一种超高分辨率纳米光源器件及应用

本发明涉及纳米光源显示，具体涉及到一种超高分辨率纳米光源器件及先进的虚拟现实显示应用。

背景技术：

1、在高清显示领域中，led的发光单元面积及间距大小决定了显示屏幕的分辨率与高清度。近年来，手机、电子设备不断小型化，手机的按键及七段显示器、小型点阵式显示器多使用业界标准的1608(0603)规格(1.6mm x 0.8mm)小型贴片式led。目前市场上可实现的led灯珠最小间距为0.7mm,瓶颈在于灯珠的封装技术及其昂贵的维修费用。所以，发展一种新型可集成定位的纳米光源显示技术有望克服led尺寸无法大幅度缩小及实现高密度集成的难题。

2、功能发光材料可选用具有高光致发光量子效率和高颜色纯度的量子点材料或钙钛矿材料(s.j.park,et al,adv.mater.technol.2022,2201070)。其中量子点材料具有独特的量子限制效应，能够发出特定波长的光谱，是理想的发光材料(s.c.sullivan,naturephotonics 2009,3,315-316)，并且可以通过简单的旋涂方法大面积制备并集成。目前在显示技术中的量子点发光材料主要有：cdse、cds(k.cho,et al.nature photon.2009,3,341–345)及硅基量子点(s.y.zhao,et al j.semicond.2018,39,061008)等，可应用于新型显示技术尤其是下一代人与数字更深层次互动的显示平台——虚拟现实(vr)，使得色彩显示更加真实、准确。

3、现代vr所需的图像分辨率至少>1000ppi(每英寸像素)，目前市场上的消费类vr头显最高可达每英寸1200像素(ppi)左右，相关研究人员已经开发出了超过2000ppi的超高分辨率4k vr液晶显示器(lcd)。

4、但是，本技术发明人发现目前技术还存在很多问题，如图案的不均匀性功能发光材料高密度集成等问题限制了超高分辨率的图案过程。此外，传统的lcd长时间使用可能会出现老化现象，因此迫切需要开发具有优越的稳定性、低功耗及超高分辨率的新型显示技术，并且使其拓展到3d显示、柔性显示、透明显示等多个方向。

技术实现思路

1、针对现有显示技术存在的低分辨率及集成度差等问题，本发明提供一种超高分辨率、高集成度的纳米光源器件并应用于vr领域，使色彩显示更加真实。

2、本技术提供了一种超高分辨率纳米光源器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、第一步、通过纳米线转移技术或采用光刻、刻蚀及纳米线直接生长技术，在绝缘衬底上制备底层导电纳米线阵列通道，之后通过光刻及沉积工艺在所述通道一端沉积底层金属电极；

4、第二步、通过旋涂法制备功能发光材料薄膜作为纳米led光源；

5、第三步、通过转移法在所述功能发光材料上覆盖与所述底层导电纳米线阵列交叉的顶层导电纳米线阵列，并定义顶层金属电极区域，所述底层金属电极与顶层金属电极采用电学连接形成电流回路，进行电学测试，即在交叉点处实现纳米级区域发光；

6、第四步、对制备的发光器件进行引线焊接及封装保护以提高稳定性。

7、具体地，本发明提及的制备方法包括以下步骤：

8、a1、将底层导电性的密排硅镍合金纳米线阵列或重掺杂硅纳米线阵列转移至晶圆/玻璃/柔性衬底表面；

9、a2、在特定区域通过光刻、电子束蒸发工艺选择性沉积底层金属电极，所述底层金属电极与底层导电纳米线接触；

10、a3、利用旋涂工艺在底层导电纳米线表面旋涂功能发光材料薄膜；

11、a4、通过转移方法将顶层密排导电合金纳米线阵列或重掺杂硅纳米线阵列转移到发光材料薄膜上，且与底层导电纳米线排列方向交叉；

12、a5、在特定区域通过光刻、电子束蒸发工艺选择性沉积顶层金属电极，所述顶层金属电极与顶层导电纳米线接触；

13、a6、通过外接电路设计并施加电压即在两层纳米线阵列交叉处发光；

14、a7、对制备的发光器件进行引线焊接及封装保护。

15、具体地，本发明提及的制备方法包括以下步骤：

16、b1、利用光刻技术在衬底上定义引导台阶，后用电感耦合等离子体进行沟道刻蚀，继续进行光刻后再引导台阶一侧进行催化金属蒸镀；

17、b2、将上述样品放入等离子体化学增强气相沉积pecvd系统中，利用平面固-液-固生长机制直接生长底层重掺杂硅纳米线阵列；

18、b3、在特点区域通过光刻、电子束蒸发ebe工艺选择性沉积底层金属电极，所述底层金属电极与所述底层重掺杂硅纳米线接触；

19、b4、利用旋涂工艺在所述底层重掺杂硅纳米线表面旋涂功能发光材料薄膜；

20、b5、在另一层衬底上生长同等参数的顶层重掺导电纳米线后将其交叉转移到所述功能发光材料薄膜上；

21、b6、在特点区域通过光刻、电子束蒸发ebe工艺选择性沉积顶层金属电极，所述顶层金属电极与所述顶层重掺导电纳米线接触；

22、b7、通过外接电路设计并施加合适电压即在两层纳米线阵列交叉处发光；

23、b8、对制备的发光器件进行引线焊接及封装保护。

24、作为优选，所述底层导电纳米线和顶层导电纳米线为半导体纳米线、金属纳米线或有机纳米线进行合金化处理后的合金纳米线，所述合金化处理所用金属材料为ni或pt。

25、本发明还公开了一种纳米光源器件，包括衬底材料，其特征在于：还包括底层金属电极、底层导电纳米线阵列、功能发光材料薄膜、顶层导电纳米线阵列以及顶层金属电极；所述底层导电纳米线阵列置于所述衬底材料上，所述功能发光材料薄膜旋涂于所述底层导电纳米线阵列上，所述顶层导电纳米线阵列覆盖于所述功能发光材料薄膜上且与所述底层导电纳米线阵列的排列方向交叉；所述底层金属电极与所述底层导电纳米线阵列接触，所述顶层金属电极与所述顶层导电纳米线阵列接触，所述底层金属电极与所述顶层金属电极电性连接。

26、作为优选，所述功能发光材料为通过溶液法制备并旋涂于所述底层导电纳米线阵列的电致发光薄膜材料。

27、作为优选，所述顶层金属电极和底层金属电极为ag、al、cr-au叠层、pt-au叠层、niau或tiau。

28、作为优选，所述衬底材料为硅衬底、石英片、sinx-sio2叠层、柔性叠层衬底，聚二甲基硅氧烷pdms或聚酰亚胺pi衬底。

29、作为优选，还包括顶层封装层，所述顶层封装层为透明材料。

30、作为优选，本技术所述的纳米光源器件可用于vr显示、3d显示、柔性显示或透明显示。

31、本技术提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

32、1、本发明在现有的光源显示技术基础之上，结合高导电的纳米线材料及功能发光材料，提出了一种全新的可高密度集成的新型纳米光源显示技术的制备方法，可实现25400ppi的超高空间分辨率，可应用于大面积高清虚拟现实(vr)技术领域。

33、2、本发明将制备的高密度纳米长度(约200μm)的高导电纳米线为底层导电通道，通过简单的光刻技术定义并沉积金属，后通过简易的旋涂发光材料之后交叉转移同等高密度的纳米长度(约200μm)的导电纳米线，之后再次定义电极，即可在两层纳米线交叉点处发光，实现超高分辨率。

34、3、本发明所使用的通道材料相比传统的光源显示技术使用的薄膜材料，可充分发挥纳米线材料高密度、可集成定位的优势，并且可对纳米线进行形貌设计，以适用于柔性显示电子领域。