CN102036434B - 一种薄膜电致发光器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄膜电致发光器件，包括依次设置的ITO导电玻璃层、第一绝缘层、发光层、第二绝缘层和金属电极层，所述发光层和所述第二绝缘层之间设置有非周期性微纳结构的金属层。其中，非周期性微纳结构的金属层与发光层的界面能产生表面等离子体效应，该等离子体效应能够对发光层的发光起到增强的效应，从而增加发光强度，提高了器件的电致发光效率。本发明还相应提供了该薄膜电致发光器件的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，更具体地说，涉及一种薄膜电致发光器件及其制备方法。
背景技术
与液晶显示(LCD)、等离子体显示平板(PDP)、发光二极管(LED)、场发射显示(FED)等显示器件相比，薄膜电致发光(TFEL)显示器件具有主动发光、全固体化、体积小、平板化、宽视角、工作温度范围宽、像素分辨率高、响应时间短、抗震动等特点，能适用于各种场合显示的要求。传统的薄膜电致发光器件采用MISIM结构(金属-绝缘层-半导体发光层-绝缘层-金属)，它通常沉积在透明玻璃衬底上，金属铝和ITO分别作为上、下两个电极，发光层夹在两个绝缘层中间。该结构包括：ITO透明导电玻璃层、绝缘层、发光层、绝缘层、金属电极层。其工作原理是，在两电极之间外加足够高的电压后，绝缘层/发光层界面上束缚的电子在电场作用下加速成热电子进入发光层，热电子碰撞激发发光中心发光。
然而，目前薄膜电致发光器件的发光效率还不够高，这制约了薄膜电致发光器件的应用范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：针对目前薄膜电致发光器件的发光效率不够高的缺陷，提供一种能够达成表面等离子体效应的薄膜电致发光器件及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：提供一种薄膜电致发光器件，该器件的结构依次包括ITO导电玻璃层、第一绝缘层、发光层、非周期性微纳结构的金属层、第二绝缘层、金属电极层。其中，非周期性微纳结构的金属层与发光层的界面能产生表面等离子体效应。
本发明提供了一种薄膜电致发光器件，包括依次设置的ITO导电玻璃层、第一绝缘层、发光层、第二绝缘层和金属电极层，其特征在于，所述发光层和所述第二绝缘层之间设置有非周期性结构的金属层。
在本发明所述的薄膜电致发光器件中，所述金属层从以下一组金属或这些金属的合金中选择：金、银、铂和钯。
在本发明所述的薄膜电致发光器件中，所述金属层的厚度为0.5nm～100nm。
在本发明所述的薄膜电致发光器件中，所述第一绝缘层和第二绝缘层从以下一组薄膜中选择：SiO2、Y2O3、Al2O3、Si3N4和MgO薄膜。
在本发明所述的薄膜电致发光器件中，所述发光层为过渡金属离子或者稀土离子掺杂的硫化锌、硫化锶、硅酸锌、钇铝石榴石、氮化镓、氮化铝薄膜中的一种；所述过渡金属为锰、铜、银或铬，所述稀土为铽、铥、钐、铈、铕、铒、钬、镨或镝。
在本发明所述的薄膜电致发光器件中，所述金属电极层为金膜、银膜或铝膜。
本发明还提供了一种薄膜电致发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在ITO导电玻璃层上制备第一绝缘层；
S2：在第一绝缘层上制备发光层；
S3：在发光层上制备金属层；
S4：在金属层上制备第二绝缘层；
S5：在第二绝缘层上镀铝，作为金属电极层，形成薄膜电致发光器件。
在本发明所述的薄膜电致发光器件的制备方法中，所述步骤S3具体包括：将金属溅射或蒸镀在发光层表面，然后在50℃～650℃下进行真空退火处理，退火时间为5分钟～5小时，从而在发光层表面上制备出金属层。
在本发明所述的薄膜电致发光器件的制备方法中，所述步骤S1、S2和S4中所采用的制备方法为电子束蒸发、溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积或溶胶-凝胶法。
实施本发明的薄膜电致发光器件及其制备方法，具有以下有益效果：本发明所制备的薄膜电致发光器件，其增加的非周期性微纳结构的金属层与发光层的界面之间能产生表面等离子体效应，增强发光层的发光，从而提高了器件的电致发光效率。此外，本发明集金属显微纳米结构制作与器件制造于一体，可用于光电信息显示等领域。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明中的薄膜电致发光器件实施例的结构图，其中1为ITO导电玻璃层，2为第一绝缘层，3为发光层，4为金属层，5为第二绝缘层，6为金属电极层。
具体实施方式
参阅图1，本发明实施例的薄膜电致发光器件包括依次设置的ITO导电玻璃层1、第一绝缘层2、发光层3、第二绝缘层5和金属电极层6。该结构为普通薄膜电致发光器件所具有的结构。而本发明实施例在所述发光层3和所述第二绝缘层5之间增设了非周期性微纳结构的金属层4。
在本发明实施例中，所述金属层4为非周期性的微纳结构。所述金属层4是由金、银、铂或钯中的一种或其合金组成。其厚度约为0.5nm～100nm。在此，本发明实施例将表面等离子体对发光材料发光增强的效应整合到薄膜电致发光器件中。
表面等离子体(Surface Plasmon，SP)是一种沿金属和介质界面传播的波，其振幅随离开界面的距离而呈指数衰减。当改变金属表面结构时，表面等离子体激元(surface plasmon polaritons，SPPs)的性质、色散关系、激发模式、耦合效应等都将产生重大的变化。SPPs引发的电磁场，不仅仅能够限制光波在亚波长尺寸结构中传播，而且能够产生和操控从光频到微波波段的电磁辐射，实现对光传播的主动操控。SPPs的激发将增大光学态密度和增强自发辐射速率，从而提高发光材料的内量子效率，增强发光强度。因此该非周期性微纳结构的金属层4能有效提高器件的发光效率。
所述第一绝缘层和第二绝缘层都可选择SiO2、Y2O3、Al2O3、Si3N4或MgO薄膜。
所述发光层为过渡金属离子或者稀土离子掺杂的硫化锌、硫化锶、硅酸锌、钇铝石榴石、氮化镓、氮化铝薄膜中的一种构成；所述过渡金属为锰、铜、银或铬，所述稀土为铽、铥、钐、铈、铕、铒、钬、镨或镝。
所述金属电极层为金膜、银膜或铝膜。
本发明还提供了该薄膜电致发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在ITO导电玻璃层上制备第一绝缘层；
S2：在第一绝缘层上制备发光层；
S3：在发光层上制备金属层；
S4：在金属层上制备第二绝缘层；
S5：在第二绝缘层上镀铝，作为金属电极层，形成薄膜电致发光器件。
其中，所述步骤S3进一步包括：将金属溅射或蒸镀在发光层表面，然后在50℃～650℃下进行真空退火处理，退火时间为5分钟～5小时，然后自然冷却至室温，从而在发光层上制备出金属层。
在本发明中，所述步骤S1、S2和S4中所采用的制备方法为电子束蒸发、溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积或溶胶-凝胶法。
实施例1
采用电子束蒸发的方式在ITO导电玻璃上镀SiO2薄膜作为介质绝缘层；再用电子束蒸发的方式在SiO2薄膜表面镀ZnS:Mn发光层；采用磁控溅射的方式在ZnS:Mn发光层表面镀厚度为2nm的银层，然后将其置于真空度优于1×10-3Pa的真空环境下，以300℃的温度退火处理半小时后，冷却至室温，所述银层形成非周期性的银纳米颗粒结构层，即金属层；再以电子束蒸发的方式在金属层表面蒸镀SiO2薄膜作为介质绝缘层；最后在SiO2薄膜表面磁控溅射金属Al层作为电极，形成器件。
实施例2
采用磁控溅射的方式在ITO导电玻璃上镀MgO薄膜作为介质绝缘层；再用电子束蒸发的方式在MgO薄膜表面镀ZnS:Tb，F发光层，采用磁控溅射的方式在ZnS:Tb，F发光层表面镀厚度为4nm的银层，然后将其置于真空度优于1×10-3Pa的真空环境下，以200℃的温度退火处理四十五分钟后，冷却至室温，所述银层形成非周期性的银纳米颗粒结构层，即金属层；再以磁控溅射的方式在金属层表面镀MgO薄膜作为介质绝缘层，最后在MgO薄膜表面磁控溅射金属Ag层作为电极，形成器件。
实施例3
采用化学气相沉积的方式在ITO导电玻璃上依次沉积Si3N4薄膜作为介质绝缘层，再用电子束蒸发的方式在Si3N4薄膜表面镀上ZnS:Sm薄膜作为发光层，随后采用电子束蒸镀的方式在ZnS:Sm发光层表面镀厚度为0.5nm的金层，然后将其置于真空度优于1×10-3Pa的真空环境下，以400℃的温度退火处理三十分钟后，冷却至室温，所述金层形成非周期性的金纳米颗粒结构层；再以化学气相沉积的方式在金属层表面沉积Si3N4薄膜介质绝缘层，最后在Si3N4薄膜表面真空蒸镀金属Al层作为电极，形成器件。
实施例4
采用脉冲激光沉积的方式在ITO导电玻璃上依次沉积Y2O3薄膜作为介质绝缘层，再用电子束蒸发的方式在Y2O3薄膜表面镀上Y3GaO12:Tb薄膜作为发光层，随后采用电子束蒸镀的方式在Y3GaO12:Tb发光层表面镀厚度为8nm的铂层，然后将其置于真空度优于1×10-3Pa的真空环境下，以450℃的温度退火处理二十分钟后，冷却至室温，所述铂层形成非周期性的金纳米颗粒结构层，即金属层；再用脉冲激光沉积的方式在金属层表面沉积Y2O3薄膜介质绝缘层，最后在Y2O3薄膜表面真空蒸镀金属Au层作为电极，形成器件。
实施例5
采用电子束蒸发的方式在ITO导电玻璃上蒸镀Al2O3薄膜作为介质绝缘层，再用脉冲激光沉积的方法在Al2O3薄膜上面沉积Zn2SiO4:Mn薄膜作为发光层，随后采用电子束蒸发的方式在Zn2SiO4:Mn发光层表面沉积厚度为100nm的钯层，然后将其置于真空度优于1×10-3Pa的真空环境下，以650℃的温度退火处理五小时后，冷却至室温，所述钯层形成非周期性的金纳米颗粒结构层，即金属层；再采用电子束蒸发的方式在金属层表面蒸镀Al2O3薄膜作为介质绝缘层，最后在Al2O3薄膜表面真空蒸镀金属Al层作为电极，形成器件。
实施例6
采用磁控溅射的方式在ITO导电玻璃上蒸镀SiO2薄膜作为介质绝缘层，再用化学气相沉积的方法在SiO2薄膜薄膜上面沉积GaN:Eu薄膜作为发光层，随后采用电子束蒸发的方式在GaN:Eu发光层表面镀厚度为6nm的金层，然后将其置于真空度优于1×10-3Pa的真空环境下，以500℃的温度退火处理一小时后，冷却至室温，所述金层形成非周期性的金纳米颗粒结构层，即金属层；再采用电子束蒸发的方式在金属层表面蒸镀SiO2薄膜作为介质绝缘层，最后在SiO2薄膜表面磁控溅射金属Al层作为电极，形成器件。
实施例7
采用磁控溅射的方式在ITO导电玻璃上沉积MgO薄膜作为介质绝缘层，再用射频反应式磁控溅射的方法在MgO薄膜薄膜上面沉积AlN:Tb薄膜作为发光层，随后采用电子束蒸发的方式在AlN:Tb发光层表面沉积厚度为100nm的银层，然后将其置于真空度优于1×10-3Pa的真空环境下，以300℃的温度退火处理一小时后，冷却至室温，所述银层形成非周期性的金纳米颗粒结构层，即金属层；再采用磁控溅射的方式在金属层表面沉积MgO薄膜作为介质绝缘层，最后在MgO薄膜上真空蒸镀金属Al层作为电极，形成器件。
Claims (7)
1.一种薄膜电致发光器件，包括依次设置的ITO导电玻璃层、第一绝缘层、发光层、第二绝缘层和金属电极层，其特征在于，所述发光层和所述第二绝缘层之间设置有非周期性微纳结构的金属层；所述金属层设置在所述发光层表面；
所述第一绝缘层和第二绝缘层从以下一组薄膜中选择：SiO2、Y2O3、Al2O3、Si3N4和MgO薄膜。
2.根据权利要求1所述的薄膜电致发光器件，其特征在于，所述金属层从以下一组金属或这些金属的合金中选择：金、银、铂和钯。
3.根据权利要求1所述的薄膜电致发光器件，其特征在于，所述金属层的厚度为0.5nm～100nm。
4.根据权利要求1所述的薄膜电致发光器件，其特征在于，所述发光层为过渡金属离子或者稀土离子掺杂的硫化锌、硫化锶、硅酸锌、钇铝石榴石、氮化镓、氮化铝薄膜中的一种；所述过渡金属为锰、铜、银或铬，所述稀土为铽、铥、钐、铈、铕、铒、钬、镨或镝。
5.根据权利要求1所述的薄膜电致发光器件，其特征在于，所述金属电极层为金膜、银膜或铝膜。
6.一种薄膜电致发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在ITO导电玻璃层上制备第一绝缘层；
S2：在第一绝缘层上制备发光层；
S3：在发光层上制备金属层；步骤S3具体为：将金属溅射或蒸镀在发光层表面，然后在50℃～650℃下进行真空退火处理，退火时间为5分钟～5小时，从而在发光层表面上制备出金属层；
S4：在金属层上制备第二绝缘层；
S5：在第二绝缘层上镀铝，作为金属电极层，形成薄膜电致发光器件。
7.根据权利要求6所述的薄膜电致发光器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S1、S2和S4中所采用的制备方法为电子束蒸发、溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积或溶胶-凝胶法。
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