[发明专利]含双带隙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，尤其涉及利用双带隙光子晶体的双光子带隙特性和大的比表面积，以提高白光光源发光强度的制备方法。

背景技术

白光发光二极管（LED）是一种新型固体冷光源, 与传统的白炽灯和荧光灯相比, 它具有小型化、长寿命、低功耗等优点，被誉为将超越白炽灯、荧光灯的新一代照明光源。白光 LED 主要应用于大屏幕显示、各种指示灯、部分道路照明、景观照明等，并迅速向汽车尾灯、LCD背光源、家庭照明等领域发展。

目前白光 LED 制作工艺，多以 GaN 蓝光芯片涂敷 YAG 荧光粉实现，其色温不易控制在5 000 K 以下，且显色指数一般小于 80，无法应用于对色温和显色指数要求较高的场合。而使用红、绿和蓝色三个半导体芯片实现白光 LED 的方法虽然可以在比较宽和比较低的色温范围内，实现较高的显色指数，但由于红、绿、蓝三芯片光衰不一致，导致使用过程中白光 LED 光色参数变化范围较大，必须加适当的控制线路才能保证其光色参数稳定，器件生产成本高，且线路复杂。为解决上述问题，采用紫外芯片作为激发源，激发红、绿、蓝三基色荧光粉，类似荧光灯中实现白光照明的做法，已成为国内外 LED 白光照明研究领域的研究热点。但商业化应用的红色荧光粉Y₂O₂S:Eu³⁺ 在发光效率和稳定性上远低于绿色和蓝色荧光粉，这对三基色LED 的发展可以说是一种限制。因此，研究新的荧光粉材料，特别是红色荧光粉，提高红色、蓝色、绿色荧光粉在受激励时的转化效率以提升LED的性能，是非常重要的。

光子晶体是指由两种或者多种具有不同介电常数的材料在空间周期性排列而形成的一种新型人造材料，利用其独特的光子带隙特性可控制光子的运动状态，在低阈值激光器、发光二极管及微谐振腔等方面具有广阔的应用前景。目前利用光子晶体提高半导体芯片的发光效率研究很多，但基于双带隙光子晶体的白光光源的制备方法，实现对白光光源发光强度的提高尚未见报道。 

发明内容

本发明的目的是提供一种将双带隙光子晶体固态发光薄膜与紫外型LED相结合，从而得到高发光强度白光光源的制备方法。本发明利用光子晶体的大孔和周期有序的结构，一方面，光子晶体大的比表面积使得发光材料有更大的分布，故能有效地减少分子间的相互作用，降低荧光猝灭；另一方面，光子晶体的双光子带隙特性与LED的激发光相互作用引起高强度近场能有效的激发材料的荧光，大大提高了材料的转换效率，而且光子晶体的双光子带隙可以对特定波长光的调控作用，能够选择性地实现对荧光信号的增强。这几方面协同作用能有效地提高白光光源的发光强度。

 本发明设计的双带隙光子晶体的光子带隙应满足以下条件：双带隙光子晶体的其中一个光子带隙要与紫外型LED的激发波长相匹配（即重合）；双带隙光子晶体的另一个光子带隙要与红色发光材料发射波长的峰位相匹配，红色发光材料受激后激发更多的红色光，在与已经存在的绿、蓝发光材料合理的组合后能有效地提高转换效率，三种光谱复合从而获得白光光源，这充分体现双带隙光子晶体在三基色白光 LED 应用中的优势。

本发明不局限于利用光子晶体的双光子带隙特性选择性增强红色发光材料的发光强度，也可选择性提高蓝色或绿色发光材料的发光强度。也就是说，光子晶体的双光子带隙特性能够选择性增强三色光谱中较弱的部分，从而形成光谱匹配的白光光源。

 本发明的制备方法中，对双带隙光子晶体固态发光薄膜的选择的基本要求是：首先要求双带隙光子晶体固态发光薄膜具有稳定性，并且能在高温下保持良好的工作状态，因此对该薄膜的材料有严格要求，选用无机氧化物或交联的聚合物材料可以满足以上条件。其次要求双带隙光子晶体的双光子禁带位置合适，即双带隙光子晶体固态发光薄膜的双光子禁带要分别与紫外型LED的激发波长和红色发光材料的发射波长的峰位相匹配。根据这个总的发明构思，可以将发明概括为三个技术方案，即含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法包括以下三种：

     1. 一种含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤：

（1）将一定浓度的单分散聚合物颗粒采用自组装的方法在基材上组装成单带隙光子晶体薄膜，然后再将另一含一定浓度的单分散聚合物颗粒采用自组装的方法对上述已组装过单带隙光子晶体薄膜的基材进行组装，在基材上可得到双带隙光子晶体薄膜，其中，上述两种单分散聚合物颗粒的粒径不同，且各自聚合物颗粒的粒径相同；