[发明专利]一种上转换多色荧光体薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于荧光体和功能薄膜技术领域，特别涉及一种上转换多色荧光体薄膜及其制备方法。

背景技术

我国用于发光材料的稀土总量尽管占稀土应用总量的4～5％，但用于生产荧光材料的总量却占世界总产量的60～70％。稀土离子的发光源于4f电子层跃迁，由于特殊的电子层结构，使稀土发光材料的光谱具有分布范围广、谱线窄、色度纯的优点。稀土离子发光通常是把短波长的紫外光转化为波长较长的可见光或红外光，但有些稀土离子，如Er³⁺、Tm³⁺离子在敏化剂Yb³⁺离子的协助下对980nm附近的红外光具有很强的吸收，可有效地将波长较长的红外光转化为波长较短的可见光，此过程称为频率上转换发光。Er³⁺的上转换荧光光谱通常由绿光和红光发射带构成，而Tm³⁺的上转换荧光光谱通常由蓝光和少量的红光构成。Yb³⁺对激发光源具有很大的吸收界面，对Er³⁺、Tm³⁺有很好的敏化作用。当Er³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺共同掺杂在一种优良的荧光体基质中时，便可以产生多色的上转换荧光甚至白光。

基质材料对荧光体上转换效率有很大的影响，研究最为广泛的是声子能量低的碱金属或碱土金属氟化物，但因其化学稳定性较差，因此在一定程度上限制了其在平板显示器和上转换激光器方面的应用。钛酸铋作为一种氧化物，具有较高的热稳定性、化学稳定性，且声子能量不高，且许多报道表明，Bi³⁺对稀土离子发光具有敏化作用，因此选择钛酸铋有望成为一种优良的上转换荧光体基质材料。

与普通的光致发光相比，上转换发光过程尽管效率较低，但是其泵浦光源可以通过体积小、价格低、效率高的半导体激光器获得，且红外光对人体皮肤和眼睛伤害很小，因此在平板显示器或激光器应用中具有独特的优势。

薄膜荧光体与粉末荧光体相比，具有几方面的优点：一、薄膜荧光体中晶粒分布更加均匀致密，通过激光刻蚀等技术可以制备出像素更高、色度更清晰的显示屏。二、薄膜荧光体的物理化学性质较稳定，不易因环境而变质，不易因吸收空气中的水、羟基等污染物而降低发光效率。三、薄膜荧光体一般具有较高光透性，有利于提高对激发光源的吸收率和荧光的发射率。四、制备薄膜荧光体所需的原料更少，有利于节约资源并降低生产成本。随着薄膜制备技术和化学刻蚀、电子封装等技术的提高，薄膜荧光材料必将获得更广泛地应用。

发明内容

针对现有的荧光体通常为以紫外光激发的普通荧光粉末，不能采用结构紧凑、经济实用的固体激光器作为激发光源，也不能用作薄膜型显示屏，本发明提供一种以紫外光作为激发光源的上转换多色荧光体薄膜及其制备方法。上转换多色荧光体薄膜在红外光激发下能够有效地发射颜色可调的色光，甚至色度较为纯正的白光。

本发明的上转换多色荧光体薄膜，是Er³⁺、Tm³⁺和Yb³⁺中的一种或几种稀土离子共掺杂钛酸盐形成的上转换多色荧光体薄膜，其化学式为Bi_4-x-y-zEr_xTm_yYb_zTi₃O₁₂(简写为BEYTT)，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。

上述的上转换多色荧光体薄膜，其厚度为200～400nm。

本发明的上转换多色荧光体薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、配料：

(1)按摩尔比，五水合硝酸铋：五水合硝酸铒：五水合硝酸铥：五水合硝酸镱：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；称取五水合硝酸铒，五水合硝酸铥，五水合硝酸镱和酞酸正四丁酯，称取五水合硝酸铋的量为理论用量的105～115％；

(2)称取溶剂冰醋酸、乙二醇甲醚和乙酰丙酮，其中，乙酰丙酮与钛酸正四丁酯的摩尔比为2:1，冰醋酸和乙二醇甲醚的体积之和与乙酰丙酮的体积比为(20～30):1，冰醋酸和乙二醇甲醚的体积比为1:2；

步骤2、制备上转换多色荧光体前驱液：