专利名称：一种发光薄膜、其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体光电材料，尤其涉及一种发光薄膜、其制备方法和应用。
背景技术：
铝酸锂在自然界中具有3种晶型a-LiA102(六方)，@-LiAlO2 (单斜)，Y-LiAlO2(四方)。其中Y-LiAlO2具有稳定的化学性能、热性能和低辐射性能，因此可以用来作为熔融反应堆的固态超重氢增殖层材料。在铝酸锂中掺杂过渡金属离子Fe，Mn，Co，以及稀土离子Eu，Ce等等，制备成铝酸锂基的荧光粉，已经研究的比较深入；但是，将铝酸锂应用于发光薄膜中却没有见于报道；而且，目前的发光薄 膜的发光效率不高，不能满足高亮度发光器件的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种发光效率高的发光薄膜。本发明是这样实现的，本发明实施例提供一种发光薄膜，包括LiAlO2: Ti4+，Mn4+ ;该Mn4+摩尔百分含量为0. 006% -0. 069%，该 Ti4+摩尔百分含量为 0. 013% -0. 125%。以及，上述发光薄膜制备方法，包括如下步骤将三氧化招、氧化锂、二氧化钛及二氧化猛混合,烧结形成派射祀材,其中，氧化锂的质量百分含量为18% -25%、二氧化钛的质量百分含量为1% -10%、二氧化猛的质量百分含量为0. 5% _6%，余量为三氧化二铝；以氢气和惰性气体的混合气体为工作气体，将该溅射靶材利用磁控溅射成膜，得到发光薄膜前体；将该发光薄膜前体进行退火处理，得到发光薄膜。本发明实施例进一步提供上述发光薄膜在阴极射线管、电致发光显示器件或场发射器件中的应用。本发明实施例的发光薄膜，通过使用铝酸锂作为发光基质、使用钛离子和锰离子作为激活元素，在薄膜中充当主要的发光中心，没有使用有毒或稀土和贵金属，实现了发光薄膜在蓝绿光范围内的有效发光。本发明实施例制备方法，操作简单、成本低廉，生产效益高，适于工业化生产。
图I是本发明实施例发光薄膜发光光谱图；图2是本发明实施例I制备的发光薄膜的X射线衍射图；图3是应用本发明实施例发光薄膜的电致发光器件结构图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供一种发光薄膜，包括LiAlO2: Ti4+，Mn4+ ;该Mn4+摩尔百分含量为
0.006% -0. 069%，该 Ti4+摩尔百分含量为 0. 013% -0. 125%。具体地，本发明实施例发光薄膜用化学式表示该发光薄膜的组成为LiA1 02:Ti4+，Mn4+;即在铝酸锂晶格中掺杂有锰离子和钛离子。该铝酸锂由氧化锂和三氧化二铝经过高温煅烧形成，其他没有限制。铝酸锂是本发明实施例发光薄膜的发光。具体地，该发光薄膜中Ti4+摩尔百分含量优选为0. 063% -0. 100%，Mn4+摩尔百分含量优选为0. 020% -0. 035%;通过使用铝酸锂作为发光基质、使用钛离子和锰离子作为激活元素，在薄膜中充当主要的发光中心实现了发光薄膜发光效率的提高，发光薄膜在蓝绿光波段范围形成一个较宽的发光带。请参阅图1，图I显示本发明实施例发光薄膜的发光光谱图，从图I中可以看出，发光薄膜在蓝绿光波段范围形成一个较宽的发光带，峰顶位置为520nm，在570nm和6IOnm位置也有较尖锐的发光峰。本发明实施例的发光薄膜，通过使用铝酸锂作为发光，通过使用钛离子和锰离子作为发光中心，实现了发光薄膜在蓝绿光范围内的有效发光。本发明实施例进一步提供上述发光薄膜制备方法，包括如下步骤步骤SOI，制备溅射靶材将三氧化铝、氧化锂、二氧化钛及二氧化锰混合，烧结形成溅射靶材，该氧化锂的质量百分含量为18% -25*%、二氧化钛的质量百分含量为1% -10%、该二氧化猛的质量百分含量为0. 5% _6%，余量为三氧化二铝；步骤S02，溅射以氢气和惰性气体的混合气体为工作气体，将该溅射靶材利用磁控溅射成膜，得到发光薄膜前体；步骤S03，退火处理将该发光薄膜前体进行退火处理，得到本发明实施例发光薄膜。具体地，本发明实施例制备方法中使用的氧化铝、三氧化二铝、二氧化钛及二氧化锰为粉状，氧化锂和三氧化二铝的纯度均在99. 99%以上，其他没有限制。该氧化锂的质量百分含量为18% -25%，优选为20 23%，例如22%。该二氧化钛的质量百分含量为1% -10%,优选为2 8%，例如5% ;该二氧化锰的质量百分含量为0. 5% -6%，优选2 4%，例如3% ;余量为三氧化二铝；。具体地，步骤SOl中，将氧化锂、三氧化二铝、二氧化钛及二氧化锰粉末混合均匀，在温度为900 1300°C，例如1250°C条件下烧结、形成50 X 2mm的陶瓷溅射靶材；烧结的气
氛没有限制，可以为空气气氛或者惰性气氛。具体地，步骤S02中，将步骤SOl得到的陶瓷溅射靶材装入磁控溅射设备的腔体，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至I. OX 10_3Pa I. OX 10_5Pa ;调节基靶间距为50 IOOmm ;调节衬底温度为400°C 750°C ;通入氢其和惰性气体的混合气体作为工作气体，气体流量15 30sccm，该混合气体中氢气体积百分含量为I 15% ;该惰性气体没有限制，例如氩气、氦气、氮气等；调节工作压强0. 2 4. 5Pa，进行溅射处理，得到发光薄膜前体，将该发光薄膜前体在0. OlPa真空炉中退火I 3h，退火温度为500°C 800°C，得到本发明实施例发光薄膜。进一步，步骤S02中，真空度优选5. 0 X KT4Pa ;基靶间距优选75mm，衬底温度优选600°C,气体流量优选20sccm,该混合气体中氢气含量优选5%,工作压强优选I. OPa,退火处理时间优选2h，退火温度优选700°C。本发明实施例制备方法，操作简单、成本低廉，生产效益高，适于工业化生产。本发明实施例进一步提供上述发光薄膜在阴极射线管、电致发光显示器件或场发射器件中的应用。以应用该发光薄膜的电致发光器件为例，说明上述发光光膜的应用。
请参阅图2，图2显示使用本发明实施例发光薄膜的电致发光器件结构，该电致发光器件包括玻璃衬底I、ITO导电膜2、发光层3及阴极4 ;其中，该ITO导电膜是该电致发光器件的阳极，发光层的材质为本发明实施例的发光薄膜，阴极的材质为银。该玻璃衬底和ITO导电膜一起为ITO玻璃，从市面上可以购买到。该电致发光器件的制备方法以上述导电膜制备方法为基础，其中，前述步骤S02中，使用ITO玻璃为衬底，用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗ITO玻璃衬底，并对其进行氧等离子处理，然后放进磁控溅射设备中，将发光薄膜溅射在该衬底上；然后在发光薄膜上蒸镀、形成银阴极，得到电致发光器件。以下结合具体实施例对上述电致发光器件制备方法进行详细阐述。实施例一将纯度为99. 99%的Li2O, Al2O3,MnO2和TiO2粉体均匀混合，得到混合物，按混合物总质量为IOOg计算，其中Li2O的质量百分含量为20. 9 %，Al2O3的质量百分含量为71.1%，MnO2的质量百分含量为3%，TiO2的质量百分含量为5%。将该混合物在1250°C下烧结成O 50 X 2mm的陶瓷溅射靶材，并将该陶瓷溅射靶材装入磁控溅射设备真空腔体内，用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗ITO玻璃衬底，并用高纯氮气吹干,放入真空腔体；调整靶材和衬底的距离为75mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到5.0X10_4Pa，氩氢混合气的工作气体流量为20sccm，氢气含量5%，压强调节为l.OPa，衬底温度为600°C，然后进行溅射处理，得到发光薄膜前体，将该发光薄膜前体在O.OlPa真空炉中退火2h，退火温度为700°C，得到发光薄膜，本发明实施例发光薄膜分子式为LiAlO2:Ti4+，Mn4+，其中Ti4+的摩尔百分含量为0. 063%，Mn4+摩尔百分含量为0. 035%。然后在该发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极，即可将本发明实施例发光薄膜应用于电致发光器件。将本实施例制备的发光薄膜进行的X射线衍射分析，图2为实施例I制备的发光薄膜的X射线衍射图，由图可以看到出现了明显的晶体X射线衍射峰，从而说明了本实施例制备的发光薄膜各元素规则排布稳定，图中的衍射峰为LiAio2基质的晶向衍射峰，同时该图2中没有出现分离的结晶相，进一步说明了钛元素和锰元素均匀掺杂在以LiAlO2基质的晶体中，并与LiAlO2基质互相作用，一起形成了稳定的晶体。实施例二
将纯度为99. 99%的Li2O, Al2O3, MnO2和TiO2粉体均匀混合，得到混合物，按混合物总质量为IOOg计算，其中Li2O的质量百分含量为25%，Al2O3的质量百分含量为64%，MnO2的质量百分含量为1%，TiO2的质量百分含量为10%。将该混合物在9000C下烧结成O 50 X 2mm的陶瓷溅射靶材，并将该陶瓷溅射靶材装入磁控溅射设备真空腔体内，用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗ITO玻璃衬底，并用高纯氮气吹干,放入真空腔体；调整靶材和衬底的距离为50mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到1.0X10_3Pa，氩氢混合气的工作气体流量为16sccm，氢气含量1%，压强调节为0. 2Pa，衬底温度为500°C，然后进行溅射处理，得到发光薄膜前体，将该发光薄膜前体在O.OlPa真空炉中退火lh，退火温度为500°C，得到发光薄膜，本发明实施例发光薄膜分子式为LiAlO2:Ti4+，Mn4+，其中Ti4+的摩尔百分含量为0. 125%，Mn4+摩尔百分含量为0.012%。然后在该发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极，即可将本发明实施例发光薄膜应 用于电致发光器件。实施例三将纯度为99. 99%的Li2O, Al2O3, MnO2和TiO2粉体均匀混合，得到混合物，按混合物总质量为IOOg计算，其中Li2O的质量百分含量为18%，Al2O3的质量百分含量为72%，MnO2的质量百分含量为2%，TiO2的质量百分含量为8%。将该混合物在1000°C下烧结成050X2mm的陶瓷溅射靶材，并将该陶瓷溅射靶材装入磁控溅射设备真空腔体内，用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗ITO玻璃衬底，并用高纯氮气吹干,放入真空腔体；调整靶材和衬底的距离为80mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到9. OX 10_4Pa，氩氢混合气的工作气体流量为25SCCm，氢气含量1%，压强调节为3Pa，衬底温度为500°C，然后进行溅射处理，得到发光薄膜前体，将该发光薄膜前体在0. OlPa真空炉中退火3h，退火温度为80(TC，得到发光薄膜，本发明实施例发光薄膜分子式为LiA102:Ti4+，Mn4+，其中Ti4+的摩尔百分含量为0. 100%，Mn4+摩尔百分含量为0. 023%。然后在该发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极，即可将本发明实施例发光薄膜应用于电致发光器件。实施例四将纯度为99. 99%的Li2O, Al2O3, MnO2和TiO2粉体均匀混合，得到混合物，按混合物总质量为IOOg计算，其中Li2O的质量百分含量为20%，Al2O3的质量百分含量为72%，MnO2的质量百分含量为4*%，TiO2的质量百分含量为4*%。将该混合物在1300 0C下烧结成O 50 X 2mm的陶瓷溅射靶材，并将该陶瓷溅射靶材装入磁控溅射设备真空腔体内，用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗ITO玻璃衬底，并用高纯氮气吹干,放入真空腔体；调整靶材和衬底的距离为90mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到
I.OX 10_4Pa，氩氢混合气的工作气体流量为30SCCm，氢气含量3%，压强调节为4Pa，衬底温度为700°C，然后进行溅射处理，得到发光薄膜前体，将该发光薄膜前体在0. OlPa真空炉中退火2. 5h，退火温度为750°C，得到发光薄膜，本发明实施例发光薄膜分子式为LiAlO2:Ti4+，Mn4+，其中Ti4+的摩尔百分含量为0. 05%, Mn4+摩尔百分含量为0. 046%。
然后在该发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极，即可将本发明实施例发光薄膜应用于电致发光器件。实施例五将纯度为99. 99%的Li2O, Al2O3, MnO2和TiO2粉体均匀混合，得到混合物，按混合物总质量为IOOg计算，其中Li2O的质量百分含量为23%，Al2O3的质量百分含量为69%，MnO2的质量百分含量为6%，TiO2的质量百分含量为2%。将该混合物在1100°C下烧结成050X2mm的陶瓷溅射靶材，并将该陶瓷溅射靶材装入磁控溅射设备真空腔体内，用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗ITO玻璃衬底，并用高纯氮气吹干,放入真空腔体；调整靶材和衬底的距离为75mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到 5.OX 10_4Pa，氩氢混合气的工作气体流量为30sccm，氢气含量5 %，压强调节为4. 5Pa，衬底温度为650°C，然后进行溅射处理，得到发光薄膜前体，将该发光薄膜前体在O.OlPa真空炉中退火I. 5h，退火温度为550°C，得到发光薄膜，本发明实施例发光薄膜分子式为LiAlO2:Ti4+，Mn4+，其中Ti4+的摩尔百分含量为0. 025%，Mn4+摩尔百分含量为0. 069%。然后在该发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极，即可将本发明实施例发光薄膜应用于电致发光器件。实施例六将纯度为99. 99%的Li2O, Al2O3, MnO2和TiO2粉体均匀混合，得到混合物，按混合物总质量为IOOg计算，其中Li2O的质量百分含量为25% ,Al2O3的质量百分含量为73. 5%，MnO2的质量百分含量为0. 5%，TiO2的质量百分含量为I %。将该混合物在1000°C下烧结成O 50 X 2mm的陶瓷溅射靶材，并将该陶瓷溅射靶材装入磁控溅射设备真空腔体内，用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗ITO玻璃衬底，并用高纯氮气吹干,放入真空腔体；调整靶材和衬底的距离为80mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到9. OX 10_4Pa，氩氢混合气的工作气体流量为25SCCm，氢气含量1%，压强调节为3Pa，衬底温度为500°C，然后进行溅射处理，得到发光薄膜前体，将该发光薄膜前体在0. OlPa真空炉中退火3h，退火温度为80(TC，得到发光薄膜，本发明实施例发光薄膜分子式为LiA102:Ti4+，Mn4+，其中Ti4+的摩尔百分含量为0. 013%，Mn4+摩尔百分含量为0. 006%。然后在该发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极，即可将本发明实施例发光薄膜应用于电致发光器件。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种发光薄膜，包括LiAlO2: Ti4+，Mn4+ ;所述Mn4+摩尔百分含量为O. 006% -O. 069%,所述Ti4+摩尔百分含量为0.013% -O. 125%。
2.如权利要求I所述的发光薄膜，其特征在于，所述Mn4+摩尔百分含量为O.020% -O. 035%。
3.如权利要求I所述的发光薄膜，其特征在于，所述Ti4+摩尔百分含量为0.063% -O. 100%。
4.一种发光薄膜制备方法，包括如下步骤 将三氧化铝、氧化锂、二氧化钛及二氧化锰混合，烧结形成溅射靶材，所述氧化锂的质量百分含量为18% _25%、所述二氧化钛的质量百分含量为1% -10%、所述二氧化猛的质量百分含量为O. 5% _6%，余量为所述三氧化二铝； 以氢气和惰性气体的混合气体为工作气体，将所述溅射靶材利用磁控溅射成膜，得到发光薄膜前体； 将所述发光薄膜前体进行退火处理，得到发光薄膜。
5.如权利要求4所述的发光薄膜制备方法，其特征在于，所述二氧化钛的质量百分含量为5% -8%。
6.如权利要求4所述的发光薄膜制备方法，其特征在于，所述二氧化锰的质量百分含量为2% -3%。
7.如权利要求4所述的发光薄膜制备方法，其特征在于，所述烧结步骤中温度为900 1300。。。
8.如权利要求4所述的发光薄膜制备方法，其特征在于，所述氢气的体积百分含量为1% 15%。
9.如权利要求4所述的发光薄膜制备方法，其特征在于，所述溅射步骤中，真空度为1.OX KT3Pa I. OX KT5Pa;基靶间距为50mm IOOmm ;衬底温度为400°C 750°C ;气体流量 15sccm 30sccm。
10.如权利要求1-4任一项所述的发光薄膜在阴极射线管、电致发光显示器件或场发射器件件中的应用。
全文摘要
本发明适用于半导体光电材料技术领域，提供了一种发光薄膜、其制备方法和应用。该发光薄膜，包括LiAlO2:Ti4+，Mn4+；该Mn4+摩尔百分含量为0.006％-0.069％，该Ti4+摩尔百分含量为0.013％-0.125％。本发明的发光薄膜，通过使用铝酸锂作为发光、使用钛离子和锰离子作为发光中心，实现了发光薄膜在蓝绿光范围内的有效发光。本发明制备方法，操作简单、成本低廉，生产效益高，适于工业化生产。
文档编号C23C14/35GK102796518SQ20111013514
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者周明杰, 王平, 陈吉星, 黄辉 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司