光子晶體結(jié)構(gòu)包括閃爍體2及光子晶體1，光子晶體I緊密貼合于閃爍體2的表面，光子晶體I由呈六角形或四邊形周期排列的光子晶體微結(jié)構(gòu)101組成，單個(gè)光子晶體微結(jié)構(gòu)101為柱狀、錐狀、長方體形或多面體形狀；光子晶體微結(jié)構(gòu)101間距為200?2000nm，高度為50?800nm，圓柱型的光子晶體微結(jié)構(gòu)101直徑為100?lOOOnm、錐狀的光子晶體微結(jié)構(gòu)101的最大邊長為100?lOOOnm、長方體型的光子晶體微結(jié)構(gòu)101寬度和長度為100?lOOOnm、多面體型的光子晶體微結(jié)構(gòu)101邊長為100?100nm ；光子晶體I由透明的有機(jī)聚合物材料通過紫外光照、加熱或輻照等方式固化而成；光子晶體微結(jié)構(gòu)101最優(yōu)尺寸依據(jù)閃爍體2發(fā)光特性和有機(jī)聚合物材料特性后優(yōu)化計(jì)算后給出。
[0033]實(shí)施例2。具體步驟依據(jù)箭頭指示順序按照(a)?(f)逐步進(jìn)行。第一步，根據(jù)閃爍體2的材料特性和發(fā)光特性設(shè)計(jì)光子晶體微結(jié)構(gòu)101的最后尺寸，在基片上制作與光子晶體微結(jié)構(gòu)101尺寸相同、排布規(guī)律完全相同的正向微結(jié)構(gòu)301，形成光子的陽模板3 ;第二步，在陽模板3有正向微結(jié)構(gòu)301的一面涂覆一層聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚二甲基硅氧烷自然展開并填滿正向微結(jié)構(gòu)301之間的縫隙，聚二甲基硅氧烷厚度大于正向微結(jié)構(gòu)301的高度；第三步，待聚二甲基硅氧烷自然固化后形成陰模板4，填充正向微結(jié)構(gòu)301間隙的聚二甲基硅氧烷自然固化后形成反式微結(jié)構(gòu)401，整個(gè)二甲基硅氧烷固化后即成為陰模板4，將陰模板4與陽模板3分開；第四步，在閃爍體2表面涂覆一層透明的有機(jī)聚合物5，有機(jī)聚合物5的厚度大于正向微結(jié)構(gòu)301的高度；第五步，將陰模板4有反式微結(jié)構(gòu)401的一面覆于有機(jī)聚合物5上，并對陰模板4均勻施加壓力使有機(jī)聚合物5充滿反式微結(jié)構(gòu)401的間隙，利用紫外光照或加熱或射線輻照方法使有機(jī)聚合物5固化成型；第六步，保持有機(jī)聚合物5與閃爍體2緊密貼合，將陰模板4與有機(jī)聚合物5分離，充滿反式微結(jié)構(gòu)401間隙的有機(jī)聚合物5固化后即為光子晶體微結(jié)構(gòu)101，整個(gè)固化后的有機(jī)聚合物5就是制作的光子晶體I。
[0034]制作陽模板3的基片的表面粗糙度小于lOOOnm。
[0035]陽模板3上澆注的聚二甲基硅氧烷厚度不小于陽模板3的正向微結(jié)構(gòu)301高度；閃爍體2表面旋涂的有機(jī)聚合物5厚度不大于陽模板3的正向微結(jié)構(gòu)301的高度。
[0036]實(shí)施例3。閃爍體2為美國ELJEN公司生產(chǎn)的直徑3cm、厚度Imm塑料閃爍材料EJ212 ;光子晶體I由成六角形周期排列的圓柱狀光子晶體微結(jié)構(gòu)101組成，相鄰圓柱狀光子晶體微結(jié)構(gòu)101間距600nm，單個(gè)光子晶體微結(jié)構(gòu)101直徑300nm、高度310nm ;陽模板3的基片材料為半導(dǎo)體硅，其上的正向微結(jié)構(gòu)301采用電子束刻蝕工藝制成。陰模板4采用涂覆在陽模板3表面的聚二甲基硅氧烷自然固化形成；在閃爍體2表面旋涂的有機(jī)聚合物5為英國EM Resist Ltd公司出品的PMMA光刻膠；將陰模板4有反式微結(jié)構(gòu)401的一面壓于有機(jī)聚合物5之上，對陰模板4施加壓力，并采用加熱的方式使有機(jī)聚合物5固化，固化時(shí)的工作溫度為250°C，固化工作時(shí)間為1min ;將陰模板4與固化后的有機(jī)聚合物5 (PMMA光刻膠)分離，并保持有機(jī)聚合物5緊貼閃爍體2表面，原來填充入反式微結(jié)構(gòu)401間隙的有機(jī)聚合物5固化后形成了光子晶體微結(jié)構(gòu)101，整個(gè)有機(jī)聚合物即為光子晶體I。從圖3可以看出，閃爍體表面呈光子晶體結(jié)構(gòu)。
[0037]從圖4可以看出，表面有光子晶體的閃爍體所對應(yīng)的閃爍體2及其光子晶體1，無表面光子晶體結(jié)構(gòu)閃爍體是指同一批次出產(chǎn)、同樣尺寸的塑料閃爍材料EJ212。以閃爍材料EJ212表面的法線為中心線，0°?60°范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明表面有光子晶體I的閃爍體2表面光輸出得到顯著增強(qiáng)，0°方向即法線方向性光輸出增強(qiáng)了 52%，在20°的方向上光輸出增加最大，達(dá)到105%。
[0038]從圖5可以看出，光子晶體I與閃爍體2與圖4中一致。以閃爍體2法線為基準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明閃爍體2在-90°?90°范圍內(nèi)光輸出都有顯著的增強(qiáng)，0°方向即法線方向性發(fā)光增強(qiáng)了 60%，在±20°的發(fā)射方向上光輸出增強(qiáng)最大，達(dá)到105%。
[0039]實(shí)施例4。閃爍體2為上海硅酸鹽研究所生產(chǎn)的直徑2cm、厚度2mm硅酸釔無機(jī)閃爍材料；光子晶體I由成四邊形周期排列的長方體光子晶體微結(jié)構(gòu)101組成，相鄰圓柱狀光子晶體微結(jié)構(gòu)101間距500nm，單個(gè)光子晶體微結(jié)構(gòu)101邊長350nm、高度350nm ;陽模板3的基片材料為半導(dǎo)體硅，其上的正向微結(jié)構(gòu)301采用電子束刻蝕工藝制成。陰模板4采用涂覆在陽模板3表面的聚二甲基硅氧烷自然固化形成；在閃爍體2表面旋涂的有機(jī)聚合物5為英國EM Resist Ltd公司出品的PMMA光刻膠；將陰模板4有反式微結(jié)構(gòu)401的一面壓于有機(jī)聚合物5之上，對陰模板4施加壓力，并采用紫外光照射的方式使得有機(jī)聚合物5固化，紫外光照時(shí)間為15min ;將陰模板4與固化后的有機(jī)聚合物5分離，并保持有機(jī)聚合物5緊貼閃爍體2表面，原來填充入反式微結(jié)構(gòu)401間隙的有機(jī)聚合物5固化后形成了光子晶體微結(jié)構(gòu)101，整個(gè)有機(jī)聚合物即為光子晶體I。
[0040]該發(fā)明的閃爍體表面光子晶體結(jié)構(gòu)及制作方法對于其他種類的固體閃爍體都適用，在此不一一列舉具體實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括閃爍體⑵及光子晶體(I)，光子晶體(I)緊密貼合于閃爍體(2)的表面，光子晶體(I)由呈六角形或四邊形周期排列的光子晶體微結(jié)構(gòu)(101)組成，光子晶體(I)由透明的有機(jī)聚合物材料通過紫外光照、加熱或輻照方式固化而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光子晶體微結(jié)構(gòu)(101)是圓柱型、錐狀、長方體型或多面體型的任一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光子晶體微結(jié)構(gòu)(101)間距為200?2000nm，高度為50?800nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光子晶體微結(jié)構(gòu)(101)是圓柱型時(shí)，其直徑為100?100nm05.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光子晶體微結(jié)構(gòu)(101)是錐狀時(shí)，其最大邊長為100?lOOOnm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光子晶體微結(jié)構(gòu)(101)是長方體型時(shí)，其寬度和長度為100?lOOOnm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光子晶體微結(jié)構(gòu)(101)是多面體型時(shí)，其邊長為100?100nm08.—種權(quán)利要求1所述閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、依據(jù)閃爍體(2)發(fā)射的熒光與介質(zhì)的電磁作用規(guī)律，獲得與閃爍體(2)發(fā)光特性最優(yōu)匹配的光子晶體微結(jié)構(gòu)(101)的尺寸，并在基片上制作與計(jì)算的光子晶體微結(jié)構(gòu)(101)尺寸相同的正向微結(jié)構(gòu)(301)，具有正向微結(jié)構(gòu)(301)的基片即為陽模板(3); 步驟二、在陽模板(3)有正向微結(jié)構(gòu)(301)的一面表面澆注一層聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷將自然展開并充滿正向微結(jié)構(gòu)(301)的間隙，等待聚二甲基硅氧烷固化后將其與陽模板(3)分開，得到一個(gè)聚二甲基硅氧烷制成的、一面有反式微結(jié)構(gòu)(401)的陰模板(4); 步驟三、在閃爍體(2)表面旋涂一層透明的有機(jī)聚合物(5)，將陰模板(4)帶有反式微結(jié)構(gòu)(401)的一面覆于有機(jī)聚合物(5)之上，對陰模板(4)施加壓力使有機(jī)聚合物(5)充滿反式微結(jié)構(gòu)(401)的間隙，利用紫外光照、輻照或加熱方法使有機(jī)聚合物(5)逐漸固化成型； 步驟四、保持有機(jī)聚合物(5)與閃爍體(2)表面緊密貼合，并將陰模板(4)與固化后的有機(jī)聚合物(5)分離，填充進(jìn)入反式微結(jié)構(gòu)(401)間隙的有機(jī)聚合物(5)固化即形成光子晶體微結(jié)構(gòu)(101)，固化后的整個(gè)有機(jī)聚合物(5)即為光子晶體(I)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:所述制作陽模板⑶的基片，其表面粗糙度小于100nm010.根據(jù)權(quán)利要求8所述閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于:所述陽模板(3)上澆筑的聚二甲基硅氧烷厚度不小于陽模板(3)的正向微結(jié)構(gòu)(301)高度；閃爍體(2)表面旋涂的有機(jī)聚合物(5)厚度不大于陽模板(3)的正向微結(jié)構(gòu)(301)的高度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)及其制作方法，用于解決現(xiàn)有閃爍體光輸出效率低的技術(shù)問題。技術(shù)方案是閃爍體光子晶體結(jié)構(gòu)包括閃爍體和光子晶體兩部分，光子晶體由一系列成六角型或四邊型周期性排列光子晶體微結(jié)構(gòu)構(gòu)成。光子晶體制作方法包括陽模板制作、陰模板制作、聚合物涂覆及固化、脫模處理等步驟。由于在閃爍體表面制作一層尺度與閃爍體發(fā)光波長相當(dāng)?shù)闹芷谂挪脊庾泳w微結(jié)構(gòu)，通過光子晶體微結(jié)構(gòu)組成的光子晶體對閃爍體熒光的調(diào)制作用，降低閃爍體熒光在界面處的全反射和閃爍體內(nèi)部光的多次散射，使閃爍熒光盡快從閃爍體表面出射出來，提高了閃爍體光輸效率。
【IPC分類】G01T1/20
【公開號(hào)】CN105068106
【申請?zhí)枴緾N201510386257
【發(fā)明人】劉金良, 劉波, 朱智超, 陳亮, 歐陽曉平, 程傳偉, 胡靜
【申請人】西北核技術(shù)研究所, 同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月3日