[發(fā)明專利]含三帶隙光子晶體的白光光源及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-06-27
• 公開（公告）號: CN105957944B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐朝華;李珩;孫寧
• 申請（專利權(quán)）人: 江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: H01L33/50
• 分類號: H01L33/50;H01L33/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)光與照明技術(shù)領(lǐng)域，涉及光子晶體的應(yīng)用技術(shù)，尤其涉及利用三帶隙光子晶體的三光子帶隙特性和包覆技術(shù)，以提高白光光源發(fā)光強(qiáng)度和穩(wěn)定性的制備方法。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)照明光源白熾燈、熒光燈相比，白光具有安全環(huán)保、無輻射、低能耗、高亮度、長壽命、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、平面化、重量輕、方向性好、響應(yīng)快以及抗震等優(yōu)點，并且傳統(tǒng)的白色光源，由于高溫與大的斯托克斯位移會造成極大的能量損失，其發(fā)光效率幾乎達(dá)到了他們的物理極限，而基于半導(dǎo)體白光可以通過減少結(jié)附近電子空穴對的非福射重組和設(shè)置一個新型的結(jié)構(gòu)來提高量子效率，從而提高白光的發(fā)光效率。隨著全球能源短缺問題的突顯和環(huán)保的要求，白光因其本身所具備的優(yōu)點，使得它在照明市場越來越受到人們的關(guān)注，會取代耗能高的白熾燈和易污染環(huán)境的汞激發(fā)熒光燈，成為世紀(jì)最具發(fā)展前景的綠色照明光源。

白光作為新一代的固體照明光源，是目前研究的一個熱點。白色是由三基色紅、綠、藍(lán)按亮度比例混合而成，當(dāng)光線紅、綠、藍(lán)三種顏色的亮度分別按照69%、21%和10%混合時，人眼感覺到的就是純白色。利用近紫外芯片發(fā)出的近紫外光激發(fā)紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉，通過調(diào)整三色熒光粉的配比而得到白光。通過此方法組裝的白光的顯色指數(shù)較高，類似于三基色熒光燈。但是此方法采用多種熒光粉混合，使得對熒光粉的相對比例較難控制，加大了實驗難度，而且目前轉(zhuǎn)換效率較高的紅色和綠色熒光粉多為硫化物，這類熒光粉穩(wěn)定性差、光衰較快，所以并沒有批量使用。半導(dǎo)體量子點由于具有發(fā)光線寬窄、光致發(fā)光效率高，且不同大小的量子點能被單一波長的光激發(fā)而發(fā)出不同顏色的光等特點，因此以量子點作為發(fā)光層的發(fā)光二極管是極具潛力的下一代顯示和固態(tài)照明光源。但半導(dǎo)體量子點作為發(fā)光光源，存在發(fā)光穩(wěn)定性方面的問題，而且紅、綠、藍(lán)三基色量子點混合依然會存在光的重吸收問題從而影響發(fā)光效率，三基色之間的配比也很難控制。因此，研究新的策略和方法以提高紅、綠、藍(lán)三基色量子點的穩(wěn)定性，同時避免三基色量子點之間的干擾，而且在受激勵時有效的提升量子點的發(fā)光效率，從而得到高性能的固態(tài)白光光源，是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，首先本發(fā)明考慮增強(qiáng)量子點的穩(wěn)定性。為了增強(qiáng)量子點的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，通常需要對量子點表面進(jìn)行修飾或包覆。據(jù)最新發(fā)現(xiàn)，量子點若被包覆在顆粒內(nèi)部會影響量子點的發(fā)光效率，因此，本發(fā)明以單分散性顆粒為內(nèi)核，在其外表面通過靜電作用均勻分散一層量子點，然后在量子點層外面包裹一層致密的二氧化硅薄層得到單分散性熒光顆粒，這樣可以大大提高量子點的穩(wěn)定性，避免了量子點與外界環(huán)境直接接觸，防止量子點泄露，而且熒光顆粒還可以降低量子點由于本身濃度提高而引起的猝滅效應(yīng)。更重要的是，量子點在熒光顆粒中分布均勻，在制備白光發(fā)光二極管的過程中可以避免量子點在膠體中緩慢沉淀，保證白光光源的光度色度一致性。

另一方面，為避免在混合過程中紅、綠、藍(lán)三基色量子點之間光重吸收問題，本發(fā)明將紅、綠、藍(lán)三基色量子點分別包覆在單分散性顆粒中，得到紅、綠、藍(lán)三色熒光顆粒。最值得一提地是，本發(fā)明有目的地選擇三種不同粒徑的單分散性顆粒最后分別制備得到單分散性紅、綠、藍(lán)三基色熒光顆粒，通過三次自組裝的方法組裝成三光子帶隙的光子晶體，最優(yōu)于紅色熒光顆粒組裝成光子帶隙在紅色區(qū)域的光子晶體，綠色熒光顆粒組裝成光子帶隙在綠色區(qū)域的光子晶體，藍(lán)色熒光顆粒組裝成光子帶隙在藍(lán)色區(qū)域的光子晶體，最終得到三光子帶隙的光子晶體。雖然目前利用光子晶體提高半導(dǎo)體芯片的發(fā)光效率研究很多，但基于三光子帶隙光子晶體的白光光源及其制備方法，實現(xiàn)對白光光源發(fā)光強(qiáng)度及穩(wěn)定性的提高尚未見報道。

本發(fā)明的目的是提供一種將三光子帶隙光子晶體固態(tài)發(fā)光薄膜與紫外型LED相結(jié)合，從而得到發(fā)光性能優(yōu)異的白光光源及其制備方法。本發(fā)明利用包裹技術(shù)和光子晶體的三光子帶隙特性，一方面，通過分別合成單分散性紅、綠、藍(lán)三色熒光顆粒，提高量子點的穩(wěn)定性，以及量子點在熒光顆粒中分布的均勻性；另一方面，光子晶體的三光子帶隙特性分別與組裝單元紅、綠、藍(lán)三基色熒光顆粒的發(fā)射光譜相匹配，通過光子帶隙帶邊的慢反應(yīng)效應(yīng)能有效增強(qiáng)熒光的發(fā)光強(qiáng)度，而且光子晶體的三光子帶隙可以對特定波長光的調(diào)控作用，能夠選擇性地實現(xiàn)對熒光信號的增強(qiáng)。這幾方面協(xié)同作用能有效地提高白光光源的發(fā)光性能。

本發(fā)明首先制備一種高熒光強(qiáng)度、發(fā)光性能穩(wěn)定的三種不同粒徑的紅、綠、藍(lán)三基色熒光顆粒，進(jìn)而采用自組裝的方法組裝成三帶隙光子晶體固態(tài)發(fā)光薄膜，結(jié)合紫外型LED制備得到高發(fā)光性能的白光光源。