铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜、其制备方法及有机电致发光器件

摘要

本发明属于光电发光薄膜领域，其公开了一种铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜及其制备方法、有机电致发光器件；该发光薄膜的化学通式为Sr

说明书

技术领域

本发明涉及光电发光薄膜领域，尤其涉及一种铈锡共掺杂氯磷酸锶发 光薄膜及其制备方法。本发明还涉及一种使用该铈锡共掺杂氯磷酸锶发光 薄膜作为发光层的有机电致发光器件。

背景技术

与传统的发光粉制作的显示屏相比，发光薄膜在对比度、分辨率、热 传导、均匀性、与基底的附着性、释气速率等方面都显示出较强的优越性。 因此，作为功能材料，发光薄膜在电致发光器件(TFELD)平板显示领域 中有着广阔的应用前景。

碱土金属卤磷酸盐是一类十分重要、研究得较多的发光基质材料。稀 土离子激活的碱土金属氯磷酸盐是近年来发展起来的一类发蓝光和蓝绿光 的、性能优良的高效光致发光材料，作为红绿光荧光材料被广泛应用于电 致发光器件生产中。但是，用碱土金属卤磷酸盐类发光材料制备成电致发 光的薄膜，仍鲜见报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种以氯磷酸锶为基质、铈和锡元素为主要发光 中心的铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜。

本发明的铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜，薄膜的化学通式为 Sr₅(PO₄)₃Cl_x:mCe³⁺，nSn⁴⁺；其中，Sr₅(PO₄)₃Cl_x为基质，Ce³⁺和Sn⁴⁺为掺杂元 素；x的取值范围为0.8～1.2，m取值范围为0.001～0.027，n取值范围为 0.001～0.050；优选x的取值为1，m取值范围为0.006，n取值范围为0.018。

本发明的另一发明目的在于提供上述铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜的 制备方法，其制备工艺如下：

步骤S1、陶瓷靶材的制备：根据化学通式Sr₅(PO₄)₃Cl_x:mCe³⁺，nSn⁴⁺中 各元素化学计量比，选用SrO，SrCl₂，P₂O₅，CeO₂和SnO₂粉体，经过均匀 混合后，在900～1300℃(优选1250℃)下烧结，得到靶材；其中，x的取 值范围为0.8～1.2，m取值范围为0.001～0.027，n取值范围为0.001～0.050； 优选x的取值为1，m取值范围为0.006，n取值范围为0.018。

步骤S2、将步骤S1中的靶材和衬底装入磁控溅射镀膜设备的真空腔 体，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa，优选真 空度为5.0×10^-4Pa；

步骤S3、调整磁控溅射镀膜工艺参数为：基靶间距为45～90mm，优选 60mm；衬底温度为250℃～750℃，优选500℃；氩气工作气体的气体流量 10～35sccm，优选25sccm；磁控溅射工作压强0.2～4Pa，优选2.0Pa；工艺 参数调整完后，接着进行制膜，得到薄膜样品；

步骤S4、将步骤S3得到的薄膜样品置于真空炉中，于500～800℃(优 选600℃)、真空状态下(即0.01Pa)退火处理1～3h(优选2h)，得到化学 通式为Sr₅(PO₄)₃Cl_x:mCe³⁺，nSn⁴⁺的铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜；其中， Sr₅(PO₄)₃Cl_x为基质，Ce³⁺和Sn⁴⁺为掺杂元素。

本发明还提供一种有机电致发光器件，该器件为复合层状结构，该复 合层状结构依次为衬底、阳极层、发光层以及阴极层；其中，发光层为铈 锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜(该发光薄膜的化学通式为 Sr₅(PO₄)₃Cl_x:mCe³⁺，nSn⁴⁺；其中，Sr₅(PO₄)₃Cl_x为基质，Ce³⁺和Sn⁴⁺为掺杂元 素；x的取值范围为0.8～1.2，m取值范围为0.001～0.027，n取值范围为 0.001～0.050；优选x的取值为1，m取值范围为0.006，n取值范围为0.018)， 衬底为玻璃，阳极层为ITO，阴极层为Ag层，Ag层采用蒸镀工艺制备在 薄膜表面。

本发明采用磁控溅射设备，制备铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜，得到 薄膜的电致发光光谱(EL)中，在450nm和480nm波长区都有很强的发 光峰，是电致发光器件的发展材料。

附图说明

图1为本发明铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜的制备工艺流程图；

图2是本发明有机电致发光器件的结构示意图；

图3是实施例4得到铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜的电致发光光谱。

具体实施方式

本发明提供的一种铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜，该铈锡共掺杂氯磷 酸锶发光薄膜包含薄膜通式为Sr₅(PO₄)₃Cl_x:mCe³⁺，nSn⁴⁺；其中，Sr₅(PO₄)₃Cl_x为基质，Ce³⁺和Sn⁴⁺为掺杂元素，也是激活元素，且充当主要发光中心；x 的取值范围为0.8～1.2，m取值范围为0.001～0.027，n取值范围为 0.001～0.050；优选x的取值为1，m的取值为0.006，n的取值为0.018。

上述铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜制备方法，如图1所示，其制备工 艺如下：

步骤S1、陶瓷靶材的制备：根据化学通式Sr₅(PO₄)₃Cl_x:mCe³⁺，nSn⁴⁺中 各元素化学计量比，选用SrO，SrCl₂，P₂O₅，CeO₂和SnO₂粉体，经过均匀 混合后，在900～1300℃(优选1250℃)下烧结，自然冷却，得到靶材样品， 将靶材样品切割成直径为50mm、厚度为2mm的靶材；其中，x的取值范 围为0.8～1.2，m取值范围为0.001～0.027，n取值范围为0.001～0.050，优选 x的取值为1，m取值范围为0.006，n取值范围为0.018；

步骤S2、将步骤S1中的靶材和衬底装入磁控溅射镀膜设备的真空腔 体，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa，优选 5.0×10^-4Pa；

步骤S3、调整磁控溅射镀膜工艺参数为：基靶间距为45～90mm，优选 60mm；衬底温度为250℃～750℃，优选500℃；氩气工作气体的气体流量 10～35sccm，优选25sccm；磁控溅射工作压强0.2～4Pa，优选2.0Pa；工艺 参数调整完毕后，接着进行制膜，得到薄膜样品；

步骤S4、将步骤S3得到的薄膜样品置于真空炉中，于500～800℃(优 选600℃)、真空状态下(即0.01Pa)退火处理1～3h(优选2h)，得到化学 通式为Sr₅(PO₄)₃Cl_x:mCe³⁺，nSn⁴⁺的所述铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜；其 中，Sr₅(PO₄)₃Cl_x为基质，Ce³⁺和Sn⁴⁺为掺杂元素。

上述制备法步骤S1中，根据化学通式Sr₅(PO₄)₃Cl_x:mCe³⁺，nSn⁴⁺(其中， x的取值范围为0.8～1.2，m取值范围为0.001～0.027，n取值范围为 0.001～0.050，优选x的取值为1，m取值范围为0.006，n取值范围为0.018) 中各元素化学计量比，实际称量SrO，SrCl₂，P₂O₅，Ce₂O₃和SnO₂粉体时， 按质量百分比：SrO占总量的55～70％、P₂O₅占总量的23～30％、SrCl₂占总 量的5～15％、Ce₂O₃占总量的0.1～3％、SnO₂占总量的0.1～5％；优选地，SrO 占总量的62.5％、P₂O₅占总量的27％、SrCl₂占总量的8％、Ce₂O₃占总量的 0.7％、SnO₂占总量的1.8％。

本发明还提供一种有机电致发光器件，如图2所示，该器件为复合层 状结构，该复合层状结构依次为衬底1、阳极层2、发光层3以及阴极层4； 其中，衬底1为玻璃，阳极层2为ITO层，即ITO玻璃，可以购买获得； 发光层3为铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜层(该发光薄膜的化学通式为 Sr₅(PO₄)₃Cl_x:mCe³⁺，nSn⁴⁺；其中，Sr₅(PO₄)₃Cl_x为基质，Ce³⁺和Sn⁴⁺为掺杂元 素；x的取值范围为0.8～1.2，m取值范围为0.001～0.027，n取值范围为 0.001～0.050，优选x的取值为1，m取值范围为0.006，n取值范围为0.018)， 衬底1为玻璃，阳极层2为ITO，阴极层4为Ag层，Ag层采用蒸镀工艺 制备在薄膜表面。

本发明采用磁控溅射设备，制备铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜，得到 薄膜的电致发光光谱(EL)中，在450nm和480nm波长区都有很强的发 光峰，是电致发光器件的发展材料。

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

1、选用纯度分别为99.99％的SrO，SrCl₂，P₂O₅，Ce₂O₃和SnO₂粉体， 根据质量百分比：SrO～62.5％，SrCl₂～8％，Ce₂O₃～0.7％，SnO₂～1.8％和 P₂O₅～27％，称取SrO，SrCl₂，P₂O₅，Ce₂O₃和SnO₂粉体的质量数分别为12.5g、 1.6g、0.14g、0.36g、5.4g；这些粉体经过均匀混合后，在1250℃下烧结， 自然冷却，得到靶材样品，将靶材样品切割成直径为50mm、厚度为2mm 的靶材；

2、将靶材装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；

3、先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃，并对其进行氧等 离子处理，完后放入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；其中，靶材和玻璃 的基靶间距设定为60mm；

4、用机械泵和分子泵把磁控溅射镀膜设备的真空腔体的真空度抽到 5.0×10^-4Pa；

5、调整磁控溅射镀膜工艺参数：氩气工作气体流量为25sccm；磁控溅 射工作压强为2.0Pa；衬底温度为500℃；接着进行制膜，得到的薄膜样品；

6、将薄膜样品在0.01Pa真空炉中退火2h，退火温度为600℃，得到铈 锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜，即Sr₅(PO₄)₃Cl:0.006Ce³⁺，0.018Sn⁴⁺。

实施例2

1、、选用纯度分别为99.99％的SrO，SrCl₂，P₂O₅，Ce₂O₃和SnO₂粉体， 根据质量百分比：SrO～56.9％，SrCl₂～15％，Ce₂O₃～0.1％，SnO₂～5％和 P₂O₅～23％，称取SrO，SrCl₂，P₂O₅，Ce₂O₃和SnO₂粉体的质量数分别为 11.38g、3g、0.2g、1g、4.6g；这些粉体经过均匀混合后，在900℃下烧结， 自然冷却，得到靶材样品，将靶材样品切割成直径为50mm、厚度为2mm 的靶材；

2、将靶材装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；

3、先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃，并对其进行氧等 离子处理，完后放入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；其中，靶材和玻璃 的基靶间距设定为45mm；

4、用机械泵和分子泵把磁控溅射镀膜设备的真空腔体的真空度抽到 1.0×10^-3Pa；

5、调整磁控溅射镀膜工艺参数：氩气工作气体流量为10sccm；磁控溅 射工作压强为4Pa；衬底温度为250℃；接着进行制膜，得到的薄膜样品；

6、将薄膜样品在0.01Pa真空炉中退火1h，退火温度为500℃，得到铈 锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜，即Sr₅(PO₄)₃Cl_1.2:0.001Ce³⁺，0.050Sn⁴⁺。

实施例3

1、选用纯度分别为99.99％的SrO，SrCl₂，P₂O₅，Ce₂O₃和SnO₂粉体， 根据质量百分比：SrO～70％，SrCl₂～5％，Ce₂O₃～3％和，SnO₂～0.1％， P₂O₅～21.9％，称取SrO，SrCl₂，P₂O₅，CeO₂和SnO₂粉体的质量数分别为14g、 1g、0.6g、0.02g、4.38g；这些粉体经过均匀混合后，在1300℃下烧结，自 然冷却，得到靶材样品，将靶材样品切割成直径为50mm、厚度为2mm的 靶材；

2、将靶材装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；

3、先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗带玻璃衬底，并对其进 行氧等离子处理，完后放入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；其中，靶材 和玻璃的基靶间距设定为90mm；

4、用机械泵和分子泵把磁控溅射镀膜设备的真空腔体的真空度抽到 1.0×10^-5Pa；

5、调整磁控溅射镀膜工艺参数：氩气工作气体流量为35sccm；磁控溅 射工作压强为0.2Pa；衬底温度为750℃；接着进行制膜，得到的薄膜样品；

6、将薄膜样品在0.01Pa真空炉中退火3h，退火温度为800℃，得到铈 锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜，即Sr₅(PO₄)₃Cl_0.8:0.027Ce³⁺，0.001Sn⁴⁺。

实施例4

实施例4中，一种电致发光器件的制备，以实施例1制得发光薄膜作 为发光层材料；其中，该电致发光器件的衬底为玻璃，阳极层为ITO(氧 化铟锡)，起导电作用，两者合在一起，称作ITO玻璃，可以购买获得。

1、选用纯度分别为99.99％的SrO，SrCl₂，P₂O₅，Ce₂O₃和SnO₂粉体， 根据质量百分比：SrO～62.5％，SrCl₂～8％，Ce₂O₃～0.7％，SnO₂～1.8％和 P₂O₅～27％，称取SrO，SrCl₂，P₂O₅，Ce₂O₃和SnO₂粉体的质量数分别为13.5g、 1.6g、0.14g、0.36g、5.4g；经过均匀混合后，在1250℃下烧结，自然冷却， 得到靶材样品，将靶材样品切割成直径为50mm、厚度为2mm的靶材；

2、将靶材装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；

3、先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗带ITO玻璃，并对其进 行氧等离子处理，完后放入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；其中，靶材 和ITO玻璃的基靶间距设定为60mm；

4、用机械泵和分子泵把磁控溅射镀膜设备的真空腔体的真空度抽到 5.0×10^-4Pa；

5、调整磁控溅射镀膜工艺参数：氩气工作气体流量为25sccm；磁控溅 射工作压强为2.0Pa；衬底温度为500℃；接着进行制膜，得到的薄膜样品， 即Sr₅(PO₄)₃Cl:0.006Ce³⁺，0.018Sn⁴⁺；

6、将薄膜样品在0.01Pa真空炉中退火2h，退火温度为700℃，得到铈 锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜；

7、采用蒸镀技术，在(6)中的发光薄膜表面蒸镀Ag层，作为阴极层， 制得有机电致发光器件。

图3是实施例4得到铈锡共掺杂氯磷酸锶发光薄膜的电致发光光谱 (EL)图。由图3可知，得到薄膜的电致发光光谱(EL)中，在450nm和 480nm波长区都有很强的发光峰，是电致发光器件的发展材料。

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。