集成太阳能电池的OLED显示基板及显示装置的制作方法

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种集成太阳能电池的OLED显示基板及显示装置。

背景技术：

近年来，有机发光二极管(organic light emitting diode,OLED)显示器件成为国内外非常热门的新兴平面显示器产品，这是因为OLED显示器件具有全固态、自发光、广视角、广色域、反应速度快、高发光效率、高亮度、高对比度、超薄超轻、低功耗、工作温度范围广、可制作大尺寸与可挠曲的面板及制程简单等优点，能够实现真正意义上的柔性显示，是最能符合人们对未来显示器要求的一项技术。

OLED显示器件按照驱动类型可分为无源OLED(PMOLED)显示器件和有源OLED(AMOLED)显示器件。其中，AMOLED显示器件的驱动元件通常采用薄膜晶体管(Thin-Film Transistor，简称TFT)。

但是，现有的OLED显示器件是由电源来供电，浪费了很多能源，而且无法实现绿色环保。

技术实现要素：

本发明提供一种集成太阳能电池的OLED显示基板及显示装置，用以解决现有技术中OLED显示器件由电源来供电，浪费了很多能源，而且无法实现绿色环保的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例中提供一种集成太阳能电池的OLED显示基板，包括多个像素区域，每一像素区域包括OLED显示功能层，所述显示基板还包括：

光学膜层，用于汇聚光线；

太阳能电池，光线经过所述光学膜层的汇聚后照射所述太阳能电池的感光区，所述OLED显示功能层与所述太阳能电池绝缘设置。

本发明实施例中还提供一种显示装置，包括供电电路，还包括如上所述的OLED显示基板，所述太阳能电池与所述供电电路电性连接，用于向所述供电电路供电。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明的OLED显示装置利用太阳能电池来供电，具有节约能源、绿色环保等优点。并利用光学膜层汇聚光线照射感光区，提高了太阳能电池的光电转换效率，还能使太阳能电池的表面温度不会有明显变化，不会影响太阳能电池的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-图11表示本发明实施例中OLED显示基板的制作过程示意图；

图12表示表示本发明实施例中OLED显示基板结构示意图；

图13a-13c表示本发明实施例中光学膜层的俯视图；

图14表示本发明实施例中环境光线照射太阳能电池的光路示意图；

图15表示本发明实施例中OLED发出的光线经过光学膜层的一个透镜结构的光路示意图。

具体实施方式

为了节约能源，实现绿色环保，本发明的OLED显示器件集成了太阳能电池，并利用光学膜层对光线进行汇聚后照射太阳能电池，提高光电转换效率。太阳能电池与OLED显示器件的供电电路电性连接，向所述供电电路供电，缺省了电源，达到了节约能源、绿色环保的目的。

下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

参见图12所示，本实施例中提供一种集成太阳能电池的OLED显示基板，包括多个像素区域，每一像素区域包括OLED显示功能层，所述显示基板还包括：

光学膜层20，用于汇聚光线；

太阳能电池，光线经过光学膜层10的汇聚后照射所述太阳能电池的感光区，所述OLED显示功能层与所述太阳能电池绝缘设置。

太阳能电池包括背电极2、光电转换层3和顶电极5，光电转换层3即太阳能电池的感光区，用于吸收光线，实现光电转换，光生电流经背电极2和顶电极5引出。所述OLED显示功能层包括OLED的各功能层，OLED的各功能层包括第一电极8、发光层10和第二电极11等。对于AMOLED显示器件，所述OLED显示功能层包括还包括驱动元件7的各功能层。驱动元件7可以为半导体器件，如：薄膜晶体管7，具有低功耗、便于控制、有利于实现轻薄化等优点。薄膜晶体管7的各功能层包括栅电极、有源层、源电极和漏电极等。薄膜晶体管7的漏电极可以与OLED的第一电极连接，OLED的第二电极上施加公共电压，通过薄膜晶体管7来控制OLED发光，实现显示。

其中，太阳能电池与OLED显示装置的供电电路连接，将转换的电能供给所述供电电路，所述供电电路与OLED的第一电极8和第二电极11连接，用于向第一电极8和第二电极11提供所需的电压，激发发光层10发光。其中，发光层10可以选择有机发光材料，如：荧光发光材料、磷光发光材料，也可以选择无机发光材料，如：量子点材料。当然，太阳能电池并不局限于为OLED供电，还可以为显示基板的其他器件供电，以节约能源。

本发明的OLED显示器件利用太阳能电池来供电，具有节约能源、绿色环保等优点。并利用光学膜层汇聚光线照射感光区，提高了太阳能电池的光电转换效率，还能使太阳能电池的表面温度不会有明显变化，不会影响太阳能电池的使用寿命。

本实施例中的OLED为透明的OLED，即，OLED的各功能层为透明材料，从而环境光线能够穿透OLED。因此，可以将OLED显示功能层设置在所述太阳能电池靠近显示侧的一侧，OLED发出的光线也能够照射到太阳能电池上，实现光电转换，避免能量的浪费。

在实际应用过程中，太阳能电池可以选择透明的太阳能电池，将OLED显示功能层设置在所述太阳能电池的背离显示侧的一侧，不会影响正常显示。

本实施例中，还可以利用光学膜层20来提高OLED的外量子效率。具体为：将光学膜层20设置在所述OLED显示功能层的靠近显示侧的一侧，OLED发光的光线经过光学膜层20的调整后射出，使得尽可能多的光线射出，提高OLED的外量子效率。为了实现上述目的，可选的，设置光学膜层20的折射率与空气的折射率的差值小于预设值，以增大光学膜层20与空气界面处的临界角，减少全反射效应，提高光线的输出效率。光学膜层20具体可以选择折射率与空气的折射率的差值小于预设值，且折射率大于空气的折射率的PMMA材料。

在一个具体的实施方式中，如图12所示，OLED显示功能层设置在所述太阳能电池靠近显示侧的一侧，OLED的各功能层选择透明材料，使得环境光线以及OLED发出的光线能够透过OLED的照射到太阳能电池，实现光电转换，提高光线利用率，避免能量的浪费。并设置OLED显示功能层位于所述太阳能电池和光学膜层20之间，光学膜层20的折射率与空气的折射率的差值小于预设值，以减少全反射效应，提高OLED的外量子效率。

对于AMOLED显示器件，当其驱动元件7为半导体器件时，如：薄膜晶体管，光照会影响半导体器件7的半导体性能。为了解决该技术问题，本实施例中设置半导体器件7位于所述设定区域以外的区域，其中，所述设定区域为光线经过光学膜层20的汇聚后照射的区域，从而能够防止光线照射半导体器件7，保证正常显示。同时，设置所述设定区域与太阳能电池的感光区位置对应，以提高太阳能电池的转换效率，并使得太阳能电池的表面温度不会有明显变化，不会降低太阳能电池的使用寿命。

本发明的技术方案通过光学膜层20对光线进行汇聚后照射太阳能电池，能够提高光线利用率，从而提高光电转换效率。本实施例中，光学膜层20包括多个呈阵列排布的光学结构12，每一光学结构12用于汇聚光线照射一一对应的设定区域，以防止影响OLED显示基板的其他器件。具体的，OLED显示基板包括多个像素区域，可以设置所述设定区域与像素区域的位置一一对应，所述设定区域位于所述像素区域内，光线经过每一光学结构12的汇聚后照射对应的像素区域内的设定区域。上述技术方案尤其适用于AMOLED显示基板，有利于将每一像素区域的驱动元件7设置在所述设定区域以外的区域，具体可以设置驱动元件7与光学结构12在OLED显示基板所在平面上的正投影的边缘位置对应。

现有技术中，对光线进行汇聚的光学结构12有多种，如：棱镜结构、透镜结构。本实施例中的光学结构12采用透镜结构，对光线具有良好的汇聚作用。透镜结构12可以为半球形、半椭球形、柱体或其他凸起形状，则所述光学结构在OLED显示基板所在平面上的正投影为圆形(如图13a所示)、椭圆形或正多边形(如图13a和13c所示)。

光学结构12的材料可以选择比空气的折射率大且与空气的折射率接近的材料，例如：PMMA，当光学膜层20设置在OLED显示功能层的靠近显示侧的一侧时，光学结构12能够减少全反射效应，提高OLED的外量子效率。进一步地，设置OLED为透明的OLED，OLED显示功能层位于光学膜层20和太阳能电池之间，则OLED发出的光线也能够照射太阳能电池，进行光电转换，使得更多的光线照射太阳能电池，避免能量浪费。

本实施例中的太阳能电池选择薄膜太阳能电池，设置在一基底1上，并覆盖基底1，以减薄显示基板的厚度。所述太阳能电池具体包括：

设置在基底1上的背电极2；

设置在背电极2上的光电转换层3；

设置在光电转换层3上的顶电极5；

覆盖顶电极5的绝缘的防反射层6。

其中，光电转换层3的材料可以选择铜铟硒化物，因为铜铟硒化物具有很高的太阳能吸收率，还可以实现厚度仅有几个微米的薄膜，并且可以通过磁控溅射的方法成膜，制备方法简单，并与大规模生产应用。

进一步地，将OLED显示功能层设置在防反射层6上，光学膜层20设置在OLED显示功能层上，以增加光线利用率，提高光电转换效率，还能够提高OLED的外量子效率，具体的原理已在上面内容中描述，在此不再赘述。

本实施例中集成太阳能电池的OLED显示基板具体包括：

基底1；

设置在基底1上的薄膜太阳能电池，包括：

设置在基底1上背电极2；

设置在背电极2上的光电转换层3；

设置在光电转换层3上的缓冲层4；

设置在缓冲层4上的顶电极5；

覆盖顶电极5的绝缘的防反射层6；

设置在防反射层6上的像素界定层(图中未示出)，用于限定多个像素区域，每一像素区域OLED显示功能层，包括：

设置在防反射层6上的薄膜晶体管7；

OLED，OLED包括：

透明的阳极8，与薄膜晶体管7的漏电极电性连接；

设置在透明底电极8上的空穴注入层9；

设置在空穴注入层9上的发光层10；

设置在发光层10上的透明的阴极11；

覆盖OLED的平坦层13；

设置在平坦层13上的光学膜层20，光学膜层20包括多个透镜结构12，透镜结构12与像素区域的位置一一对应，光线经过光学膜层20的汇聚作用后照射像素区域内的设定区域，每一透镜结构12用于对光线进行汇聚照射对应的像素区域内的设定区域。薄膜晶体管7与透镜结构12在基底1上的正投影的边缘位置对应。透镜结构12为半球形，半径为10-50um，相邻的透镜结构12紧密排列。

对于薄膜太阳能电池，在制作之前，清洗基底1，如图1所示。背电极2可以采用磁控溅射技术成膜，材料可以选择金属Mo。具体的，采用直流磁控溅射，溅射气体为Ar，溅射气压为0.3Pa，溅射功率为200W。当真空室的真空度达到8.0×10E-4Pa时开始溅射。开始溅射镀膜前，先用纯Ar气体预溅射靶材10分钟，清洗靶材，然后开始镀膜。溅射生长的背电极2膜厚为100nm。如图2所示。

采用射频磁控溅射工艺制备光电转换层3、缓冲层4和顶电极5，结合图3-图5所示。光电转换层3所用的靶材为CIGS靶，溅射气体为Ar，溅射气压为0.4Pa，气体流量为25sccm，温度为550℃，溅射功率为200W。制备的光电转换层3的膜厚约为400nm。缓冲层4所用的靶材为ZnS靶，溅射气压为0.4Pa，溅射功率为200W。制备的缓冲层4的厚度约为100nm。顶电极5所用的靶材为ZAO靶，靶材成分为(ZnO)_0.98(Al₂O₃)_0.02，溅射气压为0.2Pa，溅射功率为255W，退火温度为350℃，在此条件下制备的顶电极5的导电性优良，且透光率在85％以上。制备的顶电极5的厚度为400nm。

如图6所示，防反射层6可以采用热蒸发技术成膜，所用原材料为MgF₂颗粒。制备的防反射层6的厚度约为50nm，同时防反射层6也可以起到绝缘作用。

对于OLED显示功能层，OLED和薄膜晶体管7的制作工艺均已比较成熟。在制作完成薄膜晶体管7(如图7所示)之后，制作OLED。以OLED为例，简述其制作过程如下：

a、通过磁控溅射工艺生长一层ITO层作为OLED的阳极8，ITO层的厚度为50nm，如图8所示。

b、通过蒸镀成膜工艺在阳极8上形成一层厚度为45nm的TPD层作为透明OLED的空穴注入层9，如图9所示。

c、通过蒸镀成膜工艺在空穴注入层9上形成一层厚度为50nm后的Alq₃层，既可以作为OLED的发光层10，也可以作为电子注入层，如图10所示。

d、通过电子束蒸发工艺在发光层10上沉积一层厚度为180nm厚的LaB₆层作为OLED的阴极11，如图11所示。

通过上述步骤制得OLED为透明的OLED。

对于光学膜层20，可以先配置好PMMA溶液，然后通过喷墨打印技术在阴极11上打印阵列分布的多个透镜结构12。

本实施例中OLED显示基板的工作原理为：

当环境光线从显示侧入射到透镜结构12上时，光线经汇聚后照射底部的太阳能电池的感光区(光电转换层所在的区域)，高效得将太阳光转换成电能，图14示意了环境光线照射太阳能电池的光路图，为了简化光路图，没有示意位于光电转换层3和透镜结构12之间的部分膜层，仅示意了薄膜晶体管7。当环境光线照射到整个装置的表面时，光线经过透镜结构12的汇聚作用后照射太阳能电池的感光区，从而提高了光线利用率，提高了太阳能薄膜电池的效率。

并且，由于薄膜晶体管7对应相邻两个透镜结构12的交界处设置，通过透镜结构12的汇聚作用，改变光线传播的路径，使得环境光线不会照射在薄膜晶体管7，这样不仅可以避免环境光线对薄膜晶体管7的影响，减小薄膜晶体管7的漏电流，而且能够将原本照射到薄膜晶体管7上的光线汇聚到太阳能电池的光电转换层3上，增加了光电转换层3接收到的光线，进一步提高了光线利用率。

光生电流通过背电极2和顶电极5引出，提供给OLED显示装置的供电电路，用于驱动OLED发光，并且通过设置透镜结构12的折射率小于空气的折射率且两者差异较小，可以减少全反射效应，提高OLED的外量子效率，增加光线的输出。根据菲涅尔公式易知，当入射角大于OLED表面与空气界面的全反射的临界角时，此时没有光输出。在表面没有微透镜阵列的OLED器件时，OLED发出的光线直接出射，并在OLED表面与空气交界处发生反射和折射。在出射光满足全反射的条件的时候，光不能耦合到空气中；只有在入射角小于临界角的情况下，光才能耦合到空气中。所以，有很大一部分光就损耗在OLED表面膜层里面了。

而透镜结构12能够破坏全反射条件，增大了全反射临界角，能够将更多的光线耦合到空气中，提高OLED器件的外量子效率。如图15所示，OLED中的光线入射到透镜结构12中时，发生折射，折射光线与法线a的夹角为α，当光线出射到空气中时，在透镜结构12与空气的界面处发生折射，折射光线与法线a的夹角为λ，易知夹角λ>夹角α，较大的全反射临界角，能够减少全反射效应。

另外，全透明的OLED，其底部也有光线出射，这部分光线照射到底部的薄膜太阳能电池，会被重新利用转换成电能，避免了能量的浪费。

实施例二

本实施例中一种显示装置，包括供电电路，还包括实施例一中的OLED显示基板，所述太阳能电池与所述供电电路电性连接，用于向所述供电电路供电。

所述供电电路不仅可以用于驱动OLED发光，还可以供电给其他器件。

所述显示装置可以为OLED显示面板，也可以为OLED显示器。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。