專利名稱：用等離子體提高led熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法
用等離子體提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電材料與器件領(lǐng)域，特別是一種用等離子體提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法。
背景技術(shù)：
植物都需要陽光的照射才能生長的更加茂盛。不同波長的光線對于植物光合作用的影響是不同的，植物光合作用需要的光線波長在400-700nm左右。400-500nm(藍(lán)光)以及610-720nm(紅光)對于光合作用貢獻(xiàn)最大，稱為光合作用光譜。自從藍(lán)光二極管芯片發(fā)明以來，以藍(lán)光和紅光LED成陣列組合的植物生長固態(tài)光源在節(jié)能、使用壽命和緊湊型體積結(jié)構(gòu)方面都比傳統(tǒng)熒光燈有了很大的優(yōu)越性。然而同時(shí)也存在著問題，現(xiàn)在的商業(yè)紅光 LED波長范圍在580納米至610納米范圍，實(shí)際上不在特征光合作用光譜范圍內(nèi)；采用藍(lán)光 LED激發(fā)稀土純氮化物產(chǎn)生光合作用光譜的方案，由于紅光發(fā)光材料制備成本高，難以大規(guī)模應(yīng)用；固態(tài)二極管封裝用的熒光體不是單基質(zhì)而是混粉，在使用大功率芯片作為結(jié)構(gòu)單元時(shí)將會(huì)遇到顏色混合均勻性的障礙，并目混合粉之間存在顏色再吸收和配比調(diào)控問題， 發(fā)光效率受到很大的影響。而我們制備的單基質(zhì)的稀土離子激活的含鎂硅酸鹽發(fā)光材料， 恰好可以覆蓋對植物光合作用有著重要意義的藍(lán)、紅光區(qū)域。雖然其效率已經(jīng)很高，但高效節(jié)能的LED—直是人們追求的目標(biāo)，所以人們采用了各種方法來增強(qiáng)熒光體發(fā)光強(qiáng)度。而金屬表面等離子體熒光增強(qiáng)效應(yīng)的研究是最近十年新興起的研究領(lǐng)域，當(dāng)電磁波在金屬和電介質(zhì)介面上沿一個(gè)方向平行地傳播時(shí)，金屬表面的自由電子在一定頻率的外界電磁場作用下規(guī)則運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生表面等離子體共振，這種共振可極大地增強(qiáng)金屬粒子周圍的電磁場， 這種表面局域電磁場的增強(qiáng)使靠近金屬表面的發(fā)光中心的激發(fā)效率提高，導(dǎo)致熒光增強(qiáng)效應(yīng)的產(chǎn)生。近年來，人們已經(jīng)開始嘗試?yán)眠@種方法來增強(qiáng)半導(dǎo)體材料和器件發(fā)光效率。因此表面等離子體熒光增強(qiáng)效應(yīng)為增強(qiáng)熒光體(粉，薄膜以及體材)的發(fā)光強(qiáng)度的研究帶來了機(jī)遇，也拓展了金屬增強(qiáng)熒光效應(yīng)的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)分析，提供一種用等離子體提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，本發(fā)明工藝簡單、成本低廉，可同時(shí)增強(qiáng)該熒光體的紅藍(lán)雙光，而且發(fā)光的增強(qiáng)比例可通過金屬的濺射時(shí)間來控制；易于實(shí)施且成本低廉，有利于推廣應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案一種用等離子體提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，為采用金屬表面等離子體效應(yīng)來提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法。所述采用金屬表面等離子體效應(yīng)來提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，采用發(fā)射藍(lán)紫光的光源，藍(lán)紫光輻照金屬薄膜產(chǎn)生表面等離子體效應(yīng)，與熒光體的發(fā)射光子相互作用，使熒光體發(fā)射的光合作用光譜強(qiáng)度增強(qiáng)，具體步驟如下1)將玻璃基底放入濺射腔中，腔內(nèi)氣壓小于2Pa，通入氬氣為保護(hù)氣體，氣流為2. 51/min，通入氬氣后腔內(nèi)氣壓維持在2. 8Pa，對金屬靶材進(jìn)行濺射沉積，濺射電流為4mA、 濺射時(shí)間為20-200S，然后在純度為99. 99%的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理，即可制得島狀的金屬納米薄膜，熱處理溫度為100-300°C、熱處理時(shí)間為10-30mins，金屬納米薄膜的厚度為 12-80nm ；2)將LED熒光體均勻分散在分散劑中形成熒光體溶液，超聲半小時(shí)后將該熒光體溶液旋涂在置于勻膠機(jī)上的上述制備了金屬納米膜的玻璃基底上，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為1400轉(zhuǎn)/ 分鐘，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為20-60s，即可制得熒光體/Ag的發(fā)光體系。所述金屬靶材為純度為99. 99%的Ag靶材。所述LED熒光體為稀土離子激活的含鎂硅酸鹽發(fā)光材料，其化學(xué)式為 Ba3MgSi2O8IEu2+, Mn2+(BMS-EM)，該熒光體能發(fā)射光合作用光子，構(gòu)成的光合作用光譜中包含的特征峰值波長為440-460nm的藍(lán)光和610_660nm的紅光。所述分散劑為酒精或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，LED熒光體與分散劑的用量比為 0. lg/10ml.本發(fā)明的機(jī)理分析在光源的激發(fā)下，激發(fā)態(tài)的Eu2+離子與銀島膜在近場的相互作用下形成了局域表面等離子體。當(dāng)金屬局域表面等離子體的共振峰與熒光體的發(fā)射峰相匹配的時(shí)候，將會(huì)發(fā)生表面等離子體共振耦合。這種共振可極大地增強(qiáng)金屬粒子周圍的電磁場，使得Eu2+的激發(fā)效率提高，進(jìn)而使得的4^5(11 — 4f7的輻射躍遷幾率增加。而紅光發(fā)射是通過Eu2+的藍(lán)光發(fā)光中心的無輻射共振能量傳遞促使4T1 — 6A1躍遷發(fā)射，所以藍(lán)光的光子能量的增強(qiáng)也促使了紅光的發(fā)光強(qiáng)度有所增強(qiáng)，最終導(dǎo)致了紅藍(lán)雙光的增強(qiáng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明工藝簡單、成本低廉，該方法制備的發(fā)光體系可以使得熒光體的發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)，而且可同時(shí)增強(qiáng)該熒光體的紅藍(lán)雙光，藍(lán)光和紅光的強(qiáng)度可分別增加1. 5倍，1. 45倍，同時(shí)發(fā)光的增強(qiáng)比例可通過金屬的濺射時(shí)間來控制；易于實(shí)施且成本低廉，有利于推廣應(yīng)用。

圖1是該發(fā)光體系的結(jié)構(gòu)、激發(fā)和探測的示意圖。圖2是不同厚度的島狀銀納米膜的吸收光譜圖以及350nm激發(fā)下熒光體的發(fā)射光譜圖。圖3是350nm激發(fā)下島狀銀納米膜作用前后的熒光體的發(fā)射光譜圖。圖4為不同厚度島狀銀納米膜作用下的紅光和藍(lán)光的增強(qiáng)比例圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。參照圖1，整個(gè)發(fā)光體系自下而上包括玻璃基底、銀納米粒子和熒光體層三個(gè)部分。實(shí)施例1 一種用等離子體提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，采用金屬表面等離子體效應(yīng)來提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度，步驟如下1)將玻璃基底放入濺射腔中，腔內(nèi)氣壓抽至2Pa以下，此時(shí)通入氬氣為保護(hù)氣體， 氣流為2. 51/min，腔內(nèi)氣壓維持在2. 8Pa,以純度為99. 99 %的銀為靶材濺射，進(jìn)行濺射沉積。濺射電流為4mA，濺射時(shí)間選為40s，銀膜厚度為12nm，之后在純度為99. 99%的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理后得到島狀的銀納米膜，熱處理溫度為200°C、時(shí)間為21mins ；2)將Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+均勻分散在酒精或PMMA中，超聲半小時(shí)，將已經(jīng)制備銀納米膜的玻璃基底放在勻膠機(jī)上，取上述制備好的熒光粉溶液進(jìn)行旋涂，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為 1400轉(zhuǎn)/min，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為30s，即可制得熒光體/Ag的發(fā)光體系。實(shí)施例2 步驟同實(shí)施例1，區(qū)別在于濺射時(shí)間為60s，銀膜厚度為20nm。實(shí)施例3 步驟同實(shí)施例1，區(qū)別在于濺射時(shí)間為90s，銀膜厚度為50nm。實(shí)施例4 步驟同實(shí)施例1，區(qū)別在于濺射時(shí)間為120s，銀膜厚度為65nm。實(shí)施例5 步驟同實(shí)施例1，區(qū)別在于濺射時(shí)間為160s，銀膜厚度為80nm。圖2給出了不同厚度的島狀銀納米膜的吸收光譜圖以及350nm激發(fā)下熒光體的發(fā)射光譜圖。它說明了銀的吸收光譜和熒光粉發(fā)射光譜之間的關(guān)系。圖3給出了 350nm激發(fā)下銀島膜作用前后的熒光粉的發(fā)射光譜和不同厚度銀島膜作用下的紅光和藍(lán)光的增強(qiáng)比例圖。由圖可見，銀納米厚度在12到SOnm范圍內(nèi)，熱處理后， 在50nm銀納米膜作用下，藍(lán)光的強(qiáng)度最多增強(qiáng)1.5倍，紅光的強(qiáng)度增強(qiáng)1.45倍。說明只有當(dāng)銀的LSP的共振峰(也就是吸收峰位)與熒光粉的發(fā)射峰相匹配和銀納米顆粒的尺寸相對較大時(shí)，才能使熒光粉的發(fā)射強(qiáng)度增強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種用等離子體提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，其特征在于為采用金屬表面等離子體效應(yīng)來提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用金屬表面等離子體效應(yīng)來提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述采用金屬表面等離子體效應(yīng)來提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，采用發(fā)射藍(lán)紫光的光源，藍(lán)紫光輻照金屬薄膜產(chǎn)生表面等離子體效應(yīng)，與熒光體的發(fā)射光子相互作用，使熒光體發(fā)射的光合作用光譜強(qiáng)度增強(qiáng)，具體步驟如下1)將玻璃基底放入濺射腔中，腔內(nèi)氣壓小于2Pa，通入氬氣為保護(hù)氣體，氣流為2. 5 1/1^11，通入氬氣后腔內(nèi)氣壓維持在2.8 Pa，對金屬靶材進(jìn)行濺射沉積，濺射電流為4 mA、濺射時(shí)間為20 -200 s，然后在純度為99. 99%的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理，即可制得島狀的金屬納米薄膜，熱處理溫度為100-300 °C、熱處理時(shí)間為10-30 mins，金屬納米薄膜的厚度為 12-80 nm ；2)將LED熒光體均勻分散在分散劑中形成熒光體溶液，超聲半小時(shí)后將該熒光體溶液旋涂在置于勻膠機(jī)上的上述制備了金屬納米膜的玻璃基底上，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為1400轉(zhuǎn)/分鐘，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為20-60 s,即可制得熒光體/Ag的發(fā)光體系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述采用金屬表面等離子體效應(yīng)來提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，其特征在于所述金屬靶材為純度為99. 99%的Ag靶材。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述采用金屬表面等離子體效應(yīng)來提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，其特征在于所述LED熒光體為稀土離子激活的含鎂硅酸鹽發(fā)光材料，其化學(xué)式為Ba3MgSi2O8: Eu2+，Mn2+，該熒光體能發(fā)射光合作用光子，構(gòu)成的光合作用光譜中包含的特征峰值波長為440-460 nm的藍(lán)光和610-660 nm的紅光。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述采用金屬表面等離子體效應(yīng)來提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，其特征在于所述分散劑為酒精或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，LED熒光體與分散劑的用量比為0. lg/10ml。
全文摘要
一種用等離子體提高LED熒光體光合作用光譜強(qiáng)度的方法，采用金屬表面等離子體效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，即采用發(fā)射藍(lán)紫光的光源，藍(lán)紫光輻照金屬薄膜產(chǎn)生表面等離子體效應(yīng)，與熒光體的發(fā)射光子相互作用，使熒光體發(fā)射的光合作用光譜強(qiáng)度增強(qiáng)，步驟如下1)將玻璃基底放入濺射腔中，對金屬靶材進(jìn)行濺射沉積，然后在氮?dú)庵羞M(jìn)行熱處理，制得島狀的金屬納米薄膜；2)將LED熒光體分散在分散劑中形成熒光體溶液，再將其旋涂在置于勻膠機(jī)上的制備了金屬納米膜的玻璃基底上，制得熒光體/Ag的發(fā)光體系。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、成本低廉，可同時(shí)增強(qiáng)該熒光體的紅藍(lán)雙光，而且發(fā)光的增強(qiáng)比例可通過金屬的濺射時(shí)間來控制；易于實(shí)施，有利于推廣應(yīng)用。
文檔編號C23C14/18GK102382648SQ20111028335
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者于文慧, 仇坤, 王達(dá)健, 王鵬, 蔡毅, 陸啟飛 申請人:天津理工大學(xué)