鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜及其制備方法和電致發光器件的制作方法
【專利摘要】本發明屬于光電材料領域，其公開了一種鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜及其制備方法和電致發光器件；該發光薄膜的其化學通式為:RGa3(BO3)4:xCe3+,yTb3+；其中，RGa3(BO3)4是基質，Ce3+和Tb3+是激活光離子，為發光薄膜的發光中心，R選自Y,La,Gd或Lu元素，x的取值范圍為0.01～0.05，y的取值范圍為0.01～0.08。鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜，其電致發光譜（EL）中，在490nm和580nm位置有很強的發光峰。
【專利說明】鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜及其制備方法和電致發光器件
【技術領域】
[0001]本發明涉及光電材料領域，尤其涉及一種鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜及其制備方法。本發明還涉及一種使用該發光薄膜作為發光層的電致發光器件。
【背景技術】
[0002]薄膜電致發光顯示器(TFELD)由于其主動發光、全固體化、耐沖擊、反應快、視角大、適用溫度寬、工序簡單等優點，已引起了廣泛的關注，且發展迅速。目前，研究彩色及至全色TFELD，開發多波段發光的材料，是該課題的發展方向。
[0003]硼鎵磷酸鹽體系綠粉因其合成溫度適中、發光亮度高、色坐標X值較大而倍受研究者青睞，是LED熒光粉的熱門研究材料。但是由于材料的制備都在高溫下反應，這樣會有氧化磷蒸發，導致磷酸根與稀土元素的比例無法控制。稀土硼鎵酸鹽的研制，就是出于克服上述缺點。
【發明內容】
[0004]基于上述問題，本發明利用脈沖激光沉積法(PLD)，提供一種鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜的制備方法。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]一種鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜的制備方法，工藝步驟如下:
[0007](I )、陶瓷靶材的制備:分別稱取R2O3, Ga2O3, B2O3, CeO2和Tb4O7粉體，均勻混合后，在900~1300°C下燒結，制得陶瓷靶材，其中，R2O3, Ga2O3, B2O3, CeOjP Tb4O7的摩爾比為
0.5:1.5:2:x:0.25y ；
[0008]優選，對陶瓷靶材進行切割，其規格為Φ 50 X 2mm ;燒結溫度優選1250°C。
[0009](2)、將制得的陶瓷靶材和ITO玻璃襯底裝入鍍膜設備的腔體中，密封腔體后，對腔體進行抽真空處理，控制腔體真空度為1.0X 10_3Pa~1.0X 10_5Pa ；
[0010]優選，ITO玻璃襯底在放入腔體前需清洗處理:先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，然后再放入真空腔體中；
[0011]抽真空處理是采用機械泵和分子泵把腔體進行的；腔體真空度為5.0X 10_4Pa。
[0012](3)、 設置鍍膜工藝參數:設置基靶間距為45~95mm，襯底溫度為250°C~750°C，鍍膜激光的能量為80~300W，過程中通入流量為10~40SCCm的氧氣，工作壓強為0.5~5Pa ;待工藝參數設置完成后，進行鍍膜處理；隨后在ITO玻璃襯底的ITO層表面制得鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜，該發光薄膜的其化學通式為:RGa3 (BO3)4: xCe3+，yTb3+ ;其中，RGa3(BO3)4是基質，Ce3+和Tb3+激活光離子，為發光薄膜的發光中心，R選自Y，La, Gd或Lu元素，X的取值范圍為0.01~0.05，y的取值范圍為0.01~0.08 ;
[0013]優選，鍍膜工藝參數為:基靶間距為60_，襯底溫度為500°C，鍍膜激光的能量為150W，過程中通入流量為20SCCm的氧氣，工作壓強為3Pa ;以及x的取值為0.02，y的取值為 0.04 ;
[0014]氧氣的作用是為了補償鍍膜制備過程靶材中流失的氧元素，減少氧空位形成的無輻射復合中心，增加發光效率。
[0015]本發明還提供一種采用上述方法制得的鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜，其化學通式為:RGa3 (BO3) 4: xCe3+, yTb3+ ;其中，RGa3 (BO3) 4是基質，Ce3+和Tb3+激活光離子，為發光薄膜的發光中心，R選自Y，La，Gd或Lu元素，x的取值范圍為0.01~0.05, y的取值范圍為0.01~0.08。
[0016]本發明還提供一種電致發光器件，包括玻璃襯底、ITO陽極、發光薄膜層以及陰極層，其中，所述發光薄膜層為鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜，其化學通式為:RGa3 (BO3) 4: xCe3+, yTb3+ ;其中，RGa3 (BO3) 4是基質，Ce3+和Tb3+激活光離子，為發光薄膜的發光中心，R選自Y，La, Gd或Lu元素，x的取值范圍為0.01~0.05，y的取值范圍為0.01~
0.08。
[0017]電致發光器件的制備工藝如下:
[0018](I)、陶瓷靶材的制備:分別稱取R2O3 ,Ga2O3 ,B2O3，Ce0jP Tb4O7粉體，均勻混合后，在900~1300°C下燒結，制得陶瓷靶材，其中，R2O3, Ga2O3, B2O3, CeOjP Tb4O7的摩爾比為
0.5:1.5:2:x:0.25y ；
[0019](2)、將制得的陶瓷靶材和ITO玻璃襯底裝入鍍膜設備的腔體中，密封腔體后，對腔體進行抽真空處理，控制腔體真空度為1.0X 10_3Pa~1.0X 10_5Pa ；
[0020](3)、設置鍍膜工藝參數:設置基靶間距為45~95mm，襯底溫度為250°C~750°C，鍍膜激光的能量為80~300W，過程中通入流量為10~40SCCm的氧氣，工作壓強為0.5~5Pa ;待工藝參數設置完成后，進行鍍膜處理；隨后在ITO玻璃襯底的ITO層表面制得鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜，該發光薄膜的其化學通式為:RGa3(B03)4:x Ce3+，yTb3+ ;其中，RGa3(BO3)4是基質，Ce3+和Tb3+激活光離子，為發光薄膜的發光中心，R選自Y，La, Gd或Lu元素，X的取值范圍為0.01~0.05，y的取值范圍為0.01~0.08 ;
[0021](4)、步驟(3)制得含發光薄膜的ITO玻璃襯底以及Ag納米粒子移入真空蒸鍍設備中，在發光薄膜表面蒸鍍一層起陰極作用的Ag層；
[0022]待上述步驟完成后，制得電致發光器件。
[0023]本發明采用PLD設備，制備鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽發光薄膜，得到薄膜的電致發光譜(EL)中，在490nm和580nm位置有很強的發光峰。
[0024]采用本發明制備方法，可以制備高熔點的材料，以及非導電材料，得到的薄膜材料質量良好，制作發光薄膜的發光效率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為實施例7制得的發光薄膜樣品的EL光譜圖；
[0026]圖2為實施例12制得的電致發光器件結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖，對本發明的較佳實施例作進一步詳細說明。
[0028]實施例1
[0029]稱取Y2O3, Ga2O3, B2O3, CeO2 和 Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.02:0.01,經過均勻混合后，在1250°C下燒結成Φ50Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為60mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到5.0X 10_4Pa，氧氣的工作氣體流量為20SCCm，壓強調節為3Pa，襯底溫度為500°C，激光能量為 150W，得到樣品 YGa3(BO3)4 = 0.02Ce3+, 0.04Tb3+ 發光薄膜。
[0030]實施例2
[0031]稱取Y2O3, Ga2O3, B2O3, CeO2 Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.01:0.02，經過均勻混合后，在900°C下燒結成Φ 50 X 2_的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為45mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到
1.0X10_3Pa，氧氣的工作氣體流量為lOsccm，壓強調節為0.5Pa，襯底溫度為250°C，激光能量為 80W，得到樣品 YGa3(BO3)41.0lCe3+, 0.08Tb3+ 發光薄膜。
[0032]實施例3
[0033]稱取Y2O3, Ga2O3, B2O3, CeO2 和 Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.05:0.0.0025，經過均勻混合后，在1300°C下燒結成Φ 50 X 2_的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為95mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到1.0X 10_5Pa，氧氣的工作氣體流量為40SCCm，壓強調節為5Pa，襯底溫度為750°C，激光能量為300W，得到樣品YGa3(BO3)4 = 0.05Ce3+, 0.01Tb3+發光薄膜。
[0034]實施例4
[0035]稱取La2O3, Ga2O3, B2O3, CeO2 和 Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.02:0.01，經過均勻混合后，在1250°C下燒結成Φ50Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。 把靶材和襯底的距離設定為60mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到5.0X 10_4Pa，氧氣的工作氣體流量為20SCCm，壓強調節為3Pa，襯底溫度為500°C，激光能量為150W，得到樣品LaGa3(BO3)4 = 0.02Ce3+, 0.04Tb3+發光薄膜。
[0036]實施例5
[0037]稱取La2O3,Ga2O3,B2O3,CeOJP Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.01:0.02，經過均勻混合后，在900°C下燒結成Φ 50 X 2_的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為45mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到
1.0X10_3Pa，氧氣的工作氣體流量為lOsccm，壓強調節為0.5Pa，襯底溫度為250°C，激光能量為 80W，得到樣品 LaGa3(BO3)41.0lCe3+, 0.08Tb3+ 發光薄膜。
[0038]實施例6
[0039]稱取La2O3,Ga2O3,B2O3,CeO2 和 Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.05:0.0.0025，經過均勻混合后，在1300°C下燒結成Φ 50 X 2_的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為95mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到1.0X 10_5Pa，氧氣的工作氣體流量為40SCCm，壓強調節為5Pa，襯底溫度為750°C，激光能量為300W，得到樣品LaGa3(BO3)4 = 0.05Ce3+, 0.01Tb3+發光薄膜。
[0040]實施例7
[0041]稱取Gd2O3, Ga2O3, B2O3, CeO2 和 Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.02:0.01，經過均勻混合后，在1250°C下燒結成Φ50Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為60mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到5.0X 10_4Pa，氧氣的工作氣體流量為20SCCm，壓強調節為3Pa，襯底溫度為500°C，激光能量為150W，得到樣品GdGa3(BO3)4 = 0.02Ce3+, 0.04Tb3+發光薄膜。
[0042]圖1為實施例7制得的發光薄膜樣品的EL光譜圖；從圖1可知，在490nm和580nm位置有很強的發光峰。
[0043]實施例8
[0044]取Gd2O3,Ga2O3,B2O3,CeO2^P Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.01:0.02，經過均勻混合后，在900°C下燒結成Φ 50 X 2_的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為45mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到
1.0X10_3Pa，氧氣的工作氣體流量為lOsccm，壓強調節為0.5Pa，襯底溫度為250°C，激光能量為 80W，得到樣品 GdGa3(BO3)41.0lCe3+, 0.08Tb3+ 發光薄膜。
[0045] 實施例9
[0046]稱取Gd2O3,Ga2O3,B2O3,CeO2 和 Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.05:0.0.0025，經過均勻混合后，在1300°C下燒結成Φ 50 X 2_的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為95mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到1.0X 10_5Pa，氧氣的工作氣體流量為40SCCm，壓強調節為5Pa，襯底溫度為750°C，激光能量為300W，得到樣品GdGa3(BO3)4 = 0.05Ce3+, 0.01Tb3+發光薄膜。
[0047]實施例10
[0048]稱取Lu2O3, Ga2O3, B2O3, CeO2 和 Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.02:0.01，經過均勻混合后，在1250°C下燒結成Φ50Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為60mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到5.0X 10_4Pa，氧氣的工作氣體流量為20SCCm，壓強調節為3Pa，襯底溫度為500°C，激光能量為150W，得到樣品LuGa3(BO3)4 = 0.02Ce3+, 0.04Tb3+發光薄膜。
[0049]實施例11
[0050]稱取Lu2O3,Ga2O3,B2O3,CeOJP Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.01:0.02，經過均勻混合后，在900°C下燒結成Φ 50 X 2_的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為45mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到
1.0X10_3Pa，氧氣的工作氣體流量為lOsccm，壓強調節為0.5Pa，襯底溫度為250°C，激光能量為 80W，得到樣品 LuGa3(BO3)41.0lCe3+, 0.08Tb3+ 發光薄膜。
[0051]實施例12
[0052]本實施為電致發光器件，如圖2所示，其中，I為玻璃襯底；2為ITO透明導電薄膜，作為陽極；3為發光材料薄膜層；4為Ag層，作為陰極。
[0053]稱取Lu2O3,Ga2O3,B2O3,CeO2 和 Tb4O7 粉體，其摩爾比為 0.5:1.5:2:0.05:0.0.0025，經過均勻混合后，在1300°C下燒結成Φ 50 X 2_的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為95mm。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽到1.0X 10_5Pa，氧氣的工作氣體流量為40SCCm，壓強調節為5Pa，襯底溫度為750°C，激光能量為300W，得到樣品LuGa3(BO3)4 = 0.05Ce3+, 0.01Tb3+發光薄膜。然后在將發光薄膜移入真空蒸鍍設備中，在發光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。
[0054]應當理解的是，上述針對本發明較佳實施例的表述較為詳細，并不能因此而認為是對本發明專利保護范圍的限制，本發明的專利保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:陶瓷靶材的制備:分別稱取R2O3, Ga2O3, B2O3, CeO2和Tb4O7粉體，均勻混合后，在900~1300°C下燒結，制得陶瓷靶材，其中，R2O3, Ga2O3, B2O3, CeO2和Tb4O7的摩爾比為0.5:1.5:2:x:0.25y ； 將制得的陶瓷靶材和ITO玻璃襯底裝入鍍膜設備的腔體中，密封腔體后，對腔體進行抽真空處理，控制腔體真空度為1.0X 10_3Pa~1.0X 10_5Pa ； 設置鍍膜工藝參數:設置基靶間距為45~95mm，襯底溫度為250°C~750°C，鍍膜激光的能量為80~300W，過程中通入流量為10~40sccm的氧氣，工作壓強為0.5~5Pa ；待工藝參數設置完成后，進行鍍膜處理；隨后在ITO玻璃襯底的ITO層表面制得鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜，該發光薄膜的其化學通式為:RGa3(BO3)4:XCe3+，yTb3+;其中，:RGa3 (BO3) 4是基質，Ce3+和Tb3+激活光離子，為發光薄膜的發光中心，R選自Y，La, Gd或Lu元素，X的取值范圍為0.01~0.05，y的取值范圍為0.01~0.08。
2.根據權利要求1所述的鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜的制備方法，其特征在于，所述陶瓷靶材制備過程中的燒結溫度為1250°C。
3.根據權利要求1所述的鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜的制備方法，其特征在于，所述抽真空處理是采 用機械泵和分子泵把腔體進行的。
4.根據權利要求1所述的鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜的制備方法，其特征在于，ITO玻璃襯底在放入腔體前需清洗處理:先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO玻璃襯底，并用對其進行氧等離子處理，然后再放入真空腔體中。
5.根據權利要求1所述的鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜的制備方法，其特征在于，所述腔體真空度為5.0X 10_4Pa。
6.根據權利要求1所述的鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜的制備方法，其特征在于，所述鍍膜工藝參數為:基靶間距為60mm，襯底溫度為500°C，鍍膜激光的能量為150W，過程中通入流量為20SCCm的氧氣，工作壓強為3Pa。
7.根據權利要求1所述的鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜的制備方法，其特征在于，X的取值為0.02，y的取值為0.04。
8.一種采用權利要求1至7任一所述制備方法制得的鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜。
9.根據權利要求8所述的鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜，其特征在于，包括下述化學式的發光薄膜:
YGa3 (BO3) 4: 0.02Ce3 +，0.04Tb3+;YGa3(B03)4:0.01Ce3 + , 0.08Tb3+ ;YGa3 (BO3) 4: 0.0 5Ce3 + , 0.01Tb3+ ；LaGa3(B 0 3) 4: 0.02Ce3 +，0.04Tb3+ ；LaGa3 (BO3) 4: 0.0 ICe3 + , 0.08Tb3+ ； LaGa3 (BO3) 4: 0.05Ce3 +，0.01Tb3+ ；GdGa3 (BO3) 4: 0.02Ce3 +，0.04Tb3+ ；GdGa3(B03) 4: 0.01Ce3 + , 0.08Tb3+ ;GdGa3 (BO3) 4: 0.05Ce3 +，0.01Tb3+ ； LuGa3 (BO3) 4: 0.02Ce3 +，0.04Tb3+ ;LuGa3 (BO3) 4:0.01Ce3+, 0.08Tb3+ ；LuGa3 (BO3)4:0.05Ce3+，0.01Tb3+。
10.一種電致發光器件，包括玻璃襯底、ITO陽極、發光薄膜層以及Ag陰極層，其特征在于，所述發光薄膜層采用權利要求8或9所述鈰鋱共摻雜稀土硼鎵酸鹽的發光薄膜。
【文檔編號】H01L33/50GK104178163SQ201310195325
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月23日 優先權日:2013年5月23日
【發明者】周明杰, 陳吉星, 王平, 張娟娟 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司