一种具有光子晶体的发光二极管及其制备方法
【专利摘要】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。本发明一种具有光子晶体的发光二极管，其特征在于：包括基底层，所述基底层包含装有蓝光LED芯片，所述芯片上设有光子晶体层；所述光子晶体层包括含有荧光物质的单分散颗粒周期阵列，所述颗粒周期阵列紧贴芯片设置；所述光子晶体层的光子带隙与所述的荧光物质的发射光谱相匹配。本发明的方法工艺简单、制备成本低廉，得到发光性能优异的白光光源。
【专利说明】
一种具有光子晶体的发光二极管及其制备方法
技术领域
[0001]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，尤其涉及一种具有光子晶体的高性能发光二极管的制备方法。
【背景技术】
[0002]为应对全球日益加剧的能源危机和环境污染问题，节能减排成为材料化学学科的主要研究攻关目标之一。发展高效固态照明，逐步淘汰落后的照明产品，对于中国照明行业产业结构优化、升级，推动实现节能减排目标任务，积极应对全球气候变化具有重要意义。白光固态照明，如OLED和LED因其具有节能、高效、长寿命、使用方便等特点，成为续白炽灯、荧光灯之后的新一代绿色环保照明光源，逐渐成为产业界的研究热点。蓝光芯片和荧光粉组合实现白光的方式，自年被日本日亚公司提出，到现在仍为白光的主要实现方式之一，已经受到了许多研究工作者的重视，并开展了一系列的研究。白光目前主要存在的问题有三个方面:一是显色指数不足;二是相关色温较高，难以实现室内照明和高质量照明的要求；三是发光强度有待进一步提高。
[0003]光子晶体的出现为发光强度的增强提供新的思路。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。我们以前的专利CN201310278799.6已经涉及到利用光子晶体提高白光强度，但由于荧光材料涂覆在光子晶体表面或间隙，尤其是选用的荧光物质为有机物时，长期受LED照射荧光会发生漂白作用，引起光源发光稳定性变差，使用寿命缩短，限制其实际应用。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种发光性能稳定、发光效率高的具有光子晶体的发光二极管及其制备方法。本发明将裸露于蓝光LED的发光材料通过溶胀分散技术制备得到单分散优异、亚微米尺寸的荧光微球。目前已有的荧光微球制备方法中，吸附法、键合法、包覆法等表面修饰方法制得的微球稳定性差，荧光分子容易脱落、泄露。包埋法、共聚法等存在荧光材料干扰聚合反应过程的现象。而溶胀法以其操作简单，制得的荧光微球性质稳定、可以精确定量荧光物质，从而引起广泛关注。溶胀分散技术是一种能将荧光物质固定在聚合物微球内部的有效方法。该方法具有简单、易操作、成本低等诸多优点。溶胀分散技术主要结合了利用溶剂将聚合物溶胀的第一步和将荧光物质分散嵌入聚合物内部的第二步，并随着溶剂的移除使得聚合物收缩，使得荧光物质固定在微球内部。更重要的是，溶胀法保持了原有聚合物微球良好的单分散性，为组装成为有序的光子晶体提供了有力的保障。同时，本发明也避免了复杂设计和多步合成新型高效荧光物质的过程。本发明提供一种单分散优异、亚微米尺寸荧光微球的制备方法，继而构筑高质量的光子晶体层，利用光子晶体层的光子禁带与荧光物质的发射光谱相匹配，得到高效、稳定的白光发光二极管。
[0005]本发明一方面，利用溶胀法将荧光物质包覆在聚合物微球内部，能够避免LED长期照射引起的荧光漂白作用，从而增强发光的稳定性;另一方面，本发明引入光子晶体的周期结构，使光子晶体的光子带隙与荧光物质的发射光谱相匹配，通过光子带隙带边的慢反应效应能有效增强荧光的发光强度。这两方面协同作用得到发光性能优异的白色固态光源，一定程度解决目前发光效率低和稳定性差的问题。
[0006]本发明的制备方法中，对光子晶体层选择的基本要求是:首先要求组装成光子晶体层的荧光微球的单分散性优异，其单分散度在5%以下。其次要求光子晶体的光子禁带位置合适，即光子晶体层的光子禁带要与荧光物质的发射光谱相匹配，最优于光子晶体光子禁带的带边与荧光物质的发射光谱重合，这时在光子禁带内光子局域态密度减小，根据态密度守恒原则，带边光子局域态密度奇异增加，光的群速度也非常小，在这种情况下，光子能与光子晶体的共振模式相耦合，然后通过布拉格散射出光子晶体结构，因此极大地减少了平面光波导对光的损失。而且，光子晶体光子禁带附近，高的态密度能增强光子的耦合作用，从而有效的增强发光材料的荧光，最终提高白光的发光效率。
[0007]本发明选择已经固定好蓝光芯片的直接作为起始物，采用自组装方法在发光二极管的反光碗中组装成光子晶体层，将涂布光子晶体层的支架固定于封装模具当中，将模具至于已经调配好的粘结剂中，之后取出，置于真空干燥箱除尽气泡，待完全固化之后，脱模，剪切之后即得发光二极管。
[0008]
I.一种具有光子晶体的发光二极管，其特征在于:包括基底层，所述基底层包含装有蓝光LED芯片，所述芯片上设有光子晶体层;所述光子晶体层包括含有荧光物质的单分散颗粒周期阵列，所述颗粒周期阵列紧贴芯片设置;所述光子晶体层的光子带隙与所述荧光物质的发射光谱相匹配。
[0009]所述的单分散颗粒为单分散聚合物颗粒，所述聚合物颗粒是单分散三嵌段聚合物颗粒、单分散聚苯乙烯颗粒、单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒或聚丙烯酰胺颗粒。
[0010]所述的单分散颗粒的粒径为100-400 nm，优选于250 nm?350 nm。
[0011]所述的单分散颗粒的单分散度在5%以下，优选于在3%以下。
[0012]所述的光子晶体层的厚度为500 nm?3μηι左右，优选于500 nm?Iym0
[0013]所述的光子晶体层的光子带隙与所述荧光物质的发射光谱相匹配，优选于光子晶体层的光子禁带的带边与荧光物质的发射光谱重合。
[0014]所述的荧光物质是荧光分子，如罗丹明6G，罗丹明B中的一种，或由半导体材料(通常由Π B-VIA或ΙΠΑ- VA元素组成)制成的，粒径在2_20nm的量子点，优选粒径在2_6 nm的纳米粒子，如 CdS、CdTe、CdSe、InAs、InP、CuInS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、CdSSe/ZnS、InP/ZnS、CuInS/ZnS 中的一种。
[0015]—种具有光子晶体的发光二极管的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤:
(a)预先准备粒径均一的单分散颗粒；
(b)将步骤(a)得到的单分散颗粒分散于有机溶剂中采用溶胀剂将一定量的荧光物质引入到颗粒内部得到含荧光物质的单分散颗粒；
(C)将步骤(b)制备得到含荧光物质的单分散颗粒按照一定浓度分散到水或乙醇中，采用自组装的方法组装成光子晶体层涂布于装有蓝光LED芯片的基底层的反光碗上；
(d)将涂布光子晶体层的支架固定于封装模具当中，将模具至于已经调配好的粘结剂中，之后取出，置于真空干燥箱除尽气泡，待完全固化之后，脱模，剪切之后即白光发光二极管。
[0016]所述的单分散颗粒为单分散聚合物颗粒，所述聚合物颗粒是单分散三嵌段聚合物颗粒、单分散聚苯乙烯颗粒、单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒或聚丙烯酰胺颗粒。
[0017]所述的荧光物质的质量与所述单分散颗粒的质量之比为1:100?1:10，优选于I:100?1:20。
[0018]所述的含荧光物质的单分散颗粒按照一定浓度分散到水或乙醇中，所述的一定浓度为0.2 wt%?10 *七％，优选为0.5 wt%?5 wt%0
[0019]所述的单分散颗粒的粒径为100-400 nm，优选于250 nm?350 nm。
[0020]所述的单分散颗粒的单分散度在5%以下，优选于在3%以下。
[0021]所述的荧光物质是发射橙黄色的荧光，发射波长为500-700nm，优选于550-650nmD
[0022]所述的荧光物质是荧光分子，如罗丹明6G，罗丹明B中的一种，或由半导体材料(通常由ΠΒ-VIA或MA-VA元素组成)制成的，粒径在2-20nm的量子点，优选粒径在2-6nm的纳米粒子，如 CdS、CdTe、CdSe、InAs、InP、CuInS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、CdSSe/ZnS、InP/ZnS、CuInS/ZnS 中的一种。
[0023]所述的有机溶剂为异丙醇、十二烷基硫酸钠水溶液中的一种。
[0024]所述的溶胀剂为甲苯、氯仿、二氯甲烷、丙酮或四氢呋喃中的一种或几种。
[0025]所述的粘结剂是环氧树脂、硅树脂或聚碳酸酯。
[0026]所述的光子晶体层的光子带隙要与所述荧光物质的发射光谱相匹配，优选于光子晶体层的光子禁带的带边与荧光物质的发射光谱重合。
[0027]所述的蓝光LED的波长为420?500 nm，优选为450?485 nm，光强度为2.5?25mw/cm2ο
[0028]所述的自组装的方法选自喷墨打印法、喷涂法或旋涂法中的一种。
[0029]本发明方法制备得到的具有光子晶体的发光二极管，比不含光子晶体层的现有LED的发光强度能提高3?6倍，所发白光的色度值根据1931CIE-XYZ标准色度系统在白光(0.33，0.33)附近，与纯白光高度匹配，同时受蓝光LED长时间照射发光性能稳定。因此，本发明所得的白光光源具有良好的色匹配，对于背后照明、照明光、全色显示具有重要的意义。
[0030]本发明的方法工艺简单、制备成本低廉。本发明的制备方法得到的白光光源的发光性能优异，可应用于显示器件的白色背景照明、辅助光源和白色照明光源等。
[0031]本发明方法的优点在于:
1.本发明的制备方法工艺简单、操作方便、成本低廉，可以大面积的制备白色发光光源。
[0032]2.本发明利用溶胀分散技术将荧光物质包埋在单分散颗粒内部，避免LED长期照射引起的荧光漂白作用，从而增强发光的稳定性;另一方面，本发明引入光子晶体的周期结构，使白光的发光强度、发光效率得到了较大地提高。
[0033]3.本发明对于白光照明的发光性能提高具有重要的实际应用意义。
[0034]以下结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。
【附图说明】
[0035]图1.通过溶胀法制得含有荧光物质的单分散颗粒的示意图。
[0036]图2.本发明实施例1所得的含有荧光物质的单分散颗粒的透射电子显微镜照片。
[0037]图3.本发明实施例1所得的含有荧光物质的单分散颗粒的扫描电镜照片。
[0038]图4.本发明实施例1所得的光子晶体层的透射光谱与荧光物质的发射光谱图。
[0039]图5.所得LED装置的发光光谱图。
【具体实施方式】
[0040]实施例1
(I)聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)(P(St-MMA-AA))颗粒的制备:P(St-MMA-AA)颗粒通过一步乳液聚合的方法制备而成。称取0.25 g碳酸氢铵NH4HCO3放入100 mL三口烧瓶，加入4 mL乳化剂十二烷基苯磺酸钠溶液(浓度为I 8/1)，称取单体9.5 g苯乙烯，
0.5 g甲基丙烯酸甲酯，0.5 g丙烯酸加入烧瓶，加入去离子水，保持烧瓶中水相体积为50mL。引发剂过硫酸铵0.2 g溶于10 mL去离子水配成溶液待用。开启搅拌器搅拌，并控制水浴温度为70°C，二十分钟后加入引发剂进行反应。1.5 h后升温到80°C并保持此温度反应4 h，结束反应后收集产品即可制备出的单分散P(St-MMA-AA)颗粒，通过型号为ZetaPALSB1-90plus粒度仪测量其单分散度(即多分散性指数PdI值)为1.03%，颗粒的直径为264nm，用去离子水进行2-3次离心洗涤，干燥后即得P (St-ΜΜΑ-ΑΑ)粉末。
[0041 ] (2)溶胀法制备含有荧光物质的单分散P(St-MMA-AA)颗粒
称取P (St-ΜΜΑ-ΑΑ)粉末0.1 g作为种子于10 ml 0.25 %十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液中，超声5 min使颗粒分散均匀，将I mg罗丹明6G溶于I ml溶胀剂CH2Cl2后加入到种子的分散体系中，乳化机乳化，室温剧烈震摇3 h，30 °C旋蒸除去CH2Cl2,所得产物经离心分离后，用去离子水、乙醇进行多次离心洗涤直至上清无色，干燥后即得到含有荧光物质罗丹明6G的单分散P(St-MMA-AA)颗粒，其透射电子显微镜照片如图2所示，扫描电子显微镜如图3所示;激发波长为460 nm，含有荧光物质的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)颗粒发射峰中心波长位于为590 ± I Onm，如图4所示。
[0042](3)本实施例的一种具有光子晶体的发光二极管的制备方法包括，用蓝光芯片作为激发光源，通过粘芯片、键合、涂覆光子晶体层和封管四个步骤制得白光发光二极管:
(a)粘芯片:将少量的导电银浆涂于发光二极管管架的反光碗中心，一般浆量应该控制在不超过芯片厚度的1/3，然后粘上合适的蓝光芯片(平均值为460 nm)，最后将粘好芯片的发光二极管管架置于120°C烘箱中，将其加热60分钟，固化导电银浆，使芯片粘牢在发光二极管管架的反光碗中；
(b)金线键合:利用金丝球焊的方法，通过半自动焊线机用金线把芯片上的两个电极分别与外引线腿连接起来； (C)涂覆光子晶体层:将步骤(b)中得到的含有荧光物质的单分散P(St-MMA-AA)颗粒分散到乙醇中，其浓度约为0.5wt%，使之作为打印墨水装于直版喷墨直版打印机用的墨盒中，然后按通常的方法经打印机在发光二极管管架的反光碗中进行打印，打印膜干燥后，在发光二极管管架的反光碗中可得到面积可控的光子晶体层。由含有荧光物质罗丹明6G的单分散P(St-MMA-AA)颗粒构成的光子晶体层的光子禁带位置在620 nm左右，其光子晶体层的透射光谱(即光子带隙)如图4所示，正好与荧光物质罗丹明6G的发射光谱相匹配；
(d)封管:将适量混合均匀的环氧树脂注入到发光二极管的专用模具中，然后将步骤(C)中经过涂覆光子晶体层的发光二极管管架倒过来插入到装有适量粘合剂的模具中，置于真空干燥箱除尽气泡，待完全固化之后，脱模，剪切之后即发光二极管。
[0043]结合460nm蓝光LED芯片制备得到高发光性能的白光光源，如图5所示。使用白光测试系统对发光二极管进行发光性能测试，观察所得的白光光源的光谱，如图5所示的虚线。根据图中的发光光谱计算得到的对应色坐标CIE值为(0.32，0.35)。
[0044]作为对比，将相同含量(Img)的荧光物质罗丹明6G分散到粘结剂环氧树脂中进行混合，通过旋涂的方式涂覆于发光二极管管架的反光碗中进行封管，然后使用白光测试系统观察其发光性能，如图5所示中实线。附图5可以看出，具有光子晶体的发光二极管发射的橙黄色发光强度比对比样提高了约15倍，结合蓝光LED，白光强度比对比样提高了4.8倍。同时，经过蓝光LED长时间(超过1000小时的测试)照射，本发明制备的具有光子晶体的发光二极管的发光稳定性良好，发光强度基本保持稳定。
[0045]实施例2
(I)聚苯乙烯颗粒的制备:将0.2 g过硫酸钾(KPS)、0.2 g碳酸氢钠溶解到20ml的去离子水中备用。然后将50ml去离子水加入到反应所用的三口瓶中，同时将1g的单体苯乙烯(St)加入到三口瓶中。启动加热搅拌装置，转速设定在约650 rpm，并开始加热，同时向反应体系内通入氮气来除去其中的氧气，在70°C条件下加入备用溶液反应24 h，停止加热，反应完毕。当反应结束后，用去离子水清洗聚苯乙烯球，并对聚苯乙烯球进行超声清洗处理，再用去离子水清洗，反复3次，烘干。将1.5 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和IlOml无水乙醇加入到三口瓶中，搅拌成均相体系后，通入氮气置换反应体系的空气，并加热到70°C。称取
0.2g偶氮二异丁腈(AIBN)，溶解于一定量的苯乙烯中，将上述溶液一次性加入到反应器中，在70°C条件下聚合，反应24h。产物经离心分离、多次水洗、干燥后得到单分散聚苯乙烯微球，通过型号为ZetaPALS B1-90plus粒度仪测量其单分散度(即多分散性指数PdI值)为3.03%，颗粒的直径为289 nm,o
[0046](2)溶胀法制备含有荧光物质的单分散聚苯乙烯颗粒
取0.6 g聚苯乙稀颗粒(PS)、0.3g十二烧基苯磺酸钠(SDS)分散于60 mL去离子水中形成A溶液加入到三口瓶里，取0.03g荧光物质罗丹明B分散于60 ml四氢呋喃(THF)中形成B溶液;将B溶液用滴液漏斗缓慢加入到A溶液中，反应120min后，将得到产物进行离心除去溶胀剂THF，转数为1000rpm，用乙醇和水的混合液洗涤三次，烘干后得到含有荧光物质的单分散聚苯乙烯颗粒粉末。
[0047](3)本实施例的具有光子晶体的发光二极管的制备方法包括，用蓝光芯片作为激发光源，通过粘芯片、键合、涂覆光子晶体层和封管四个步骤制得白光发光二极管:
(a)粘芯片:将少量的DX-10C型绝缘胶涂于发光二极管管架的反光碗中心，然后粘上合适的蓝光芯片(平均值为460 nm)，最后将粘好芯片的发光二极管管架置于150°C烘箱中，将其加热60分钟，固化绝缘胶，使芯片粘牢在发光二极管管架的反光碗中；
(b)金线键合:利用金丝球焊的方法，通过半自动焊线机用金线把芯片上的两个电极分别与外引线腿连接起来；
(c)涂覆光子晶体层:将步骤(b)中得到的含有荧光物质的单分散聚苯乙烯颗粒粉末分散到乙醇中，其浓度约为lwt%，然后通过旋膜的方式将其涂于发光二极管管架的反光碗中得到光子晶体层，放入烘箱中在80°C条件下干燥，由含有荧光物质的单分散聚苯乙烯颗粒构成的光子晶体层的光子禁带位置在615 nm左右；
(d)封管:将适量混合均匀的硅树脂注入到发光二极管的专用模具中，然后将步骤(C)中经过涂覆光子晶体层的发光二极管管架倒过来插入到装有适量粘合剂的模具中，置于真空干燥箱除尽气泡，待完全固化之后，脱模，剪切之后即发光二极管。
[0048]结合460nm蓝光LED芯片制备得到高发光性能的白光光源，白光强度比对比样提高了4.2倍，根据发光光谱计算得到的对应色坐标CIE值为(0.34，0.32)。同时，经过蓝光LED长时间照射，本发明制备的具有光子晶体的发光二极管的发光强度基本保持稳定。
[0049]实施例3
(I)单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒可购买，单分散度为3%以下，粒径在250-350 nm。选择组装成光子晶体层光子带隙在610 nm?620 nm的颗粒作为种子，因此选择粒径在280nm的单分散聚甲基丙烯酸甲酯。
[0050](2)溶胀法制备含有荧光物质的单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒
称取单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒0.4 g作为种子于10 ml异丙醇中，超声5 min使颗粒分散均匀，将15 mg量子点CdSe/ZnS(购于Adrich公司，发射峰的中心位置在590 nm)溶于I ml CH2CI2后加入到种子微球的分散体系中，室温剧烈震摇3 h，30 °0旋蒸除去CH2CI2，所得产物经离心分离后，用乙醇进行多次离心洗涤(3000 rpm,3 min)直至上清无色，烘干后得到含有荧光物质的单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒粉末，含有荧光物质的单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒发射峰中心波长位于为590 nm。
[0051](3)本实施例的具有光子晶体的发光二极管的制备方法包括，用蓝光芯片作为激发光源，通过粘芯片、键合、涂覆光子晶体层和封管四个步骤制得白光发光二极管:
(a)粘芯片:将少量的DX-10C型绝缘胶涂于发光二极管管架的反光碗中心，然后粘上合适的蓝光芯片(平均值为460 nm)，最后将粘好芯片的发光二极管管架置于150°C烘箱中，将其加热60分钟，固化绝缘胶，使芯片粘牢在发光二极管管架的反光碗中；
(b)金线键合:利用金丝球焊的方法，通过半自动焊线机用金线把芯片上的两个电极分别与外引线腿连接起来；
(c)涂覆光子晶体层:将步骤(b)中得到的含有荧光物质的单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒粉末分散到乙醇中，其浓度约为2wt%，然后装于带有常规空气喷枪的容器中，将喷枪对准发光二极管管架的反光碗中间进行喷涂，在发光二极管管架的反光碗中上可得到光子晶体层，放入烘箱中在80°C条件下干燥，由含有荧光物质的单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒构成的光子晶体层的光子禁带位置在613 nm左右；
(d)封管:将适量混合均匀的环氧树脂注入到发光二极管的专用模具中，然后将步骤(C)中经过涂覆光子晶体层的发光二极管管架倒过来插入到装有环氧树脂的模具中，置于真空干燥箱除尽气泡，待完全固化之后，脱模，剪切之后即发光二极管。
[0052]结合460nm蓝光LED芯片制备得到高发光性能的白光光源，白光强度比对比样提高了5.3倍，根据发光光谱计算得到的对应色坐标CIE值为(0.33, 0.34)。同时，经过蓝光LED长时间照射，本发明制备的具有光子晶体的发光二极管的发光强度基本保持稳定。
[0053]实施例4
(I)聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸KP(St-MMA-AA))颗粒的制备按照实施例1中步骤(I)进行。
[0054](2)溶胀法制备含有荧光物质的单分散(P(St-MMA-AA)颗粒
称取单分散P(St-MMA-AA)颗粒I g作为种子于60ml异丙醇中超声5 min使颗粒分散均勾，将30 mg CdTe量子点溶于10 ml氯仿后加入到颗粒-异丙醇分散体系中，超声10 min进行，所得产物经离心分离后，用乙醇进行多次离心洗涤(3000 rpm,3 min)直至上清无色，干燥后即得到含有荧光物质的单分散P(St-MMA-AA)颗粒粉末。含有荧光物质的单分散P(St-ΜΜΑ-ΑΑ)颗粒发射峰中心波长位于为600 nm左右。
[0055](3)本实施例的一种具有光子晶体的发光二极管的制备方法包括，用蓝光芯片作为激发光源，通过粘芯片、键合、涂覆光子晶体层和封管四个步骤制得白光发光二极管:
(a)粘芯片:将少量的导电银浆涂于发光二极管管架的反光碗中心，一般浆量应该控制在不超过芯片厚度的1/3，然后粘上合适的蓝光芯片(平均值为460 nm)，最后将粘好芯片的发光二极管管架置于120°C烘箱中，将其加热60分钟，固化导电银浆，使芯片粘牢在发光二极管管架的反光碗中；
(b)金线键合:利用金丝球焊的方法，通过半自动焊线机用金线把芯片上的两个电极分别与外引线腿连接起来；
(c)涂覆光子晶体层:将步骤(b)中得到的含有荧光物质的单分散P(St-MMA-AA)颗粒粉末分散到乙醇中，其浓度约为5wt%，然后通过旋膜的方式将其涂于发光二极管管架的反光碗中得到光子晶体层，放入烘箱中在80°C条件下干燥，由含有荧光物质的单分散P(St-MMA-AA)颗粒构成的光子晶体层的光子禁带位置在610 nm左右；
(d)封管:将适量混合均匀的粘合剂注入到发光二极管的专用模具中，然后将步骤(C)中经过涂覆光子晶体层的发光二极管管架倒过来插入到装有适量粘合剂的模具中，置于真空干燥箱除尽气泡，待完全固化之后，脱模，剪切之后即发光二极管。
[0056]结合460nm蓝光LED芯片制备得到高发光性能的白光光源，白光强度比对比样提高了5.8倍，根据发光光谱计算得到的对应色坐标CIE值为(0.33, 0.34)。同时，经过蓝光LED长时间照射，本发明制备的具有光子晶体的发光二极管的发光强度基本保持稳定。
[0057]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种具有光子晶体的发光二极管，其特征在于:包括基底层，所述基底层包含装有蓝光LED芯片，所述芯片上设有光子晶体层;所述光子晶体层包括含有荧光物质的单分散颗粒周期阵列，所述颗粒周期阵列紧贴芯片设置;所述光子晶体层的光子带隙与所述荧光物质的发射光谱相匹配。2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是:所述的单分散颗粒为单分散聚合物颗粒，所述聚合物颗粒是单分散三嵌段聚合物颗粒、单分散聚苯乙烯颗粒、单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒或聚丙烯酰胺颗粒； 所述的单分散颗粒的粒径为100-400 nm，优选于250 nm?350 nm； 所述的单分散颗粒的单分散度在5%以下，优选于在3%以下； 所述的光子晶体层的厚度为500 nm-3ym左右，优选于500 nm-lpm； 所述的光子晶体层的光子带隙要与所述荧光物质的发射光谱相匹配，优选于光子晶体层的光子禁带的带边与荧光物质的发射光谱重合； 所述的荧光物质是荧光分子，如罗丹明6G，罗丹明B中的一种，或由半导体材料(通常由ΠΒ-VIA或MA-VA元素组成)制成的，粒径在2-20nm的量子点，优选粒径在2-6 nm的纳米粒子，如。(15、。(《'6、。(156、11^8、11^、011115、。(156/2115、。(《'6/2115、。(1556/2115、11^/2115、011115/ZnS中的一种。3.—种具有光子晶体的发光二极管的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤: (a)预先准备粒径均一的单分散颗粒； (b)将步骤(a)得到的单分散颗粒分散于有机溶剂中采用溶胀剂将一定量的荧光物质引入到颗粒内部得到含荧光物质的单分散颗粒； (c)将步骤(b)制备得到含荧光物质的单分散颗粒按照一定浓度分散到水或乙醇中，采用自组装的方法组装成光子晶体层涂布于装有蓝光LED芯片的基底层的反光碗上； (d)将涂布光子晶体层的支架固定于封装模具当中，将模具至于已经调配好的粘结剂中，之后取出，置于真空干燥箱除尽气泡，待完全固化之后，脱模，剪切之后即白光发光二极管。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是:所述的光子晶体层的光子带隙要与所述荧光物质的发射光谱相匹配，优选于光子晶体层的光子禁带的带边与荧光物质的发射光谱重合。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征是:所述的单分散颗粒为单分散聚合物颗粒，所述聚合物粒子是单分散三嵌段聚合物颗粒、单分散聚苯乙烯颗粒、单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒或聚丙烯酰胺颗粒； 所述的单分散颗粒的粒径为100-400 nm，优选于250 nm?350 nm； 所述的单分散颗粒的单分散度在5%以下，优选于在3%以下； 所述的荧光物质是发射橙黄色的荧光，发射波长为500-700 nm，优选于550-650 nm； 所述的荧光物质是荧光分子，如罗丹明6G，罗丹明B中的一种，或由半导体材料(通常由ΠΒ-VIA或MA-VA元素组成)制成的，粒径在2-20nm的量子点，优选粒径在2-6nm的纳米粒子，如。(15、。(《'6、。(156、11^8、11^、011115、。(156/2115、。(《'6/2115、。(1556/2115、11^/2115、011115/ZnS中的一种； 所述的有机溶剂为异丙醇、十一.烧基硫酸纳水溶液中的一种； 所述的溶胀剂为甲苯、氯仿、二氯甲烷、丙酮或四氢呋喃中的一种或几种； 所述的粘结剂是环氧树脂、硅树脂或聚碳酸酯。6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征是:所述荧光物质的质量与所述单分散颗粒的质量之比为I: 100?I: 10，优选于I: 100?I: 20。7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征是:所述的含荧光物质的单分散颗粒按照一定浓度分散到水或乙醇中，所述的一定浓度为0.2 wt%?10 *七％，优选为0.5 wt%?5wt%。8.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征是:所述的蓝光LED的波长为420?500nm，优选为450?485 nm，光强度为2.5?25 mw/cm2 ο9.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征是:所述的自组装的方法选自喷墨打印法、喷涂法或旋涂法中的一种。
【文档编号】H01L33/50GK105957945SQ201610477951
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】李珩, 徐朝华
【申请人】江门职业技术学院