一种白光发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体照明技术领域，公开了一种白光发光二极管及其制备方法，白光发光二极管包括无机发光层结构、金属纳米颗粒、有机发光聚合物，其中，金属纳米颗粒位于无机发光层结构之上，金属纳米颗粒上覆盖有机发光聚合物。本发明专利技术采用“LED+有机聚合物”的混合结构发白光，通过金属纳米颗粒实现高效降频转换，能够提高白光发光效率，且制备工艺简单、成本低。

A White Light Emitting Diode and Its Preparation Method

The invention belongs to the field of semiconductor lighting technology, and discloses a white light-emitting diode and its preparation method. The white light-emitting diode includes inorganic light-emitting layer structure, metal nanoparticles and organic light-emitting polymer, in which the metal nanoparticles are located on the structure of the inorganic light-emitting layer, and the metal nanoparticles are covered with organic light-emitting polymer. The invention adopts a mixed structure of \LED + organic polymer\ to emit white light, realizes efficient frequency reduction conversion through metal nanoparticles, can improve the white light luminescence efficiency, and has simple preparation process and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种白光发光二极管及其制备方法
本专利技术涉及半导体照明
，尤其涉及一种白光发光二极管及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(LED)作为高效和长寿命的新一代光源正在越来越多地应用于显示和照明。特别地，基于LED的固体照明是一种安全健康的“绿色光源”。其广泛应用会节省大量电能，有效地减少火力发电产生的CO2、SO2和粉尘的排放量，因而具有明显的环保效果。其次，发展固体照明产业也会对信息产业、汽车电子、原材料与装备制造、以及其他光电子产业等领域均起到重要的带动作用。现阶段，虽然LED技术已经商业化，但是要进一步提高其普及率必须得提高其发光效率特别是发白光效率以及降低成本。目前市场上的白光LEDs主要是利用短波长Ⅲ-Ⅴ族氮化物激发荧光粉。尽管近些年来相关技术突飞猛进，通过荧光粉转换的白光LEDs最高效率达150lm/W左右，但仍远低于理论最高值350lm/W。其次，通过荧光粉发射白光还存在如下缺点：一是由于荧光粉颗粒尺寸较大，荧光粉转换的LEDs不适用于小像素高分辨的微显示技术；二是常规的红光和绿光荧光粉荧光效率较低，黄光荧光粉效率最高但也只有90％左右。另外现有的红光荧光粉的峰宽太宽。这些不但影响白光LED的效率，更导致较低的显色指数(CRI)和白光质量；三是荧光粉内部的光散射、自吸收和熄灭等效应会进一步降低白光LED的量子效率。基于以上原因，研究者们纷纷寻找替代荧光粉的方法来实现白光发光。其中利用“LED+发光聚合物”的方法来实现白光的技术近些年逐渐引起关注。发光聚合物最主要的优势是通过非辐射共振能量转移(FRET)来提高降频转换的效率，其次利用发光聚合物发白光的方法还有如下优点：一是材料来源广泛，因为发光聚合物可以通过化学方法合成；二是发光聚合物有较好的光学特性，如有较高的光致发光(PL)量子效率；三是其斯托克斯位移很大(通常>100nm)，因此其自吸收效应很低；四是发光聚合物成膜方式简单，能有效简化工艺流程和降低成本。尽管通过“LED+发光聚合物”的方法发白光优势明显，但是在实际应用中很难实现高效的非辐射能转移，目前的研究仅限于器件的光学表征，因此进行更深入的发光机理研究以及设计新的器件结构来提高“LED+发光聚合物”的发白光效率是很重要的工作。
技术实现思路
本申请实施例通过提供一种白光发光二极管及其制备方法，目的在于改变目前发白光LED普遍采用“LED+荧光粉”的现状以及改进采用“LED+发光聚合物”降频转换效果不显著的问题。本申请实施例提供一种白光发光二极管，包括：无机发光层结构、金属纳米颗粒、有机发光聚合物；所述金属纳米颗粒位于所述无机发光层结构之上，所述金属纳米颗粒上覆盖所述有机发光聚合物。优选的，所述无机发光层结构为无机蓝光LED结构或无机紫外LED结构，所述无机发光层结构包括从下至上依次层叠接触的无机LED基底、N型氮化物半导体层、无机LED发光层、P型氮化物半导体层。优选的，所述无机发光层结构为无机蓝光LED结构或无机紫外LED结构，所述无机发光层结构包括从下至上依次层叠接触的无机LED基底、P型氮化物半导体层、无机LED发光层、N型氮化物半导体层。优选的，所述金属纳米颗粒为银纳米颗粒、金纳米颗粒、金银合金纳米颗粒中的一种；所述有机发光聚合物为PPV、PPV衍生物、聚芴、聚芴衍生物中的一种。另一方面，本申请实施例提供一种白光发光二极管的制备方法，在无机发光层结构上沉积金属纳米颗粒，在所述金属纳米颗粒上沉积有机发光聚合物。优选的，所述无机发光层结构为无机蓝光LED结构或无机紫外LED结构，所述无机发光层结构包括从下至上依次层叠接触的无机LED基底、N型氮化物半导体层、无机LED发光层、P型氮化物半导体层。优选的，所述白光发光二极管的制备方法包括以下步骤：在所述无机发光层结构的所述P型氮化物半导体层上利用光刻成型和等离子腐蚀形成一系列的气孔，所述气孔不穿透所述P型氮化物半导体层；在所述气孔中通过热蒸发或溶液工艺沉积所述金属纳米颗粒；在所述金属纳米颗粒上沉积所述有机发光聚合物。优选的，所述无机发光层结构为无机蓝光LED结构或无机紫外LED结构，所述无机发光层结构包括从下至上依次层叠接触的无机LED基底、P型氮化物半导体层、无机LED发光层、N型氮化物半导体层。优选的，所述白光发光二极管的制备方法包括以下步骤：在所述无机发光层结构的所述N型氮化物半导体层上，利用光刻成型和等离子腐蚀形成一系列的气孔，所述气孔不穿透所述N型氮化物半导体层；在所述气孔中通过热蒸发或溶液工艺沉积所述金属纳米颗粒；在所述金属纳米颗粒上沉积所述有机发光聚合物。优选的，所述金属纳米颗粒为银纳米颗粒、金纳米颗粒、金银合金纳米颗粒中的一种；所述有机发光聚合物为PPV、PPV衍生物、聚芴、聚芴衍生物中的一种。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：在本申请实施例中，提供的一种白光发光二极管包括三个部分：无机发光层结构(无机蓝光或紫外光LED结构)、金属纳米颗粒(NP)、有机发光聚合物；其中，金属纳米颗粒位于无机发光层结构之上，金属纳米颗粒上覆盖有机发光聚合物。即本专利技术采用“LED+发光聚合物”结构产生白光，而不是采用传统短波III-V族氮化物LED激发荧光粉产生白光的方法。且本专利技术在无机发光层结构和有机发光聚合物之间加入金属纳米颗粒，通过金属纳米颗粒来修饰无机-有机的界面，利用其上产生的局域表面等离子体(LSP)为媒介实现从无机LED的发光层到有机发光聚合物的长程非辐射能量转移，从而可以实现高效降频转换，最终提高白光发光效率。附图说明为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种白光发光二极管的结构示意图；图2为蓝光LED/AgNP/F8BT混合结构的横截面图；图3为InGaN/GaNMQW/AgNP/F8BT混合结构中能量转移示意图；图4(a)、4(b)分别为初始膜厚为2nm、8nmAg在300度退火10分钟的SEM图像；图5为计算得到的Ag/F8BT和Ag/GaN界面上的传导色散曲线；图6为计算得到嵌入GaN中直径为5-60nmAgNP的散射和消光截面曲线；图7(a)、7(b)为置于GaN/F8BT界面的13nmAgNP的结构模型图和周围电场分布图；图8(a)、8(b)为置于GaN/F8BT界面上的双纳米球近场分布和3×3纳米球引起的近场增强因子随Ag颗粒间距的变化图；图9(a)、9(b)分别为正装、倒装白光LED(WLED)的横截面图。其中，1：无机发光层结构、2：金属纳米颗粒、3：有机发光聚合物；1-1：无机LED基底、1-2：N型氮化物半导体层、1-3：无机LED发光层、1-4：P型氮化物半导体层。具体实施方式为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。本实施例提供了一种白光发光二极管，如图1所示，包括无机发光层结构1、金属纳米颗粒2、有机发光聚合物3；所述金属纳米颗粒2位于所述无机发光层结构1之上，所述金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种白光发光二极管，其特征在于，包括：无机发光层结构、金属纳米颗粒、有机发光聚合物；所述金属纳米颗粒位于所述无机发光层结构之上，所述金属纳米颗粒上覆盖所述有机发光聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种白光发光二极管，其特征在于，包括：无机发光层结构、金属纳米颗粒、有机发光聚合物；所述金属纳米颗粒位于所述无机发光层结构之上，所述金属纳米颗粒上覆盖所述有机发光聚合物。2.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述无机发光层结构为无机蓝光LED结构或无机紫外LED结构，所述无机发光层结构包括从下至上依次层叠接触的无机LED基底、N型氮化物半导体层、无机LED发光层、P型氮化物半导体层。3.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述无机发光层结构为无机蓝光LED结构或无机紫外LED结构，所述无机发光层结构包括从下至上依次层叠接触的无机LED基底、P型氮化物半导体层、无机LED发光层、N型氮化物半导体层。4.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述金属纳米颗粒为银纳米颗粒、金纳米颗粒、金银合金纳米颗粒中的一种；所述有机发光聚合物为PPV、PPV衍生物、聚芴、聚芴衍生物中的一种。5.一种白光发光二极管的制备方法，其特征在于，在无机发光层结构上沉积金属纳米颗粒，在所述金属纳米颗粒上沉积有机发光聚合物。6.根据权利要求5所述的白光发光二极管的制备方法，其特征在于，所述无机发光层结构为无机蓝光LED结构或无机紫外LED结构，所述无机发光层结构包括从下至上依次层叠接触的无...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹先安，李珊，刘能，刘凌云，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42