铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜、制备方法及其应用

摘要

一种铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜，其化学式为CuAl

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜、其制备方法、薄膜电致发 光器件及其制备方法。

【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，开发多波段发光的薄膜，是该课题的发展方 向。但是，可应用于薄膜电致发光显示器的铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜，仍 未见报道。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种可应用于薄膜电致发光器件的铕掺杂硫代铝酸铜 盐发光薄膜、其制备方法该铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜电致发光器件及其制 备方法。

一种铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜，其化学式为CuAl_1-xS₂:xEu³⁺，其中 CuAl_1-xS₂是基质，铕元素是激活元素，0.01≤x≤0.08。

优选实施例中，铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的厚度为80nm～300nm；

一种铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将衬底装入化学气相沉积设备的反应室中，并将反应室的真空度设置为 1.0×10^-2Pa～1.0×10^-3Pa；

调节衬底的温度为250℃～650℃，转速为50转/分钟～1000转/分钟，采用氩 气气流的载体，根据CuAl_1-xS₂:xEu³⁺各元素的化学计量比将双环戊二烯铜、三 甲基铝和四甲基庚二酮铕通入反应室内，及

然后通入硫化氢，进行化学气相沉积得到铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜其 化学式为CuAl_1-xS₂:xEu³⁺，其中CuAl_1-xS₂是基质，铕元素是激活元素， 0.01≤x≤0.08。

在优选的实施例中，双环戊二烯铜、三甲基铝和四甲基庚二酮铕摩尔比为1∶ (0.92～0.99)∶(0.01～0.08)；

在更优选的实施例中，双环戊二烯铜、三甲基铝和四甲基庚二酮铕摩尔比 为1∶0.95∶0.05，

在优选实施例中，氩气气流量为5～15sccm，硫化氢气流量为10～200sccm。

一种薄膜电致发光器件，该薄膜电致发光器件包括依次层叠的衬底、阳极 层、发光层以及阴极层，所述发光层的材料为铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜， 该铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的化学式为CuAl_1-xS₂:xEu³⁺，其中CuAl_1-xS₂是基质，铕元素是激活元素，0.01≤x≤0.08。

一种薄膜电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

提供具有阳极的衬底；

在所述阳极上形成发光层，所述发光层的材料为铕掺杂硫代铝酸铜盐发光 薄膜，该铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的化学式为CuAl_1-xS₂:xEu³⁺，其中 CuAl_1-xS₂是基质，铕元素是激活元素，0.01≤x≤0.08；

在所述发光层上形成阴极。

在优选的实施例中，所述发光层的制备包括以下步骤：

将衬底装入化学气相沉积设备的反应室中，并将反应室的真空度设置为 1.0×10^-2Pa～1.0×10^-3Pa；

调节衬底的温度为250℃～650℃，转速为50转/分钟～1000转/分钟，采用氩 气气流的载体，根据CuAl_1-xS₂:xEu³⁺各元素的化学计量比将双环戊二烯铜、三 甲基铝和四甲基庚二酮铕通入反应室内，其中，氩气气流量为5～15sccm，及

然后通入硫化氢，流量为10～200sccm；进行化学气相沉积得到发光层化学 式为CuAl_1-xS₂:xEu³⁺，其中CuAl_1-xS₂是基质，铕元素是激活元素，0.01≤x≤0.08。

上述铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜(CuAl_1-xS₂:xEu³⁺)的电致发光光谱(EL) 中，在610nm波长区都有很强的发光峰，能够应用于薄膜电致发光显示器中。

【附图说明】

图1为一实施方式的薄膜电致发光器件的结构示意图；

图2为实施例1制备的铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的电致发光谱图；

图3为实施例1制备的铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的XRD图。

图4为实施例1制备的薄膜电致发光器件的电压与电流和亮度关系图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜、其制备方法 和薄膜电致发光器件及其制备方法作进一步阐明。

一实施方式的铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜，其化学式为CuAl_1-xS₂:xEu³⁺， 其中CuAl_1-xS₂是基质，铕元素是激活元素，0.01≤x≤0.08。

优选的，铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的厚度为80nm～300nm，x为0.05。

该铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜中CuAl_1-xS₂:xEu³⁺是基质，铕元素是激活 元素。该铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的电致发光光谱(EL)中，在610nm波 长区都有很强的发光峰，能够应用于薄膜电致发光显示器中。

上述铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤S11、将衬底装入化学气相沉积设备的反应室中，并将反应室的真空度 设置为1.0×10^-2Pa～1.0×10^-3Pa。

在本实施方式中，衬底为铟锡氧化物玻璃(ITO)，可以理解，在其他实施 例中，也可以为掺氟氧化锡玻璃(FTO)、掺铝的氧化锌(AZO)或掺铟的氧化 锌(IZO)；衬底先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗 干净，氮气风干后送入反应室；

优选的，反应室的真空度为4.0×10^-3Pa。

步骤S12、将衬底在600℃～800℃下热处理10分钟～30分钟。

步骤S13、调节衬底的温度为250℃～650℃，转速为50转/分钟～1000转/分 钟，采用氩气气流的载体，根据CuAl_1-xS₂:xEu³⁺各元素的化学计量比将双环戊 二烯铜、三甲基铝和四甲基庚二酮铕通入反应室内；

在优选的实施例中，双环戊二烯铜、三甲基铝和四甲基庚二酮铕摩尔比为1∶ (0.92～0.99)∶(0.01～0.08)；

在更优选的实施例中，双环戊二烯铜、三甲基铝和四甲基庚二酮铕摩尔比 为1∶0.95∶0.05，

在优选实施例中，衬底的温度优选为500℃，衬底的转速优选为300转/分 钟，氩气气流量为5～15sccm；

更优选实施例中，氩气气流量为10sccm；

步骤S14、然后通入硫化氢，进行化学气相沉积得到铕掺杂硫代铝酸铜盐发 光薄膜其化学式为CuAl_1-xS₂:xEu³⁺，其中CuAl_1-xS₂是基质，铕元素是激活元素， 0.01≤x≤0.08。

在优选的实施例中，硫化氢气流量为10～200sccm，x为0.05。

更优选实施例中，硫化氢气流量为120sccm。

步骤S15、沉积完毕后停止通入双环戊二烯铜、三甲基铝和四甲基庚二酮铕 及氦气，继续通入硫化氢使铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的温度降至80℃ ～150℃。

本实施方式中，优选的，使铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的温度降至100℃。

可以理解，步骤S12和步骤S15可以省略。

请参阅图1，一实施方式的薄膜电致发光器件100，该薄膜电致发光器件100 包括依次层叠的衬底1、阳极2、发光层3以及阴极4。

衬底1为玻璃衬底。阳极2为形成于玻璃衬底上的氧化铟锡(ITO)。发光 层3的材料为铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜，该铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜 的化学式为CuAl_1-xS₂:xEu³⁺，其中CuAl_1-xS₂是基质，铕元素是激活元素， 0.01≤x≤0.08。阴极4的材质为银(Ag)。

上述薄膜电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤S21、提供具有阳极2的衬底1。

本实施方式中，衬底1为玻璃衬底，阳极2为形成于玻璃衬底上的氧化铟 锡(ITO)。可以理解，在其他实施例中，也可以为掺氟氧化锡玻璃(FTO)、掺 铝的氧化锌(AZO)或掺铟的氧化锌(IZO)；具有阳极2的衬底1先后用丙酮、 无水乙醇和去离子水超声清洗并用对其进行氧等离子处理。

步骤S22、在阳极2上形成发光层3，发光层3的材料为铕掺杂硫代铝酸铜 盐发光薄膜，该铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的化学式为CuAl_1-xS₂:xEu³⁺，其 中CuAl_1-xS₂是基质，铕元素是激活元素，0.01≤x≤0.08。

本实施方式中，发光层3由以下步骤制得：

首先，将衬底装入化学气相沉积设备的反应室中，并将反应室的真空度设 置为1.0×10^-2Pa～1.0×10^-3Pa，

再则、将衬底在600℃～800℃下热处理10分钟～30分钟。也可以无需此步 骤。

其次，调节衬底的温度为250℃～650℃，转速为50转/分钟～1000转/分钟， 采用氩气气流的载体，根据CuAl_1-xS₂:xEu³⁺各元素的化学计量比将双环戊二烯 铜、三甲基铝和四甲基庚二酮铕通入反应室内；

在优选的实施例中，双环戊二烯铜、三甲基铝和四甲基庚二酮铕摩尔比为1∶ (0.92～0.99)∶(0.01～0.08)；

在更优选的实施例中，双环戊二烯铜、三甲基铝和四甲基庚二酮铕摩尔比 为1∶0.95∶0.05，

在优选实施例中，衬底的温度优选为500℃，衬底的转速优选为300转/分 钟，氩气气流量为5～15sccm；

更优选实施例中，氩气气流量为10sccm；

然后通入硫化氢，进行化学气相沉积薄膜在所述阳极上形成发光层。

优选实施例中，硫化氢的流量优选为10～200sccm；

更优选实施例中，硫化氢气流量为120sccm。

最后、沉积完毕后停止通入双环戊二烯铜、三甲基铝和四甲基庚二酮铕及 氦气，继续通入硫化氢使铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的温度降至80℃～150℃。

本实施方式中，优选的，使铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的温度降至100℃。 可以无需此步骤。

步骤S23、在发光层3上形成阴极4。

本实施方式中，阴极4的材料为银(Ag)，由蒸镀形成。

下面为具体实施例。

实施例1

衬底为ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏 水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体的真空度 抽至4.0×10^-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理20分钟，然后温度降为500℃。 打开旋转电机，调节衬底托的转速为300转/分，通入有机源双环戊二烯铜 ((C₅H₅)₂Cu)、三甲基铝(TMAl)和四甲基庚二酮铕(Eu(TMHD)₃)的摩尔比为1∶ 0.95∶0.05，载气气体为氩气，氩气气流量为10sccm。通入硫化氢，硫化氢气流 量为120sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至150nm，关闭有机源和载气， 继续通硫化氢，温度降到100℃以下，取出样品CuAl_0.95S₂:0.05Eu³⁺。最后在发 光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

本实施例中得到的铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的化学通式为CuAl_0.95S₂: 0.05Eu³⁺，其中CuAl_0.95S₂是基质，铕元素是激活元素。

请参阅图2，图2所示为得到的铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的电致发光谱 (EL)。由图2可以看出，电致发光谱中，在610nm波长区都有很强的发光峰 能够应用于薄膜电致发光显示器中。

请参阅图3，图3为实施例1制备的铕掺杂硫代铝酸铜盐发光薄膜的XRD 曲线，测试对照标准PDF卡片。从图3中可以看出图中的衍射峰是硫代铝酸铜 的结晶峰，没有出现掺杂元素以及其它杂质的衍射峰；说明该制备方法得到的 产品具有良好的结晶质量

请参阅图4，图4为实施例1制备的薄膜电致发光器件的电压与电流和亮度 关系图，在附图4中曲线1是电压与电流密度关系曲线，可看出器件从6V开始 发光，曲线2是电压与亮度关系曲线，最大亮度为83cd/m²，表明器件具有良好 的发光特性。

实施例2：衬底为ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然 后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体 的真空度抽至1.0×10^-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理10分钟，然后温度降 为250℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为50转/分，通入有机源双环戊二 烯铜((C₅H₅)₂Cu)、三甲基铝(TMAl)和四甲基庚二酮铕(Eu(TMHD)₃)的摩尔比 为1∶0.92∶0.08，载气气体为氩气，氩气气流量为10sccm。通入硫化氢，硫化 氢气流量为10sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至80nm，关闭有机源和 载气，继续通硫化氢，温度降到100℃以下，取出样品CuAl_0.92S₂:0.08Eu³⁺。最 后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例3：衬底为ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然 后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体 的真空度抽至1.0×10^-2Pa；然后把衬底进行700℃热处理30分钟，然后温度降 为650℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为1000转/分，通入有机源双环戊 二烯铜((C₅H₅)₂Cu)、三甲基铝(TMAl)和四甲基庚二酮铕(Eu(TMHD)₃)的摩尔 比为1∶0.99∶0.01，载气气体为氩气，氩气气流量为10sccm。通入硫化氢，硫 化氢气流量为200sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机 源和载气，继续通硫化氢，温度降到100℃以下，取出样品CuAl_0.99S₂:0.01Eu³⁺。 最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例4：衬底为ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然 后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体 的真空度抽至4.0×10^-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理20分钟，然后温度降 为500℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为300转/分，通入有机源(CH₃)₂Ca、 (CH₃CH₂)₃Al和四异丙醇钛的摩尔比为1∶0.93∶0.07，载气气体为氩气，氩气气 流量为10sccm。通入硫化氢，硫化氢气流量为120sccm，开始薄膜的沉积。薄 膜的厚度沉积至150nm，关闭有机源和载气，继续通硫化氢，温度降到100℃以 下，取出样品CuAl_0.93S₂:0.07Eu³⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴 极。

实施例5：衬底为南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声 清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵 和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理10分 钟，然后温度降为250℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为50转/分，通入 有机源(CH₃)₂Ca、(CH₃CH₂)₃Al和四异丙醇钛的摩尔比为1∶0.96∶0.04，载气 气体为氩气，氩气气流量为10sccm。通入硫化氢，硫化氢气流量为10sccm，开 始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至80nm，关闭有机源和载气，继续通硫化氢， 温度降到100℃以下，取出样品CuAl_0.96S₂:0.04Eu³⁺。最后在发光薄膜上面蒸 镀一层Ag，作为阴极。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。