CN103367613B - 含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法 - Google Patents

Abstract

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，尤其涉及利用双带隙光子晶体的双光子带隙特性和大的比表面积，以提高白光光源发光强度的制备方法。本发明选用适用于紫外激发的三基色发光材料，继而构筑高质量的双带隙光子晶体薄膜，利用双带隙光子晶体固态发光薄膜的双光子禁带分别与紫外型LED的激发波长和红色发光材料的发射波长的峰位相匹配，将其固态发光薄膜结合紫外型LED制备高发光强度的白光光源。本发明的方法工艺简单、制备成本低廉，得到的高发光强度的白光光源，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。

Description

含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法

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，尤其涉及利用双带隙光子晶体的双光子带隙特性和大的比表面积，以提高白光光源发光强度的制备方法。

背景技术

白光发光二极管（LED）是一种新型固体冷光源,与传统的白炽灯和荧光灯相比,它具有小型化、长寿命、低功耗等优点，被誉为将超越白炽灯、荧光灯的新一代照明光源。白光LED主要应用于大屏幕显示、各种指示灯、部分道路照明、景观照明等，并迅速向汽车尾灯、LCD背光源、家庭照明等领域发展。

目前白光LED制作工艺，多以GaN蓝光芯片涂敷YAG荧光粉实现，其色温不易控制在5000K以下，且显色指数一般小于80，无法应用于对色温和显色指数要求较高的场合。而使用红、绿和蓝色三个半导体芯片实现白光LED的方法虽然可以在比较宽和比较低的色温范围内，实现较高的显色指数，但由于红、绿、蓝三芯片光衰不一致，导致使用过程中白光LED光色参数变化范围较大，必须加适当的控制线路才能保证其光色参数稳定，器件生产成本高，且线路复杂。为解决上述问题，采用紫外芯片作为激发源，激发红、绿、蓝三基色荧光粉，类似荧光灯中实现白光照明的做法，已成为国内外LED白光照明研究领域的研究热点。但商业化应用的红色荧光粉Y₂O₂S:Eu³⁺在发光效率和稳定性上远低于绿色和蓝色荧光粉，这对三基色LED的发展可以说是一种限制。因此，研究新的荧光粉材料，特别是红色荧光粉，提高红色、蓝色、绿色荧光粉在受激励时的转化效率以提升LED的性能，是非常重要的。

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，在低阈值激光器、发光二极管及微谐振腔等方面具有广阔的应用前景。目前利用光子晶体提高半导体芯片的发光效率研究很多，但基于双带隙光子晶体的白光光源的制备方法，实现对白光光源发光强度的提高尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种将双带隙光子晶体固态发光薄膜与紫外型LED相结合，从而得到高发光强度白光光源的制备方法。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，光子晶体的双光子带隙特性与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，大大提高了材料的转换效率，而且光子晶体的双光子带隙可以对特定波长光的调控作用，能够选择性地实现对荧光信号的增强。这几方面协同作用能有效地提高白光光源的发光强度。

本发明设计的双带隙光子晶体的光子带隙应满足以下条件：双带隙光子晶体的其中一个光子带隙要与紫外型LED的激发波长相匹配（即重合）；双带隙光子晶体的另一个光子带隙要与红色发光材料发射波长的峰位相匹配，红色发光材料受激后激发更多的红色光，在与已经存在的绿、蓝发光材料合理的组合后能有效地提高转换效率，三种光谱复合从而获得白光光源，这充分体现双带隙光子晶体在三基色白光LED应用中的优势。

本发明不局限于利用光子晶体的双光子带隙特性选择性增强红色发光材料的发光强度，也可选择性提高蓝色或绿色发光材料的发光强度。也就是说，光子晶体的双光子带隙特性能够选择性增强三色光谱中较弱的部分，从而形成光谱匹配的白光光源。

本发明的制备方法中，对双带隙光子晶体固态发光薄膜的选择的基本要求是：首先要求双带隙光子晶体固态发光薄膜具有稳定性，并且能在高温下保持良好的工作状态，因此对该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。其次要求双带隙光子晶体的双光子禁带位置合适，即双带隙光子晶体固态发光薄膜的双光子禁带要分别与紫外型LED的激发波长和红色发光材料的发射波长的峰位相匹配。根据这个总的发明构思，可以将发明概括为三个技术方案，即含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法包括以下三种：

1.一种含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法，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颗粒采用自组装的方法在基材上组装成单带隙光子晶体薄膜，然后再将另一含一定浓度的单分散聚合物颗粒采用自组装的方法对上述已组装过单带隙光子晶体薄膜的基材进行组装，在基材上可得到双带隙光子晶体薄膜，其中，上述两种单分散聚合物颗粒的粒径不同，且各自聚合物颗粒的粒径相同；

（2）将步骤（1）制备得到的双带隙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双带隙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双带隙光子晶体薄膜，使其中的聚合物单体聚合，聚合完成后，得到交联的双带隙光子晶体薄膜；

（3）将适用于紫外激发的红、绿、蓝色发光材料按一定的比例分散到粘结剂中进行混合，涂覆于步骤（2）制备得到的交联的双带隙光子晶体薄膜的表面，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜，结合紫外型LED制备得到白光光源。

所述的单分散聚合物颗粒是单分散聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）颗粒、单分散聚苯乙烯颗粒或单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒。

所述的一定浓度的单分散聚合物颗粒的浓度为0.2wt%～10wt%，优选为0.2wt%～2wt%。

所述的一定浓度的单分散聚合物颗粒的粒径范围是160nm～210nm。

所述的另一含一定浓度的单分散聚合物颗粒的粒径范围是220nm～320nm。

所述的步骤（2）制备双带隙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的时间是5～15分钟。

所述的聚合物单体溶液的质量浓度为2%～5%；所述的光引发剂和交联剂的用量均为聚合物单体质量的2～3%；所述的聚合物单体是丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或异丙基丙烯酰胺；所述的光引发剂是二乙氧基苯己酮；所述的交联剂是N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。

所述的紫外灯的紫外光波长为200～400nm，光强度为2.5～25mw/cm²。

2.一种含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法，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无机氧化物颗粒采用自组装的方法在基材上组装成单带隙光子晶体薄膜，然后再将另一含一定浓度的单分散无机氧化物颗粒采用自组装的方法对上述已组装过单带隙光子晶体薄膜的基材进行组装，在基材上可得到双带隙光子晶体薄膜，其中，上述两种单分散无机氧化物颗粒的粒径不同，且各自无机氧化物颗粒的粒径相同；

（2）将适用于紫外激发的红、绿、蓝色发光材料按一定的比例分散到粘结剂中进行混合，涂覆于步骤（1）制备得到的双带隙光子晶体薄膜的表面，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜，结合紫外型LED制备得到白光光源。

所述的单分散无机氧化物颗粒为单分散二氧化硅颗粒或单分散二氧化钛颗粒。

所述的一定浓度的单分散无机氧化物颗粒的浓度为0.2wt%～10wt%，优选为0.5wt%～5wt%。

所述的一定浓度的单分散无机氧化物颗粒的粒径范围是150nm～190nm。

所述的另一含一定浓度的单分散无机氧化物颗粒的粒径范围是200nm～300nm。

3.一种含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法，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颗粒采用自组装的方法在基材上组装成单带隙光子晶体薄膜，然后再将另一含一定浓度的单分散聚合物颗粒采用自组装的方法对上述已组装过单带隙光子晶体薄膜的基材进行组装，在基材上可得到双带隙光子晶体薄膜，其中，上述两种单分散聚合物颗粒的粒径不同，且各自聚合物颗粒的粒径相同，以该双带隙光子晶体薄膜作为模板；

（2）将步骤（1）得到的模板浸入纳米硅溶胶中，取出晾干；在高温450-500℃灼烧以除去聚合物颗粒，得到反蛋白石结构的双带隙光子晶体薄膜；

（3）将适用于紫外激发的红、绿、蓝色发光材料按一定的比例分散到粘结剂中进行混合，涂覆于步骤（2）制备得到的反蛋白石结构的双带隙光子晶体薄膜的表面，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜，结合紫外型LED制备得到白光光源。

所述的单分散聚合物颗粒是单分散聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）颗粒、单分散聚苯乙烯颗粒或单分散聚甲基丙烯酸甲酯颗粒。

所述的一定浓度的单分散聚合物颗粒的浓度为0.2wt%～10wt%，优选为0.2wt%～2wt%。

所述的一定浓度的单分散聚合物颗粒的粒径范围是200nm～290nm。

所述的另一含一定浓度的单分散聚合物颗粒的粒径范围是300nm～420nm。

所述的纳米硅溶胶的溶液是浓度是28wt%的正硅酸乙酯：无水乙醇：浓度为37wt%的浓盐酸的体积比为10：4：2。

所述的纳米硅溶胶的溶液是浓度是28wt%的正硅酸乙酯：无水乙醇：浓度为37wt%的浓盐酸的体积比为3.5：10：0.02。

本发明方法制备得到的含双带隙光子晶体的白光光源，比不含双带隙光子晶体的现有白光光源的发光强度能提高5～10倍，且三基色发光材料的发射光谱复合符合白光光源的条件，即，双带隙光子晶体选择性增强三基色光谱中较弱的部分，从而实现三基色发射光谱的匹配，得到的CIE值落在CIE图中的白光区域，接近（0.33,0.33）。

所述的双带隙光子晶体固态发光薄膜的双光子禁带分别与所述的紫外型LED的激发波长和所述的红色发光材料的发射波长的峰位相匹配。

所述的紫外型LED的波长为395～420nm或335～375nm。

所述的自组装的方法选自喷墨打印法、竖直沉积法、喷涂法或旋涂法中的一种。

所述的红、绿、蓝色发光材料为稀土发光材料类或半导体量子点类。

所述的红、绿、蓝色发光材料分别为：红色发光材料选自Y₂O₃:Eu³⁺、Y₂O₂S:Eu³⁺、Lu₂CaMg₂(Si,Ge)₃O₂:Ce³⁺、Sr_xCa_1-xAlSiN₃:Eu²⁺、K₂CaSiO₄:Eu³⁺、SrMgP₂O₇:Ce³⁺,Tb³⁺中的一种；绿色发光材料选自正硅酸盐M₂SiO₄:Eu²⁺（M=Ca，Sr，Ba）、SrCa₂S₄:Eu、磷酸盐、氯硅酸盐、铝酸盐中的一种；蓝色发光材料选自BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺、硅酸盐、磷酸盐中的一种。

所述的适用于紫外激发的红、绿、蓝色发光材料可以替换为适用于紫外激发的单一基质的白光荧光粉。

所述的适用于紫外激发的单一基质的白光荧光粉是Ba₃MgSi₂O₈:Eu²⁺,Mn²⁺、Sr₃MgSi₂O₈:Eu²⁺或Sr₃MgSi₂O₈:Eu²⁺,Mn²⁺。

所述的粘结剂是环氧树脂、硅树脂或聚碳酸酯。

所述的红、绿、蓝色发光材料与所述的粘结剂的比例（质量比）是1:4～1:19。

所述的基材是玻璃或石英。

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强度高，且三基色发光材料的发射光谱复合符合白光光源的条件，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。

本发明方法的优点在于：

1.本发明的制备方法简单、成本低廉，可以大面积的制备固态白色发光光源。

2.本发明利用光子晶体的大孔和双光子带隙的结构，使白光光源的发光强度得到提高。

3.对于价格昂贵、制备复杂的某种发光材料，我们可以适当的减少其用量，通过利用双带隙光子晶体选择性地增强该发光材料在三色光谱中较弱的部分，从而实现三基色发射光谱的匹配得到白光光源，这样可以节省成本。

4.本发明对于白光照明发光强度的提高具有重要的实际应用意义。

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

图1为本发明实施例1所得到的双带隙光子晶体薄膜的侧台扫描电镜图。

图2为本发明实施例1所得到的双带隙光子晶体固态发光薄膜的反射光谱与400nmLED激发光的光谱图。

图3本发明实施例1所得的双带隙光子晶体固体发光薄膜和对比样的荧光光谱对比图。

具体实施方式

实施例1

（1）将含有浓度为1wt%的平均粒径为180nm的单分散二氧化硅颗粒的乳液，在恒定温度40℃下静置24h，利用竖直沉积法在玻璃基材上得到大面积的单带隙光子晶体薄膜；然后再将另一含有浓度为1wt%的平均粒径为280nm的单分散二氧化硅颗粒的乳液，在恒定温度40℃下静置24h，利用竖直沉积法在上述已竖直沉积过单带隙光子晶体薄膜的玻璃基材进行组装，在玻璃基材上可得到大面积的双带隙光子晶体薄膜。其中，上述两种单分散无机氧化物颗粒的粒径不同，且各自无机氧化物颗粒的粒径相同；双光子带隙在可见光区域的双带隙光子晶体薄膜是由两种不同粒径的单分散二氧化硅颗粒堆砌而成的，其扫描电镜如图1所示。

（2）适用于紫外激发的荧光粉由大约40wt%红色发光材料Y₂O₂S:Eu³⁺、40wt%绿色发光材料SrCa₂S₄:Eu²⁺和20wt%蓝色发光材料BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺组成，对应的发射峰值为610、515和425nm，将其分散到粘结剂环氧树脂中进行混合（荧光粉的质量百分数占10%），通过旋涂的方式涂覆于步骤（1）制备得到的双带隙光子晶体薄膜的表面，自然干燥，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜，结合400nm的InGaNLED芯片制备得到白光光源。双带隙光子晶体固态发光薄膜的反射光谱如图2所示，从图中可以看出，双带隙光子晶体固态发光薄膜的双光子禁带分别与InGaNLED芯片的激发波长400nm和红色发光材料Y₂O₂S:Eu³⁺的发射波长的峰位相匹配。

使用荧光光谱仪（所用的激发波长为400nm）对双带隙光子晶体固态发光薄膜进行表征，观察所得的白光光源的荧光光谱如图3所示。根据其发射光谱计算得到的色坐标CIE值为（0.35，0.33）。

作为对比，适用于紫外激发的荧光粉由大约40wt%红色发光材料Y₂O₂S:Eu³⁺、40wt%绿色发光材料SrCa₂S₄:Eu²⁺和20wt%蓝色发光材料BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺组成，将其分散到粘结剂环氧树脂中进行混合（荧光粉的质量百分数占10%），通过旋涂的方式涂覆于普通玻璃的表面，自然干燥，然后使用荧光光谱仪观察其荧光光谱（所用的激发波长为400nm），如图3所示，在对比样中红色发光材料Y₂O₂S:Eu³⁺的发射强度很弱，根据对比样的发射光谱计算得到的色坐标CIE值为（0.27，0.29），在CIE色品图中偏离了白光区域。

从附图3可以看出，双带隙光子晶体能选择性增强红色发光材料的荧光信号，从而实现三基色发射光谱的匹配，得到的CIE值落在CIE图中的白光区域，更接近（0.33，0.33）。另外，三基色荧光粉在双带隙光子晶体固态发光薄膜上的发光强度比对比样有明显的增强，其提高了5.5倍。

实施例2

（1）将含有浓度为0.2wt%的平均粒径为200nm的单分散聚苯乙烯颗粒的乳液作为喷墨打印墨水装于常规喷墨打印机用的墨盒中，然后按通常的方法经打印机对玻璃基材进行打印，打印膜干燥后，在玻璃基材上可得到大面积的单带隙光子晶体薄膜；再将含有浓度为0.2wt%的平均粒径为305nm的单分散聚苯乙烯颗粒的乳液作为喷墨打印墨水装于常规喷墨打印机用的墨盒中，然后再按通常的方法经打印机对上述已打印过单带隙光子晶体薄膜的玻璃基材进行打印，玻璃基材上的打印膜干燥后，在玻璃基材上可得到大面积双光子带隙在可见光区域的双带隙光子晶体薄膜。双光子带隙在可见光区域的双带隙光子晶体薄膜是由两种不同粒径的单分散聚苯乙烯颗粒堆砌而成的。

（2）将步骤（1）制备得到的双带隙光子晶体薄膜浸入含质量浓度为2%的丙烯酰胺、质量浓度为0.05%的二乙氧基苯基酮和质量浓度为0.05%的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液中10分钟，使掺杂有丙烯酰胺、二乙氧基苯基酮和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液均匀渗入到由平均粒径为200nm和305nm的单分散聚苯乙烯颗粒构成的双带隙光子晶体薄膜的空隙中，然后取出，然后用波长为254nm的紫外光（光强10mW/cm²）光照光子晶体薄膜约10min，使其中的丙烯酰胺完全聚合，即可得到交联的双带隙光子晶体薄膜。

（3）适用于紫外激发的荧光粉由大约40wt%红色发光材料Y₂O₂S:Eu³⁺、40wt%绿色发光材料SrCa₂S₄:Eu²⁺和20wt%蓝色发光材料BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺组成，将其分散到粘结剂环氧树脂中进行混合（荧光粉的质量百分数占5%），通过旋涂的方式涂覆于步骤（2）制备得到的交联的双带隙光子晶体薄膜的表面，自然干燥，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜，结合400nm的InGaNLED芯片制备得到白光光源。

实施例3

（1）将含有浓度为2wt%的平均粒径为270nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)颗粒的乳液装于带有常规空气喷枪的容器中，将喷枪对准玻璃基材进行喷涂，涂膜干燥后，在石英基材上可得到大面积的单带隙光子晶体薄膜；再将另一含有浓度为2wt%的平均粒径为460nm的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)颗粒的乳液装于带有常规空气喷枪的容器中，然后再将喷枪对准上述已喷涂过单带隙光子晶体薄膜的石英基材进行喷涂，涂膜干燥后，在石英基材上可得到大面积的双带隙光子晶体薄膜。双带隙光子晶体薄膜是由两种不同粒径的单分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)颗粒堆砌而成的，以该薄膜作为模板。

（2）将步骤（1）制备得到的双带隙光子晶体薄膜浸入纳米硅溶胶（正硅酸乙酯（28wt%）：无水乙醇：浓盐酸（37wt%）的体积比为3.5：10：0.02，室温下搅拌4小时左右得到的透明的纳米硅溶胶溶液）中，晾干；然后以约2℃/min的速度升温到500℃，然后保持500℃约3h，以确保完全去除聚合物颗粒堆砌而成的模板，在石英基材上可得到带有孔道的反蛋白石结构的双带隙光子晶体薄膜，其空气孔径分别为225nm和400nm。

（3）将适用于紫外激发的发射波长为615nm、505nm、445nm的红、绿、蓝三基色荧光粉（有研稀土新材料股份有限公司，型号分别为GP-0730，GP-0751和GP-07563）按一定的比例分散到粘结剂环氧树脂中进行混合（荧光粉的质量百分数占20%），通过旋涂的方式涂覆于步骤（2）制备得到的反蛋白石结构的双带隙光子晶体薄膜的表面，自然干燥，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜，结合峰值波长为395～400nm的InGaNLED芯片制备得到白光光源。

实施例4

（1）将含有浓度为2wt%的平均粒径为160nm的单分散二氧化钛颗粒的乳液作为喷墨打印墨水装于常规喷墨打印机用的墨盒中，然后按通常的方法经打印机对玻璃基材进行打印，打印膜干燥后，在玻璃基材上可得到大面积的单带隙光子晶体薄膜；再将另一含有浓度为2wt%的平均粒径为275nm的单分散二氧化钛颗粒的乳液装于带有常规空气喷枪的容器中，然后再将喷枪对准上述已喷涂过单带隙光子晶体薄膜的玻璃基材进行喷涂，涂膜干燥后，在玻璃基材上可得到大面积的双带隙光子晶体薄膜。双带隙光子晶体薄膜是由两种不同粒径的单分散二氧化钛颗粒堆砌而成的，

（2）适用于紫外激发的4.3nm（红）、3.2nm（绿）、2.4nm（蓝）CdSe/ZnS量子点，对应的发射峰值为430、525和610nm，将质量百分比占15%的量子点分散到粘结剂硅树脂中进行混合，通过旋涂的方式涂覆于步骤（1）制备得到的双带隙光子晶体薄膜的表面，自然干燥，得到双带隙光子晶体固体发光薄膜，结合365nm的InGaNLED芯片制备得到白光光源。

实施例5

（1）将含有浓度为5wt%的平均粒径为180nm的单分散二氧化硅颗粒的乳液作为喷墨打印墨水装于常规喷墨打印机用的墨盒中，然后按通常的方法经打印机对石英基材进行打印，打印膜干燥后，在石英基材上可得到大面积的单带隙光子晶体薄膜；再将含有浓度为5wt%的平均粒径为280nm的单分散二氧化硅颗粒的乳液作为喷墨打印墨水装于常规喷墨打印机用的墨盒中，然后再按通常的方法经打印机对上述已打印过单带隙光子晶体薄膜的石英基材进行打印，石英基材上的打印膜干燥后，在石英基材上可得到大面积双光子带隙在可见光区域的双带隙光子晶体薄膜。双光子带隙在可见光区域的双带隙光子晶体薄膜是由两种不同粒径的单分散二氧化硅颗粒堆砌而成的。

（2）将适用于紫外激发的单一基质的质量百分比占10%的白光荧光粉Ba₃MgSi₂O₈:Eu²⁺,Mn²⁺（对应的发射峰值分别为442、505和620nm）分散到的粘结剂硅树脂中进行混合，通过旋涂的方式涂覆于步骤（1）制备得到的双带隙光子晶体薄膜的表面，自然干燥，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜；结合400nm的InGaNLED芯片制备得到白光光源。

实施例6

（1）将含有浓度为3wt%的平均粒径为180nm的单分散二氧化硅颗粒的乳液作为喷墨打印墨水装于常规喷墨打印机用的墨盒中，然后按通常的方法经打印机对石英基材进行打印，打印膜干燥后，在石英基材上可得到大面积的单带隙光子晶体薄膜；再将含有浓度为3wt%的平均粒径为280nm的单分散二氧化硅颗粒的乳液作为喷墨打印墨水装于常规喷墨打印机用的墨盒中，然后再按通常的方法经打印机对上述已打印过单带隙光子晶体薄膜的石英基材进行打印，石英基材上的打印膜干燥后，在石英基材上可得到大面积双光子带隙在可见光区域的双带隙光子晶体薄膜。双光子带隙在可见光区域的双带隙光子晶体薄膜是由两种不同粒径的单分散二氧化硅颗粒堆砌而成的。

（2）适用于紫外激发的荧光粉由大约30wt%红色发光材料Y₂O₂S:Eu³⁺、45wt%绿色发光材料SrCa₂S₄:Eu²⁺和25wt%蓝色发光材料BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺组成，将其分散到粘结剂环氧树脂中进行混合（荧光粉的质量百分数占12%），通过旋涂的方式涂覆于步骤（1）制备得到的双带隙光子晶体薄膜的表面，自然干燥，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜，结合400nm的InGaNLED芯片制备得到白光光源。

Claims (9)

1.一种含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法，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颗粒采用自组装的方法在基材上组装成单带隙光子晶体薄膜，然后再将另一含一定浓度的单分散聚合物颗粒采用自组装的方法对上述组装成单带隙光子晶体薄膜的基材进行组装，在基材上得到双带隙光子晶体薄膜，其中，上述两种单分散聚合物颗粒的粒径不同，且各自聚合物颗粒的粒径相同；

(2)将步骤(1)制备得到的双带隙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双带隙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双带隙光子晶体薄膜，使其中的聚合物单体聚合，聚合完成后，得到交联的双带隙光子晶体薄膜；

(3)将适用于紫外激发的红、绿、蓝色发光材料按一定的比例分散到粘结剂中进行混合，涂覆于步骤(2)制备得到的交联的双带隙光子晶体薄膜的表面，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜，结合紫外型LED制备得到白光光源 ；

所述的双带隙光子晶体固态发光薄膜的双光子禁带分别与所述的紫外型LED的激发波长和所述的红色发光材料的发射波长的峰位相匹配。

2.一种含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法，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无机氧化物颗粒采用自组装的方法在基材上组装成单带隙光子晶体薄膜，然后再将另一含一定浓度的单分散无机氧化物颗粒采用自组装的方法对上述组装成单带隙光子晶体薄膜的基材进行组装，在基材上得到双带隙光子晶体薄膜，其中，上述两种单分散无机氧化物颗粒的粒径不同，且各自无机氧化物颗粒的粒径相同；

(2)将适用于紫外激发的红、绿、蓝色发光材料按一定的比例分散到粘结剂中进行混合，涂覆于步骤(1)制备得到的双带隙光子晶体薄膜的表面，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜，结合紫外型LED制备得到白光光源 ；

所述的双带隙光子晶体固态发光薄膜的双光子禁带分别与所述的紫外型LED的激发波长和所述的红色发光材料的发射波长的峰位相匹配。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述的无机氧化物颗粒为二氧化硅粒子或二氧化钛粒子。

4.一种含双带隙光子晶体的白光光源的制备方法，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颗粒采用自组装的方法在基材上组装成单带隙光子晶体薄膜，然后再将另一含一定浓度的单分散聚合物颗粒采用自组装的方法对上述组装成单带隙光子晶体薄膜的基材进行组装，在基材上得到双带隙光子晶体薄膜，其中，上述两种单分散聚合物颗粒的粒径不同，且各自聚合物颗粒的粒径相同，以该双带隙光子晶体薄膜作为模板；

(2)将步骤(1)得到的模板浸入纳米硅溶胶中，取出晾干；在高温450-500℃灼烧以除去聚合物颗粒，得到反蛋白石结构的双带隙光子晶体薄膜；

(3)将适用于紫外激发的红、绿、蓝色发光材料按一定的比例分散到粘结剂中进行混合，涂覆于步骤(2)制备得到的反蛋白石结构的双带隙光子晶体薄膜的表面，得到双带隙光子晶体固态发光薄膜，结合紫外型LED制备得到白光光源 ；

所述的双带隙光子晶体固态发光薄膜的双光子禁带分别与所述的紫外型LED的激发波长和所述的红色发光材料的发射波长的峰位相匹配。

5.根据权利要求1、2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、竖直沉积法、喷涂法或旋涂法中的一种。

6.根据权利要求1、2或4所述的制备方法，其特征是：所述的红、绿、蓝色发光材料为稀土发光材料类或半导体量子点类。

7.根据权利要求1、2或4所述的制备方法，其特征是：所述的粘结剂是环氧树脂、硅树脂或聚碳酸酯。

8.根据权利要求1、2或4所述的制备方法，其特征是：所述的红、绿、蓝色发光材料与所述的粘结剂的质量比是1:4～1:19。

9.根据权利要求1、2或4所述的制备方法，其特征是：所述的适用于紫外激发的红、绿、蓝色发光材料可以替换为适用于紫外激发的单一基质的白光荧光粉。