CN103451600A - 铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜、其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于发光薄膜领域，其公开了一种铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜、其制备方法和应用；该发光薄膜的化学式为Li_aNa_bK_cRb_dCs_eScO₂:xCe³⁺；式中，Ce³⁺为掺杂离子；a+b+c+d+e=1,0≤a≤0.3,0≤b≤0.6,0≤c≤0.5,0≤d≤0.2,0≤e≤0.2，x的取值为0.01~0.05。本发明提供的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜，其在610nm位置有很强的红色发光峰，其中，钪酸盐作为发光材料的基体，Ce³⁺充当发光中心，其电子从5d向4f能级跃迁，激发出辐射光。

Description

铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜、其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及发光薄膜，尤其涉及一种铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜及其制备方法。本发明还涉及铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜在电致发光器件中作为发光层材料的应用。

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，开发多波段发光的材料，是该课题的发展方向。

钪酸盐材料因为有着优异的力学性能，被广泛用在新型功能陶瓷材料中。而钪酸盐的光学性能也在开始不断的开发，但目前把这种材料做成发光薄膜仍未见报道。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜。

本发明的技术方案如下：

一种铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜，其化学式为Li_aNa_bK_cRb_dCs_eScO₂:xCe³⁺；式中，Ce³⁺为掺杂离子；a+b+c+d+e=1,0≤a≤0.3,0≤b≤0.6,0≤c≤0.5,0≤d≤0.2,0≤e≤0.2，x的取值为0.01~0.05。

所述铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜，优选，a=0.2,b=0.5,c=0.2,d=e=0.05，x=0.02。

本发明还提供上述铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、按照化学式Li_aNa_bK_cRb_dCs_eScO₂:xCe³⁺中各化学元素计量比，称取Li₂CO₃，Na₂CO₃，K₂CO₃，Rb₂CO₃，Cs₂CO₃，Sc₂O₃和CeO₂粉体，经过研磨均匀混合后，在900~1300℃下烧结处理，制成Φ50×2mm的陶瓷靶材；

S2、把步骤S1制得陶瓷靶材和玻璃衬底移入镀膜设备的真空腔体中，随后将真空腔体抽空至真空，其真空度采用机械泵和分子泵把腔体抽至1.0×10^-3Pa~1.0×10^-5Pa，优选5.0×10^-4Pa；

S3、制备发光薄膜前驱体：首先，调节镀膜工艺参数：基靶间距为45~95mm；玻璃衬底温度为250℃~750℃；通入氩气作为工作气体，气体流量10~35sccm；压强0.2~4Pa；其次，待工艺参数调整完后，进行镀膜处理，在玻璃衬底表面制得发光薄膜前驱体；

S4、将步骤S3制得的发光薄膜前驱体在真空炉中于500℃~800℃下退火1~3h，得到所述铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜，该铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜具有化学式：Li_aNa_bK_cRb_dCs_eScO₂:xCe³⁺；式中，Ce³⁺为掺杂离子；a+b+c+d+e=1,0≤a≤0.3,0≤b≤0.6,0≤c≤0.5,0≤d≤0.2,0≤e≤0.2，x的取值为0.01~0.05。

所述铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜的制备方法，优选，a=0.2,b=0.5,c=0.2,d=e=0.05，x=0.02。

所述铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜的制备方法的步骤S3中，优选，镀膜工艺参数为：基靶间距为60mm，玻璃衬底温度为500℃，通入氩气作为工作气体，气体流量25sccm，压强2.0Pa。

所述铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜的制备方法的步骤S4中，优选，真空炉中退火温度为600℃，退火时间为2h。

上述铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜在电致发光器件中作为发光层材料的应用。

本发明提供的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜，其在610nm位置有很强的红色发光峰其中，钪酸盐作为发光材料的基体，Ce³⁺充当发光中心，其电子从5d向4f能级跃迁，激发出辐射光。

附图说明

图1为实施例1制得的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜的EL光谱；

图2为实施例8制得的电致发光器件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。

实施例1

首先，称取Li₂CO₃，Na₂CO₃，K₂CO₃，Rb₂CO₃，Cs₂CO₃，Sc₂O₃和CeO₂，分别为0.2，0.5，0.2，0.05，0.05，1和0.04摩尔，经过均匀混合后，在1250℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入镀膜设备的真空腔体内。

然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃衬底，完后放入真空腔体。

接着，把陶瓷靶材和玻璃衬底的距离设定为60mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到5.0×10^-4Pa，氩气的工作气体流量为25sccm，压强调节为2.0Pa，衬底温度为500℃，随后进行镀膜处理，得到发光薄膜前驱体。

最后，将发光薄膜前全体在0.01Pa真空炉中退火2h，退火温度为600℃，得到化学式为Li_0.2Na_0.5K_0.2Rb_0.05Cs_0.05ScO₂：0.02Ce³⁺的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜。

实施例2

首先，称取Li₂CO₃，Na₂CO₃，K₂CO₃，Rb₂CO₃，Cs₂CO₃，Sc₂O₃和CeO₂，分别为0.1，0.6，0.1，0.1，0.1，1和0.02摩尔，经过均匀混合后，在900℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将陶瓷靶材装入镀膜设备的真空腔体内。

然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃衬底，随后放入真空腔体。

接着，把陶瓷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到1.0×10^-3Pa，氩气的工作气体流量为10sccm，压强调节为0.2Pa，衬底温度为250℃，随后镀膜处理，制得发光薄膜前驱体。

最后，将发光薄膜前驱体在0.01Pa真空炉中退火1h，退火温度为500℃，得到化学式为Li_0.1Na_0.6K_0.1Rb_0.1Cs_0.1ScO₂：0.01Ce³⁺的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜。

实施例3

首先，称取Li₂CO₃，Na₂CO₃，K₂CO₃，Sc₂O₃和CeO₂，分别为0.2，0.3，0.5，1和0.1摩尔，经过均匀混合后，在1300℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将陶瓷靶材装入镀膜设备真空腔体内。

然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃衬底，随后放入真空腔体。

接着，把陶瓷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到1.0×10^-5Pa，氩气的工作气体流量为35sccm，压强调节为4.0Pa，衬底温度为750℃，随后进行镀膜处理，得到发光薄膜前驱体。

最后，将发光薄膜前驱体在0.01Pa真空炉中退火3h，退火温度为800℃，得到化学式为Li_0.2Na_0.3K_0.5ScO₂：0.05Ce³⁺的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜。

实施例4

首先，称取Na₂CO₃，K₂CO₃，Cs₂CO₃，Sc₂O₃和CeO₂，分别为0.6，0.17，0.2，1和0.06摩尔，经过均匀混合后，在1250℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入镀膜设备的真空腔体内。

然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃衬底，完后放入真空腔体。

接着，把陶瓷靶材和玻璃衬底的距离设定为60mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到5.0×10^-4Pa，氩气的工作气体流量为25sccm，压强调节为2.0Pa，衬底温度为500℃，随后进行镀膜处理，得到发光薄膜前驱体。

最后，将发光薄膜前全体在0.01Pa真空炉中退火2h，退火温度为600℃，得到化学式为Na_0.6K_0.17Cs_0.2ScO₂：0.03Ce³⁺的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜。

实施例5

首先，称取Li₂CO₃，K₂CO₃，Rb₂CO₃，Sc₂O₃和CeO₂，分别为0.3，0.5，0.18，1和0.04摩尔，经过均匀混合后，在1250℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入镀膜设备的真空腔体内。

然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃衬底，完后放入真空腔体。

接着，把陶瓷靶材和玻璃衬底的距离设定为60mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到5.0×10^-4Pa，氩气的工作气体流量为25sccm，压强调节为2.0Pa，衬底温度为500℃，随后进行镀膜处理，得到发光薄膜前驱体。

最后，将发光薄膜前全体在0.01Pa真空炉中退火2h，退火温度为600℃，得到化学式为Li_0.3K_0.5Rb_0.18ScO₂：0.02Ce³⁺的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜。

实施例6

首先，称取Li₂CO₃，Na₂CO₃，Cs₂CO₃，Sc₂O₃和CeO₂，分别为0.25，0.5，0.2，1和0.1摩尔，经过均匀混合后，在1250℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入镀膜设备的真空腔体内。

然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃衬底，完后放入真空腔体。

接着，把陶瓷靶材和玻璃衬底的距离设定为60mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到5.0×10^-4Pa，氩气的工作气体流量为25sccm，压强调节为2.0Pa，衬底温度为500℃，随后进行镀膜处理，得到发光薄膜前驱体。

最后，将发光薄膜前全体在0.01Pa真空炉中退火2h，退火温度为600℃，得到化学式为Li_0.25Na_0.5Cs_0.2ScO₂：0.05Ce³⁺的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜。

实施例7

首先，称取Na₂CO₃，K₂CO₃，Sc₂O₃和CeO₂，分别为0.49，0.5，1和0.02摩尔，经过均匀混合后，在1250℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入镀膜设备的真空腔体内。

然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃衬底，完后放入真空腔体。

接着，把陶瓷靶材和玻璃衬底的距离设定为60mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到5.0×10^-4Pa，氩气的工作气体流量为25sccm，压强调节为2.0Pa，衬底温度为500℃，随后进行镀膜处理，得到发光薄膜前驱体。

最后，将发光薄膜前全体在0.01Pa真空炉中退火2h，退火温度为600℃，得到化学式为Na_0.49K_0.5ScO₂：0.01Ce³⁺的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜。

实施例8

本实施例8为电致发光器件，其发光层的材料采用实施例1制得的发光薄膜，即化学式为Li_0.2Na_0.5K_0.2Rb_0.05Cs_0.05ScO₂:0.02Ce³⁺的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜。如图2所示，该电致发光器的结构包括依次层叠的玻璃衬底1、ITO阳极层2、发光层3和阴极层4；其中，阴极层4的材质为金属银。对于玻璃衬底1和ITO阳极层2，可以采用在玻璃衬底表面通过磁控溅射制备一层ITO阳极层，然后获得ITO玻璃；也可以通过市购ITO玻璃获得；本实施例为市购获得。

该电致发光器件的制备工艺如下：

首先，称取Li₂CO₃，Na₂CO₃，K₂CO₃，Rb₂CO₃，Cs₂CO₃，Sc₂O₃和CeO₂，分别为0.2，0.5，0.2，0.05，0.05，1和0.04摩尔，经过均匀混合后，在1250℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入镀膜设备的真空腔体内。

然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗带ITO的玻璃衬底，并用对其进行氧等离子处理，完后放入真空腔体。

接着，把陶瓷靶材和ITO玻璃衬底的距离设定为60mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到5.0×10^-4Pa，氩气的工作气体流量为25sccm，压强调节为2.0Pa，衬底温度为500℃，随后进行镀膜处理，得到发光薄膜前驱体。

其次，将发光薄膜前全体在0.01Pa真空炉中退火2h，退火温度为600℃，得到化学式为Li_0.2Na_0.5K_0.2Rb_0.05Cs_0.05ScO₂:0.02Ce³⁺的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜。

最后，通过蒸镀工艺，在发光薄膜表面制备金属银层，作为阴极层；完后制得电致发光器件。

应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜，其特征在于，其化学式为Li_aNa_bK_cRb_dCs_eScO₂:xCe³⁺；式中，Ce³⁺为掺杂离子；a+b+c+d+e=1,0≤a≤0.3,0≤b≤0.6,0≤c≤0.5,0≤d≤0.2,0≤e≤0.2，x的取值为0.01~0.05。

2.根据权利要求1所述的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜，其特征在于，a=0.2，b=0.5,c=0.2,d=e=0.05，x=0.02。

3.一种铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、按照化学式Li_aNa_bK_cR_bdCs_eScO₂:xCe³⁺中各化学元素计量比，称取Li₂CO₃，Na₂CO₃，K₂CO₃，Rb₂CO₃，Cs₂CO₃，Sc₂O₃和CeO₂粉体，经过研磨均匀混合后，在900~1300℃下烧结处理，制得陶瓷靶材；

S2、把步骤S1制得陶瓷靶材和玻璃衬底移入镀膜设备的真空腔体中，随后将真空腔体抽空至真空；

S3、制备发光薄膜前驱体：首先，调节镀膜工艺参数：基靶间距为45~95mm；玻璃衬底温度为250℃~750℃；通入氩气作为工作气体，气体流量10~35sccm；压强0.2~4Pa；其次，待工艺参数调整完后，进行镀膜处理，在玻璃衬底表面制得发光薄膜前驱体；

S4、将步骤S3制得的发光薄膜前驱体在真空炉中于500℃~800℃下退火1~3h，得到所述铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜，该铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜具有化学式：Li_aNa_bK_cRb_dCs_eScO₂:xCe³⁺；式中，Ce³⁺为掺杂离子；a+b+c+d+e=1,0≤a≤0.3,0≤b≤0.6,0≤c≤0.5,0≤d≤0.2,0≤e≤0.2，x的取值为0.01~0.05。

4.根据权利要求3所述的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜的制备方法，其特征在于，a=0.2,b=0.5,c=0.2,d=e=0.05，x=0.02。

5.根据权利要求3所述的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中，镀膜工艺参数为：基靶间距为60mm，玻璃衬底温度为500℃，通入氩气作为工作气体，气体流量25sccm，压强2.0Pa。

6.根据权利要求3所述的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S4中，真空炉中退火温度为600℃，退火时间为2h。

7.权利要求1所述的铈掺杂碱金属钪酸盐发光薄膜在电致发光器件中作为发光层材料的应用。

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