一种硅基OLED显示芯片及其全彩化显示方法与流程

本发明涉及显示终端领域，特别涉及一种硅基oled显示芯片及其制备方法。

背景技术：

与传统的amoled显示技术相比，硅基oled微显示以单晶硅芯片为基底并借助于成熟的cmos工艺使其像素尺寸更小、集成度更高，可制作成媲美大屏显示的近眼显示产品而受到广泛关注。基于其技术优势和广阔的市场，在军事以及消费电子领域，硅基oled微显示都将掀起近眼显示的新浪潮，为用户带来前所未有的视觉体验。

现有的硅基oled全彩化实现的方式大多数采用woled(白光oled)+cf(彩色滤光片)技术。彩色滤光片由黑矩阵、透光层以及保护膜等多种膜层组成，能够选择性的透过小范围波段的光波。该技术存在主要问题是彩色滤光片的的透过率较低，使woled存在较大的出光损失(＞50％)；还有采用激光烧蚀(专利号cn1269055a)技术以及热转印技术(us20130161666a1)等用于实现高分辨率全彩显示的方法，而这些技术均在实现过程中对oled的性能影响较大以及工艺程度复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硅基oled显示芯片及其制备方法，新的硅基oled的全彩化方案。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种硅基oled显示芯片，包括硅衬底以及设置在硅衬底上的oled发光层，在oled发光层上设置ito底电极膜层，在ito底电极膜层上设置色转换层，在色转换层上设置ito顶电极膜层，所述色转换层包括多个微胶囊，所述微胶囊包括封闭的囊体以及设置在囊体内可以流动的rgb三种颜色的色转换颗粒，每种颜色的色转换颗粒带有不同电量的电荷；所述微胶囊之间通过光学透明胶填充以形成膜层；所述ito底电极膜层根据接收的信号控制施加电场的时间和方向以使得微胶囊内的rgb色转换颗粒重新排布。

所述色转换颗粒为有机荧光材料制成的固体颗粒。

所述微胶囊内填充有机溶剂，使得色转换颗粒可以在有机溶剂中跟随电场而产生电泳运动。

所述色转换颗粒通过添加电荷控制剂以使得色转换颗粒带电。

所述电荷控制剂包括有机硫酸盐或者磺酸盐、或者金属皂。

所述微胶囊的囊体采用高透明、高韧性和耐火性材料。

所述囊体的材料为聚酯类材料或聚胺类材料。

所述oled发光层中的oled采用蓝光oled。

所述ito顶电极膜层、ito底电极膜层结构相同，包括：多个ito电极以及用于隔离相邻ito电极的黑矩阵。

所述ito电极为膜层结构，并图形化，其图形与阳极一致。

一种硅基oled显示芯片的全彩化显示方法，ito顶底电极从对应的阳极获取data信号，并根据信号来控制施加电场的时间和方向，使微胶囊中的rgb色转换颗粒做电泳运动，使得所需显示的颜色对应的色转换颗粒电泳到oled上方。

本发明的优点在于：将色转换材料或者荧光材料制作成微胶囊结构，通过外加电场来控制微胶囊内的rgb材料颗粒的电泳运动轨迹，使其重新分布，进而实现所需颜色的显示；通过oled蓝光光源激发微胶囊内的颜色颗粒发光，从而实现全彩化显示，可以减少滤光片造成的光损失和色差；微胶囊作为单个像素时可进行颜色切换，即在显示单色画面时不会减少显示像素的数量；用蓝光光源代替白光光源，减小oled制作的难度和提高oled的寿命。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明全彩化的硅基oled的结构示意图；

图2为本发明三种颜色激发态能力差；

图3为本发明通过电场控制的全彩化显示示意图；

图4为本发明通过电场控制的单色显示示意图；

图5为本发明微胶囊的示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。其中在图中为了方便说明rgb三色颗粒，分别以实心圆球表示蓝色颗粒，空心圆球标识绿色颗粒，圆球内为横线的表示红色颗粒，以此来标识蓝色、绿色、红色三色颗粒。

本专利彩化硅基oled为将色转换材料或者荧光材料制作成微胶囊结构，通过外加电场来控制微胶囊内的rgb材料颗粒的电泳运动轨迹，使其重新分布；通过oled蓝光光源激发微胶囊内的颜色颗粒发光，从而实现全彩化显示。将rgb色转换材料或者rgb荧光材料颗粒制作成微胶囊结构，作为显示膜层；还涉及到在微胶囊膜层的上部和下部增加一层薄层的图案化ito或者izo或者其他透明导电膜层提供电场地址以及实现全彩化显示和单色显示的方法。

现有技术中彩色滤光片中的透光层主要由rgb彩色光阻构成，而光阻由粘合剂(主成分为高透明性树脂，如亚克力树脂等)和着色剂(颜料等)构成，只能够在特定的波长范围内选择性的透过小范围波段的光波(如图2所示)，所以白色的光源在透过彩色滤光片后会损失大部分的能量。并且彩色滤光片透射rgb的波长范围与光源的rgb发光波长并不一定是百分百匹配，经滤光片分出来的三色光的cie也会发生变化，导致色域减小，色饱和度变差。

本发明提供一种全彩化方案，旨在解决以下问题：1.使用彩色滤光片造成的大量光损失问题；2.使用彩色滤光片后光色变差的问题；3.显示单色画面时，工作像素减少、亮度降低的问题；4.白光oled器件结构复杂问题。

如图1所示，一种硅基oled显示芯片，包括硅衬底以及设置在硅衬底上的oled发光层，在oled发光层上设置ito底电极膜层，在ito底电极膜层上设置色转换层，在色转换层上设置ito顶电极膜层，所述色转换层包括多个微胶囊，所述微胶囊包括封闭的囊体以及设置在囊体内可以流动的rgb三种颜色的色转换颗粒，每种颜色的色转换颗粒带有不同电量的电荷；所述微胶囊之间通过光学透明胶填充以形成膜层；所述ito底电极膜层根据接收的信号控制施加电场的时间和方向以使得微胶囊内的rgb色转换颗粒重新排布。

微胶囊中的色转换颗粒为有机荧光材料制成的固体颗粒。在微胶囊内填充有机溶剂，色转换颗粒设置在有机溶剂中，使得色转换颗粒可以在有机溶剂中跟随电场而产生电泳运动。

ito底电极膜层、ito顶电极膜层两者用于实现电场作用，根据电场的大小和方向来实现对于微胶囊内的不同颜色的颗粒进行电泳，由于每一种颜色具备不同的电量的电荷，故而可以根据电场来控制不同颜色的色转换颗粒的电泳。

色转换颗粒通过添加电荷控制剂以使得色转换颗粒带电。其中电荷控制剂包括有机硫酸盐或者磺酸盐、或者金属皂等材料来实现颗粒带电。

微胶囊为囊体以及囊体封闭形成的空腔，在空腔内充盈有机溶液以及对应的rgb三色颗粒，微胶囊的囊体采用高透明、高韧性和耐火性材料，如聚酯类材料或聚胺类材料。

在一个优选的实施例中，oled发光层中的oled采用蓝光oled。

ito顶电极膜层、ito底电极膜层结构相同，包括：多个ito电极以及用于隔离相邻ito电极的黑矩阵。ito电极为膜层结构，并图形化，其图形与阳极一致。图形化是形成阳极图案，即每个像素的阳极，与阳极保持一致才能使该像素显示的颜色与程序中所想要的颜色一致，因为显示的画面是通过ic转化成电信号从阳极输入。阳极是也是ito。oled上的底电极ito和阳极ito保持同步的信号，比如该像素阳极给rgb三种颜色中其中一种颜色的信号，则同步提供给底电极ito同种颜色的信号，该信号可控制色转层的微胶囊显示该种颜色。ito顶电极不需要与信号同步，只需要提供一个固定的电场即可；通过与阳极的同步的信号控制底电极ito和顶电极ito之间的电场变化，然后再进一步控制微胶囊内rgb三种颜色颗粒的电泳运动。data信号是指控制oled显示的输入信号。蓝光oled作为激发光源是整面的，需要对齐的是阳极ito与色转换层下方和上方的ito底电极和顶电极，这三者需要对齐；另外位于阳极之间的pdl以及ito顶电极之间以及底电极之间的黑矩阵，这三者需要对齐。在胶囊之间交界处的正下方或正上方的层结构对应的是黑矩阵，从而使得在ito作用时不做显示的颗粒移动到胶囊两侧而被黑矩阵挡住。

一种硅基oled显示芯片的全彩化显示方法，根据需要控制的微胶囊的显示颜色来将对应的施加的电场的data信号发送至ito电极，ito顶底电极从对应的阳极获取data信号，并根据信号来控制施加电场的时间和方向，使微胶囊中的rgb色转换颗粒做电泳运动，使得所需显示的颜色对应的色转换颗粒电泳到oled上方。

如图2所示，选用蓝光光源作为初始的激发光源，因为蓝光具有较高的激发态能量差，可以分别激发rgb色转换材料发光；蓝光oled由pdl隔离。pdl为像素定义层，pixeldefinitionlayer。

将色转换材料做成微胶囊结构，每个微胶囊结构中均包含rgb三种颜色的色转换材料固体颗粒，通过添加电荷控制剂使每种颜色的色转换材料颗粒带有不同电量的电荷，即具有不同的电泳迁移率，能通过控制施加电场的方向和时间使三种色转化材料颗粒实现分离和排列。

微胶囊与微胶囊之间见得间隙用光学透明胶填充，使整个膜层保持平整；微胶囊结构可采用丝网印刷或者喷墨打印技术沉积在ito底电极上。

在oled上沉积一个薄层的ito底电极膜层(10nm)，在微胶囊膜层之上沉积一个薄层的ito顶电极膜层(10nm)；二者均需要图形化，图形与阳极图形保持一致，图形之间用黑矩阵隔离，黑矩阵作用是绝缘和防止光串扰。上下两个ito作用是形成电场，如图1所示。

进行全彩显示时，作为电场作用的ito顶底电极从对应的阳极获取data信号，通过施加电场的时间和方向，使微胶囊中的rgb色转换材料做电泳运动，重新排布，即在显示r的区域内，r色转换材料颗粒都向靠近ito底电极的光源的区域移动，而其它两种颜色的颗粒则在电场的作用下被排开停留在在黑矩阵区域，同理，显示g和b的区域也是通过各自阳极传递的data信号将其微胶囊内的色转换材料中对应的颜色颗粒排列在相应的底电极光源区域，如图3所示，通过控制电场就可以控制对应的微胶囊显示不同的颜色。

单色显示原理与全彩类似，而由于微胶囊内的色转换离子是带电离子，可通过电子学方法寻址和涂擦，所以每个像素区域均能显示rgb三种颜色中的任何一种颜色(如图4所示)。

为了精确的控制微胶囊内的色转换材料的运动和受激发后发光，需要做以下设定：

(1)假设发光子像素的尺寸为2.5um*7.5um，黑矩阵的线宽为2um，那么微胶囊的为椭球体,，其长直径9.5um，短直径为4.5um。假定色转换材料的颗粒直径为0.2um，根据发光区的面积估算每个微胶囊内每种色转换材料的颗粒数目大约在150颗，这样能保证铺满整个发光区域，实现最大亮度发光。

(2)微胶囊内的色转换颗粒为有机荧光类材料，可受光致激发而发光，要求具有较高的色转换效率和色饱和度，颗粒尺寸要尽可能的小，一般为1-200nm；颗粒表面易吸附电荷或者改性。

(3)微胶囊内的分散介质为有机溶剂，如卤代烃、芳香烃等，应具有良好的绝缘性和较低的介电常数(＜2)；具有良好的光学和电化学稳定性；具有良好的颗粒流动性。

(4)微胶囊内的电荷控制剂目的是使色转换粒子带电，因此要求其能在有机溶剂中电离，电离出的离子能优先吸附在固体颗粒表面，电荷控制剂一般为有机硫酸盐或者磺酸盐、或者金属皂等。

(5)微胶囊的囊体材质具备高透明、高韧性和高的耐热性材料一般为聚酯类，或者聚胺类。

本发明的有益效果：1.用蓝光光源代替白光光源，减小oled制作的难度和提高oled的寿命；2.用能够光致激发发光的微胶囊膜层代替彩色滤光片，可以减少滤光片造成的光损失和色差；3.微胶囊作为单个像素时可进行颜色切换，即在显示单色画面时不会减少显示像素的数量；

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。