[发明专利]一种基于光子晶体的白光光源的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于发光与照明技术领域，涉及光子晶体的应用技术，尤其涉及利用光子晶体的布拉格镜面反射效应的这一性质，以光子晶体调控荧光共振能量转移给体-受体对的二色荧光强度，得到光谱满足白光条件的高效率制备白光光源的方法。

背景技术

荧光染料分子是指吸收某一波长的光波后能发射出另一波长大于吸收光的光波的物质。荧光染料在发光、照明方面具有广泛的应用。近些年来，由于能源危机以及照明的需要，人们对照明光源特别是白光光源的研究产生了很大的兴趣。白光光源的制备目前所采用的方法包括以下几个方面：(1)通过三基色(蓝、绿、红)或者二基色(蓝、橙)的复合产生白色光；(2)通过波长的下转换产生白光。

对于二基色荧光复合制备白光光源而言，一个常用的方法是基于荧光共振能量转移(FRET)原理，通过单波长激发，得到两种不同发射波长的荧光。在部分FRET过程中，给体受激发后，将一部分能量通过光波发射形成荧光，另一部分能量通过偶极-偶极间的作用传递到受体，使得受体发射荧光。因而形成二色复合的荧光。当两种荧光光谱匹配时，通过光谱计算得到的CIE值落在白光区域，由此得到白光光源。其中FRET效率强烈依赖于给体受体间的距离，通常利用FRET现象的技术都需要通过特殊的设计，使得给体与受体间的距离在能够实现转移的范围内，达到较高效率的转移。

本发明的方法是在实验室已有技术的基础上，基于光子晶体可以对荧光光谱进行调控的原理，通过特定波长的光子晶体调节给体与受体的光谱，使得给体与受体的光谱匹配，从而得到白色荧光。本发明不需要经过繁琐的设计拉近能量转移中的给体-受体对，只需要借助光子晶体对荧光信号的放大作用，对于仅存在微弱的能量转移效应的荧光分子对，利用光子晶体增强光谱中较弱的荧光部分，从而获得白光光源。本发明的这一思路，目前未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用光子晶体调控二色荧光的光谱以得到白光光源的方法，利用光子晶体在光子禁带的频率范围内光不能透过而被反射的性质以及部分荧光共振能量转移的原理，用以调控二色荧光的光谱，实现紫外激发双波长发射，并对其中较弱的荧光部分选择性增强而对另外一部分光谱基本不产生影响。

本发明是以光子晶体选择性增强荧光染料的荧光强度，通过蓝、橙二基色复合获得白色荧光。本发明主要是利用光子晶体的光子禁带性质以及部分荧光共振能量转移(FRET)原理，在光子晶体薄膜上旋涂发射蓝、橙两种颜色的荧光染料掺杂的高分子薄膜。通过紫外光源激发，两种染料间发生部分荧光共振能量转移，同时发射蓝、橙两种不同波长的荧光，通过光子晶体的荧光调控作用使得二基色的荧光光谱相匹配，从而获得白色荧光。

本发明中涉及的调控二色荧光的光谱得到白光光源的方法，其基本要求是在不改变光子晶体结构和光学性质的基础上，利用光子晶体的光子禁带性质，在耐溶剂性的光子晶体上旋涂两种染料掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的氯仿溶液，耐溶剂性的光子晶体在某一范围内对一定波长的光具有反射的性质，而对于另外一些范围的光不会产生影响，从而实现对光谱的调控，增强光谱中较弱的部分，形成光谱匹配的白色荧光。

本发明利用光子晶体对荧光的选择性增强作用增强荧光共振能量转移中较弱的光，使得不需要经过特殊的设计拉近给体-受体间的距离以提高转移效率即可得到较强的受体发射荧光。本发明的方法使得在给体中只需要掺杂少量的受体，从而减小受体对给体的荧光淬灭效应。利用光子晶体对受体光谱的选择性增强以使其与给体光谱相匹配，由此得到高效率的白光光源。

本发明的基于光子晶体的白光光源的制备方法包括以下步骤：

(1)将含有浓度为0.3～0.5wt％的相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球的乳液置于恒温恒湿箱中，于温度为70～90℃和湿度为70～90％的条件下，采用自组装的方法，将上述相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球沉积在基底(如玻璃、硅片或不锈钢板等)上，在基底上形成由相同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳胶微球构成的光子晶体薄膜；