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)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種薄膜電致發(fā)光器件及其制備 方法。
背景技術(shù)：
與液晶顯示(IXD)、等離子體顯示平板(PDP)、發(fā)光二極管(LED)、場(chǎng)發(fā)射顯示 (FED)等顯示器件相比，薄膜電致發(fā)光(TFEL)顯示器件具有主動(dòng)發(fā)光、全固體化、體積小、 平板化、寬視角、工作溫度范圍寬、像素分辨率高、響應(yīng)時(shí)間短、抗震動(dòng)等特點(diǎn)，能適用于各 種場(chǎng)合顯示的要求。傳統(tǒng)的薄膜電致發(fā)光器件采用MISIM結(jié)構(gòu)(金屬-絕緣層-半導(dǎo)體發(fā) 光層-絕緣層-金屬)，它通常沉積在透明玻璃襯底上，金屬鋁和ITO分別作為上、下兩個(gè)電 極，發(fā)光層夾在兩個(gè)絕緣層中間。該結(jié)構(gòu)包括ΙΤ0透明導(dǎo)電玻璃層、絕緣層、發(fā)光層、絕緣 層、金屬電極層。其工作原理是，在兩電極之間外加足夠高的電壓后，絕緣層/發(fā)光層界面 上束縛的電子在電場(chǎng)作用下加速成熱電子進(jìn)入發(fā)光層，熱電子碰撞激發(fā)發(fā)光中心發(fā)光。
然而，目前薄膜電致發(fā)光器件的發(fā)光效率還不夠高，這制約了薄膜電致發(fā)光器件 的應(yīng)用范圍。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)目前薄膜電致發(fā)光器件的發(fā)光效率不夠高的 缺陷，提供一種能夠達(dá)成表面等離子體效應(yīng)的薄膜電致發(fā)光器件及其制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方案是提供一種薄膜電致發(fā)光器件，該器件的 結(jié)構(gòu)依次包括ITO導(dǎo)電玻璃層、第一絕緣層、發(fā)光層、非周期性微納結(jié)構(gòu)的金屬層、第二絕 緣層、金屬電極層。其中，非周期性微納結(jié)構(gòu)的金屬層與發(fā)光層的界面能產(chǎn)生表面等離子體 效應(yīng)。
本發(fā)明提供了一種薄膜電致發(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，其特征在于，所述發(fā)光層和所述第二絕緣層之間 設(shè)置有非周期性結(jié)構(gòu)的金屬層。
在本發(fā)明所述的薄膜電致發(fā)光器件中，所述金屬層從以下一組金屬或這些金屬的 合金中選擇金、銀、鉬和鈀。
在本發(fā)明所述的薄膜電致發(fā)光器件中，所述金屬層的厚度為0. 5nm lOOnm。
在本發(fā)明所述的薄膜電致發(fā)光器件中，所述第一絕緣層和第二絕緣層從以下一組 薄膜中選擇:Si02 J203、A1203、Si3N4 和 MgO 薄膜。
在本發(fā)明所述的薄膜電致發(fā)光器件中，所述發(fā)光層為過渡金屬離子或者稀土離子 摻雜的硫化鋅、硫化鍶、硅酸鋅、釔鋁石榴石、氮化鎵、氮化鋁薄膜中的一種；所述過渡金屬 為錳、銅、銀或鉻，所述稀土為鋱、銩、釤、鈰、銪、鉺、鈥、鐠或鏑。
在本發(fā)明所述的薄膜電致發(fā)光器件中，所述金屬電極層為金膜、銀膜或鋁膜。
本發(fā)明還提供了一種薄膜電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
Sl 在ITO導(dǎo)電玻璃層上制備第一絕緣層；
S2 在第一絕緣層上制備發(fā)光層；
S3 在發(fā)光層上制備金屬層；
S4 在金屬層上制備第二絕緣層；
S5 在第二絕緣層上鍍鋁，作為金屬電極層，形成薄膜電致發(fā)光器件。
在本發(fā)明所述的薄膜電致發(fā)光器件的制備方法中，所述步驟S3具體包括將金屬 濺射或蒸鍍?cè)诎l(fā)光層表面，然后在50°C 650°C下進(jìn)行真空退火處理，退火時(shí)間為5分鐘 5小時(shí)，從而在發(fā)光層表面上制備出金屬層。
在本發(fā)明所述的薄膜電致發(fā)光器件的制備方法中，所述步驟S1、S2和S4中所采用 的制備方法為電子束蒸發(fā)、濺射、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積或溶膠-凝膠法。
實(shí)施本發(fā)明的薄膜電致發(fā)光器件及其制備方法，具有以下有益效果本發(fā)明所制 備的薄膜電致發(fā)光器件，其增加的非周期性微納結(jié)構(gòu)的金屬層與發(fā)光層的界面之間能產(chǎn)生 表面等離子體效應(yīng)，增強(qiáng)發(fā)光層的發(fā)光，從而提高了器件的電致發(fā)光效率。此外，本發(fā)明集 金屬顯微納米結(jié)構(gòu)制作與器件制造于一體，可用于光電信息顯示等領(lǐng)域。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明
圖1是本發(fā)明中的薄膜電致發(fā)光器件實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖，其中1為ITO導(dǎo)電玻璃層， 2為第一絕緣層，3為發(fā)光層，4為金屬層，5為第二絕緣層，6為金屬電極層。
具體實(shí)施方式
參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例的薄膜電致發(fā)光器件包括依次設(shè)置的ITO導(dǎo)電玻璃層1、 第一絕緣層2、發(fā)光層3、第二絕緣層5和金屬電極層6。該結(jié)構(gòu)為普通薄膜電致發(fā)光器件所 具有的結(jié)構(gòu)。而本發(fā)明實(shí)施例在所述發(fā)光層3和所述第二絕緣層5之間增設(shè)了非周期性微 納結(jié)構(gòu)的金屬層4。
在本發(fā)明實(shí)施例中，所述金屬層4為非周期性的微納結(jié)構(gòu)。所述金屬層4是由金、 銀、鉬或鈀中的一種或其合金組成。其厚度約為0. 5nm lOOnm。在此，本發(fā)明實(shí)施例將表 面等離子體對(duì)發(fā)光材料發(fā)光增強(qiáng)的效應(yīng)整合到薄膜電致發(fā)光器件中。
表面等離子體(Surface Plasmon，SP)是一種沿金屬和介質(zhì)界面?zhèn)鞑サ牟ǎ湔?幅隨離開界面的距離而呈指數(shù)衰減。當(dāng)改變金屬表面結(jié)構(gòu)時(shí)，表面等離子體激元(surface plasmon polaritons, SPPs)的性質(zhì)、色散關(guān)系、激發(fā)模式、耦合效應(yīng)等都將產(chǎn)生重大的變 化。SPI^s引發(fā)的電磁場(chǎng)，不僅僅能夠限制光波在亞波長(zhǎng)尺寸結(jié)構(gòu)中傳播，而且能夠產(chǎn)生和操 控從光頻到微波波段的電磁輻射，實(shí)現(xiàn)對(duì)光傳播的主動(dòng)操控。SPI^s的激發(fā)將增大光學(xué)態(tài)密 度和增強(qiáng)自發(fā)輻射速率，從而提高發(fā)光材料的內(nèi)量子效率，增強(qiáng)發(fā)光強(qiáng)度。因此該非周期性 微納結(jié)構(gòu)的金屬層4能有效提高器件的發(fā)光效率。
所述第一絕緣層和第二絕緣層都可選擇Si02、Y2O3> A1203、Si3N4或MgO薄膜。
所述發(fā)光層為過渡金屬離子或者稀土離子摻雜的硫化鋅、硫化鍶、硅酸鋅、釔鋁石 榴石、氮化鎵、氮化鋁薄膜中的一種構(gòu)成；所述過渡金屬為錳、銅、銀或鉻，所述稀土為鋱、銩、釤、鈰、銪、鉺、鈥、鐠或鏑。
所述金屬電極層為金膜、銀膜或鋁膜。
本發(fā)明還提供了該薄膜電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
Sl 在ITO導(dǎo)電玻璃層上制備第一絕緣層；
S2 在第一絕緣層上制備發(fā)光層；
S3 在發(fā)光層上制備金屬層；
S4 在金屬層上制備第二絕緣層；
S5 在第二絕緣層上鍍鋁，作為金屬電極層，形成薄膜電致發(fā)光器件。
其中，所述步驟S3進(jìn)一步包括將金屬濺射或蒸鍍?cè)诎l(fā)光層表面，然后在50°C 650°C下進(jìn)行真空退火處理，退火時(shí)間為5分鐘 5小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，從而在發(fā)光 層上制備出金屬層。
在本發(fā)明中，所述步驟S1、S2和S4中所采用的制備方法為電子束蒸發(fā)、濺射、化學(xué) 氣相沉積、脈沖激光沉積或溶膠-凝膠法。
實(shí)施例1
采用電子束蒸發(fā)的方式在ITO導(dǎo)電玻璃上鍍SW2薄膜作為介質(zhì)絕緣層；再用電子 束蒸發(fā)的方式在SiA薄膜表面鍍aiS:Mn發(fā)光層；采用磁控濺射的方式在aiS:Mn發(fā)光層 表面鍍厚度為2nm的銀層，然后將其置于真空度優(yōu)于1X10_3I^的真空環(huán)境下，以300°C的 溫度退火處理半小時(shí)后，冷卻至室溫，所述銀層形成非周期性的銀納米顆粒結(jié)構(gòu)層，即金屬 層；再以電子束蒸發(fā)的方式在金屬層表面蒸鍍SiO2薄膜作為介質(zhì)絕緣層；最后在SiO2薄膜 表面磁控濺射金屬Al層作為電極，形成器件。
實(shí)施例2
采用磁控濺射的方式在ITO導(dǎo)電玻璃上鍍MgO薄膜作為介質(zhì)絕緣層；再用電子束 蒸發(fā)的方式在MgO薄膜表面鍍aiS:Tb，F(xiàn)發(fā)光層，采用磁控濺射的方式在aiS:Tb，F(xiàn)發(fā)光層 表面鍍厚度為4nm的銀層，然后將其置于真空度優(yōu)于IX 的真空環(huán)境下，以200°C的 溫度退火處理四十五分鐘后，冷卻至室溫，所述銀層形成非周期性的銀納米顆粒結(jié)構(gòu)層，即 金屬層；再以磁控濺射的方式在金屬層表面鍍MgO薄膜作為介質(zhì)絕緣層，最后在MgO薄膜表 面磁控濺射金屬Ag層作為電極，形成器件。
實(shí)施例3
采用化學(xué)氣相沉積的方式在ITO導(dǎo)電玻璃上依次沉積Si3N4薄膜作為介質(zhì)絕緣層， 再用電子束蒸發(fā)的方式在Si3N4薄膜表面鍍上aiS:Sm薄膜作為發(fā)光層，隨后采用電子束蒸 鍍的方式在ZnS Sm發(fā)光層表面鍍厚度為0. 5nm的金層，然后將其置于真空度優(yōu)于1 X 10_3Pa 的真空環(huán)境下，以400°C的溫度退火處理三十分鐘后，冷卻至室溫，所述金層形成非周期性 的金納米顆粒結(jié)構(gòu)層；再以化學(xué)氣相沉積的方式在金屬層表面沉積Si3N4薄膜介質(zhì)絕緣層， 最后在Si3N4薄膜表面真空蒸鍍金屬Al層作為電極，形成器件。
實(shí)施例4
采用脈沖激光沉積的方式在ITO導(dǎo)電玻璃上依次沉積IO3薄膜作為介質(zhì)絕緣層， 再用電子束蒸發(fā)的方式在IO3薄膜表面鍍上Y3fe012:Tb薄膜作為發(fā)光層，隨后采用電子 束蒸鍍的方式在Y3GaO12 = Tb發(fā)光層表面鍍厚度為8nm的鉬層，然后將其置于真空度優(yōu)于 IXlO-3Pa的真空環(huán)境下，以450°C的溫度退火處理二十分鐘后，冷卻至室溫，所述鉬層形成非周期性的金納米顆粒結(jié)構(gòu)層，即金屬層；再用脈沖激光沉積的方式在金屬層表面沉積 Y2O3薄膜介質(zhì)絕緣層，最后在IO3薄膜表面真空蒸鍍金屬Au層作為電極，形成器件。
實(shí)施例5
采用電子束蒸發(fā)的方式在ITO導(dǎo)電玻璃上蒸鍍Al2O3薄膜作為介質(zhì)絕緣層，再用 脈沖激光沉積的方法在Al2O3薄膜上面沉積Si2SiO4 = Mn薄膜作為發(fā)光層，隨后采用電子束 蒸發(fā)的方式在Si2SiO4 = Mn發(fā)光層表面沉積厚度為IOOnm的鈀層，然后將其置于真空度優(yōu)于 IXlO-3Pa的真空環(huán)境下，以650°C的溫度退火處理五小時(shí)后，冷卻至室溫，所述鈀層形成非 周期性的金納米顆粒結(jié)構(gòu)層，即金屬層；再采用電子束蒸發(fā)的方式在金屬層表面蒸鍍Al2O3 薄膜作為介質(zhì)絕緣層，最后在Al2O3薄膜表面真空蒸鍍金屬Al層作為電極，形成器件。
實(shí)施例6
采用磁控濺射的方式在ITO導(dǎo)電玻璃上蒸鍍SW2薄膜作為介質(zhì)絕緣層，再用化學(xué) 氣相沉積的方法在SW2薄膜薄膜上面沉積GaN = Eu薄膜作為發(fā)光層，隨后采用電子束蒸發(fā) 的方式在GaN:Eu發(fā)光層表面鍍厚度為6nm的金層，然后將其置于真空度優(yōu)于1 X 的 真空環(huán)境下，以500°C的溫度退火處理一小時(shí)后，冷卻至室溫，所述金層形成非周期性的金 納米顆粒結(jié)構(gòu)層，即金屬層；再采用電子束蒸發(fā)的方式在金屬層表面蒸鍍S^2薄膜作為介 質(zhì)絕緣層，最后在S^2薄膜表面磁控濺射金屬Al層作為電極，形成器件。
實(shí)施例7
采用磁控濺射的方式在ITO導(dǎo)電玻璃上沉積MgO薄膜作為介質(zhì)絕緣層，再用射頻 反應(yīng)式磁控濺射的方法在MgO薄膜薄膜上面沉積AlN:Tb薄膜作為發(fā)光層，隨后采用電子 束蒸發(fā)的方式在AlN:Tb發(fā)光層表面沉積厚度為IOOnm的銀層，然后將其置于真空度優(yōu)于 IXlO-3Pa的真空環(huán)境下，以300°C的溫度退火處理一小時(shí)后，冷卻至室溫，所述銀層形成非 周期性的金納米顆粒結(jié)構(gòu)層，即金屬層；再采用磁控濺射的方式在金屬層表面沉積MgO薄 膜作為介質(zhì)絕緣層，最后在MgO薄膜上真空蒸鍍金屬Al層作為電極，形成器件。
權(quán)利要求
1.一種薄膜電致發(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，其特征在于，所述發(fā)光層和所述第二絕緣層之間設(shè)置有非周期性 微納結(jié)構(gòu)的金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜電致發(fā)光器件，其特征在于，所述金屬層從以下一組金 屬或這些金屬的合金中選擇金、銀、鉬和鈀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜電致發(fā)光器件，其特征在于，所述金屬層的厚度為 0. 5nm IOOnm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜電致發(fā)光器件，其特征在于，所述第一絕緣層和第二絕 緣層從以下一組薄膜中選擇Si02j203、Al203、Si3N4和MgO薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜電致發(fā)光器件，其特征在于，所述發(fā)光層為過渡金屬離 子或者稀土離子摻雜的硫化鋅、硫化鍶、硅酸鋅、釔鋁石榴石、氮化鎵、氮化鋁薄膜中的一 種；所述過渡金屬為錳、銅、銀或鉻，所述稀土為鋱、銩、釤、鈰、銪、鉺、鈥、鐠或鏑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜電致發(fā)光器件，其特征在于，所述金屬電極層為金膜、銀 膜或鋁膜。
7.一種薄膜電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟51在ITO導(dǎo)電玻璃層上制備第一絕緣層；52在第一絕緣層上制備發(fā)光層；53在發(fā)光層上制備金屬層；54在金屬層上制備第二絕緣層；55在第二絕緣層上鍍鋁，作為金屬電極層，形成薄膜電致發(fā)光器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于，所述步驟S3具 體包括將金屬濺射或蒸鍍?cè)诎l(fā)光層表面，然后在50°C 650°C下進(jìn)行真空退火處理，退火 時(shí)間為5分鐘 5小時(shí)，從而在發(fā)光層表面上制備出金屬層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于，所述步驟S1、S2 和S4中所采用的制備方法為電子束蒸發(fā)、濺射、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積或溶膠-凝膠 法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜電致發(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)光層和所述第二絕緣層之間設(shè)置有非周期性微納結(jié)構(gòu)的金屬層。其中，非周期性微納結(jié)構(gòu)的金屬層與發(fā)光層的界面能產(chǎn)生表面等離子體效應(yīng)，該等離子體效應(yīng)能夠?qū)Πl(fā)光層的發(fā)光起到增強(qiáng)的效應(yīng)，從而增加發(fā)光強(qiáng)度，提高了器件的電致發(fā)光效率。本發(fā)明還相應(yīng)提供了該薄膜電致發(fā)光器件的制備方法。
文檔編號(hào)H05B33/10GK102036434SQ20091019028
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者周明杰, 唐晶, 馬文波 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司