一種具有光子晶體的發(fā)光二極管及其制備方法
【專利摘要】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)。本發(fā)明一種具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于：包括基底層，所述基底層包含裝有藍(lán)光LED芯片，所述芯片上設(shè)有光子晶體層；所述光子晶體層包括含有熒光物質(zhì)的單分散顆粒周期陣列，所述顆粒周期陣列緊貼芯片設(shè)置；所述光子晶體層的光子帶隙與所述的熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜相匹配。本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單、制備成本低廉，得到發(fā)光性能優(yōu)異的白光光源。
【專利說(shuō)明】
一種具有光子晶體的發(fā)光二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]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)，尤其涉及一種具有光子晶體的高性能發(fā)光二極管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為應(yīng)對(duì)全球日益加劇的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題，節(jié)能減排成為材料化學(xué)學(xué)科的主要研究攻關(guān)目標(biāo)之一。發(fā)展高效固態(tài)照明，逐步淘汰落后的照明產(chǎn)品，對(duì)于中國(guó)照明行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、升級(jí)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)任務(wù)，積極應(yīng)對(duì)全球氣候變化具有重要意義。白光固態(tài)照明，如OLED和LED因其具有節(jié)能、高效、長(zhǎng)壽命、使用方便等特點(diǎn)，成為續(xù)白熾燈、熒光燈之后的新一代綠色環(huán)保照明光源，逐漸成為產(chǎn)業(yè)界的研究熱點(diǎn)。藍(lán)光芯片和熒光粉組合實(shí)現(xiàn)白光的方式，自年被日本日亞公司提出，到現(xiàn)在仍為白光的主要實(shí)現(xiàn)方式之一，已經(jīng)受到了許多研究工作者的重視，并開展了一系列的研究。白光目前主要存在的問題有三個(gè)方面:一是顯色指數(shù)不足;二是相關(guān)色溫較高，難以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明和高質(zhì)量照明的要求；三是發(fā)光強(qiáng)度有待進(jìn)一步提高。
[0003]光子晶體的出現(xiàn)為發(fā)光強(qiáng)度的增強(qiáng)提供新的思路。光子晶體的概念是由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Yablonovitch和普林斯頓大學(xué)John在1987年分別獨(dú)立提出的。光子晶體是指由兩種或者多種具有不同介電常數(shù)的材料在空間周期性排列而形成的一種新型人造材料，利用其獨(dú)特的光子帶隙特性可控制光子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用光子晶體的光子帶隙原理，不僅可以提高半導(dǎo)體材料的發(fā)光效率，而且還能很好地控制器件的空間發(fā)光分布。但由于制備半導(dǎo)體二維光子晶體芯片成本較高，加工工藝繁瑣，難以大規(guī)模生產(chǎn)，并不能取得廣泛應(yīng)用。我們以前的專利CN201310278799.6已經(jīng)涉及到利用光子晶體提高白光強(qiáng)度，但由于熒光材料涂覆在光子晶體表面或間隙，尤其是選用的熒光物質(zhì)為有機(jī)物時(shí)，長(zhǎng)期受LED照射熒光會(huì)發(fā)生漂白作用，引起光源發(fā)光穩(wěn)定性變差，使用壽命縮短，限制其實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)光性能穩(wěn)定、發(fā)光效率高的具有光子晶體的發(fā)光二極管及其制備方法。本發(fā)明將裸露于藍(lán)光LED的發(fā)光材料通過(guò)溶脹分散技術(shù)制備得到單分散優(yōu)異、亞微米尺寸的熒光微球。目前已有的熒光微球制備方法中，吸附法、鍵合法、包覆法等表面修飾方法制得的微球穩(wěn)定性差，熒光分子容易脫落、泄露。包埋法、共聚法等存在熒光材料干擾聚合反應(yīng)過(guò)程的現(xiàn)象。而溶脹法以其操作簡(jiǎn)單，制得的熒光微球性質(zhì)穩(wěn)定、可以精確定量熒光物質(zhì)，從而引起廣泛關(guān)注。溶脹分散技術(shù)是一種能將熒光物質(zhì)固定在聚合物微球內(nèi)部的有效方法。該方法具有簡(jiǎn)單、易操作、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。溶脹分散技術(shù)主要結(jié)合了利用溶劑將聚合物溶脹的第一步和將熒光物質(zhì)分散嵌入聚合物內(nèi)部的第二步，并隨著溶劑的移除使得聚合物收縮，使得熒光物質(zhì)固定在微球內(nèi)部。更重要的是，溶脹法保持了原有聚合物微球良好的單分散性，為組裝成為有序的光子晶體提供了有力的保障。同時(shí)，本發(fā)明也避免了復(fù)雜設(shè)計(jì)和多步合成新型高效熒光物質(zhì)的過(guò)程。本發(fā)明提供一種單分散優(yōu)異、亞微米尺寸熒光微球的制備方法，繼而構(gòu)筑高質(zhì)量的光子晶體層，利用光子晶體層的光子禁帶與熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜相匹配，得到高效、穩(wěn)定的白光發(fā)光二極管。
[0005]本發(fā)明一方面，利用溶脹法將熒光物質(zhì)包覆在聚合物微球內(nèi)部，能夠避免LED長(zhǎng)期照射引起的熒光漂白作用，從而增強(qiáng)發(fā)光的穩(wěn)定性;另一方面，本發(fā)明引入光子晶體的周期結(jié)構(gòu)，使光子晶體的光子帶隙與熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜相匹配，通過(guò)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。這兩方面協(xié)同作用得到發(fā)光性能優(yōu)異的白色固態(tài)光源，一定程度解決目前發(fā)光效率低和穩(wěn)定性差的問題。
[0006]本發(fā)明的制備方法中，對(duì)光子晶體層選擇的基本要求是:首先要求組裝成光子晶體層的熒光微球的單分散性優(yōu)異，其單分散度在5%以下。其次要求光子晶體的光子禁帶位置合適，即光子晶體層的光子禁帶要與熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜相匹配，最優(yōu)于光子晶體光子禁帶的帶邊與熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜重合，這時(shí)在光子禁帶內(nèi)光子局域態(tài)密度減小，根據(jù)態(tài)密度守恒原則，帶邊光子局域態(tài)密度奇異增加，光的群速度也非常小，在這種情況下，光子能與光子晶體的共振模式相耦合，然后通過(guò)布拉格散射出光子晶體結(jié)構(gòu)，因此極大地減少了平面光波導(dǎo)對(duì)光的損失。而且，光子晶體光子禁帶附近，高的態(tài)密度能增強(qiáng)光子的耦合作用，從而有效的增強(qiáng)發(fā)光材料的熒光，最終提高白光的發(fā)光效率。
[0007]本發(fā)明選擇已經(jīng)固定好藍(lán)光芯片的直接作為起始物，采用自組裝方法在發(fā)光二極管的反光碗中組裝成光子晶體層，將涂布光子晶體層的支架固定于封裝模具當(dāng)中，將模具至于已經(jīng)調(diào)配好的粘結(jié)劑中，之后取出，置于真空干燥箱除盡氣泡，待完全固化之后，脫模，剪切之后即得發(fā)光二極管。
[0008]
I.一種具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于:包括基底層，所述基底層包含裝有藍(lán)光LED芯片，所述芯片上設(shè)有光子晶體層;所述光子晶體層包括含有熒光物質(zhì)的單分散顆粒周期陣列，所述顆粒周期陣列緊貼芯片設(shè)置;所述光子晶體層的光子帶隙與所述熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜相匹配。
[0009]所述的單分散顆粒為單分散聚合物顆粒，所述聚合物顆粒是單分散三嵌段聚合物顆粒、單分散聚苯乙烯顆粒、單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆粒或聚丙烯酰胺顆粒。
[0010]所述的單分散顆粒的粒徑為100-400 nm，優(yōu)選于250 nm?350 nm。
[0011]所述的單分散顆粒的單分散度在5%以下，優(yōu)選于在3%以下。
[0012]所述的光子晶體層的厚度為500 nm?3μηι左右，優(yōu)選于500 nm?Iym0
[0013]所述的光子晶體層的光子帶隙與所述熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜相匹配，優(yōu)選于光子晶體層的光子禁帶的帶邊與熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜重合。
[0014]所述的熒光物質(zhì)是熒光分子，如羅丹明6G，羅丹明B中的一種，或由半導(dǎo)體材料(通常由Π B-VIA或ΙΠΑ- VA元素組成)制成的，粒徑在2_20nm的量子點(diǎn)，優(yōu)選粒徑在2_6 nm的納米粒子，如 CdS、CdTe、CdSe、InAs、InP、CuInS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、CdSSe/ZnS、InP/ZnS、CuInS/ZnS 中的一種。
[0015]—種具有光子晶體的發(fā)光二極管的制備方法，其特征是，所述的制備方法包括以下步驟:
(a)預(yù)先準(zhǔn)備粒徑均一的單分散顆粒；
(b)將步驟(a)得到的單分散顆粒分散于有機(jī)溶劑中采用溶脹劑將一定量的熒光物質(zhì)引入到顆粒內(nèi)部得到含熒光物質(zhì)的單分散顆粒；
(C)將步驟(b)制備得到含熒光物質(zhì)的單分散顆粒按照一定濃度分散到水或乙醇中，采用自組裝的方法組裝成光子晶體層涂布于裝有藍(lán)光LED芯片的基底層的反光碗上；
(d)將涂布光子晶體層的支架固定于封裝模具當(dāng)中，將模具至于已經(jīng)調(diào)配好的粘結(jié)劑中，之后取出，置于真空干燥箱除盡氣泡，待完全固化之后，脫模，剪切之后即白光發(fā)光二極管。
[0016]所述的單分散顆粒為單分散聚合物顆粒，所述聚合物顆粒是單分散三嵌段聚合物顆粒、單分散聚苯乙烯顆粒、單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆?；蚓郾０奉w粒。
[0017]所述的熒光物質(zhì)的質(zhì)量與所述單分散顆粒的質(zhì)量之比為1:100?1:10，優(yōu)選于I:100?1:20。
[0018]所述的含熒光物質(zhì)的單分散顆粒按照一定濃度分散到水或乙醇中，所述的一定濃度為0.2 wt%?10 *七％，優(yōu)選為0.5 wt%?5 wt%0
[0019]所述的單分散顆粒的粒徑為100-400 nm，優(yōu)選于250 nm?350 nm。
[0020]所述的單分散顆粒的單分散度在5%以下，優(yōu)選于在3%以下。
[0021]所述的熒光物質(zhì)是發(fā)射橙黃色的熒光，發(fā)射波長(zhǎng)為500-700nm，優(yōu)選于550-650nmD
[0022]所述的熒光物質(zhì)是熒光分子，如羅丹明6G，羅丹明B中的一種，或由半導(dǎo)體材料(通常由ΠΒ-VIA或MA-VA元素組成)制成的，粒徑在2-20nm的量子點(diǎn)，優(yōu)選粒徑在2-6nm的納米粒子，如 CdS、CdTe、CdSe、InAs、InP、CuInS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、CdSSe/ZnS、InP/ZnS、CuInS/ZnS 中的一種。
[0023]所述的有機(jī)溶劑為異丙醇、十二烷基硫酸鈉水溶液中的一種。
[0024]所述的溶脹劑為甲苯、氯仿、二氯甲烷、丙酮或四氫呋喃中的一種或幾種。
[0025]所述的粘結(jié)劑是環(huán)氧樹脂、硅樹脂或聚碳酸酯。
[0026]所述的光子晶體層的光子帶隙要與所述熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜相匹配，優(yōu)選于光子晶體層的光子禁帶的帶邊與熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜重合。
[0027]所述的藍(lán)光LED的波長(zhǎng)為420?500 nm，優(yōu)選為450?485 nm，光強(qiáng)度為2.5?25mw/cm2ο
[0028]所述的自組裝的方法選自噴墨打印法、噴涂法或旋涂法中的一種。
[0029]本發(fā)明方法制備得到的具有光子晶體的發(fā)光二極管，比不含光子晶體層的現(xiàn)有LED的發(fā)光強(qiáng)度能提高3?6倍，所發(fā)白光的色度值根據(jù)1931CIE-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)在白光(0.33，0.33)附近，與純白光高度匹配，同時(shí)受藍(lán)光LED長(zhǎng)時(shí)間照射發(fā)光性能穩(wěn)定。因此，本發(fā)明所得的白光光源具有良好的色匹配，對(duì)于背后照明、照明光、全色顯示具有重要的意義。
[0030]本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單、制備成本低廉。本發(fā)明的制備方法得到的白光光源的發(fā)光性能優(yōu)異，可應(yīng)用于顯示器件的白色背景照明、輔助光源和白色照明光源等。
[0031]本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于:
1.本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉，可以大面積的制備白色發(fā)光光源。
[0032]2.本發(fā)明利用溶脹分散技術(shù)將熒光物質(zhì)包埋在單分散顆粒內(nèi)部，避免LED長(zhǎng)期照射引起的熒光漂白作用，從而增強(qiáng)發(fā)光的穩(wěn)定性;另一方面，本發(fā)明引入光子晶體的周期結(jié)構(gòu)，使白光的發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光效率得到了較大地提高。
[0033]3.本發(fā)明對(duì)于白光照明的發(fā)光性能提高具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。
[0034]以下結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1.通過(guò)溶脹法制得含有熒光物質(zhì)的單分散顆粒的示意圖。
[0036]圖2.本發(fā)明實(shí)施例1所得的含有熒光物質(zhì)的單分散顆粒的透射電子顯微鏡照片。
[0037]圖3.本發(fā)明實(shí)施例1所得的含有熒光物質(zhì)的單分散顆粒的掃描電鏡照片。
[0038]圖4.本發(fā)明實(shí)施例1所得的光子晶體層的透射光譜與熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜圖。
[0039]圖5.所得LED裝置的發(fā)光光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]實(shí)施例1
(I)聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)(P(St-MMA-AA))顆粒的制備:P(St-MMA-AA)顆粒通過(guò)一步乳液聚合的方法制備而成。稱取0.25 g碳酸氫銨NH4HCO3放入100 mL三口燒瓶，加入4 mL乳化劑十二烷基苯磺酸鈉溶液(濃度為I 8/1)，稱取單體9.5 g苯乙烯，
0.5 g甲基丙烯酸甲酯，0.5 g丙烯酸加入燒瓶，加入去離子水，保持燒瓶中水相體積為50mL。引發(fā)劑過(guò)硫酸銨0.2 g溶于10 mL去離子水配成溶液待用。開啟攪拌器攪拌，并控制水浴溫度為70°C，二十分鐘后加入引發(fā)劑進(jìn)行反應(yīng)。1.5 h后升溫到80°C并保持此溫度反應(yīng)4 h，結(jié)束反應(yīng)后收集產(chǎn)品即可制備出的單分散P(St-MMA-AA)顆粒，通過(guò)型號(hào)為ZetaPALSB1-90plus粒度儀測(cè)量其單分散度(即多分散性指數(shù)PdI值)為1.03%，顆粒的直徑為264nm，用去離子水進(jìn)行2-3次離心洗滌，干燥后即得P (St-ΜΜΑ-ΑΑ)粉末。
[0041 ] (2)溶脹法制備含有熒光物質(zhì)的單分散P(St-MMA-AA)顆粒
稱取P (St-ΜΜΑ-ΑΑ)粉末0.1 g作為種子于10 ml 0.25 %十二烷基硫酸鈉(SDS)水溶液中，超聲5 min使顆粒分散均勻，將I mg羅丹明6G溶于I ml溶脹劑CH2Cl2后加入到種子的分散體系中，乳化機(jī)乳化，室溫劇烈震搖3 h，30 °C旋蒸除去CH2Cl2,所得產(chǎn)物經(jīng)離心分離后，用去離子水、乙醇進(jìn)行多次離心洗滌直至上清無(wú)色，干燥后即得到含有熒光物質(zhì)羅丹明6G的單分散P(St-MMA-AA)顆粒，其透射電子顯微鏡照片如圖2所示，掃描電子顯微鏡如圖3所示;激發(fā)波長(zhǎng)為460 nm，含有熒光物質(zhì)的單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)顆粒發(fā)射峰中心波長(zhǎng)位于為590 ± I Onm，如圖4所示。
[0042](3)本實(shí)施例的一種具有光子晶體的發(fā)光二極管的制備方法包括，用藍(lán)光芯片作為激發(fā)光源，通過(guò)粘芯片、鍵合、涂覆光子晶體層和封管四個(gè)步驟制得白光發(fā)光二極管:
(a)粘芯片:將少量的導(dǎo)電銀漿涂于發(fā)光二極管管架的反光碗中心，一般漿量應(yīng)該控制在不超過(guò)芯片厚度的1/3，然后粘上合適的藍(lán)光芯片(平均值為460 nm)，最后將粘好芯片的發(fā)光二極管管架置于120°C烘箱中，將其加熱60分鐘，固化導(dǎo)電銀漿，使芯片粘牢在發(fā)光二極管管架的反光碗中；
(b)金線鍵合:利用金絲球焊的方法，通過(guò)半自動(dòng)焊線機(jī)用金線把芯片上的兩個(gè)電極分別與外引線腿連接起來(lái)； (C)涂覆光子晶體層:將步驟(b)中得到的含有熒光物質(zhì)的單分散P(St-MMA-AA)顆粒分散到乙醇中，其濃度約為0.5wt%，使之作為打印墨水裝于直版噴墨直版打印機(jī)用的墨盒中，然后按通常的方法經(jīng)打印機(jī)在發(fā)光二極管管架的反光碗中進(jìn)行打印，打印膜干燥后，在發(fā)光二極管管架的反光碗中可得到面積可控的光子晶體層。由含有熒光物質(zhì)羅丹明6G的單分散P(St-MMA-AA)顆粒構(gòu)成的光子晶體層的光子禁帶位置在620 nm左右，其光子晶體層的透射光譜(即光子帶隙)如圖4所示，正好與熒光物質(zhì)羅丹明6G的發(fā)射光譜相匹配；
(d)封管:將適量混合均勻的環(huán)氧樹脂注入到發(fā)光二極管的專用模具中，然后將步驟(C)中經(jīng)過(guò)涂覆光子晶體層的發(fā)光二極管管架倒過(guò)來(lái)插入到裝有適量粘合劑的模具中，置于真空干燥箱除盡氣泡，待完全固化之后，脫模，剪切之后即發(fā)光二極管。
[0043]結(jié)合460nm藍(lán)光LED芯片制備得到高發(fā)光性能的白光光源，如圖5所示。使用白光測(cè)試系統(tǒng)對(duì)發(fā)光二極管進(jìn)行發(fā)光性能測(cè)試，觀察所得的白光光源的光譜，如圖5所示的虛線。根據(jù)圖中的發(fā)光光譜計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)色坐標(biāo)CIE值為(0.32，0.35)。
[0044]作為對(duì)比，將相同含量(Img)的熒光物質(zhì)羅丹明6G分散到粘結(jié)劑環(huán)氧樹脂中進(jìn)行混合，通過(guò)旋涂的方式涂覆于發(fā)光二極管管架的反光碗中進(jìn)行封管，然后使用白光測(cè)試系統(tǒng)觀察其發(fā)光性能，如圖5所示中實(shí)線。附圖5可以看出，具有光子晶體的發(fā)光二極管發(fā)射的橙黃色發(fā)光強(qiáng)度比對(duì)比樣提高了約15倍，結(jié)合藍(lán)光LED，白光強(qiáng)度比對(duì)比樣提高了4.8倍。同時(shí)，經(jīng)過(guò)藍(lán)光LED長(zhǎng)時(shí)間(超過(guò)1000小時(shí)的測(cè)試)照射，本發(fā)明制備的具有光子晶體的發(fā)光二極管的發(fā)光穩(wěn)定性良好，發(fā)光強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定。
[0045]實(shí)施例2
(I)聚苯乙烯顆粒的制備:將0.2 g過(guò)硫酸鉀(KPS)、0.2 g碳酸氫鈉溶解到20ml的去離子水中備用。然后將50ml去離子水加入到反應(yīng)所用的三口瓶中，同時(shí)將1g的單體苯乙烯(St)加入到三口瓶中。啟動(dòng)加熱攪拌裝置，轉(zhuǎn)速設(shè)定在約650 rpm，并開始加熱，同時(shí)向反應(yīng)體系內(nèi)通入氮?dú)鈦?lái)除去其中的氧氣，在70°C條件下加入備用溶液反應(yīng)24 h，停止加熱，反應(yīng)完畢。當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水清洗聚苯乙烯球，并對(duì)聚苯乙烯球進(jìn)行超聲清洗處理，再用去離子水清洗，反復(fù)3次，烘干。將1.5 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和IlOml無(wú)水乙醇加入到三口瓶中，攪拌成均相體系后，通入氮?dú)庵脫Q反應(yīng)體系的空氣，并加熱到70°C。稱取
0.2g偶氮二異丁腈(AIBN)，溶解于一定量的苯乙烯中，將上述溶液一次性加入到反應(yīng)器中，在70°C條件下聚合，反應(yīng)24h。產(chǎn)物經(jīng)離心分離、多次水洗、干燥后得到單分散聚苯乙烯微球，通過(guò)型號(hào)為ZetaPALS B1-90plus粒度儀測(cè)量其單分散度(即多分散性指數(shù)PdI值)為3.03%，顆粒的直徑為289 nm,o
[0046](2)溶脹法制備含有熒光物質(zhì)的單分散聚苯乙烯顆粒
取0.6 g聚苯乙稀顆粒(PS)、0.3g十二燒基苯磺酸鈉(SDS)分散于60 mL去離子水中形成A溶液加入到三口瓶里，取0.03g熒光物質(zhì)羅丹明B分散于60 ml四氫呋喃(THF)中形成B溶液;將B溶液用滴液漏斗緩慢加入到A溶液中，反應(yīng)120min后，將得到產(chǎn)物進(jìn)行離心除去溶脹劑THF，轉(zhuǎn)數(shù)為1000rpm，用乙醇和水的混合液洗滌三次，烘干后得到含有熒光物質(zhì)的單分散聚苯乙烯顆粒粉末。
[0047](3)本實(shí)施例的具有光子晶體的發(fā)光二極管的制備方法包括，用藍(lán)光芯片作為激發(fā)光源，通過(guò)粘芯片、鍵合、涂覆光子晶體層和封管四個(gè)步驟制得白光發(fā)光二極管:
(a)粘芯片:將少量的DX-10C型絕緣膠涂于發(fā)光二極管管架的反光碗中心，然后粘上合適的藍(lán)光芯片(平均值為460 nm)，最后將粘好芯片的發(fā)光二極管管架置于150°C烘箱中，將其加熱60分鐘，固化絕緣膠，使芯片粘牢在發(fā)光二極管管架的反光碗中；
(b)金線鍵合:利用金絲球焊的方法，通過(guò)半自動(dòng)焊線機(jī)用金線把芯片上的兩個(gè)電極分別與外引線腿連接起來(lái)；
(c)涂覆光子晶體層:將步驟(b)中得到的含有熒光物質(zhì)的單分散聚苯乙烯顆粒粉末分散到乙醇中，其濃度約為lwt%，然后通過(guò)旋膜的方式將其涂于發(fā)光二極管管架的反光碗中得到光子晶體層，放入烘箱中在80°C條件下干燥，由含有熒光物質(zhì)的單分散聚苯乙烯顆粒構(gòu)成的光子晶體層的光子禁帶位置在615 nm左右；
(d)封管:將適量混合均勻的硅樹脂注入到發(fā)光二極管的專用模具中，然后將步驟(C)中經(jīng)過(guò)涂覆光子晶體層的發(fā)光二極管管架倒過(guò)來(lái)插入到裝有適量粘合劑的模具中，置于真空干燥箱除盡氣泡，待完全固化之后，脫模，剪切之后即發(fā)光二極管。
[0048]結(jié)合460nm藍(lán)光LED芯片制備得到高發(fā)光性能的白光光源，白光強(qiáng)度比對(duì)比樣提高了4.2倍，根據(jù)發(fā)光光譜計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)色坐標(biāo)CIE值為(0.34，0.32)。同時(shí)，經(jīng)過(guò)藍(lán)光LED長(zhǎng)時(shí)間照射，本發(fā)明制備的具有光子晶體的發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定。
[0049]實(shí)施例3
(I)單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆?？少?gòu)買，單分散度為3%以下，粒徑在250-350 nm。選擇組裝成光子晶體層光子帶隙在610 nm?620 nm的顆粒作為種子，因此選擇粒徑在280nm的單分散聚甲基丙烯酸甲酯。
[0050](2)溶脹法制備含有熒光物質(zhì)的單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆粒
稱取單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆粒0.4 g作為種子于10 ml異丙醇中，超聲5 min使顆粒分散均勻，將15 mg量子點(diǎn)CdSe/ZnS(購(gòu)于Adrich公司，發(fā)射峰的中心位置在590 nm)溶于I ml CH2CI2后加入到種子微球的分散體系中，室溫劇烈震搖3 h，30 °0旋蒸除去CH2CI2，所得產(chǎn)物經(jīng)離心分離后，用乙醇進(jìn)行多次離心洗滌(3000 rpm,3 min)直至上清無(wú)色，烘干后得到含有熒光物質(zhì)的單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆粒粉末，含有熒光物質(zhì)的單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆粒發(fā)射峰中心波長(zhǎng)位于為590 nm。
[0051](3)本實(shí)施例的具有光子晶體的發(fā)光二極管的制備方法包括，用藍(lán)光芯片作為激發(fā)光源，通過(guò)粘芯片、鍵合、涂覆光子晶體層和封管四個(gè)步驟制得白光發(fā)光二極管:
(a)粘芯片:將少量的DX-10C型絕緣膠涂于發(fā)光二極管管架的反光碗中心，然后粘上合適的藍(lán)光芯片(平均值為460 nm)，最后將粘好芯片的發(fā)光二極管管架置于150°C烘箱中，將其加熱60分鐘，固化絕緣膠，使芯片粘牢在發(fā)光二極管管架的反光碗中；
(b)金線鍵合:利用金絲球焊的方法，通過(guò)半自動(dòng)焊線機(jī)用金線把芯片上的兩個(gè)電極分別與外引線腿連接起來(lái)；
(c)涂覆光子晶體層:將步驟(b)中得到的含有熒光物質(zhì)的單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆粒粉末分散到乙醇中，其濃度約為2wt%，然后裝于帶有常規(guī)空氣噴槍的容器中，將噴槍對(duì)準(zhǔn)發(fā)光二極管管架的反光碗中間進(jìn)行噴涂，在發(fā)光二極管管架的反光碗中上可得到光子晶體層，放入烘箱中在80°C條件下干燥，由含有熒光物質(zhì)的單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆粒構(gòu)成的光子晶體層的光子禁帶位置在613 nm左右；
(d)封管:將適量混合均勻的環(huán)氧樹脂注入到發(fā)光二極管的專用模具中，然后將步驟(C)中經(jīng)過(guò)涂覆光子晶體層的發(fā)光二極管管架倒過(guò)來(lái)插入到裝有環(huán)氧樹脂的模具中，置于真空干燥箱除盡氣泡，待完全固化之后，脫模，剪切之后即發(fā)光二極管。
[0052]結(jié)合460nm藍(lán)光LED芯片制備得到高發(fā)光性能的白光光源，白光強(qiáng)度比對(duì)比樣提高了5.3倍，根據(jù)發(fā)光光譜計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)色坐標(biāo)CIE值為(0.33, 0.34)。同時(shí)，經(jīng)過(guò)藍(lán)光LED長(zhǎng)時(shí)間照射，本發(fā)明制備的具有光子晶體的發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定。
[0053]實(shí)施例4
(I)聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸KP(St-MMA-AA))顆粒的制備按照實(shí)施例1中步驟(I)進(jìn)行。
[0054](2)溶脹法制備含有熒光物質(zhì)的單分散(P(St-MMA-AA)顆粒
稱取單分散P(St-MMA-AA)顆粒I g作為種子于60ml異丙醇中超聲5 min使顆粒分散均勾，將30 mg CdTe量子點(diǎn)溶于10 ml氯仿后加入到顆粒-異丙醇分散體系中，超聲10 min進(jìn)行，所得產(chǎn)物經(jīng)離心分離后，用乙醇進(jìn)行多次離心洗滌(3000 rpm,3 min)直至上清無(wú)色，干燥后即得到含有熒光物質(zhì)的單分散P(St-MMA-AA)顆粒粉末。含有熒光物質(zhì)的單分散P(St-ΜΜΑ-ΑΑ)顆粒發(fā)射峰中心波長(zhǎng)位于為600 nm左右。
[0055](3)本實(shí)施例的一種具有光子晶體的發(fā)光二極管的制備方法包括，用藍(lán)光芯片作為激發(fā)光源，通過(guò)粘芯片、鍵合、涂覆光子晶體層和封管四個(gè)步驟制得白光發(fā)光二極管:
(a)粘芯片:將少量的導(dǎo)電銀漿涂于發(fā)光二極管管架的反光碗中心，一般漿量應(yīng)該控制在不超過(guò)芯片厚度的1/3，然后粘上合適的藍(lán)光芯片(平均值為460 nm)，最后將粘好芯片的發(fā)光二極管管架置于120°C烘箱中，將其加熱60分鐘，固化導(dǎo)電銀漿，使芯片粘牢在發(fā)光二極管管架的反光碗中；
(b)金線鍵合:利用金絲球焊的方法，通過(guò)半自動(dòng)焊線機(jī)用金線把芯片上的兩個(gè)電極分別與外引線腿連接起來(lái)；
(c)涂覆光子晶體層:將步驟(b)中得到的含有熒光物質(zhì)的單分散P(St-MMA-AA)顆粒粉末分散到乙醇中，其濃度約為5wt%，然后通過(guò)旋膜的方式將其涂于發(fā)光二極管管架的反光碗中得到光子晶體層，放入烘箱中在80°C條件下干燥，由含有熒光物質(zhì)的單分散P(St-MMA-AA)顆粒構(gòu)成的光子晶體層的光子禁帶位置在610 nm左右；
(d)封管:將適量混合均勻的粘合劑注入到發(fā)光二極管的專用模具中，然后將步驟(C)中經(jīng)過(guò)涂覆光子晶體層的發(fā)光二極管管架倒過(guò)來(lái)插入到裝有適量粘合劑的模具中，置于真空干燥箱除盡氣泡，待完全固化之后，脫模，剪切之后即發(fā)光二極管。
[0056]結(jié)合460nm藍(lán)光LED芯片制備得到高發(fā)光性能的白光光源，白光強(qiáng)度比對(duì)比樣提高了5.8倍，根據(jù)發(fā)光光譜計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)色坐標(biāo)CIE值為(0.33, 0.34)。同時(shí)，經(jīng)過(guò)藍(lán)光LED長(zhǎng)時(shí)間照射，本發(fā)明制備的具有光子晶體的發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定。
[0057]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于:包括基底層，所述基底層包含裝有藍(lán)光LED芯片，所述芯片上設(shè)有光子晶體層;所述光子晶體層包括含有熒光物質(zhì)的單分散顆粒周期陣列，所述顆粒周期陣列緊貼芯片設(shè)置;所述光子晶體層的光子帶隙與所述熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜相匹配。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征是:所述的單分散顆粒為單分散聚合物顆粒，所述聚合物顆粒是單分散三嵌段聚合物顆粒、單分散聚苯乙烯顆粒、單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆?；蚓郾０奉w粒； 所述的單分散顆粒的粒徑為100-400 nm，優(yōu)選于250 nm?350 nm； 所述的單分散顆粒的單分散度在5%以下，優(yōu)選于在3%以下； 所述的光子晶體層的厚度為500 nm-3ym左右，優(yōu)選于500 nm-lpm； 所述的光子晶體層的光子帶隙要與所述熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜相匹配，優(yōu)選于光子晶體層的光子禁帶的帶邊與熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜重合； 所述的熒光物質(zhì)是熒光分子，如羅丹明6G，羅丹明B中的一種，或由半導(dǎo)體材料(通常由ΠΒ-VIA或MA-VA元素組成)制成的，粒徑在2-20nm的量子點(diǎn)，優(yōu)選粒徑在2-6 nm的納米粒子，如。(15、。(《'6、。(156、11^8、11^、011115、。(156/2115、。(《'6/2115、。(1556/2115、11^/2115、011115/ZnS中的一種。3.—種具有光子晶體的發(fā)光二極管的制備方法，其特征是，所述的制備方法包括以下步驟: (a)預(yù)先準(zhǔn)備粒徑均一的單分散顆粒； (b)將步驟(a)得到的單分散顆粒分散于有機(jī)溶劑中采用溶脹劑將一定量的熒光物質(zhì)引入到顆粒內(nèi)部得到含熒光物質(zhì)的單分散顆粒； (c)將步驟(b)制備得到含熒光物質(zhì)的單分散顆粒按照一定濃度分散到水或乙醇中，采用自組裝的方法組裝成光子晶體層涂布于裝有藍(lán)光LED芯片的基底層的反光碗上； (d)將涂布光子晶體層的支架固定于封裝模具當(dāng)中，將模具至于已經(jīng)調(diào)配好的粘結(jié)劑中，之后取出，置于真空干燥箱除盡氣泡，待完全固化之后，脫模，剪切之后即白光發(fā)光二極管。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是:所述的光子晶體層的光子帶隙要與所述熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜相匹配，優(yōu)選于光子晶體層的光子禁帶的帶邊與熒光物質(zhì)的發(fā)射光譜重合。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征是:所述的單分散顆粒為單分散聚合物顆粒，所述聚合物粒子是單分散三嵌段聚合物顆粒、單分散聚苯乙烯顆粒、單分散聚甲基丙烯酸甲酯顆?；蚓郾０奉w粒； 所述的單分散顆粒的粒徑為100-400 nm，優(yōu)選于250 nm?350 nm； 所述的單分散顆粒的單分散度在5%以下，優(yōu)選于在3%以下； 所述的熒光物質(zhì)是發(fā)射橙黃色的熒光，發(fā)射波長(zhǎng)為500-700 nm，優(yōu)選于550-650 nm； 所述的熒光物質(zhì)是熒光分子，如羅丹明6G，羅丹明B中的一種，或由半導(dǎo)體材料(通常由ΠΒ-VIA或MA-VA元素組成)制成的，粒徑在2-20nm的量子點(diǎn)，優(yōu)選粒徑在2-6nm的納米粒子，如。(15、。(《'6、。(156、11^8、11^、011115、。(156/2115、。(《'6/2115、。(1556/2115、11^/2115、011115/ZnS中的一種； 所述的有機(jī)溶劑為異丙醇、十一.燒基硫酸納水溶液中的一種； 所述的溶脹劑為甲苯、氯仿、二氯甲烷、丙酮或四氫呋喃中的一種或幾種； 所述的粘結(jié)劑是環(huán)氧樹脂、硅樹脂或聚碳酸酯。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征是:所述熒光物質(zhì)的質(zhì)量與所述單分散顆粒的質(zhì)量之比為I: 100?I: 10，優(yōu)選于I: 100?I: 20。7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征是:所述的含熒光物質(zhì)的單分散顆粒按照一定濃度分散到水或乙醇中，所述的一定濃度為0.2 wt%?10 *七％，優(yōu)選為0.5 wt%?5wt%。8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征是:所述的藍(lán)光LED的波長(zhǎng)為420?500nm，優(yōu)選為450?485 nm，光強(qiáng)度為2.5?25 mw/cm2 ο9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征是:所述的自組裝的方法選自噴墨打印法、噴涂法或旋涂法中的一種。
【文檔編號(hào)】H01L33/50GK105957945SQ201610477951
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】李珩, 徐朝華
【申請(qǐng)人】江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院