[发明专利]基于光子晶体的高效白光混合发光二极管的制备方法

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，尤其涉及一种基于光子晶体的高效白光混合发光二极管的制备方法。

背景技术

当今世界每年用于照明的能源占每年全球消耗能源量的 20%，由于世界所面临的环境恶化、能源短缺的重大挑战，人们迫切希望获得新一代光源来克服这些问题。固态照明的白光发光二极管（LED）由于具有小型化、长寿命、低功耗等优点，近几年引起科学界和工业界的极大兴趣和重视，被誉为将超越白炽灯、荧光灯的新一代照明光源。

目前，常见的用LED芯片制作产生白光的方法有三种：(1)  在455 -465 nm 的蓝光芯片直接涂覆YAG:Ce 的黄色荧光粉。这是利用蓝光LED芯片激发黄色荧光粉产生白光，但是由于光谱中缺少红光组分，光谱不够宽，因而复合形成的白光显色指数不高，难以满足低色温照明的要求。(2) RGB三基色LED芯片混合，即将绿、红、蓝三种芯片组合，同时通电，然后将发出的绿光、红光、蓝光按一定比例混合成白光。这类 LED 的优点是发光效率高，显色性好。但它的缺点就是，因三基色LED光衰不同，导致色温不稳定，出现光色漂移，并且此种方式的白光LED的控制电路比较复杂，成本较高。(3) 在LED紫外光芯片上涂覆RGB荧光粉，即采用的LED芯片发出的紫外光去激发红、绿、蓝三基色荧光粉，发出的红、绿、蓝光进行混合而获得白光。这种方式得到的白光LED，它芯片的激发能量比蓝光芯片的更高，因此可提高荧光粉激发效率；由于人眼对紫外光不敏感，因此白光LED器件的发光品质只受到荧光粉的影响；与蓝光转换型白光LED相比，色度和光度方面的稳定性较好，其荧光粉的发射光谱更宽、更接近自然白光的光谱，显色指数高，色坐标受到影响小。因此，紫外型白光LED被认为是继蓝光+黄色荧光粉型白光LED之后的新一代技术，具有潜在的发展前景。所以开发在紫外宽带激发的、具有高量子效率、热稳定性好的荧光粉成了近年来研究的热点。总体上，三基色RGB荧光粉在单项参数上取得了一些好的成果，但是其总的发光性能还需进一歩改进。

光子晶体的概念是由美国贝尔实验室的Yablonovitch和普林斯顿大学John在1987年分别独立提出的。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。研究发现，运用光子晶体的光子带隙原理，不仅可以提高半导体材料的发光效率，而且还能很好地控制器件的空间发光分布。但由于制备半导体二维光子晶体芯片成本较高，加工工艺繁琐，难以大规模生产，并不能取得广泛应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用光子晶体固体发光薄膜结合紫外型LED制备高效率的白光光源的方法。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，光子晶体的周期结构与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。这两方面协同作用能有效地提高白光光源的发光效率。

 本发明的制备方法中，对光子晶体固态发光薄膜的选择的基本要求是：首先要求光子晶体薄膜具有耐候性、稳定性，并且能在高温下保持良好的工作状态，因此对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。其次要求光子晶体的光子禁带位置合适，即光子晶体固态发光薄膜的光子禁带与所述的紫外型LED的激发波长相匹配，即光子晶体固态发光薄膜的光子禁带与紫外型LED的激发波长重合，这时光子晶体的周期结构与LED的激发光相互作用引起高强度近场能有效的激发发光材料的荧光。根据这个总的发明构思，可以将发明概括为三个技术方案，即基于光子晶体的高效白光混合LED的制备方法包括以下三种：

    1. 一种基于光子晶体的白光混合LED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粒子采用自组装的方法组装成光子晶体薄膜；

（2）将步骤（1）制备得到的光子晶体薄膜浸入掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液中，使掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液均匀渗入到光子晶体薄膜的间隙中，然后取出；用紫外灯照射掺杂有光引发剂和交联剂的聚合物单体溶液的光子晶体薄膜，使其中的聚合物单体聚合，聚合完成后，得到交联的光子晶体薄膜；