CN103338544B - 一种由碳量子点实现的白色电致发光器件 - Google Patents

Abstract

一种由碳量子点实现的白色电致发光器件，它包括：透明密封层、碳量子点荧光层、透明导电层、发光层、背导电层；其特征是：碳量子点荧光层是由含有碳的纳米荧光材料组成，其吸收光范围在365-520nm，发射光范围在440-610nm,将发光层发光光谱转换成白色发光。

Description

一种由碳量子点实现的白色电致发光器件

技术领域

本发明属于电致发光器件应用技术领域。

背景技术

现有电致发光（EL）器件技术目前主体分为：EL玻璃屏、EL搪瓷屏、EL塑料屏、EL布、EL丝线器件，前四者均为平板式面光源发光器件，其主要优点为薄，轻，动态闪动，面发光均匀，生产及装配使用工艺实施简单。其发光原理为直流或交流电场作用在发光材料两侧，产生高电压，低电流的电场发光，其主要用于广告、照明、显示。而碳量子点荧光材料人们直接制作LED点光源半导体发光器件。

现有EL发光的颜色主要由有机荧光染料或颜料转换实现，通常是使用油墨印刷或与塑料粒子混合制成薄膜，它们中加入有机荧光染料或颜料后，发光与不发光时体色完全一致。白色电致发光器件同样是由荧光染料或颜料形成，如：橙色、粉色、黄色发光材料，其与蓝色或蓝绿色电致发光材料转换组合实现白色发光，荧光染料或颜料主要是有机物、无机物，如：YAG荧光材料、罗丹明有机染料等。它们的缺点是，有机材料稳定、耐候性不好，无机类YAG荧光材料透明度不好、成本高。现有技术降低了电致发光器件的颜色、寿命、发光效率，由于染料不耐紫外线，所以白色的电致发光器件一直不能用于户外。

本发明一种由碳量子点实现的白色电致发光器件，利用碳量子光致发光特性，将蓝色或蓝绿色电致发光转换成白色发光，并可以根据激发光颜色调节白色发光光谱。由碳量子点实现的白色电致发光器件具有寿命长、颜色稳定、发光效率高、成本低廉特点。

本发明可以用于平面发光、矩阵显示、照明领域，在电致发光平面超薄广告灯、柔性霓虹灯、液晶背照明、玩具、仪器仪表指示、发光服装等有广泛应用。

发明内容

一种由碳量子点实现的白色电致发光器件，它包括：透明密封层、碳量子点荧光层、透明导电层、发光层、背导电层；其特征是：碳量子点荧光层是由含有碳的纳米荧光材料组成，其吸收光范围在365-520nm，发射光范围在440-610nm,将发光层发光光谱转换成白色发光。

本发明中碳量子点荧光材料是指含有碳量子点荧光材料或含碳的有机纳米荧光材料或碳量子点带有有机成份的荧光材料或碳纳米荧光材料，其颗粒度为1-40纳米，或更大，其可以在水、油、有机溶剂中有良好的分散性。其吸收光范围在365-520nm，发射光范围在440-610nm，其具有很宽的带谱发射，不同的激发峰值可以对应不同的发射峰值。

本发明中透明密封层作用是保护发光器件内部结构的清洁性，其是由透明塑料、透明绝缘漆、透明橡胶、透明玻璃中的一种组成；它们是透明或半透明，其中塑料可以是PVC、PE、PU等。透明绝缘漆可以是树脂涂料、含氟涂料、含硅涂料等绝缘涂料，它们可以是UV固化、红外固化或常温固化。透明橡胶可以使各类软性橡胶如硅橡胶等。

本发明中透明导电层是向发光层提供大面积电极，其由透明导电ITO材料、有机导电材料、金属纳米导电材料中的一种制成。它们所起的作用是形成导电电极，并可以引出连接电极。透明导电层是金属氧化物、高分子材料、导电聚合物、纳米金属导电材料均可以。本发明中碳量子点荧光材料也具备一定导电能力，其可以与作为透明导电材料的一部份。

本发明中发光层是由电致发光粉末材料构成，使用的是硫化锌掺杂铜等成份材料，其发光是蓝色或蓝绿色。电致发光粉末材料具有发光颜色随频率可变化特征，频率上升，发光光谱则向短波方向移动。电致发光粉末材料发光光谱通常是宽带发光光谱，这时碳量子点荧光材料对应的发光也是宽带光谱，其产生的白色发光更加纯正。当然本发明中的电致发光材料在制作平面器件时，也可以是其它电致发光光源产生的发光，如导光板、有机电致发光。本发明中碳量子点荧光材料可以混合在电致发光粉末材料中构成发光层，降低发光电压。

本发明中背导电层是由金属导电材料或透明导电物质或含碳的导电物质制成。金属导电材料可以是平面的金属薄膜，如铜、铝等；也可以是连续金属线材，其截面是圆形、长方形、椭圆形，是一根或多根组合；还可以是银浆、碳浆、铜浆或透明导电材料印刷或涂覆制备成。

本发明中碳量子点荧光层是将碳量子点荧光材料与载体混合制备成，载体是树脂、橡胶、塑料、油墨、高分子涂料中的一种，其固化后形成透明或半透明的荧光层。碳量子点荧光层可以改变发光器件的发光颜色，由于碳量子点荧光材料具有无机发光材料的稳定性，有机荧光材料的透明及高效率发光性，从而替代现有技术具有明显进步。本发明中碳量子点无毒无害，与现有硫化锌镉等量子点材料比较安全、稳定、成本低。

本发明中碳量子点荧光层含有透明或半透明的散射剂、扩散剂，形成均匀分布的白色发光。由于碳量子点荧光材料颗粒小，透光性强，在碳量子点荧光层中加入有透明或半透明的散射剂、扩散剂，可以使碳量子点荧光层制作的更薄，发光更均匀。

本发明中电致发光器件与单路或多路驱动器连接，多路驱动器可以实现更多的动态闪动。驱动器可设有多段频率调节装置，频率变动化范围50-4000赫兹，可以手动转换调节、也可自动转换调节。白色电致发光器件发射光谱在440-610nm范围内变化，形成暖白色、冷白色或过渡颜色。

具体实施方式

一种由碳量子点实现的白色电致发光器件，它包括：透明密封层、碳量子点荧光层、透明导电层、发光层、背导电层；其特征是：碳量子点荧光层是由含有碳的纳米荧光材料组成，其吸收光范围在365-520nm，发射光范围在440-610nm,将发光层发光光谱转换成白色发光。

本发明中碳量子点荧光材料颗粒度为1-10纳米，效果最好。颗粒更小或更大，发光效果可调节性弱，但都可以使用。碳量子点可以在水、油、有机溶剂中有良好的溶解性，其本质是分散在液体中，并且不沉淀。碳量子点在与其它载体混合时可以先通过液体均匀分散，再与载体混合。碳量子点激发光范围在365-520nm，发射光范围在440-610nm，其是宽谱带发射，不同的激发峰值可以对应不同的发射峰值。

本发明中透明密封层是透明或半透明，其中塑料可以是PVC、PE、PU、氟塑料等，透明橡胶可以使用各类软性橡胶，如硅橡胶等，它们可通过热压护卡膜、注塑套管、挤出电线塑料层等方式实现。透明绝缘漆可以是树脂涂料、含氟涂料、含硅涂料等绝缘涂料，可以涂覆、印刷、喷涂等方式实现，它们可以是UV固化、红外固化或常温固化。透明密封层在整个发光器件外部，除电极引线部分，其它均被其包裹，防止水液体侵入。

本发明中碳量子点荧光层是在透明密封层与透明导电层之间。碳量子点荧光材料需要与载体混合制备成，载体是树脂、橡胶、塑料、油墨、绝缘漆、高分子涂料中的一种，其固化后形成透明或半透明的荧光层。碳量子点荧光可以溶于液体中在与载体均匀混合，碳量子点可以在乙醇、丙酮、环己酮、硅油、水等中分散。本发明中碳量子点荧光层含有透明或半透明的散射剂、扩散剂，形成均匀分布的白色发光。由于碳量子点荧光材料颗粒小，透光性强，在碳量子点荧光层中加入有透明或半透明的散射剂、扩散剂，散射剂或扩散剂应在紫外光区域有良好的通过率，可以使碳量子点荧光层制作的更薄，发光更均匀。散射剂或扩散剂可以使用二氧化硅、碳酸钙、二氧化钛、氧化锌等材料，也可以使用聚苯乙烯微球、玻璃微珠等材料及其多种混合物。碳量子点荧光材料具有碳材料的原始特性，其电阻较大，但还是具有一定的导电能力，所以直接裸露在外表面，高电压使用可能会产生危险。同样其与透明导电层紧密接触会提高透明导电层的导电能力，尤其是在高电压下明显。

本发明中碳量子点荧光层是在激发光365nm-520nm激发下，发出440nm-610nm荧光；不同的激发光对应不同的发射光峰值，如：激发光为365nm时，发射光峰值440nm显示颜色蓝色；激发光为380nm时，发射光峰值500nm显示颜色蓝绿色；激发光为420nm时，发射光峰值520nm显示颜色绿色；激发光为440nm时，发射光峰值540nm显示颜色黄绿色；激发光为480nm时，发射光峰值555nm显示颜色黄色；激发光为500nm时，发射光峰值585nm显示颜色橙红色；激发光为520nm时，发射光峰值610nm显示颜色红色。

本发明中透明导电层是覆盖在发光层与碳量子点荧光层之间。当是平面电致发光器件时，可以直接使用ITO、ZTO等导电薄膜，ITO导电层直接接触发光层。当ITO导电膜是使用常规的PET薄膜时，其不会影响本发明效果。透明导电层也可以直接使用由透明导电纳米材料、有机导电材料、金属纳米导电材料中的一种制成。它们所起的作用是形成导电电极，金属氧化物、高分子材料、导电聚合物、纳米金属导电材料均可以。本发明中碳量子点荧光材料也具备一定导电能力，其可以作为透明导电材料的一部份混合使用，如制作电致发光线、电致发光布、双面电致发光器件。

本发明中发光层是由电致发光粉末材料构成，其在透明导电层与背导电层之间，如：D417、D502等牌号电致发光材料，其发光是蓝色或蓝绿色。电致发光材料与粘合剂混合后印刷涂覆成膜，是现有技术的常规工艺。发光层中也可以直接加入碳量子点荧光材料，其也可以产生改变光谱效果，由于碳量子点荧光材料颗粒远远小于电致发光粉末材料，容易悬浮在粘合剂表面，最后集中在发光层外表；发光层中加入碳量子点荧光材料可以降低器件工作电压，但也容易导致器件击穿，所以可以选择制作绝缘层。绝缘层直接使用绝缘油墨或与其它物质的混合物，如添加纳米二氧化钛。本发明中的发光层不局限于电致发光器件，也可以是其它电致发光光源产生的发光，如导光板、有机电致发光，它们特征是产生蓝色-蓝绿色发光。

本发明中最后是背导电层，背导电层是由金属导电材料或透明导电物质或含碳的导电物质制成。金属导电材料可以是平面的金属薄膜，如铜、铝等，它们制备出的平面发光器件。也可以是连续金属线材，其截面是圆形、长方形、椭圆形，是一根或多根组合，相互绝缘后可以实现独立控制，完成各类闪动，它们制备出的是线状发光器件。还可以是银浆、碳浆、铜浆或透明导电材料印刷或涂覆制备成柔性布或双面发光器件。背导电层电极与透明导电层电极均用电线引出。

本发明中电致发光器件与单路或多路驱动器连接，多路驱动器可以实现更多的动态闪动。驱动器可设有多段频率调节装置，频率变动化范围50-4000赫兹，可以手动转换调节、也可自动转换调节。白色电致发光器件发射光谱在440-610nm范围内变化，形成暖白色、冷白色或过渡颜色发光。

本发明优点在于

1）本发明改变了现有电致发光器件只能发出固定颜色的白光照明，可以根据频率随意调节白色发光灯颜色，如：冷白色、暖白色以及它们的混合过渡色。适合面光源、线光源的规模应用。

2）本发明中的碳量子点荧光材料具有良好的透明性、无机物的稳定性、耐候性及耐紫外线性，其在高温、低温均不会产生化学变化，尤其适合户外使用，同时成本低于现有技术。

3）本发明可以应用在照明、显示、装饰灯、广告超薄灯箱、液晶背照明等领域中，本发明生产工艺简单，适合规模生产，产品分类简单，使用方便。

实施例

一种由碳量子点实现的白色电致发光器件的制备：

背导电层选择金属背导电层，0.1毫米厚铝箔，其表面光华，去油性物质。

发光层是使用D502蓝绿色电致发光材料，发光材料与环氧树脂涂料混合，丝网印刷发光层厚度50微米；固化的温度在110度。

透明导电层是使用具有导电性质ITO薄膜，通过平面热合机与半干状态的发光层热压结合。

碳量子点荧光层是将碳量子点荧光材料用丙酮分散，再与环氧树脂混合，其中加入聚苯乙烯微球扩散剂，通过丝网印刷在ITO薄膜表面，厚度约0.1-0.3毫米。

透明密封层使用PVC户卡膜密封，其背导电层电极与透明导电层用电线引出。

电致发光器件与专用变频驱动器连接，工作时产生440-610nm白色发光。

以上针对本发明较好的实施方式作了举例说明后，对本领域的技术人员来说应明白的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种由碳量子点实现的白色电致发光器件，它包括：透明密封层、碳量子点荧光层、透明导电层、发光层、背导电层；透明密封层是由透明塑料、透明绝缘漆、透明橡胶、透明玻璃中的一种组成；透明导电层是由透明导电ITO材料、有机导电材料、金属纳米导电材料中的一种制成；发光层是由交流粉末电致发光材料构成；背导电层是由金属导电材料或透明导电物质或含碳的导电物质制成;其特征是：碳量子点荧光层是由含有碳的纳米荧光材料组成，其吸收光范围在365-520nm，发射光范围在440-610nm,将发光层发光光谱转换成白色发光。

2.如权利要求1所述一种由碳量子点实现的白色电致发光器件，碳量子点荧光层是将碳量子点荧光材料与载体混合，载体是树脂、橡胶、塑料、油墨、高分子涂料中的一种，其固化后形成透明或半透明的荧光层。

3.如权利要求1所述一种由碳量子点实现的白色电致发光器件，碳量子点荧光层含有透明或半透明的散射剂或扩散剂，形成均匀分布的白色发光。

4.如权利要求1所述一种由碳量子点实现的白色电致发光器件，电致发光器件与单路或多路驱动器连接，驱动器设有多段频率调节装置，频率变动范围50-4000赫兹，白色电致发光器件发射光谱在440-610nm范围内变化。

5.如权利要求1所述一种由碳量子点实现的白色电致发光器件，发光层中加入含有碳的纳米荧光材料，降低电致发光器件的工作电压。

6.如权利要求1所述一种由碳量子点实现的白色电致发光器件，透明导电层中加入含有碳的纳米荧光材料。