CN202503028U - 一种薄膜电致发光器件 - Google Patents

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张家雨
马骏
杨伯平
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Abstract

本实用新型涉及一种硅凝胶包覆掺杂半导体量子点的薄膜电致发光器件。所述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、金属Al电极。所述发光层为SiO2凝胶包覆的掺杂半导体量子点，采用硅凝胶包覆掺杂半导体量子点制备发光层可以提高发光层的致密程度，有效增强发光层的抗击穿能力，延长薄膜电致发光器件的使用寿命，提高发光效率。同时在以硅凝胶包覆掺杂半导体量子点为发光层的薄膜电致发光器件制备中，控制发光层的厚度也变得相对容易。同时通过本方法可以实现不同发光的薄膜电致发光器件。本实用新型还提供了该器件的制备方法。

Description

一种薄膜电致发光器件
技术领域
本实用新型涉及一种以硅凝胶包覆掺杂半导体量子点为发光层的薄膜电致发光器件，属于发光器件制造的技术领域。
背景技术
目前三种主要的平板显示技术是液晶(LCD)、等离子体(PD)和交流薄膜电致发光显示器(ACTFELD)，它们有各自的优点，也都存在不足之处。ACTFELD以其全固体化平板显示，主动发光、视角大和使用温度范围宽等优点近年来得以迅猛发展，已在科学仪器设备 ,便携式微机 ,航天航空和军事领域中被广泛应用。薄膜式电致发光显示器（TFEL）与液晶显示器（LCD）相比，具有无需背光源，发光强度高，响应速度快等优点；与阴极射线显示器（CRT）相比，具有能耗低，且发光效率高，视角广等优点；与等离子体显示器（PDP）相比，也具有造价低廉，使用安全，寿命长等优点。
TFEL器件要求制备的发光层致密度高、缺陷少以防止在高压下出现电击穿现象，影响发光器件的效率和使用寿命。传统的TFEL器件在发光层的上、下设置有绝缘层，绝缘层采用高介电常数的绝缘介质，从而使发光层有了上下绝缘层的保护，同时所加的电压在发光层上形成高电场，器件可以有效发光。为了解决发光层的电击穿问题，加拿大iFire公司发明的TDEL（厚绝缘层电致发光）器件是在发光层两侧加上厚度达1 的高介电常数陶瓷薄膜，减小了器件击穿引起的损坏并提高了其稳定性，但加剧了TFEL器件驱动电压过高这一问题。过高的驱动电压使TFEL器件难以和集成电路相匹配，大大限制了TFEL器件的使用范围。因此降低TFEL器件驱动电压和防止器件高压下发生击穿成为电致发光器件需要解决的重要问题。目前，实现全彩色显示也是TFEL显示器件面临的最大问题。实现全彩色具有两条途径：（1）采用高亮度的白色光通过滤色片产生RGB三基色光显示（2）直接制备有效的RGB发光体。红、 绿两种发光材料的发光强度已经达到彩色显示的基本要求。1999年，日本明治大学发现了新型的蓝光发光体BaAl2S4:Eu，其发光特性基本满足电致发光彩色化的需要。虽然Ifire公司基于BaAl2S4:Eu蓝光材料已成功制备出电致发光显示器，但蓝色TFEL器件始终一直制约彩色TFEL显示器件的发展。
发明内容
技术问题：本实用新型的目的是提供一种薄膜电致发光器件，器件发光层采用SiO2凝胶包覆掺杂半导体量子点薄膜。与目前单纯使用量子点制备发光层相比，该方法可以提高TFEL器件发光层致密度，增强器件在高电压下的抗击穿能力，提高器件稳定性并延长器件使用寿命。
技术方案： 本实用新型的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，所述发光层为SiO2凝胶包覆的掺杂半导体量子点ZnSe:Mn/ZnS薄膜。
所述的以SiO2凝胶包覆的掺杂半导体量子点为发光层的厚度在200-500nm。
所使用的掺杂半导体量子点为ZnSe:Mn/ZnS量子点，发光为橙黄色。
所述的金属电极层为金膜、铝膜或银膜。
所述的第一绝缘层和第二绝缘层的材料为Y2O3、Al2O3、TiO2材料。
本实用新型的薄膜电致发光器件的制备方法包括以下几个步骤：
1.）在ITO导电玻璃上通过磁控溅射或电子枪镀膜制备第一绝缘层；
2.）在第一绝缘层上将发光层材料采用旋涂法成膜后进行热处理制备发光层，发光层为SiO2凝胶包覆的掺杂半导体量子点薄膜；所述发光层的制备是：将表面配体转换后亲水性的掺杂半导体量子点放入SiO2凝胶中，使其均匀分布，在台式匀胶机上设定旋涂速度和时间在第一绝缘层上均匀成膜，然后再150℃～300℃进行真空退火处理，形成发光层薄膜；
3.）在发光层上同样采用磁控溅射或电子枪镀膜制备第二绝缘层；
4.）在第二绝缘层上采用热蒸发镀膜技术蒸镀金属Al电极，最终形成薄膜电致发光器件。
其中：
油性掺杂半导体量子点的制备方法是：首先合成ZnSe核，然后采用“生长—掺杂”的量子点制备方法在120℃吸附Mn后，270℃分别注入S/ODE、ZnSt2/ODE反应生成ZnS壳，最终得到ZnSe:Mn/ZnS掺杂半导体量子点。
将上述制备的油性ZnSe:Mn/ZnS量子点溶于少量CHCl3，加入MPA超声一定时间，提纯后得到水相的ZnSe:Mn/ZnS，将水相ZnSe:Mn/ZnS溶于少量去离子水中。在正硅酸已酯—无水乙醇—水—氨水体系中制备出三维网状SiO2凝胶液体，将溶在极少量去离子水中的水相ZnSe:Mn/ZnS量子点加入SiO2凝胶中。用此混合物制备TFEL器件发光层。
在上述制备ZnSe:Mn/ZnS掺杂半导体量子点时，通过控制Mn的含量，使掺杂粒子Mn的发光强度与ZnSe的本征发光相当，可以直接制备出发出白光的ZnSe:Mn/ZnS掺杂半导体量子点。使用该量子点制备出的SiO2凝胶包覆掺杂半导体量子点TFEL器件可以实现白色发光。
有益效果： 相较于传统ACTFEL器件，本实用新型的发光中心Mn离子处在半导体颗粒内部，并且半导体颗粒经过表面修饰，因此能显著提高发光效率；本实用新型的发光层制作工艺简单，成本低。               
附图说明
图1、图2为实施方式一中得到的ZnSe和ZnSe:Mn/ZnS半导体量子点纳米材料的吸收，荧光谱：虚线为吸收光谱，实线为荧光谱。
图3为薄膜电致发光器件的结构示意图，
图中有： ITO电极1，镀上的高介电常数绝缘层2、4，制备的硅凝胶包覆掺杂半导体量子点发光层3，在上绝缘层上镀制的金属Al电极5。
具体实施方式
该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，所述发光层为SiO2凝胶包覆的掺杂半导体量子点ZnSe:Mn/ZnS薄膜。
本器件的制备包括以下几个步骤：
一、掺杂半导体量子点ZnSe:Mn/ZnS制备
采用生长—掺杂方法合成ZnSe:Mn/ZnS。首先在三颈烧瓶中Ar气环境下将Zn的前驱ZnSt2和ODE搅拌除气15min，270℃下注入Se的前驱反应20min，提纯离心后得到ZnSe量子点。取一定量的ZnSe量子点、油胺和ODE于50ml的三颈烧瓶，除气后的混合物加热到120℃。在此温度下注入MnSt2/ODE反应5分钟。温度升至270℃稳定后，先后注入S/ODE、ZnSt2/ODE，反应30分钟形成ZnS壳层。降温到60℃以下，多次提纯并离心得到掺杂半导体量子点ZnSe:Mn/ZnS。
二、掺杂半导体量子点ZnSe:Mn/ZnS表面配体转换
取上述制备的ZnSe:Mn/ZnS掺杂半导体纳米材料溶于少量CHCl3 ，加入MPA（巯基丙酸）至溶液浑浊，将浑浊液超声1h～2h出现絮状沉淀物。用CHCl3反复提纯几次得到沉淀，加入少量去离子水和四甲基氢氧化铵至沉淀溶解。
三、硅凝胶包覆掺杂半导体量子点ZnSe:Mn/ZnS制备
将TEOS（正硅酸已酯）、无水乙醇、H2O按一定摩尔比例1：2.2：6混合，NH3OH调节PH至8～9，在45℃水浴搅拌2h，然后将混合物在干燥箱中70℃干燥蒸发至粘稠的三维网状硅凝胶液体，将转水后的ZnSe:Mn/ZnS量子点加入硅凝胶中，使其均匀分布在硅凝胶中用来制备TFEL器件的发光层。
四、薄膜电致发光器件的制备
首先将切割好的ITO导电玻璃超声清洗后烘干。在ITO电极上通过电子束蒸发或溅射的方法镀上TiO2绝缘层。
然后将制备好的硅凝胶包覆的掺杂半导体量子点ZnSe:Mn/ZnS在TiO2绝缘层上甩成膜，甩膜后的玻璃片在真空箱中150℃-300℃退火，膜厚控制在200-500nm。
在发光层上通过电子束蒸发或溅射的方法制备第二层TiO2绝缘层。在第二层绝缘层上热蒸镀上Al电极。

Claims (5)

1. 一种薄膜电致发光器件，其特征在于该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，所述发光层为SiO2凝胶包覆的掺杂半导体量子点ZnSe:Mn/ZnS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：所述的以SiO2凝胶包覆的掺杂半导体量子点为发光层的厚度在200-500nm。
3. 根据权利要求1所述的薄膜电致发光器件，其特征在于所使用的掺杂半导体量子点为ZnSe:Mn/ZnS量子点，发光为橙黄色。
4. 根据权利要求1所述的薄膜电致发光器件，其特征在于所述的金属电极层为金膜、铝膜或银膜。
5. 根据权利要求1所述的薄膜电致发光器件，其特征在于所述的第一绝缘层和第二绝缘层的材料为Y2O3、Al2O3、TiO2材料。
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