[發明專利]一種上轉換多色熒光體薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201510853898.1
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105293947A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 孫麗娜;邵立華;巴德純;譚俊;趙宴鋒
• 申請（專利權）人: 東北大學;沈陽川海數字工程有限公司
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于熒光體和功能薄膜技術領域，特別涉及一種上轉換多色熒光體薄膜及其制備方法。

背景技術

我國用于發光材料的稀土總量盡管占稀土應用總量的4～5％，但用于生產熒光材料的總量卻占世界總產量的60～70％。稀土離子的發光源于4f電子層躍遷，由于特殊的電子層結構，使稀土發光材料的光譜具有分布范圍廣、譜線窄、色度純的優點。稀土離子發光通常是把短波長的紫外光轉化為波長較長的可見光或紅外光，但有些稀土離子，如Er³⁺、Tm³⁺離子在敏化劑Yb³⁺離子的協助下對980nm附近的紅外光具有很強的吸收，可有效地將波長較長的紅外光轉化為波長較短的可見光，此過程稱為頻率上轉換發光。Er³⁺的上轉換熒光光譜通常由綠光和紅光發射帶構成，而Tm³⁺的上轉換熒光光譜通常由藍光和少量的紅光構成。Yb³⁺對激發光源具有很大的吸收界面，對Er³⁺、Tm³⁺有很好的敏化作用。當Er³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺共同摻雜在一種優良的熒光體基質中時，便可以產生多色的上轉換熒光甚至白光。

基質材料對熒光體上轉換效率有很大的影響，研究最為廣泛的是聲子能量低的堿金屬或堿土金屬氟化物，但因其化學穩定性較差，因此在一定程度上限制了其在平板顯示器和上轉換激光器方面的應用。鈦酸鉍作為一種氧化物，具有較高的熱穩定性、化學穩定性，且聲子能量不高，且許多報道表明，Bi³⁺對稀土離子發光具有敏化作用，因此選擇鈦酸鉍有望成為一種優良的上轉換熒光體基質材料。

與普通的光致發光相比，上轉換發光過程盡管效率較低，但是其泵浦光源可以通過體積小、價格低、效率高的半導體激光器獲得，且紅外光對人體皮膚和眼睛傷害很小，因此在平板顯示器或激光器應用中具有獨特的優勢。

薄膜熒光體與粉末熒光體相比，具有幾方面的優點：一、薄膜熒光體中晶粒分布更加均勻致密，通過激光刻蝕等技術可以制備出像素更高、色度更清晰的顯示屏。二、薄膜熒光體的物理化學性質較穩定，不易因環境而變質，不易因吸收空氣中的水、羥基等污染物而降低發光效率。三、薄膜熒光體一般具有較高光透性，有利于提高對激發光源的吸收率和熒光的發射率。四、制備薄膜熒光體所需的原料更少，有利于節約資源并降低生產成本。隨著薄膜制備技術和化學刻蝕、電子封裝等技術的提高，薄膜熒光材料必將獲得更廣泛地應用。

發明內容

針對現有的熒光體通常為以紫外光激發的普通熒光粉末，不能采用結構緊湊、經濟實用的固體激光器作為激發光源，也不能用作薄膜型顯示屏，本發明提供一種以紫外光作為激發光源的上轉換多色熒光體薄膜及其制備方法。上轉換多色熒光體薄膜在紅外光激發下能夠有效地發射顏色可調的色光，甚至色度較為純正的白光。

本發明的上轉換多色熒光體薄膜，是Er³⁺、Tm³⁺和Yb³⁺中的一種或幾種稀土離子共摻雜鈦酸鹽形成的上轉換多色熒光體薄膜，其化學式為Bi_4-x-y-zEr_xTm_yYb_zTi₃O₁₂(簡寫為BEYTT)，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。

上述的上轉換多色熒光體薄膜，其厚度為200～400nm。

本發明的上轉換多色熒光體薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、配料：

(1)按摩爾比，五水合硝酸鉍：五水合硝酸鉺：五水合硝酸銩：五水合硝酸鐿：酞酸正四丁酯＝(4-x-y-z):x:y:z:3，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1；稱取五水合硝酸鉺，五水合硝酸銩，五水合硝酸鐿和酞酸正四丁酯，稱取五水合硝酸鉍的量為理論用量的105～115％；

(2)稱取溶劑冰醋酸、乙二醇甲醚和乙酰丙酮，其中，乙酰丙酮與鈦酸正四丁酯的摩爾比為2:1，冰醋酸和乙二醇甲醚的體積之和與乙酰丙酮的體積比為(20～30):1，冰醋酸和乙二醇甲醚的體積比為1:2；

步驟2、制備上轉換多色熒光體前驅液：