增强稀土三基色荧光粉荧光强度的方法技术

本发明专利技术属于发光与照明技术领域，涉及光子晶体应用技术，尤其涉及利用光子晶体布拉格镜面反射的性质，以反蛋白石型光子晶体增强稀土三基色荧光粉荧光强度、提高照明器件发光强度的方法。本发明专利技术主要是利用三维光子晶体的光子禁带性质，即对于在光子禁带的频率范围内光不能透过而被反射的性质，在反蛋白石光子晶体薄膜上旋涂稀土荧光粉，光子晶体反射膜的作用使荧光粉物的荧光强度有很大的增强。本发明专利技术成本低廉、工艺简单、发光效率高，可应用于显示器件、辅助光源和照明光源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发光与照明
，涉及光子晶体应用技术，尤其涉及利用光子晶体布拉格镜面反射的性质，以反蛋白石型光子晶体增强稀土三基色荧光粉荧光强度、提高照明器件发光强度的方法。
技术介绍
稀土三基色荧光粉是稀土离子激活的、具有光效高、光色可调的特点，是目前最重要的稀土发光材料之一。灯用稀土三基色荧光粉，主要是指在254nm紫外线激发下，发射主峰波长为450nm附近的蓝色光，540nm附近的绿色光和610nm附近的红色光的荧光材料。二十世纪七十年代以来，由于能源危机，许多国家对于节约能源极为重视，而照明则是一个用电较多的方面，因此，开展新型、高效、省电照明光源的研究就成为一个极为重要的课题。提高发光材料的发光强度(发光效率)，成为改进照明光源的一个很重要的途径。在进一步提高发光材料的发光效率的过程中，光子晶体独特的物理性质如光子禁带、光子局域等特性，为人们将光子晶体引入到发光器件中提供了很好的理论基础，通过改变发光芯片的几何结构，改善取光技术，发光效率得到了很大的提高。2003年，日本松下电器产业开发成功了发光效率达原来1.5倍的GaN蓝色发光二极管(LED)芯片。此次开发的蓝色LED芯片，利用光子晶体的周期性结构对光的调控特性，提高了发光效率。在光子晶体中掺杂有机发光染料，或者在其表面蒸镀有机发光材料都可以达到对发光的调控和增强(Appl.Phys.Lett.2001，79，3573；Chem.Mater.2000，12，2508；Phys.Rev.A，2000，63，011801.)。另一方面，在光子晶体应用方面，专利CN03100044.4提供了一种二维光子晶体作为光开关的应用；专利CN02159759.6专利技术了可以在很小的空间和面积上生长出周期结构非常好的二维平面光子晶体微光栅，该光栅可以在光路中用作分光器件；专利CN200310110550.0专利技术了一种光子晶体的全方向全反膜；本专利技术人先前申请的专利CN200510012047.0是利用光子晶体在光子禁带的频率范围内光不能透过而被反射的性质，在光子晶体表面蒸镀与光子禁带相匹配的有机发光材料，从而提高物质的发光效率。而在照明领域，利用反蛋白石光子晶体对无机的稀土发光材料发光效率的提高尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种反蛋白石型光子晶体，利用光子晶体在光子禁带的频率范围内光不能透过而被反射的性质，用以增强灯用稀土发光材料的发光强度，成本低廉、工艺简单、发光效率高，可应用于显示器件、辅助光源和照明光源。本专利技术的提高稀土发光材料的发光强度方法，其基本要求是在不改变光子晶体结构的基础上，利用光子晶体的光子禁带性质，在三维反蛋白石光子晶体薄膜上旋涂稀土三基色荧光粉成膜，光子晶体在某一范围内对一定波长的光具有反射的性质，选用相匹配的稀土三基色荧光粉就可以达到使稀土三基色荧光粉荧光增强的效果，从而提高稀土发光材料的发光强度。本专利技术的反蛋白石型光子晶体步骤包括(1).采用公知技术(自组装的方法)。选用不同粒径的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)的胶体晶体乳液，浓度为0.3～0.5wt％，在恒温恒湿箱中于温度为70～90℃，湿度为70～90％的条件下，采用自组装的方法，将胶体晶体乳液沉积在基底(如玻璃、硅片或不锈钢板等)上形成不同粒径的蛋白石型光子晶体薄膜，以该薄膜作为模板。薄膜厚度大约在10～20um。(2).将步骤(1)得到的模板浸入纳米硅溶胶溶液(正硅酸乙酯∶无水乙醇∶浓盐酸的体积比为10∶4∶2)中2～3小时，取出水洗、晾干；或在该模板表面滴涂稀的纳米硅溶胶(正硅酸乙酯∶无水乙醇∶浓盐酸的体积比为3.5∶10∶0.02)；最后在高温450～500℃灼烧以除去聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)小球，得到带有空气孔径的反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体(由于硅溶胶在聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)小球的缝隙里，所以，经烧结可以得到反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体)。(3).用粘结剂将稀土三基色荧光粉旋涂在步骤(2)得到的反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体表面，得到荧光强度增强的稀土三基色荧光粉。所述的稀土三基色荧光粉在稀土三基色荧光粉和粘结剂的混合物中的质量百分比浓度为1～10％。以空白的玻璃基底作为对照样，稀土三基色荧光粉荧光强度增加1.5～4.5倍。所述的反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体的光子禁带与稀土三基色荧光粉的发射峰位相匹配。所述的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶体的平均粒径为320～410nm，优选为320nm、354nm、400nm或410nm。所述的反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体的空气孔径平均为228～321nm，优选为228nm，265nm，315nm或321nm。所述的稀土三基色荧光粉选自稀土三基色蓝粉、稀土三基色绿粉、稀土三基色红粉、稀土长余辉荧光粉等中的一种。所述的稀土三基色蓝粉、稀土三基色绿粉、稀土三基色红粉和稀土长余辉荧光粉的发射主峰位分别在蓝粉450nm；绿粉487，543，583nm，其中543nm为主峰位；红粉589，610，628nm，其中610nm为主峰位；长余辉荧光粉501nm。所述的稀土三基色蓝粉、稀土三基色绿粉、稀土三基色红粉和稀土长余辉荧光粉的化学组成分别为蓝粉BaMgAl10O11:Eu2+、绿粉(Ce，Tb)MgAl11O19、红粉Y2O3:Eu、长余辉荧光粉SrAl2O4:Eu，Dy。所述的粘结剂为无机粘结剂或者有机粘结剂。所述的无机粘结剂为纳米硅溶胶，有机粘结剂为丙烯酸酯的水溶液。本专利技术的制备方法中，对反蛋白石光子晶体和荧光粉的选择的基本要求是光子晶体的光子禁带位置与荧光粉的发射峰位相匹配，即光子晶体的反射峰位与荧光粉的发射峰位相接近，这样光子晶体才能对荧光粉发出的荧光具有反射的作用从而达到增强荧光强度的目的。所用的蛋白石型光子晶体模板的种类有不同粒径大小(320～410nm)的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)的乳液通过自组装沉积成膜；所用的反蛋白石二氧化硅光子晶体的空气孔径大小为228～321nm。本专利技术的制备方法中，所用的纳米硅溶胶溶液的配置方法可为10毫升的正硅酸乙酯和4毫升无水乙醇混合，然后在搅拌下缓慢滴入1毫升质量浓度为37％的盐酸，搅拌几分钟即可；或者3.5毫升的正硅酸乙酯和10毫升无水乙醇混合，然后在搅拌下滴入0.02毫升质量浓度为37％的盐酸，搅拌4小时。本专利技术主要是利用三维光子晶体的光子禁带性质，即对于在光子禁带的频率范围内光不能透过而被反射的性质，在反蛋白石光子晶体薄膜上旋涂稀土荧光粉，光子晶体反射膜的作用使荧光粉物的荧光强度有很大的增强。本专利技术成本低廉、工艺简单、发光效率高，可应用于显示器件、辅助光源和照明光源。本专利技术的优点在于1.本专利技术方法简单、成本低廉，可以较大面积的制备发光平面。2.本专利技术使稀土三基色荧光粉的荧光强度、发光效率有了很大的提高。3.本专利技术对于照明光源发光效率的提高有着极其重要的实际应用意义。附图说明图1.本专利技术所用的稀土三基色荧光粉的荧光发射谱图。图2.本专利技术实施例1、2、3、4、5、6、7空气孔径大小不同的反蛋白石二氧化硅光子晶体的反射谱图。图3A.本专利技术实施例1空气孔径大小为228nm的反蛋白石二氧化硅光子晶体的扫描电镜照片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强稀土三基色荧光粉荧光强度的方法，其特征是，该方法包括以下步骤：（１）．选用不同粒径的聚（苯乙烯－甲基丙烯酸甲酯－丙烯酸）的胶体晶体乳液，浓度为０．３～０．５ｗｔ％，在恒温恒湿箱中于温度为７０～９０℃，湿度为７０～９０％的条件 下，采用自组装的方法，将胶体晶体乳液沉积在基底上形成不同粒径的蛋白石型光子晶体薄膜，以该薄膜作为模板；（２）．将步骤（１）得到的模板浸入纳米硅溶胶溶液中，取出水洗、晾干；或在该模板表面滴涂稀的纳米硅溶胶；在高温４５０～５００℃灼烧以 除去聚（苯乙烯－甲基丙烯酸甲酯－丙烯酸）小球，得到带有空气孔径的反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体；（３）．用粘结剂将稀土三基色荧光粉旋涂在步骤（２）得到的反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体表面，得到荧光强度增强的稀土三基色荧光粉。

【技术特征摘要】
1.一种增强稀土三基色荧光粉荧光强度的方法，其特征是，该方法包括以下步骤(1).选用不同粒径的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)的胶体晶体乳液，浓度为0.3～0.5wt％，在恒温恒湿箱中于温度为70～90℃，湿度为70～90％的条件下，采用自组装的方法，将胶体晶体乳液沉积在基底上形成不同粒径的蛋白石型光子晶体薄膜，以该薄膜作为模板；(2).将步骤(1)得到的模板浸入纳米硅溶胶溶液中，取出水洗、晾干；或在该模板表面滴涂稀的纳米硅溶胶；在高温450～500℃灼烧以除去聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)小球，得到带有空气孔径的反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体；(3).用粘结剂将稀土三基色荧光粉旋涂在步骤(2)得到的反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体表面，得到荧光强度增强的稀土三基色荧光粉。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的稀土三基色荧光粉在稀土三基色荧光粉和粘结剂的混合物中的质量百分比浓度为1～10％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体的光子禁带与稀土三基色荧光粉的发射峰位相匹配。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶体的平均粒径为320～410nm。5.根据权利要求4所述的方法，其特征是所述的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶体的粒径为320nm，354nm，400nm或410nm。6.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是所述的反蛋白石结构的二氧化硅光子晶体的空气孔径平均为228～321nm。7.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉琦，宋延林，王京霞，梁杰，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]