專利名稱：一種薄膜電致發(fā)光器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以硅凝膠包覆摻雜半導(dǎo)體量子點為發(fā)光層的薄膜電致發(fā)光器件及其制備方法，屬于薄膜電致發(fā)光器件制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前三種主要的平板顯示技術(shù)是液晶(LCD)、等離子體(PD)和交流薄膜電致發(fā)光顯示器(ACTFELD)，它們有各自的優(yōu)點，也都存在不足之處。ACTFELD以其全固體化平板顯示，主動發(fā)光、視角大和使用溫度范圍寬等優(yōu)點近年來得以迅猛發(fā)展，已在科學(xué)儀器設(shè)備， 便攜式微機，航天航空和軍事領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。薄膜式電致發(fā)光顯示器(TFEL)與液晶顯示器(LCD)相比，具有無需背光源，發(fā)光強度高，響應(yīng)速度快等優(yōu)點；與陰極射線顯示器 (CRT)相比，具有能耗低，且發(fā)光效率高，視角廣等優(yōu)點；與等離子體顯示器(PDP)相比，也具有造價低廉，使用安全，壽命長等優(yōu)點。TFEL器件要求制備的發(fā)光層致密度高、缺陷少以防止在高壓下出現(xiàn)電擊穿現(xiàn)象， 影響發(fā)光器件的效率和使用壽命。傳統(tǒng)的TFEL器件在發(fā)光層的上、下設(shè)置有絕緣層，絕緣層采用高介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)，從而使發(fā)光層有了上下絕緣層的保護，同時所加的電壓在發(fā)光層上形成高電場，器件可以有效發(fā)光。為了解決發(fā)光層的電擊穿問題，加拿大iFire公司發(fā)明的TDEL (厚絕緣層電致發(fā)光)器件是在發(fā)光層兩側(cè)加上厚度達I的高介電常數(shù)陶瓷薄膜，減小了器件擊穿引起的損壞并提高了其穩(wěn)定性，但加劇了 TFEL器件驅(qū)動電壓過高這一問題。過高的驅(qū)動電壓使TFEL器件難以和集成電路相匹配，大大限制了 TFEL器件的使用范圍。因此降低TFEL器件驅(qū)動電壓和防止器件高壓下發(fā)生擊穿成為電致發(fā)光器件需要解決的重要問題。目前，實現(xiàn)全彩色顯示也是TFEL顯示器件面臨的最大問題。實現(xiàn)全彩色具有兩條途徑(I)采用高亮度的白色光通過濾色片產(chǎn)生RGB三基色光顯示(2)直接制備有效的RGB發(fā)光體。紅、綠兩種發(fā)光材料的發(fā)光強度已經(jīng)達到彩色顯示的基本要求。1999 年，日本明治大學(xué)發(fā)現(xiàn)了新型的藍(lán)光發(fā)光體BaAl2S4:Eu，其發(fā)光特性基本滿足電致發(fā)光彩色化的需要。雖然Ifire公司基于BaAl2S4 = Eu藍(lán)光材料已成功制備出電致發(fā)光顯示器，但藍(lán)色TFEL器件始終一直制約彩色TFEL顯示器件的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種薄膜電致發(fā)光器件及其制備方法，器件發(fā)光層采用Si02凝膠包覆摻雜半導(dǎo)體量子點薄膜。與目前單純使用量子點制備發(fā)光層相比，該方法可以提高TFEL器件發(fā)光層致密度，增強器件在高電壓下的抗擊穿能力，提高器件穩(wěn)定性并延長器件使用壽命。技術(shù)方案本發(fā)明的薄膜電致發(fā)光器件包括依次設(shè)置的ITO導(dǎo)電玻璃層、第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層和金屬電極層，所述發(fā)光層為Si02凝膠包覆的摻雜半導(dǎo)體量子點 ZnSe:Mn/ZnS 薄膜。所述的以Si02凝膠包覆的摻雜半導(dǎo)體量子點為發(fā)光層的厚度在200_500nm。
所使用的摻雜半導(dǎo)體量子點為ZnSe:Mn/ZnS量子點，發(fā)光為橙黃色。所述的金屬電極層為金膜、鋁膜或銀膜。所述的第一絕緣層和第二絕緣層的材料為Y203、A1203、Τ 02材料。本發(fā)明的薄膜電致發(fā)光器件的制備方法包括以下幾個步驟
1.)在ITO導(dǎo)電玻璃上通過磁控濺射或電子槍鍍膜制備第一絕緣層；
2.)在第一絕緣層上將發(fā)光層材料采用旋涂法成膜后進行熱處理制備發(fā)光層，發(fā)光層為Si02凝膠包覆的摻雜半導(dǎo)體量子點薄膜；所述發(fā)光層的制備是將表面配體轉(zhuǎn)換后親水性的摻雜半導(dǎo)體量子點放入Si02凝膠中，使其均勻分布，在臺式勻膠機上設(shè)定旋涂速度和時間在第一絕緣層上均勻成膜，然后再150°C 300°C進行真空退火處理，形成發(fā)光層薄
3.)在發(fā)光層上同樣采用磁控濺射或電子槍鍍膜制備第二絕緣層；
4.)在第二絕緣層上采用熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)蒸鍍金屬Al電極，最終形成薄膜電致發(fā)光器件。其中
油性摻雜半導(dǎo)體量子點的制備方法是首先合成ZnSe核，然后采用“生長一摻雜”的量子點制備方法在120°C吸附Mn后，270°C分別注入S/0DE、ZnSt2/0DE反應(yīng)生成ZnS殼，最終得到ZnSe:Mn/ZnS摻雜半導(dǎo)體量子點。將上述制備的油性ZnSe:Mn/ZnS量子點溶于少量CHC13，加入MPA超聲一定時間， 提純后得到水相的ZnSe :Mn/ZnS，將水相ZnSe:Mn/ZnS溶于少量去離子水中。在正硅酸已酯一無水乙醇一水一氨水體系中制備出三維網(wǎng)狀Si02凝膠液體，將溶在極少量去離子水中的水相ZnSe:Mn/ZnS量子點加入Si02凝膠中。用此混合物制備TFEL器件發(fā)光層。在上述制備ZnSe:Mn/ZnS摻雜半導(dǎo)體量子點時，通過控制Mn的含量，使摻雜粒子 Mn的發(fā)光強度與ZnSe的本征發(fā)光相當(dāng)，可以直接制備出發(fā)出白光的ZnSe :Mn/ZnS摻雜半導(dǎo)體量子點。使用該量子點制備出的Si02凝膠包覆摻雜半導(dǎo)體量子點TFEL器件可以實現(xiàn)白色發(fā)光。有益效果相較于傳統(tǒng)ACTFEL器件，本發(fā)明的發(fā)光中心Mn離子處在半導(dǎo)體顆粒內(nèi)部，并且半導(dǎo)體顆粒經(jīng)過表面修飾，因此能顯著提高發(fā)光效率；本發(fā)明的發(fā)光層制作工藝簡單，成本低。


圖I、圖2為實施方式一中得到的ZnSe和ZnSe:Mn/ZnS半導(dǎo)體量子點納米材料的吸收，熒光譜虛線為吸收光譜，實線為熒光譜。圖3為薄膜電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖中有ITO電極1，鍍上的高介電常數(shù)絕緣層2、4，制備的硅凝膠包覆摻雜半導(dǎo)體量子點發(fā)光層3,在上絕緣層上鍍制的金屬Al電極5。
具體實施例方式該發(fā)光器件包括依次設(shè)置的ITO導(dǎo)電玻璃層、第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層和金屬電極層，所述發(fā)光層為Si02凝膠包覆的摻雜半導(dǎo)體量子點ZnSe:Mn/ZnS薄膜。
本器件的制備包括以下幾個步驟
一、摻雜半導(dǎo)體量子點ZnSe:Mn/ZnS制備
采用生長一摻雜方法合成ZnSe:Mn/ZnS。首先在三頸燒瓶中Ar氣環(huán)境下將Zn的前驅(qū) ZnSt2和ODE攪拌除氣15min，270°C下注入Se的前驅(qū)反應(yīng)20min，提純離心后得到ZnSe量子點。取一定量的ZnSe量子點、油胺和ODE于50ml的三頸燒瓶，除氣后的混合物加熱到 120°C。在此溫度下注入MnSt2/0DE反應(yīng)5分鐘。溫度升至270°C穩(wěn)定后，先后注入S/0DE、 ZnSt2/0DE,反應(yīng)30分鐘形成ZnS殼層。降溫到60°C以下，多次提純并離心得到摻雜半導(dǎo)體量子點 ZnSe:Mn/ZnS。二、摻雜半導(dǎo)體量子點ZnSe:Mn/ZnS表面配體轉(zhuǎn)換
取上述制備的ZnSe:Mn/ZnS摻雜半導(dǎo)體納米材料溶于少量CHC13，加入MPA (巰基丙酸)至溶液渾濁，將渾濁液超聲Ih 2h出現(xiàn)絮狀沉淀物。用CHC13反復(fù)提純幾次得到沉淀，加入少量去離子水和四甲基氫氧化銨至沉淀溶解。三、硅凝膠包覆摻雜半導(dǎo)體量子點ZnSe:Mn/ZnS制備
將TEOS (正硅酸已酯)、無水乙醇、H20按一定摩爾比例I :2. 2 6混合，NH30H調(diào)節(jié)PH 至8 9，在45°C水浴攪拌2h，然后將混合物在干燥箱中70°C干燥蒸發(fā)至粘稠的三維網(wǎng)狀硅凝膠液體，將轉(zhuǎn)水后的ZnSe:Mn/ZnS量子點加入硅凝膠中，使其均勻分布在硅凝膠中用來制備TFEL器件的發(fā)光層。四、薄膜電致發(fā)光器件的制備
首先將切割好的ITO導(dǎo)電玻璃超聲清洗后烘干。在ITO電極上通過電子束蒸發(fā)或濺射的方法鍍上Ti02絕緣層。然后將制備好的硅凝膠包覆的摻雜半導(dǎo)體量子點ZnSe:Mn/ZnS在Ti02絕緣層上甩成膜，甩膜后的玻璃片在真空箱中150°C _300°C退火，膜厚控制在200-500nm。在發(fā)光層上通過電子束蒸發(fā)或濺射的方法制備第二層Ti02絕緣層。在第二層絕緣層上熱蒸鍍上Al電極。
權(quán)利要求
1.一種薄膜電致發(fā)光器件，其特征在于該發(fā)光器件包括依次設(shè)置的ITO導(dǎo)電玻璃層、 第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層和金屬電極層，所述發(fā)光層為Si02凝膠包覆的摻雜半導(dǎo)體量子點ZnSe:Mn/ZnS薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄膜電致發(fā)光器件，其特征在于所述的以Si02凝膠包覆的摻雜半導(dǎo)體量子點為發(fā)光層的厚度在200-500nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄膜電致發(fā)光器件，其特征在于所使用的摻雜半導(dǎo)體量子點為ZnSe:Mn/ZnS量子點，發(fā)光為橙黃色。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄膜電致發(fā)光器件，其特征在于所述的金屬電極層為金膜、 鋁膜或銀膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄膜電致發(fā)光器件，其特征在于所述的第一絕緣層和第二絕緣層的材料為Y203、A1203、Ti02材料。
6.一種如權(quán)利要求I所述的薄膜電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下幾個步驟1.)在ITO導(dǎo)電玻璃上通過磁控濺射或電子槍鍍膜制備第一絕緣層；2.)在第一絕緣層上將發(fā)光層材料采用旋涂法成膜后進行熱處理制備發(fā)光層，發(fā)光層為Si02凝膠包覆的摻雜半導(dǎo)體量子點薄膜；所述發(fā)光層的制備是將表面配體轉(zhuǎn)換后親水性的摻雜半導(dǎo)體量子點放入Si02凝膠中，使其均勻分布，在臺式勻膠機上設(shè)定旋涂速度和時間在第一絕緣層上均勻成膜，然后在150°C 300°C進行真空退火處理，形成發(fā)光層薄3.)在發(fā)光層上同樣采用磁控濺射或電子槍鍍膜制備第二絕緣層；4.)在第二絕緣層上采用熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)制備金屬Al電極，最終形成薄膜電致發(fā)光器件。
7.如權(quán)利要求6所述的薄膜電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于摻雜半導(dǎo)體量子點的制備方法是首先合成ZnSe核，然后采用“生長-摻雜”的量子點制備方法在120°C吸附 Mn后，270°C分別注入S/0DE、ZnSt2/0DE反應(yīng)生成ZnS殼，最終得到ZnSe:Mn/ZnS摻雜半導(dǎo)體量子點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅凝膠包覆摻雜半導(dǎo)體量子點的薄膜電致發(fā)光器件制備方法。所述薄膜電致發(fā)光器件包括依次設(shè)置的ITO導(dǎo)電玻璃層、第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層、金屬Al電極。所述發(fā)光層為SiO2凝膠包覆的摻雜半導(dǎo)體量子點，采用硅凝膠包覆摻雜半導(dǎo)體量子點制備發(fā)光層可以提高發(fā)光層的致密程度，有效增強發(fā)光層的抗擊穿能力，延長薄膜電致發(fā)光器件的使用壽命，提高發(fā)光效率。同時在以硅凝膠包覆摻雜半導(dǎo)體量子點為發(fā)光層的薄膜電致發(fā)光器件制備中，控制發(fā)光層的厚度也變得相對容易。同時通過本方法可以實現(xiàn)不同發(fā)光的薄膜電致發(fā)光器件。本發(fā)明還提供了該器件的制備方法。
文檔編號H05B33/14GK102612189SQ20121004882
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者崔一平, 張家雨, 楊伯平, 馬駿 申請人:東南大學(xué)