銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料、製備方法及其應用的製作方法

2023-09-12 16:54:10

銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料、製備方法及其應用的製作方法
【專利摘要】一種銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料，其化學式為AmBhAljkCVxTm3'其中，x為0.01?0.05，m為0.1?0.9，A為鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一種，B為鎂元素，鈣元素，銀元素和鋇元素中的一種。該鎊摻雜雙鹼土紹矽酸鹽上轉換發光材料的光致發光光譜中，銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的激發波長為796nm，在475nm波長區由Tm3+離子心一3H6的躍遷輻射形成發光峰，可以作為藍光發光材料。本發明還提供該銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法及使用該銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的有機發光二極體。
【專利說明】銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料、製備方法及其應 用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料、製備方法及有機發光二 極管。

【背景技術】
[0002] 有機發光二極體（OLED)由於組件結構簡單、生產成本便宜、自發光、反應時間短、 可彎曲等特性，而得到了極廣泛的應用。但由於目前得到穩定高效的OLED藍光材料比較困 難，極大的限制了白光OLED器件及光源行業的發展。
[0003] 上轉換螢光材料能夠在長波(如紅外）輻射激發下發射出可見光，甚至紫外光，在 光纖通訊技術、纖維放大器、三維立體顯示、生物分子螢光標識、紅外輻射探測等領域具有 廣泛的應用前景。但是，可由紅外，紅綠光等長波輻射激發出藍光發射的銩摻雜雙鹼土鋁矽 酸鹽上轉換發光材料，仍未見報導。


【發明內容】

[0004] 基於此，有必要提供一種可由長波輻射激發出藍光的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉 換發光材料、製備方法及使用該銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的有機發光二極 管。
[0005] -種銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料，其化學式為AmBpmAl2Si2O8 :xTm3+，其 中，X為0. 01?0. 05,m為0. 1?0. 9,A為鎂元素，I丐元素，銀元素和鋇元素中的一種，B為 鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一種。
[0006]所述X為 0· 03,m為 0· 5。
[0007] -種銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一、根據AmBpmAl2Si2O8 :xTm3+各元素的化學計量比稱取A0,B0,Al2O3,SiO,和 Tm2O3粉體，其中，X為0. 01?0. 05,m為0. 1?0. 9,A為鎂元素，I丐元素，銀元素和鋇元素 中的一種，B為鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一種；
[0009] 步驟二、將所述步驟一中稱取的粉體混合均勻得到前驅體；
[0010] 步驟三、將所述步驟二中的前驅體在800°C?1000°C下灼燒0. 5小時?5小時，
[0011] 步驟四、將所述步驟三中處理後的前軀體冷卻到l〇〇°C?300°C，再保溫0. 5小 時?3小時，冷卻到室溫，得到化學通式為AmBpmAl2Si2O8 :XTm3+的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上 轉換發光材料。
[0012] 所述A0，B0,Al2O3,SiO和Tm2O3 粉體各組分摩爾比為（0. 1 ?0.9):(0. 1 ?0.9): I:2 :(0. 01 ?0. 05)。
[0013]所述A0,B0,Al2O3,SiO,和Tm2O3 粉體各組分摩爾比為 0· 5 :0· 47 :1 :2 :0· 03。
[0014] 步驟二中所述混合是將所述粉體在剛玉缽中研磨20分鐘?60分鐘。
[0015]步驟三中將所述前驅體在950°C下灼燒3小時。
[0016] 步驟四中的冷卻溫度為200°C，保溫時間為2小時。
[0017] 一種有機發光二極體，包括依次層疊的基板、陰極、有機發光層、陽極及透明封裝 層，其特徵在於，所述透明封裝層中分散有銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料，所述銩 摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的化學式為AmBpmAl2Si2O8 :XTm3+，其中，X為0. 01? 0. 05,m為0. 1?0. 9,A為鎂元素，I丐元素，銀元素和鋇元素中的一種，B為鎂元素，I丐元素， 鍶元素和鋇元素中的一種。
[0018]X為 0· 03,m為 0· 5。
[0019] 上述銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法較為簡單，成本較低，同 時反應過程中無三廢產生，較為環保；製備的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的光 致發光光譜中，銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的激發波長為796nm，在475nm波長 區由Tm3+離子1G4 - 3H6的躍遷輻射形成發光峰，可以作為藍光發光材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為一實施方式的有機發光二極體的結構示意圖。
[0021] 圖2為實施例1製備的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的光致發光譜圖。
[0022] 圖3為實施例1製備的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的拉曼光譜。
[0023] 圖4為實施例1製備的透明封裝層中摻雜有銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材 料形成發白光的有機發光二極體的光譜圖。

【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖和具體實施例對銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料及其製備 方法進一步闡明。
[0025] -實施方式的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料，其化學式為AmBpmAl2Si2O8 : xTm3+，其中，X為0. 01?0. 05,m為0. 1?0. 9,A為鎂元素，I丐元素，銀元素和鋇元素中的一 種，B為鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一種。
[0026] 優選的，X為 0· 03,m為 0· 5。
[0027] 優選的，元素A和B為不相同的兩種元素。
[0028] 上述銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法，包括以下步驟：
[0029] 步驟Sll、根據AniB1Jl2Si2O8 :xTm3+各元素的化學計量比稱取A0,B0,Al2O3,SiO, 和Tm2O3粉體，其中，X為0. 01?0. 05,m為0. 1?0. 9,A為鎂元素，I丐元素，銀元素和鋇元 素中的一種，B為鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一種。
[0030] 該步驟中，所述A0,B0,Al2O3,SiO和Tm2O3粉體各組分摩爾比為（0. 1?0.9): (0· 1 ?0· 9) :1 :2 :(0· 01 ?0· 05)。
[0031] 該步驟中，所述A0,B0,Al2O3,SiO和Tm2O3粉體各組分摩爾比為0. 5 :0. 47 :1 :2 : 0· 03。
[0032] 步驟S13、將步驟Sll中稱取的粉體混合均勻得到前驅體。
[0033] 該步驟中，將粉體在剛玉缽中研磨20分鐘?60分鐘得到混合均勻的前驅體，優選 的研磨40分鐘。
[0034] 步驟S15、將前驅體在800°C?1000°C下灼燒0. 5小時?5小時，
[0035] 優選的，前驅體在950°C下灼燒3小時。
[0036] 步驟S17、將步驟S15中處理後的前軀體之後冷卻到100°C?500°C，再保溫0. 5小 時?3小時，冷卻到室溫，得到化學通式為A111BnAl2Si2O8 :xTm3+，其中，X為0. 01?0. 05,m 為0. 1?0. 9,A為鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一種，B為鎂元素，鈣元素，鍶元素 和鋇元素中的一種。
[0037]優選的，將步驟S15中處理後的前軀體冷卻到200°C，再保溫2小時。
[0038] 上述銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法較為簡單，成本較低，同 時反應過程中無三廢產生，較為環保；製備的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的光 致發光光譜中，銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的激發波長為796nm，在475nm波長 區由Tm3+離子1G4 - 3H6的躍遷輻射形成發光峰，可以作為藍光發光材料。
[0039] 請參閱圖1，一實施方式的有機發光二極體100,該有機發光二極體100包括依次 層疊的基板1、陰極2、有機發光層3、透明陽極4以及透明封裝層5。透明封裝層5中分散 有銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料6,銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的化 學式為AmBnAl2Si2O8 :xTm3+，其中，X為0· 01?0· 05,m為0· 1?0· 9,A為鎂元素，鈣元素， 鍶元素和鋇元素中的一種，B為鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一種，該器件中的有機 發光層3發出紅綠光，部分紅綠光激發透明封裝層5中分散有銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉 換發光材料6發出藍色光，最後紅綠藍三色就混成白光。
[0040] 下面為具體實施例。
[0041] 實施例1
[0042] 選用純度為99. 99%的粉體，將MgO, CaO, Al2O3, SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數 為0. 5mmol，0. 47mmo1, lmmol, 2mmo1和0. 03mmol在剛玉研缽中研磨40分鐘使其均勻混合， 然後在馬弗爐中950°C下灼燒3小時，然後冷卻到200°C保溫2小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Mga5Caa47Al2Si2O 8 :0. 03Tm3+上轉換螢光粉。 [0043] 有機發光二極體製備的過程：
[0044] 依次層疊的基板1使用鈉鈣玻璃、陰極2使用金屬Ag層、有機發光層3使用 Ir(piq) 2 (acac)中文名叫二（1-苯基-異喹啉）（乙醯丙酮）合銥（III)、透明陽極4使用氧 化銦錫ΙΤ0,以及透明封裝層5聚四氟乙烯。透明封裝層5中分散有銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽 上轉換發光材料6,銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的化學式為Mga5Caa47Al2Si2O8 : 0· 03Tm3+。
[0045] 請參閱圖2,圖2所示為得到的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的光致發 光光譜圖。由圖2可以看出，本實施例得到的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的激 發波長為796nm，在475nm波長區由Tm3+離子1G4 - 3H6的躍遷福射形成發光峰，該錢摻雜雙 鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料可作為藍光發光材料。
[0046] 請參閱圖3,圖3中曲線為實施1製備的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的 拉曼光譜，圖中的拉曼峰所示為雙鹼土鋁矽酸鹽特徵峰，沒有出現摻雜元素以及其它雜質 的峰，說明摻雜元素與基質材料形成了良好的鍵合。
[0047] 請參閱圖4,圖4曲線1為透明封裝層中摻雜有銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光 材料料形成發白光的有機發光二極體的光譜圖，曲線2為透明封裝層中未摻雜有銩摻雜雙 鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料料的對比。圖中可看出，上轉換發光材料可以由長波的紅色 光，激發出短波的藍色光，藍光與紅光混合後形成白光。
[0048] 實施例2
[0049] 選用純度為99. 99%的粉體，將MgO,CaO,Al2O3,SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數 為0. 3_〇1，0. 69mmol，lmmol, 2mmo1和0.Olmmol在剛玉研缽中研磨20分鐘使其均勻混合， 然後在馬弗爐中800°C下灼燒3小時，然後冷卻到250°C保溫2小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Mga3Caa69Al2Si2O8 :0.OlTm3+的上轉換螢光粉。
[0050] 實施例3
[0051] 選用純度為99. 99%的粉體，將MgO,SrO,Al2O3,SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數 為0. 2_〇1，0. 75mmol，lmmol, 2mmo1和0. 05mmo1在剛玉研缽中研磨60分鐘使其均勻混合， 然後在馬弗爐中l〇〇〇°C下灼燒3小時，然後冷卻到250°C保溫2小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Mga2Sra75Al2Si2O8 :0. 05Tm3+的上轉換螢光粉。
[0052] 實施例4
[0053] 選用純度為99. 99%的粉體，將MgO,SrO,Al2O3,SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數 為0. 3_〇1，0. 68mmol，lmmol, 2mmo1和0. 02mmo1在剛玉研缽中研磨40分鐘使其均勻混合， 然後在馬弗爐中950°C下灼燒3小時，然後冷卻到250°C保溫2小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Mga3Sra68Al2Si2O8 :0. 02Tm3+的上轉換螢光粉。
[0054] 實施例5
[0055] 選用純度為99. 99%的粉體，將MgO,BaO,Al2O3,SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數 為0. 4mmo1,0. 57mmol,lmmol, 2mmo1和0. 03mmol，在剛玉研缽中研磨20分鐘使其均勻混合， 然後在馬弗爐中800°C下灼燒5小時，然後冷卻到KKTC保溫3小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Mga4Baa57Al2Si2O8 :0. 03Tm3+的上轉換螢光粉。
[0056] 實施例6
[0057] 選用純度為99. 99%的粉體，將MgO, BaO, Al2O3, SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數為 0. 39mmol, 0. Bmmol,lmmol, 2mmo1和0· Olmmol在剛玉研缽中研磨60分鐘使其均勻混合，然 後在馬弗爐中1000°C下灼燒3小時，然後冷卻到500°C保溫0. 5小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Mga39Baa6Al2Si2O 8 :0. OlTm3+的上轉換螢光粉。
[0058] 實施例7
[0059] 選用純度為99. 99%的粉體，將CaO,BaO,Al2O3,SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數 為0· 49mmol，0.Smmol,lmmol, 2mmo1和0·Olmmol在剛玉研缽中研磨40分鐘使其均勻混合， 然後在馬弗爐中950°C下灼燒3小時，然後冷卻到250°C保溫2小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Caa49Baa5Al2Si2O8 :0.OlTm3+的上轉換螢光粉。
[0060] 實施例8
[0061] 選用純度為99. 99%的粉體，將CaO,BaO,Al2O3,SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數 為0. 37_〇1，0.Bmmol,lmmol, 2mmo1和0. 03mmol，在剛玉研缽中研磨20分鐘使其均勻混合， 然後在馬弗爐中800°C下灼燒5小時，然後冷卻到KKTC保溫3小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Caa37Baa6Al2Si2O8 :0. 03Tm3+的上轉換螢光粉。
[0062] 實施例9
[0063] 選用純度為99. 99%的粉體，將SrO, CaO, Al2O3, SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數為 0. 16mmol, 0. 8mmo1 , lmmol, 2mmo1和0· 04mmo1在剛玉研缽中研磨60分鐘使其均勻混合，然 後在馬弗爐中1000°C下灼燒3小時，然後冷卻到500°C保溫0. 5小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Srai6Caa8Al2Si2O8 :0. 04Tm3+的上轉換螢光粉。
[0064] 實施例10
[0065] 選用純度為99. 99%的粉體，將SrO,CaO,Al2O3,SiO,和Tm2O3粉體各組分按摩爾數 為0. 9mmol，0. 09mmol，lmmol, 2mmol, 0.Olmmol在剛玉研缽中研磨40分鐘使其均勻混合，然 後在馬弗爐中950°C下灼燒3小時，然後冷卻到250°C保溫2小時，再隨爐冷卻到室溫取出， 得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Sra9Caatl9Al2Si2O8 :0.OlTm3+的上轉換螢光粉。
[0066] 實施例11
[0067] 選用純度為99. 99%的粉體，將BaO,SrO,Al2O3,SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數 為0. 4mmo1,0. 57mmol,lmmol, 2mmo1和0. 03mmol，在剛玉研缽中研磨20分鐘使其均勻混合， 然後在馬弗爐中800°C下灼燒5小時，然後冷卻到KKTC保溫3小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為Baa4Sra57Al2Si2O8 :0. 03Tm3+的上轉換螢光粉。
[0068] 實施例12
[0069] 選用純度為99. 99%的粉體，將BaO, SrO, Al2O3, SiO和Tm2O3粉體各組分按摩爾數為 0. lmmol, 0. 88mmo1 , lmmol, 2mmo1和0· 02mmo1在剛玉研缽中研磨60分鐘使其均勻混合，然 後在馬弗爐中1000°C下灼燒3小時，然後冷卻到500°C保溫0. 5小時，再隨爐冷卻到室溫取 出，得到塊體材料，粉碎後可得到化學通式為BaaiSra88Al2Si2O 8 :0. 02Tm3+的上轉換螢光粉。
[0070] 以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並 不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保 護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1. 一種銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料，其特徵在於：其化學通式為 A111BhAl2Si2O8 :xTm3'其中，X為0·Ol?0· 05,m為0· 1?0· 9,A為鎂元素，鈣元素，鍶元素 和鋇元素中的一種，B為鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一種。
2. 根據權利要求1所述的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料，其特徵在於，所述X 為 0. 03,m為 0. 5。
3. -種銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步 驟： 步驟一、根據AmBpmAl2Si2O8 :xTm3+各元素的化學計量比稱取A0,B0,Al2O3,SiO,和Tm2O3 粉體，其中，X為〇. 01?〇. 05,m為0. 1?0. 9,A為鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一 種，B為鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一種； 步驟二、將所述步驟一中稱取的粉體混合均勻得到前驅體； 步驟三、將所述前驅體在800°C?1000°C下灼燒0. 5小時?5小時， 步驟四、將所述步驟三中處理後的前軀體冷卻到l〇〇°C?300°C，再保溫0. 5小時?3 小時，冷卻到室溫，得到化學通式為AmBpmAl2Si2O8 :XTm3+的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發 光材料。
4. 根據權利要求3所述的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法，其特徵 在於，所述A0,B0,Al2O3,SiO和Tm2O3粉體各組分摩爾比為（0. 1?0. 9) :(0. 1?0. 9) :1 : 2 :(0. 01 ?0. 05)。
5. 根據權利要求3所述的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法，其特徵 在於，所述A0,B0,Al2O3,SiO,和Tm2O3粉體各組分摩爾比為0. 5 :0. 47 :1 :2 :0. 03。
6. 根據權利要求3所述的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法，其特徵 在於，步驟二中所述混合是將所述粉體在剛玉缽中研磨20分鐘?60分鐘。
7. 根據權利要求3所述的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法，其特徵 在於，步驟三中將所述前驅體在950°C下灼燒3小時。
8. 根據權利要求3所述的銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的製備方法，其特徵 在於，步驟四中的冷卻溫度為200°C，保溫時間為2小時。
9. 一種有機發光二極體，該有機發光二極體包括依次層疊的基板、陰極、有機發光層、 陽極及透明封裝層，其特徵在於，所述透明封裝層中分散有銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換 發光材料，所述銩摻雜雙鹼土鋁矽酸鹽上轉換發光材料的化學式為AmBpmAl2Si2O8 :XTm3+，其 中，X為0. 01?0. 05,m為0. 1?0. 9,A為鎂元素，I丐元素，銀元素和鋇元素中的一種，B為 鎂元素，鈣元素，鍶元素和鋇元素中的一種。
10. 根據權利要求9所述的有機發光二極體，其特徵在於，所述X為0. 03,m為0. 5。
【文檔編號】C09K11/64GK104212447SQ201310206420
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月29日 優先權日:2013年5月29日
【發明者】周明傑, 陳吉星, 王平, 黃輝 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司