、掺杂金属阳离子的zno纳米颗粒、tio2纳米颗粒、1,3,5-三(1-苯基-1h-苯并咪唑-2-基)苯、tcta中的一种或几种材料的混合物；所述电子注入层的材料为lif、mgp、mgf2、al2o3、moox中的一种或几种材料的混合物；
21.步骤(5)中，所述金属电极的材料为铝、银、铜、金、锂、镁中的一种或几种材料的合金。
22.进一步的，步骤(1)所述空穴注入层厚度为1～50nm，空穴传输层厚度为20～100nm；步骤(2)所述发光层厚度为10～100nm；步骤(3)所述像素定义层厚度为20～2000nm；步骤(4)所述电子传输层厚度为20～100nm，电子注入层厚度为1～50nm；步骤(5)所述阴极厚度为100～300nm。
23.第二方面，本发明提供了一种高分辨全彩显示器件，所述高分辨全彩显示器件是采用第一方面所述的高分辨全彩显示器件的制备方法制备而成的。
24.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
25.(1)区别于现有技术，本发明改变了发光层和像素定义层制备的顺序，先沉积发光层再制备像素定义层，改善了发光层的薄膜质量和发光效率，同时减小了漏电流，增强了器件的性能。
26.(2)本发明采用了电流体喷印的方式，能实现液滴的精确的定位及高分辨率沉积。材料利用效率高，能沉积多种材料实现全彩显示，同时节约成本。
27.(3)本发明可以在多种基板上制备，包括柔性基板和曲面基板，因此可以用于柔性化穿戴器件，具有较好的准确性和灵活性。
附图说明
28.图1是本发明提供的高分辨全彩显示器件的制备方法的流程示意图；
29.图2是本发明提供的高分辨全彩显示器件的结构示意图；
30.图3是本发明提供的高分辨全彩显示器件的爆炸结构图；
31.图4是本发明根据流程制备高分辨全彩显示器件的截面图；其中，
①
至
⑨
依次为放置基板、制备空穴注入层、制备空穴传输层、制备发光层、沉积绝缘材料、图案化开槽、制备电子传输层、制备电子注入层、制备金属电极的过程；
32.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-ito玻璃基板，2-空穴注入层，3-空穴传输层，4-发光层，5-像素定义层，6-电子传输层，7-电子注入层，8-阴极。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
34.在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
35.参阅图1，结合图2至图4，本发明提供了一种高分辨全彩显示器件的制备方法，该方法包括以下步骤：
36.(1)在带有阳极的基板上依次沉积制备空穴注入层和空穴传输层。
37.具体的，基板为ito玻璃、带tft背板的衬底、带有图案化电极的柔性衬底中的一种。以ito玻璃为例，先清洗ito玻璃基板并在清洗后的基板上旋涂空穴注入层和空穴传输层。空穴注入层的材料优选为cupc、tiopc、m-mtdata、2-tnata中的一种或几种材料的混合物，厚度优选为1～50nm；空穴传输层的材料优选为聚合物pedot:pss、氧化钼、氧化镍、基于环氧丙烷体系、交联tpd(n-n
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二胺、基于苯乙烯体系、pfcb(全氟环丁烷)、znmgo和硫氰亚铜中的一种或几种材料的混合物，厚度优选为20～100nm。
38.(2)在所述空穴传输层上沉积发光材料制备发光层。
39.具体的，所采用的沉积发光材料的方法为电流体动力学喷印，可扩展为热泡打印、压电打印、喷墨打印、丝网印刷、喷雾等；采用的喷头优选为金属喷头、镀金玻璃喷头、玻璃插丝喷头、点胶喷头等。打印的环境优选为氮气环境，之后通过真空干燥和加热退火以保证成膜均匀性和致密性。喷印过程中，基板可在x-y平面上自由移动，喷嘴可在z轴方向上下移动调整与基板的距离。发光层点阵直径优选为500nm-60μm。通过调整电流体喷印过程中施加的电压幅值、频率来调整发光层的单个像素直径和厚度达到最佳的发光显示效果。rgb像素可以通过电流体喷印，使用不同喷头，同步沉积在基板上，且具体形状可调，可以为圆形、椭圆、菱形、矩形或腰型。
40.发光层的材料优选为镉系量子点、磷化铟量子点、硒化锌量子点和硫化铅量子点、
钙钛矿、铝配合物、蒽类、稀土类配合物、铟配合物、各种荧光色素中的一种或几种材料的混合物。发光层的溶液优选为乙醇、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、氯仿、氯苯、乙酸丁酯、二氯苯、苯甲醚、三氟甲苯、二乙醚、间二甲苯、甲苯、均三甲苯、n-环己基吡咯烷酮中的一种或几种材料的混合物。
41.(3)在所述发光层上制备像素定义层。
42.具体的，先在发光层上沉积一层绝缘材料，再图案化开槽。像素定义层为绝缘材料，可以防止电子传输层和空穴传输层直接接触以减少漏电流。所述绝缘材料沉积方法优选为蒸镀、喷涂或者旋涂。绝缘材料厚度优选为20～2000nm。优选的，所述显示器件的像素定义层通过光刻、激光刻蚀、电流体刻蚀、转印等方式图案化，每个槽孔略小于发光层单个像素，使得发光层能与电子传输层和空穴传输层直接接触，且发光层不在开槽过程中被破坏。像素定义层的厚度优选为20～2000nm。
43.(4)在所述像素定义层上依次沉积制备电子传输层和电子注入层。
44.具体的，电子传输层和电子注入层的制备方法为优选为旋涂、真空蒸镀和真空溅射中的至少一种。所述电子传输层的材料优选为zno纳米颗粒、掺杂金属阳离子的zno纳米颗粒、tio2纳米颗粒、1,3,5-三(1-苯基-1h-苯并咪唑-2-基)苯、tcta中的一种或几种材料的混合物，厚度优选为20～100nm；电子注入层的材料优选为lif、mgp、mgf2、al2o3、moox中的一种或几种材料的混合物，厚度优选为1～50nm。
45.(5)在所述电子注入层上制备金属电极作为阴极，得到全彩显示器件。
46.具体的，所述显示器件的金属电极制备工艺为磁控溅射、真空蒸镀中的至少一种。金属电极的材料优选为铝、银、铜、金、锂、镁中的一种或几种材料的合金。电极厚度优选为100～300nm。
47.以下以三个具体实施例来对本发明进行进一步的详细说明。
48.本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
49.实施例1：
50.(1)依次将ito玻璃基板放入玻璃清洗剂、丙酮、异丙醇、无水乙醇、去离子水中超声清洗8min，将清洗完成的基板在氮气中干燥；将清洗完成的基板蒸镀一层厚度为20nm的cupc后在匀胶机中旋涂一层pedot(3000rpm/s,30s)，然后在150℃下退火15min。
51.(2)通过电流体喷印在旋涂完成的基板上分别沉积cspbi3，cspbbr3，cspbcl3三种钙钛矿墨水制备钙钛矿点阵，其中墨水的溶液选择二甲基亚砜，点阵直径为10μm。沉积完成后在80℃下退火10min。
52.(3)将退火完成后的基底在匀胶机中多步旋涂一层z5214光刻胶(200rmp，3s，加速度500rpm/s；500rmp，2s，加速度500rpm/s；3000rmp，30s，加速度1000rpm/s；4000rmp，5s，加速度800rpm/s)，并在95℃的热板上加热60s；将处理好的基底在光刻机中曝光6.5秒钟，之后将曝光好的基底放置在等离子刻蚀机中，等待基底曝光部分的光刻胶被去除。
53.(4)用磁控溅射设备在显影之后的基底上蒸镀一层厚度为100nm的1,3,5-三(1-苯基-1h-苯并咪唑-2-基)苯。
54.(5)用磁控溅射设备在基底上先蒸镀一层厚度为1nm的lif，再蒸镀100nm的al。
55.实施例2：
56.与实施例1的区别在于：步骤(1)旋涂的溶液换为znmgo(20mg/ml，溶于乙醇)，旋涂参数为2000rpm，30s。
57.步骤(2)喷印的墨水的溶质换为cspbi3，cspbbr3，cspbcl3三种量子点。
58.步骤(4)蒸镀的材料换为tcta，厚度40nm。
59.步骤(5)溅射的材料换为moox(厚度8nm)和al(厚度100nm)。
60.实施例3：
61.与实施例1的区别在于：步骤(1)旋涂的溶液换为pedot:pss。
62.步骤(2)喷印的墨水换为超级黄色发光ppv共聚物，溶剂为氯苯。
63.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高分辨全彩显示器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在带有阳极的基板上依次沉积制备空穴注入层和空穴传输层；(2)在所述空穴传输层上沉积发光材料制备发光层；(3)在所述发光层上制备像素定义层；(4)在所述像素定义层上依次沉积制备电子传输层和电子注入层；(5)在所述电子注入层上制备金属电极作为阴极，得到全彩显示器件。2.根据权利要求1所述的高分辨全彩显示器件的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，通过电流体喷印方式制备所述发光层。3.根据权利要求2所述的高分辨全彩显示器件的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，喷印过程中通过调整电流体喷印溶液特性、施加的电压幅值或频率来调整发光层单个像素的直径和厚度，喷印完成后通过真空干燥以及加热退火以保证成膜的均匀性。4.根据权利要求3所述的高分辨全彩显示器件的制备方法，其特征在于，所述发光层单个像素的尺寸为500nm～60μm，且具体形状可调，可以为圆形、椭圆、菱形、矩形或腰型。5.根据权利要求1至4任一项所述的高分辨全彩显示器件的制备方法，其特征在于，步骤(3)包括：在所述发光层上沉积一层绝缘材料，再图案化开槽，得到像素定义层；其中，每个槽孔与所述发光层每个像素一一对应，且所述像素定义层单个槽孔的尺寸小于所述发光层单个像素，使得发光层能与电子传输层和空穴传输层直接接触，而电子传输层和空穴传输层不直接接触。6.根据权利要求5所述的高分辨全彩显示器件的制备方法，其特征在于，所述绝缘材料沉积方法为蒸镀、喷涂或者旋涂。7.根据权利要求1所述的高分辨全彩显示器件的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述基板为ito玻璃、带tft背板的衬底、带有图案化电极的柔性衬底中的一种。8.根据权利要求1所述的高分辨全彩显示器件的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述空穴注入层的材料为cupc、tiopc、m-mtdata、2-tnata中的一种或几种材料的混合物；所述空穴传输层的材料为聚合物pedot:pss、氧化钼、氧化镍、基于环氧丙烷体系、交联tpd(n-n
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二胺、基于苯乙烯体系、pfcb(全氟环丁烷)、znmgo和硫氰亚铜中的一种或几种材料的混合物；步骤(2)中，所述发光层的材料为镉系量子点、磷化铟量子点、硒化锌量子点和硫化铅量子点、钙钛矿、铝配合物、蒽类、稀土类配合物、铟配合物、各种荧光色素中的一种或几种材料的混合物；所述发光层的溶液为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、n,n-二甲基乙酰胺、乙腈、四甲基硅烷、聚碳酸酯、n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、n,n-二甲基丙烯基脲、醋酸甲铵、甲酸甲铵、醋酸丁铵中的一种或几种材料的混合物；步骤(4)中，所述电子传输层的材料为zno纳米颗粒、掺杂金属阳离子的zno纳米颗粒、tio2纳米颗粒、1,3,5-三(1-苯基-1h-苯并咪唑-2-基)苯、tcta中的一种或几种材料的混合物；所述电子注入层的材料为lif、mgp、mgf2、al2o3、moox中的一种或几种材料的混合物；步骤(5)中，所述金属电极的材料为铝、银、铜、金、锂、镁中的一种或几种材料的合金。9.根据权利要求1所述的高分辨全彩显示器件的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述
空穴注入层厚度为1～50nm，空穴传输层厚度为20～100nm；步骤(2)所述发光层厚度为10～100nm；步骤(3)所述像素定义层厚度为20～2000nm；步骤(4)所述电子传输层厚度为20～100nm，电子注入层厚度为1～50nm；步骤(5)所述阴极厚度为100～300nm。10.一种高分辨全彩显示器件，其特征在于，所述高分辨全彩显示器件是采用权利要求1-9任一项所述的高分辨全彩显示器件的制备方法制备而成的。

技术总结
本发明属于发光显示器件相关技术领域，其公开了一种高分辨全彩显示器件及其制备方法。所述方法包括以下步骤：(1)在带有阳极的基板上依次沉积制备空穴注入层和空穴传输层；(2)在空穴传输层上沉积发光材料制备发光层；(3)在发光层上制备像素定义层；(4)在像素定义层上依次沉积制备电子传输层和电子注入层；(5)在电子注入层上制备金属电极作为阴极，得到全彩显示器件。本发明改变了制备顺序，先沉积发光层再制备像素定义层，改善了发光层的薄膜质量和发光效率，同时减小了漏电流，增强了器件的性能。同时结合高分辨率电流体喷印工艺所得到发光显示器件像素可以达到微米～亚微米级别，并且可以实现全彩显示，成本低且兼容柔性设备。设备。设备。


技术研发人员：段永青 余锐 尹周平
受保护的技术使用者：湖北光谷实验室
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/25