CN103805183A

CN103805183A - 铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜、制备方法及其应用

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Publication number: CN103805183A
Application number: CN201210457040.XA
Authority: CN
Inventors: 周明杰; 王平; 陈吉星; 黄辉
Original assignee: Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Current assignee: Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-05-21

Abstract

一种铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，其化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素，该铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的电致发光光谱(EL)中，在490nm和580nm位置都有很强的发光峰，能够应用于薄膜电致发光显示器中。本发明还提供该铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的制备方法及其应用。

Description

铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜、制备方法及其应用

【技术领域】

本发明涉及一种铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜及其制备方法、以及薄膜电致发光器件及其制备方法。

【背景技术】

薄膜电致发光显示器(TFELD)由于其主动发光、全固体化、耐冲击、反应快、视角大、适用温度宽、工序简单等优点，已引起了广泛的关注，且发展迅速。目前，研究彩色及至全色TFELD，开发多波段发光的薄膜，是该课题的发展方向。但是，可应用于薄膜电致发光显示器的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，仍未见报道。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种可应用于薄膜电致发光器件的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜及其制备方法、以及薄膜电致发光器件及其制备方法。

一种铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，其化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

在优选的实施例中，铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的厚度为50nm～300nm。

一种铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的制备方法，包括以下步骤：

根据ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺各元素的化学计量比将ZrO₂，Eu₂O₃和Er₂O₃粉体，经过混合后，在900℃～1300℃下烧结得到靶材；

将衬底装入化学气相沉积设备的反应室中，并将反应室的真空度设置为1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa；

调节基靶间距为45mm～95mm，衬底的温度为250℃～750℃，工作气体的流量为10sccm～40sccm，工作压强为0.5Pa～5Pa，脉冲激光能量为80W～300W，进行脉冲激光沉积得到化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

在优选的实施例中，基靶间距为60mm，衬底的温度为500℃，工作气体的流量为20sccm，工作压强为3Pa，脉冲激光能量为150W。

一种薄膜电致发光器件，该薄膜电致发光器件包括依次层叠的衬底、阳极层、发光层以及阴极层，所述发光层的材料为铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，该铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

在优选的实施例中，发光层的厚度为50nm～300nm。

一种薄膜电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

提供具有阳极的衬底；

在所述阳极上形成发光层，所述发光层的材料为铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，该铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素；

在所述发光层上形成阴极。

在优选的实施例中，所述发光层的制备包括以下步骤：

上述铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜(ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺)的电致发光光谱(EL)中，在490nm和580nm位置都有很强的发光峰，能够应用于薄膜电致发光显示器中。

【附图说明】

图1为一实施方式的薄膜电致发光器件的结构示意图；

图2为实施例1制备的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的电致发光谱图；

图3为实施例1制备的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的XRD图。

图4为实施例1制备的薄膜电致发光器件的电压与电流和亮度关系图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜、其制备方法和薄膜电致发光器件及其制备方法作进一步阐明。

一实施方式的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，其化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

优选的，铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的厚度为50nm～300nm，x为0.02，y为0.03。

更优选的，铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的厚度为150nm。

该铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜中ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。该铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的电致发光光谱(EL)中，在490nm和580nm波长区都有很强的发光峰，能够应用于薄膜电致发光显示器中。

上述铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤S11、根据ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺各元素的化学计量比将ZrO₂，Eu₂O₃和Er₂O₃粉体，经过混合后，在900℃～1300℃下烧结得到靶材；

将衬底装入化学气相沉积设备的反应室中，并将反应室的真空度设置为1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa。

在本实施方式中，衬底为铟锡氧化物玻璃(ITO)，可以理解，在其他实施例中，也可以为掺氟氧化锡玻璃(FTO)、掺铝的氧化锌(AZO)或掺铟的氧化锌(IZO)；衬底先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入反应室。

优选的，在1250℃下烧结得到靶材；反应室的真空度为5.0×10^-4Pa。

步骤S13、调节基靶间距为45mm～95mm，衬底的温度为250℃～750℃，工作气体的流量为10sccm～40sccm，工作压强为0.5Pa～5Pa，脉冲激光能量为80W～300W，进行脉冲激光沉积得到化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

在优选实施例中，铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的厚度为50～300nm。

在优选实施例中，工作气体为氧气。

步骤S14、进行化学气相沉积得到铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜其化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

请参阅图1，一实施方式的薄膜电致发光器件100，该薄膜电致发光器件100包括依次层叠的衬底1、阳极2、发光层3以及阴极4。

衬底1为玻璃衬底。阳极2为形成于玻璃衬底上的氧化铟锡(ITO)。发光层3的材料为铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，该铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。阴极4的材质为银(Ag)。

上述薄膜电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤S21、提供具有阳极2的衬底1。

本实施方式中，衬底1为玻璃衬底，阳极2为形成于玻璃衬底上的氧化铟锡(ITO)。可以理解，在其他实施例中，也可以为掺氟氧化锡玻璃(FTO)、掺铝的氧化锌(AZO)或掺铟的氧化锌(IZO)；具有阳极2的衬底1先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗并用对其进行氧等离子处理。

步骤S22、在阳极2上形成发光层3，发光层3的材料为铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，该铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

本实施方式中，发光层3由以下步骤制得：

首先，根据ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺各元素的化学计量比将ZrO₂，Eu₂O₃和Er₂O₃粉体，经过混合后，在900℃～1300℃下烧结得到靶材；

将衬底装入化学气相沉积设备的反应室中，并将反应室的真空度设置为1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa，

再则、调节基靶间距为45mm～95mm，衬底的温度为250℃～750℃，工作气体的流量为10sccm～40sccm，工作压强为0.5Pa～5Pa，脉冲激光能量为80W～300W，进行脉冲激光沉积得到化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

在优选的实施例中，基靶间距为60mm，衬底的温度为500℃，工作气体的流量为20sccm，工作压强为3Pa，脉冲激光能量为150W；

在优选实施例中，工作气体为氧气；

步骤S23、在发光层3上形成阴极4。

本实施方式中，阴极4的材料为银(Ag)，由蒸镀形成。

下面为具体实施例。

实施例1

将0.95mmol ZrO₂，0.01mmol Eu₂O₃和0.015mmol Er₂O₃粉体经过均匀混合后，在1250℃下烧结成尺寸为直径50，厚度为2mm的陶瓷靶材是圆饼的形状，并将靶材装入真空腔体内，将衬底为ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为60mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至5.0×10^-4Pa；采用氧气作为工作气流，工作气流量为20sccm，压强调节为3.0Pa，衬底温度为500℃，脉冲激光能量150W，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至150nm，取出样品得到的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学通式为ZrO₂:0.02Eu³⁺，0.03Er³⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

本实施例中得到的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学通式为ZrO₂:0.02Eu³⁺，0.03Er³⁺，其中ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

请参阅图2，图2所示为得到的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的电致发光谱(EL)。由图2可以看出，电致发光谱中，在490nm和580nm都有很强的发光峰能够应用于薄膜电致发光显示器中。

请参阅图3，图3为实施例1制备的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的XRD曲线，测试对照标准PDF卡片。从图3中可以看出，衍射峰所示为单斜二氧化锆和四方的二氧化锆的晶向，没有出现掺杂元素和其他杂质的衍射峰，说明该方法可以得到结晶良好的样品。

请参阅图4，图4为实施例1制备的薄膜电致发光器件的电压与电流和亮度关系图，在附图4中曲线1是电压与电流密度关系曲线，可看出器件可看出器件从6.0V开始发光，曲线2是电压与亮度关系曲线，最大亮度为80cd/m²，表明器件具有良好的发光特性。

实施例2

将0.98mmol ZrO₂，0.005mmol Eu₂O₃和0.005mmol Er₂O₃粉体经过均匀混合后，在900℃下烧结成尺寸为直径50，厚度为2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内，将衬底为ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为60mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-3Pa；采用氧气作为工作气流，工作气流量为10sccm，压强调节为0.5Pa，衬底温度为250℃，脉冲激光能量80W，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至50nm，取出样品得到的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学通式为ZrO₂:0.01Eu³⁺，0.01Er³⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例3

将0.89mmol ZrO₂，0.025mmol Eu₂O₃和0.03mmol Er₂O₃粉体经过均匀混合后，在1300℃下烧结成尺寸为直径50，厚度为2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内，将衬底为ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为95mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-5Pa；采用氧气作为工作气流，工作气流量为40sccm，压强调节为5.0Pa，衬底温度为750℃，脉冲激光能量300W，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至300nm，取出样品得到的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学通式为ZrO₂:0.05Eu³⁺，0.06Er³⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例4

将0.95mmol ZrO₂，0.02mmol Eu₂O₃和0.005mmol Er₂O₃粉体经过均匀混合后，在1250℃下烧结成尺寸为直径50，厚度为2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内，将衬底为ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为60mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至5.0×10^-4Pa；采用氧气作为工作气流，工作气流量为20sccm，压强调节为3.0Pa，衬底温度为500℃，脉冲激光能量150W，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至70nm，取出样品得到的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学通式为ZrO₂:0.04Eu³⁺，0.01Er³⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例5

将0.96mmol ZrO₂，0.01mmol Eu₂O₃和0.01mmol Er₂O₃粉体经过均匀混合后，在900℃下烧结成尺寸为直径50，厚度为2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内，将衬底为ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为45mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-3Pa；采用氧气作为工作气流，工作气流量为10sccm，压强调节为0.5Pa，衬底温度为250℃，脉冲激光能量80W，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至100nm，取出样品得到的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学通式为ZrO₂:0.02Eu³⁺，0.02Er³⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例6

将0.94mmol ZrO₂，0.015mmol Eu₂O₃和0.015mmol Er₂O₃粉体经过均匀混合后，在1300℃下烧结成尺寸为直径50，厚度为2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内，将衬底为ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为95mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-5Pa；采用氧气作为工作气流，工作气流量为40sccm，压强调节为5.0Pa，衬底温度为750℃，脉冲激光能量300W，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至250nm，取出样品得到的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学通式为ZrO₂:0.03Eu³⁺，0.03Er³⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，其特征在于，其化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

2.根据权利要求1所述的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，其特征在于，所述铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的厚度为50nm～300nm。

3.一种铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将衬底装入脉冲激光沉积设备的反应室中，并将反应室的真空度设置为1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa；

4.根据权利要求3所述的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述基靶间距为60mm，衬底的温度为500℃，工作气体的流量为20sccm，工作压强为3Pa，脉冲激光能量为150W。

5.根据权利要求3所述的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的厚度为50nm～300nm。

6.一种薄膜电致发光器件，该薄膜电致发光器件包括依次层叠的衬底、阳极层、发光层以及阴极层，其特征在于，所述发光层的材料为铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，该铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素。

7.根据权利要求6所述的薄膜电致发光器件，其特征在于，所述发光层的厚度为50nm～300nm。

8.一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：

提供具有阳极的衬底；

在所述阳极上形成发光层，所述发光层的薄膜为铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜，该铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的化学式为ZrO₂:xEu³⁺，yEr³⁺，其中，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.06，ZrO₂是基质，铕元素和铒元素是激活元素；

在所述发光层上形成阴极。

9.根据权利要求8所述的薄膜电致发光器件的制备方法，其特征在于，所述发光层的制备包括以下步骤：

将所述衬底装入化学气相沉积设备的反应室，并将反应室的真空度设置为1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa；

10.根据权利要求9所述的铕铒双掺杂二氧化锆发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述基靶间距为60mm，衬底的温度为500℃，工作气体的流量为20sccm，工作压强为3Pa，脉冲激光能量为150W。