CN113867066A - 一种白光交流电致发光器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种白光交流电致发光器件及其制备方法。所述白光交流电致发光器件包括发光层，所述发光层包括电致发光荧光材料和光致发光荧光材料，所述电致发光荧光材料在交流电压驱动下发射第一光，所述第一光的一部分被所述光致发光荧光材料转化为第二光，未转化的所述第一光和所述第二光共同发射形成白光。本发明可以通过调节电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的比例，以调节发射光谱。此外，虽然电致发光荧光材料的发射光谱随电压频率会改变，但是光致发光荧光材料的发射光谱几乎不会随激发光谱的改变而改变，所以该方式得到的白光光谱更加稳定。

Description

一种白光交流电致发光器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及交流电致发光器件技术领域，尤其涉及一种白光交流电致发光器件及其制备方法。
背景技术
现有交流电致发光器件(ACEL)主要是基于过渡金属或者稀有金属粒子掺杂的硫化锌(ZnS)微米颗粒在交流电场下热电子碰撞激发发光中心原子，激发态原子跃迁而发光。现有的ZnS发光材料的效率较高的颜色是蓝绿色和橙黄色，也有改变ZnS掺杂离子实现白光ACEL的材料，但其缺点是光谱随外加电压和频率的改变而改变，并且白光的亮度较低。此外，也有将蓝绿色和橙黄色叠层在一个器件中实现白光，虽然其亮度提高了，但是其仍然存在光谱不稳定的情况。还有利用交流电的正负向电压分别驱动叠层蓝绿色和橙黄色发光层实现颜色可调控ACEL器件，但是其器件结构和驱动电路复杂，不利于广泛使用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种白光交流电致发光器件及其制备方法，旨在解决现有白光ACEL的光谱不稳定的问题。
本发明的技术方案如下：
一种白光交流电致发光器件，包括发光层，其中，所述发光层包括电致发光荧光材料和光致发光荧光材料，所述电致发光荧光材料在交流电压驱动下发射第一光，所述第一光的一部分被所述光致发光荧光材料转化为第二光，未转化的所述第一光和所述第二光共同发射形成白光。
可选地，所述白光交流电致发光器件具体包括：基底、设置于所述基底上的底电极、设置于所述底电极上的所述发光层、设置于所述发光层上的介电层、设置于所述介电层上的顶电极。
可选地，所述白光交流电致发光器件具体包括：基底、设置于所述基底上的底电极、设置于所述底电极上的所述发光层、设置于所述发光层上的顶电极，其中所述发光层还包括介电材料。
可选地，所述电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的重量比为(0.1：1.9)-(1.9：0.1)。
可选地，所述电致发光荧光材料为蓝光电致发光荧光材料，所述第一光为蓝光，所述光致发光荧光材料为黄光光致发光荧光材料，所述第二光为黄光。
可选地，所述蓝光电致发光荧光材料为掺杂的ZnS，所述黄光光致发光荧光材料为石榴石型氧化物荧光粉、硅酸盐型荧光粉、氮化物荧光粉和氮氧化物荧光粉。
可选地，所述发光层由重量比为1：1的ZnS:Cu和YAG:Ce组成。
可选地，所述电致发光荧光材料为绿光电致发光荧光材料，所述第一光为绿光，所述光致发光荧光材料为红光光致发光荧光材料，所述第二光为红光。
一种本发明所述的白光交流电致发光器件的制备方法，所述白光交流电致发光器件包括发光层，其中，所述发光层的制备方法，包括步骤：
提供含电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的溶液；
将所述含电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的溶液进行沉积，并退火，得到所述发光层。
可选地，所述白光交流电致发光器件的制备方法，包括步骤：
提供基底；
在所述基底上形成底电极；
将所述含电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的溶液沉积于所述底电极上，并退火，得到所述发光层；
在所述发光层上形成介电层；
在所述介电层上形成顶电极。
有益效果：本发明通过将光致发光荧光材料掺杂到ACEL的发光层中，该发光层中的电致发光荧光材料在交流电场驱动下发射的第一光有一部分被光致发光荧光材料转换为第二光(显然第二光的颜色与第一光的颜色不同)，未转换的第一光和转换后的第二光共同发射形成白光。另外，本发明可以通过调节电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的比例，以调节发射光谱。此外，虽然电致发光荧光材料的发射光谱随电压频率会改变，但是光致发光荧光材料的发射光谱几乎不会随激发光谱的改变而改变，所以该方式得到的白光光谱更加稳定。
附图说明
图1为本发明具体的实施例中的白光交流电致发光器件的结构示意图。
图2为本发明具体的实施例中的白光交流电致发光器件的横截面结构扫描电子显微镜图。
图3为本发明具体的实施例中的光谱随着ZnS:Cu和YAG:Ce比例改变而改变的示意图。
图4为本发明具体的实施例中的CIE坐标随着ZnS:Cu和YAG:Ce比例改变而改变的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种白光交流电致发光器件及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种白光交流电致发光器件，包括发光层，其中，所述发光层包括电致发光荧光材料和光致发光荧光材料，所述电致发光荧光材料在交流电压驱动下发射第一光，所述第一光的一部分被所述光致发光荧光材料转化为第二光，未转化的所述第一光和所述第二光共同发射形成白光。
本实施例通过将光致发光荧光材料掺杂到ACEL的发光层中，该发光层中的电致发光荧光材料在交流电场驱动下发射的第一光有一部分被光致发光荧光材料转换为第二光(显然第二光的颜色与第一光的颜色不同)，未转换的第一光和转换后的第二光共同发射形成白光。该策略在白光发光二极管(LED)中有应用，但没有应用在ACEL中。另外，现有白光LED是通过在蓝光LED芯片外部涂一层光致发光荧光粉，本实施例则是直接在ACEL器件的发光层中均匀掺杂光致发光荧光材料，本实施例该策略更加简单易操作，并且有利于大面积溶液加工，还可以实现柔性可拉伸发光器件。
另外，本实施例可以通过调节电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的比例，以调节发射光谱。此外，虽然电致发光荧光材料的发射光谱随电压频率会改变，但是光致发光荧光材料的发射光谱几乎不会随激发光谱的改变而改变，所以该方式得到的白光光谱更加稳定。
本实施例中，白光交流电致发光器件的结构多种多样。且所述白光交流电致发光器件中，介电层和发光层可以分层设置，还可以在一层中设置。
当介电层和发光层分层设置时，所述白光交流电致发光器件可以具体包括：基底、设置于所述基底上的底电极、设置于所述底电极上的所述发光层、设置于所述发光层上的介电层、设置于所述介电层上的顶电极。
当介电层和发光层在一层中设置时，所述白光交流电致发光器件可以具体包括：基底、设置于所述基底上的底电极、设置于所述底电极上的所述发光层、设置于所述发光层上的顶电极，其中所述发光层还包括介电材料。
通过调节电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的比例可以调节发射光谱。随着光致发光荧光材料的增加，电致发光荧光材料在交流电场驱动下发射的第一光被光致发光荧光材料转换为的第二光增加。在一种实施方式中，所述电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的重量比为(0.1：1.9)-(1.9：0.1)。进一步地，所述电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的重量比为1：1。研究发现当电致发光荧光材料和光致发光荧光材料重量比例为1：1时，发光光谱最接近标准白光的CIE值，为(0.28，0.34)。
在一种实施方式中，所述光致发光荧光材料可以选自但不限于量子点、钙钛矿、有机等光致发光荧光材料。
本实施例中，可以使用多种光转换材料搭配使用，实现白光。例如，所述电致发光荧光材料可以为蓝光电致发光荧光材料，所述第一光为蓝光，所述光致发光荧光材料可以为黄光光致发光荧光材料，所述第二光为黄光，使用该两种光转换材料共同发射，实现白光。或者，所述电致发光荧光材料可以为绿光电致发光荧光材料，所述第一光为绿光，所述光致发光荧光材料可以为红光光致发光荧光材料，所述第二光为红光，使用该两种光转换材料共同发射，实现白光。
在一种实施方式中，所述电致发光荧光材料为蓝光电致发光荧光材料，所述光致发光荧光材料为黄光光致发光荧光材料。本实施例通过将黄光光致发光荧光材料掺杂到蓝光ACEL的发光层中，该发光层中的蓝光电致发光荧光材料在交流电场驱动下发射的蓝光有一部分被黄光光致发光荧光材料转换为黄光，未转换的蓝光和黄光共同发射形成白光。另外，本实施例可以通过调节蓝光电致发光荧光材料和黄光光致发光荧光材料的比例，以调节发射光谱。此外，虽然蓝光电致发光荧光材料的发射光谱随电压频率会改变，但是黄光光致发光荧光材料的发射光谱几乎不会随激发光谱的改变而改变，所以该方式得到的白光光谱更加稳定。并且，由于人眼对黄光的敏感度要大于蓝光，所以由蓝光转换为黄光实现白光器件的亮度要高于单纯使用蓝光电致发光荧光粉器件的亮度。
在一种实施方式中，所述蓝光电致发光荧光材料为掺杂的ZnS，如Cu掺杂的ZnS(ZnS:Cu)、Mn掺杂的ZnS(ZnS:Mn)等，所述黄光光致发光荧光材料为石榴石型氧化物荧光粉(如铈掺杂钇铝石榴石，简写为YAG:Ce)、硅酸盐型荧光粉、氮化物荧光粉和氮氧化物荧光粉。
在一种实施方式中，所述蓝光电致发光荧光材料为ZnS:Cu，所述黄光光致发光荧光材料为YAG:Ce。
在一种实施方式中，所述发光层由重量比为(0.1g：1.9g)-(1.9g：0.1g)的ZnS:Cu和YAG:Ce组成。ZnS:Cu在交流电场下热电子碰撞激发发光中心原子，激发态原子跃迁而发射蓝光。发射的蓝光有一部分被光致发光荧光粉YAG:Ce转换为宽光谱的黄色光，未转换的蓝光和转换后的黄光共同从底部透过玻璃发射形成白光。并且研究发现当ZnS:Cu和YAG:Ce重量比例为1：1时，发光光谱最接近标准白光的CIE值，为(0.28，0.34)。
一种本发明实施例所述的白光交流电致发光器件的制备方法，所述白光交流电致发光器件包括发光层，其中，所述发光层的制备方法，包括步骤：
提供含电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的溶液；
将所述含电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的溶液进行沉积，并退火，得到所述发光层。
在一种实施方式中，所述白光交流电致发光器件的制备方法，包括步骤：
提供基底；
在所述基底上形成底电极；
将所述含电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的溶液沉积于所述底电极上，并退火，得到所述发光层；
在所述发光层上形成介电层；
在所述介电层上形成顶电极。
进一步地，所述含电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的溶液由(0.1g：1.9g)-(1.9g：0.1g)比例的电致发光荧光材料和光致发光荧光材料掺入2g粘结剂中配制得到。所述电致发光荧光材料和光致发光荧光材料优选比例为1g：1g。所述粘结剂包括但不局限于氰基丙烯酸酯粘结剂、环氧树脂粘结剂、聚酰亚胺型粘结剂。
进一步地，所述退火的温度为30-150℃，优选退火温度为100℃，所述退火的时间为0.1-24小时，优选时间为1小时。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步地说明。
如图1所示，本实施例中白光交流电致发光器件具体由依次设置的基板、底电极、发光层、介电层和顶电极组成，其中所述基板为玻璃板，所述底电极为氧化铟锡，所述发光层由蓝色电致发光荧光粉ZnS:Cu和光致发光荧光粉铈掺杂钇铝石榴石YAG:Cu组成，所述介电层为钛酸钡(BaTiO3)，所述顶电极为Ag。该器件横截面的扫描电镜照片如图2所示，从图2可知，介电层、发光层和银电极均匀分布，厚度分别约为30微米、20微米和20微米。
其中发光层是由蓝光电致发光荧光粉ZnS:Cu和光致发光荧光粉铈掺杂钇铝石榴石(YAG:Cu)在氰基丙烯酸酯粘结剂中混合均匀后刮涂在洗净的ITO玻璃上，在真空烘箱中100℃下退火1小时。同样的方法，钛酸钡(BaTiO3)在氰基丙烯酸酯粘结剂中混合均匀作为介电层刮涂在发光层上，退火。顶电极是导电银浆刮涂成膜。
在银电极和ITO上施加交流电，ZnS:Cu在交流电场下热电子碰撞激发发光中心原子，激发态原子跃迁而发射蓝光。发射的蓝光有一部分被光致发光荧光粉YAG:Ce转换为宽光谱的黄色光，未转换的蓝光和转换后的黄光共同从底部透过玻璃发射形成白光。发光亮度随施加交流电的电压频率如图3所示，最大亮度超过了3000cd/m2。
通过调节电致发光荧光粉ZnS:Cu和光致发光荧光粉YAG:Ce的比例可以调节发射光谱。如图4所示，随着YAG:Ce的比例增加，器件发射光谱的黄色成分增加，发现当ZnS:Cu和YAG:Ce重量比例为1：1时，发光光谱最接近标准白光的CIE值，为(0.28，0.34)。
综上所述，本发明通过将黄光光致发光荧光材料掺杂到蓝光ACEL的发光层中，该发光层中的蓝光电致发光荧光粉ZnS:Cu在交流电场驱动下发射的蓝光有一部分被黄光光致发光荧光粉YAG:Ce转换为黄光，未转换的蓝光和黄光共同发射形成白光。另外，本发明可以通过调节蓝光电致发光荧光粉ZnS:Cu和黄光光致发光荧光粉YAG:Ce的比例，以调节发射光谱。此外，虽然蓝光电致发光荧光粉ZnS:Cu的发射光谱随电压频率会改变，但是黄光光致发光荧光粉YAG:Ce的发射光谱几乎不会随激发光谱的改变而改变，所以该方式得到的白光光谱更加稳定。并且，由于人眼对黄光的敏感度要大于蓝光，所以由蓝光转换为黄光实现白光器件的亮度要高于单纯使用蓝光电致发光荧光粉ZnS:Cu器件的亮度。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种白光交流电致发光器件，包括发光层，其特征在于，所述发光层包括电致发光荧光材料和光致发光荧光材料，所述电致发光荧光材料在交流电压驱动下发射第一光，所述第一光的一部分被所述光致发光荧光材料转化为第二光，未转化的所述第一光和所述第二光共同发射形成白光。
2.根据权利要求1所述的白光交流电致发光器件，其特征在于，所述白光交流电致发光器件具体包括：基底、设置于所述基底上的底电极、设置于所述底电极上的所述发光层、设置于所述发光层上的介电层、设置于所述介电层上的顶电极。
3.根据权利要求1所述的白光交流电致发光器件，其特征在于，所述白光交流电致发光器件具体包括：基底、设置于所述基底上的底电极、设置于所述底电极上的所述发光层、设置于所述发光层上的顶电极，其中所述发光层还包括介电材料。
4.根据权利要求1所述的白光交流电致发光器件，其特征在于，所述电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的重量比为(0.1：1.9)-(1.9：0.1)。
5.根据权利要求1所述的白光交流电致发光器件，其特征在于，所述电致发光荧光材料为蓝光电致发光荧光材料，所述第一光为蓝光，所述光致发光荧光材料为黄光光致发光荧光材料，所述第二光为黄光。
6.根据权利要求5所述的白光交流电致发光器件，其特征在于，所述蓝光电致发光荧光材料为掺杂的ZnS，所述黄光光致发光荧光材料为石榴石型氧化物荧光粉、硅酸盐型荧光粉、氮化物荧光粉和氮氧化物荧光粉。
7.根据权利要求1所述的白光交流电致发光器件，其特征在于，所述发光层由重量比为1：1的ZnS:Cu和YAG:Ce组成。
8.根据权利要求1所述的白光交流电致发光器件，其特征在于，所述电致发光荧光材料为绿光电致发光荧光材料，所述第一光为绿光，所述光致发光荧光材料为红光光致发光荧光材料，所述第二光为红光。
9.一种权利要求1-8任一项所述的白光交流电致发光器件的制备方法，所述白光交流电致发光器件包括发光层，其特征在于，所述发光层的制备方法，包括步骤：
提供含电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的溶液；
将所述含电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的溶液进行沉积，并退火，得到所述发光层。
10.根据权利要求9所述的白光交流电致发光器件的制备方法，其特征在于，所述白光交流电致发光器件的制备方法，包括步骤：
提供基底；
在所述基底上形成底电极；
将所述含电致发光荧光材料和光致发光荧光材料的溶液沉积于所述底电极上，并退火，得到所述发光层；
在所述发光层上形成介电层；
在所述介电层上形成顶电极。
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