專利名稱：光增強光致發(fā)光材料及其制備方法和應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光增強光致發(fā)光材料及其制備方法和應用。
背景技術(shù)：
近年來發(fā)光二極管(LED)照明發(fā)展很快，其發(fā)發(fā)光效率已遠遠超過白熾燈，但是， 目前照明用LED以光通量流明為單位計的制造成本還遠高于熒光燈；而且，從節(jié)能的角度考慮，發(fā)光效率越高越好。因此為了大規(guī)模推廣使用LED照明，必須繼續(xù)努力提高LED的發(fā)光亮度和發(fā)光效率，降低每流明光通量的LED制造成本。作為照明應用，主要是白光照明產(chǎn)品，目前主流的白光LED照明產(chǎn)品是用LED發(fā)射的藍光中的一部分激發(fā)黃色光熒光材料產(chǎn)生的黃光與另一部分藍光混合而獲得的。因此白光LED主要由兩部分組成其一是利用半導體PN結(jié)的電致發(fā)光LED芯片，目前多用發(fā)藍光的GaN系LED芯片，也在研究采用的紫外光^GaN系LED芯片；另一部分是光致發(fā)光材料， 目前多用發(fā)黃光的粉末狀釔鋁石榴石(YAG)熒光體。從提高照明性能的角度考慮，開發(fā)高效電致發(fā)光LED芯片與開發(fā)高效光致發(fā)光材料具有同樣重要的意義。為了提高光致發(fā)光材料的性能我們提出了將其制成晶片，并申請了專利(申請?zhí)?201010616828. 1，申請日2010-12-31 )，該專利申請公開了光致發(fā)光晶片，所述的光致發(fā)光晶片為具有通式為A3B5O12的石榴石結(jié)構(gòu)不摻加任何樹脂和其它粘結(jié)劑的片狀晶體，光致發(fā)光晶片的厚度>20 μ m，晶粒的尺寸> 10 μ m;并且，所述的光致發(fā)光晶片的元素成分中包括第一元素A為稀土元素Y、Lu、La、Gd或Sm中的至少一種；第二元素B為元素Al、( 或 h中的至少一種；激活元素為稀土元素Ce，Pr，Tb或Dy中至少一種。該發(fā)明所述的光致發(fā)光晶片具有以下特點發(fā)光效率高，發(fā)光均勻性好；不會由于粘結(jié)劑的光吸收而減小發(fā)光層的透光性；光致發(fā)光晶片表面容易實施各種光學處理。與此同時，近年來，對表面等離子體激元(SPPs)的研究進展很快。SPI^s是光和金屬表面的自由電子相互作用所引起的一種電磁波模式，或者說是在局域金屬表面的一種自由電子和光子相互作用形成的混合激發(fā)態(tài)。在這種相互作用中，自由電子在與其共振頻率相同的光波照射下發(fā)生集體振蕩。它局限于金屬與介質(zhì)界面附近，沿表面?zhèn)鞑?，并能在特定微納結(jié)構(gòu)條件下形成光場增強。目前，SPI^s已經(jīng)被成功地應用于制造高性能傳感器和光電子器件，促進了生物、化學等多個領(lǐng)域的發(fā)展?，F(xiàn)在，將SPI^s應用于提高半導體PN結(jié)的電致發(fā)光芯片已進行了較多研究，而且取得了顯著的進展。如中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00410080671.X申請日2004-09-29)公開了半導體發(fā)光元件，該半導體發(fā)光元件具有形成于發(fā)光層上的半導體層、形成于半導體層上的第1電極層、形成于第1電極層上的具有周期性結(jié)構(gòu)的第2電極層。第1電極層與半導體層的電阻接觸優(yōu)于第2電極層，第2電極層含有等離子體頻率高于第1電極層的金屬。 不僅能達成良好的電阻接觸，還能達成表面等離子體激元效應的半導體發(fā)光元件。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00880U6069. 1申請日2008-01-30)公開了等離子體激元增強的發(fā)光二極管，發(fā)光二極管包括夾在第一本征半導體層和第二半導體層之間的至少一個量子阱。η型異質(zhì)結(jié)構(gòu)設置在第一本征半導體層的表面上，且ρ型異質(zhì)結(jié)構(gòu)設置在第二本征半導體層的與η型半導體異質(zhì)結(jié)構(gòu)相對的表面上。二極管還包含設置在發(fā)光二極管的表面上的金屬結(jié)構(gòu)。沿著金屬結(jié)構(gòu)和發(fā)光二極管表面之間的界面形成的表面等離子體激元偏振擴展到該至少一個量子阱，這增加了從該至少一個量子阱發(fā)射的電磁輻射的橫向磁場分量的自發(fā)發(fā)射率。在某些實施方式中，可以以約10(ib/S或更快的速率調(diào)制該電磁輻射。但是，現(xiàn)在將SPI^s應用于LED光致發(fā)光材料的研究卻非常之少；實際上，如上所述，為了改進LED照明產(chǎn)品的性能，將SPI^s應用于提高LED熒光材料的亮度和發(fā)光效率與應用于LED芯片相比具有同等重要的意義?；谏鲜銮闆r，我們提出將SPI^s的光場增強效應應用于白光LED照明器件中發(fā)光晶片，在成本有效的前提下，獲得具有高亮度高發(fā)光效率的LED器件與LED燈，并期望能顯著降低LED每流明光通量的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高熒光材料的亮度和發(fā)光效率，本發(fā)明的第一個目的是提供一種光增強光致發(fā)光材料，該光增強光致發(fā)光材料顯著提高了熒光材料的亮度和發(fā)光效率。本發(fā)明的第二個目的是提供上述的光增強光致發(fā)光材料的制備方法。本發(fā)明的第三個目的是提供采用上述光增強光致發(fā)光材料的半導體發(fā)光二極管。為了實現(xiàn)上述的第一個目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案
光增強光致發(fā)光材料，該發(fā)光材料包括光致發(fā)光材料和能產(chǎn)生表面等離子體光增強效應的金屬層，金屬層設置在光致發(fā)光材料的表面。作為優(yōu)選，所述的金屬層的厚度為20 350nm ；作為優(yōu)選，所述的金屬層的形貌為金屬陣列膜、金屬島狀薄膜、金屬渝滲島狀薄膜或者表面粗糙的金屬薄膜。作為優(yōu)選，所述的金屬層為納米顆粒層。作為優(yōu)選，所述的金屬層選用金、銅、鉬和鋁中的一種或多種的合金；作為再優(yōu)選， 所述的金屬層選用銀或金。作為優(yōu)選，所述的光致發(fā)光材料與金屬層之間設有透明介質(zhì)隔離膜；作為再優(yōu)選， 所述的透明介質(zhì)隔離膜選自SiNx或SiO2;作為再優(yōu)選，所述的透明介質(zhì)隔離膜的厚度為 5-20nm。透明介質(zhì)隔離膜是為了消除因金屬膜與光致發(fā)光熒光材料的直接接觸而導致的由非輻射能量傳遞產(chǎn)生的熒光碎滅效應。作為優(yōu)選，所述的金屬層的外側(cè)設有透明保護膜；作為再優(yōu)選，所述的透明保護膜選自Si02、ZnO或SiNx ；作為再優(yōu)選，所述的透明保護膜的厚度為10 30nm。保護膜用于保護納米金屬顆粒不被氧化和損傷。作為優(yōu)選，所述的光致發(fā)光材料為片狀材料，片狀材料的正面、背面或兩面同時具有凹凸織構(gòu)的粗糙表面。作為優(yōu)選，所述的光致發(fā)光材料為單晶光致發(fā)光片、多晶光致發(fā)光片或用粘合劑粘結(jié)的熒光粉材料，所述的單晶光致發(fā)光片和多晶光致發(fā)光片為不摻加任何樹脂和其它粘結(jié)劑的片狀晶體；作為再優(yōu)選，所述的單晶光致發(fā)光片或多晶光致發(fā)光片的厚度> 20 μ m, 晶粒的尺寸彡10 μ m。
作為優(yōu)選，所述的光致發(fā)光材料選自鋁酸鹽(如釔鋁石榴石YAG、TAG)、硅酸鹽、磷酸鹽、鉬酸鹽、釩酸鹽、鎢酸鹽、氮化物、氧化物和硫化物中的一種或多種組合。作為優(yōu)選，所述的單晶光致發(fā)光片的厚度為30 200 μ m，多晶光致發(fā)光片的厚度為 50 200 μ m。為了實現(xiàn)上述的第二個目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案
一種上述任何一個技術(shù)方案所述的光增強光致發(fā)光材料的制備方法，該方法采用光致發(fā)光材料上用真空電阻加熱蒸發(fā)沉積、電子束加熱蒸發(fā)沉積、濺射沉積或金屬膠體顆粒自組裝獲得所述的金屬層，并經(jīng)氫氣、氬氣或者氮氣環(huán)境中退火處理。為了實現(xiàn)上述的第三個目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案
光增強發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管包括LED芯片，LED芯片發(fā)光面的一側(cè)設有上述任一一個技術(shù)方案所述的光增強光致發(fā)光材料。作為優(yōu)選，所述的光致發(fā)光材料為片狀材料，選自單晶光致發(fā)光片、多晶光致發(fā)光片或用粘合劑粘結(jié)的熒光粉光致發(fā)光片中的一種，光增強光致發(fā)光材料通過鑲嵌或粘貼的方式設置在LED芯片的發(fā)光面的上方；作為優(yōu)選，光增強光致發(fā)光材料與LED芯片之間設有間隙。作為優(yōu)選，光致發(fā)光材料為涂布于LED芯片上的用粘合劑粘結(jié)的熒光粉材料，熒光粉材料表面設有透明介質(zhì)隔離膜，所述的金屬層設置在透明介質(zhì)隔離膜的表面，金屬層的表面設有透明保護膜。要提升光致發(fā)光熒光材料發(fā)光效率，必須首先提高其量子轉(zhuǎn)換效率。分析表明當金屬層與晶態(tài)熒光材料適當耦合，除了由SP能量傳遞產(chǎn)生共振吸收外，還能通過SP激發(fā)態(tài)到熒光體激發(fā)態(tài)之間的電荷傳遞增加處于晶態(tài)熒光顆粒激發(fā)態(tài)上的電荷數(shù)，從而提高內(nèi)量子效率；同時，還能改變晶態(tài)熒光材料的吸收與發(fā)射的自發(fā)躍遷模式，造成激發(fā)態(tài)粒子數(shù)和輻射躍遷速率倍增現(xiàn)象，提高金屬層和熒光材料復合體系的外量子效率，進而顯著增強熒光材料的發(fā)光效率。研究表明由發(fā)光體所發(fā)的光可以直接激發(fā)金屬層的表面等離子體，引起近場增強。金屬層的表面等離子體熒光增強通常是通過表面等離子體激元共振改變局域電磁場分布來實現(xiàn)的。因此表面等離子體的熒光增強效應與金屬層的成分、形貌、尺寸以及周圍的介電環(huán)境有著密切的關(guān)系。金屬層的形貌可以是由電子束刻蝕的金屬陣列膜，由電子束蒸發(fā)或者磁控濺射等制備的金屬島狀薄膜，由金屬膠體金屬顆粒的自組裝得到的表面粗糙的薄膜。不同形貌的薄膜都是利用其金屬層的局域表面等離子體的激發(fā)以及他們的相互作用， 獲得近場增強特性。當金屬層是具有粗糙表面的連續(xù)薄膜時，表面等離子體波會在納米級的凹凸處產(chǎn)生衍射效應而被散射，引起近場增強。由電子束刻蝕得到的金屬陣列的表面等離子體共振熒光增強倍數(shù)高、重復性好，但工藝復雜、制備成本高。由電子束蒸發(fā)或磁控濺射得到的金屬島狀薄膜或由金屬膠體顆粒通過靜電組裝方式形成的金屬層的熒光增強效應也很明顯。調(diào)節(jié)金屬薄膜生長過程的各種參數(shù)可實現(xiàn)調(diào)控金屬顆粒的形狀和大小，如通過成膜速率，退火溫度、退火時間以及退火的環(huán)境氣氛等可調(diào)控薄膜金屬層的形貌和粒徑的大小，以獲得盡可能高熒光增強效果。在金屬層的表面等離子體與發(fā)光體相互作用的過程中，同時存在著熒光湮滅和熒光增強兩個作用相反的因素。因此，除了金屬層的形貌之外，金屬層和發(fā)光體之間的間隔距離對表面等離子體激元的熒光增強也起著重要作用。在金屬層與發(fā)光體之間可設置一層隔離層阻止熒光共振能量轉(zhuǎn)移，減弱或消除熒光湮滅。與在發(fā)光體上直接沉積金屬層相比， 其間設置一層具有合適厚度的隔離層，可顯著增大熒光強度的增強倍數(shù)。本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，可以顯著提高光致發(fā)光材料的發(fā)光效率。當本發(fā)明與申請?zhí)枮?010106168 . 1所述的片狀發(fā)光晶片相結(jié)合時，其光致發(fā)光材料的亮度和發(fā)光效率的提高更為顯著。這不僅是由于申請?zhí)枮?010106168 . 1所述的片狀光致發(fā)光晶片，晶體的晶格完整，表面損傷小，表面復合低，發(fā)光效率高；而且由于片狀光致發(fā)光片表面容易實施各種光學處理，除了便于在晶片正面和背面制作成凹凸織構(gòu)的陷光表面、 蒸鍍抗反射層和對晶片進行表面粗化處理增加光出射外，尤其適合于在其表面上制備透明介質(zhì)隔離膜、各種形貌和顆粒大小的金屬層和透明保護膜。采用本發(fā)明光增強光致發(fā)光材料的LED器件、泡燈、管燈和平面燈，與采用普通粉末熒光體光致發(fā)光材料的相比，具有光效高，亮度高，發(fā)光均勻，使用壽命長，制造工藝簡單，成本低等特點。對于具有中空結(jié)構(gòu)，即LED芯片與光增強光致發(fā)光材料分開安裝的LED 燈，還可設計成能方便拆卸和維修，還能從更換報廢的光增強光致發(fā)光材料中回收稀有金屬材料。


圖1為本發(fā)明的實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的實施例2 5的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為本發(fā)明的實施例6的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的實施例7的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的實施例8的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明的實施例9的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明的實施例10的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)明的實施例11的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為本發(fā)明的實施例12的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為本發(fā)明的實施例13的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做一個詳細的說明。實施例1
如圖1所示，釔鋁石榴石單晶光致發(fā)光片1的一個表面上，在真空度為1.0X10_3!^的真空室內(nèi)，發(fā)光片溫度50°C，用電阻加熱蒸發(fā)方法沉積一層厚度為60nm的Ag膜，蒸發(fā)源為純度為99. 98%的銀絲；然后在20%氫氣加80%氮氣的高純混合氣氛中，200°C溫度下熱處理20min，形成具有龜裂狀分散顆粒的Ag膜2 ；其上再用電子束蒸發(fā)方法沉積一層厚IOnm 的SW2保護膜3。電子束蒸發(fā)工藝為真空室的真空度1. 0 X 10 ,發(fā)光片溫度100°C，蒸發(fā)源為純度為99. 98%的塊狀SiO2,電子束加熱時S^2置于內(nèi)襯石墨層的紫銅坩堝內(nèi)。蒸鍍S^2保護膜3后即制得能獲得表面等離子體激元增強效應的光致發(fā)光晶片。它與同樣方法制備的不含表面等離子體激元金屬層的釔鋁石榴石單晶光致發(fā)光片相比，其熒光增強1. 2 1. 3 倍。實施例2
如圖2所示，在釔鋁石榴石多晶光致發(fā)光片1的一個表面上，采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法，沉積厚IOnm的SiNx隔離膜4，沉積的工藝條件為反應室預真空 < 2. OX 10_3Pa，以硅烷(SiH4)與氨(NH3)作等離子體氣源，沉積時氣壓60 80 Pa，襯底溫度250°C，射頻電源頻率13. 56MHz,輸出功率0. 20W/cm2。然后在高純氬氣氛中用S搶磁控濺射方法沉積一層厚為50nm的Ag膜，再在高純氮氣氛中，300°C溫度下熱處理15min，形成島狀的納米顆粒層2，然后再在真空度< 1. OX KT3Pa的真空室中用電子束蒸發(fā)方法沉積一層厚20nm的SW2保護膜3，形成表面等離子體激元增強的光致發(fā)光晶片。它與同樣方法制備的不含表面等離子體激元金屬層的發(fā)光晶片相比，可獲得1. 5 1. 8倍的發(fā)光增強效應。實施例3
如圖2所示，在釔鋁石榴石多晶光致發(fā)光片1的一個表面上用電子束蒸發(fā)沉積12nm厚的SW2隔離膜4，然后用化學液相法金屬膠體顆粒自組裝制作獲得80 120nm的^Vg膜，其工藝為先在質(zhì)量含量為0. 01%的AgNO3的水溶液中加入21體積的質(zhì)量含量為1%的檸檬酸三納水溶液，然后微波加熱到沸騰，沸騰3 -in分鐘，制取銀膠體納米顆粒溶液。再將多晶光致發(fā)光片浸泡在3-氨基丙基三甲氧基硅烷的甲醇溶液中，使發(fā)光片表面氨基化，然后將其浸泡在上述銀膠體納米顆粒溶液中，實現(xiàn)銀膠體納米顆粒在發(fā)光片上的自組裝。最后將這種由檸檬酸三納還原法制備銀膠體納米顆粒在氮氣氛中退火處理，在230°C溫度下熱處理IOmin制備出具有蠕蟲形島狀的Ag納米顆粒層2 ；其上再用PECVD方法制備一層厚度為IOnm的SiNx保護膜3，形成能產(chǎn)生表面等離子體激元增強效應的光致發(fā)光晶片，其熒光增強為1.2 1.5倍。實施例4
如圖2所示，將釔鋁石榴石多晶光致發(fā)光片1置于真空度約為IXlO-3Pa的真空室內(nèi)， 在其表面上用電子束蒸發(fā)方法沉積厚度為IOnm的SiO2隔離膜4，然后在真空室內(nèi)，將發(fā)光片加熱到200°C，再用電阻加熱蒸發(fā)方法沉積一層厚約為50nm的Ag膜，用電子束刻蝕方法制得Ag納米金屬陣列薄層2。該金屬陣列為圓餅形陣列，呈三角形分布，Ag圓餅顆粒的直徑為lOOnm，顆粒之間的距離為200 nm周期為300nm。其上再用PECVD方法沉積一層厚度為20nm的SiNx保護膜3，形成具有表面等離子體激元增強效應的光致發(fā)光晶片，實現(xiàn)熒光增強2. 0 2. 5倍。實施例5
如圖2所示，將釔鋁石榴石多晶光致發(fā)光片1置于真空度約為IXlO-3Pa的真空室內(nèi)， 在其表面上用電子束蒸發(fā)方法沉積厚度為20nm的SW2隔離膜4，然后在真空室內(nèi)，將發(fā)光片加熱到200°C，再用濺射沉積方法沉積一層厚約為320nm的Ag膜，在氬氣氣氛下350°C 退火40分鐘，制得Ag金屬島狀金屬顆粒層2。其上再用電子束蒸發(fā)方法沉積一層厚度為 30nm的SiO2保護膜3，形成具有表面等離子體激元增強效應的光致發(fā)光晶片，實現(xiàn)熒光增強1.8 2.0倍。實施例6
如圖3所示，在釔鋁石榴石多晶光致發(fā)光片1的正面和背面上，采用PECVD方法沉積厚8 IOnm的SiNx隔離膜4，然后再在正面和背面的SiNx隔離膜4上用磁控濺射方法沉積厚為50 60nm的Ag膜，再在氫氣氛下300 320°C溫度退火處理20min，在光致發(fā)光片1 的正面和背面的SiNx隔離膜4表面上形成具有島狀Ag納米顆粒層2，然后再在正面和背面的Ag納米顆粒層2上用電子束蒸發(fā)沉積一層厚15 20nm的SW2保護膜3，最終形成雙面表面等離子體激元增強發(fā)光晶片，其熒光增強1. 5 1. 8倍。實施例7
如圖4所示，采用釔鋁石榴石多晶光致發(fā)光片1，該發(fā)光片的正面和背面都具有凹凸織構(gòu)的粗糙表面5，在其正面和背面上濺射沉積厚12nm的SiNx隔離膜4，然后再在正面和背面的SiNx隔離膜4上，在高純氬氣氛中用磁控濺射方法沉積一層厚為60 70nm的Ag金屬膜，在高純氮氣氛中320 350°C溫度下退火處理25min，在光致發(fā)光片1的正面和背面的SiNx隔離膜4表面上形成呈渝滲島狀的Ag納米膜層2，再分別在正面和背面的Ag納米顆粒層2上用真空中電子束加熱蒸發(fā)方法沉積厚15nm的SW2保護膜3，最終形成具有雙重表面等離子體激元增強效應的發(fā)光晶片，其熒光增強2. 0 2. 5倍。實施例8
如圖5所示，在釔鋁石榴石熒光體加硅膠粘結(jié)劑粘合成的光致發(fā)光片6正面和背面用 PECVD方法沉積厚IOnm的SiNx隔離膜4，然后再在正面和背面的SiNx隔離膜4上用真空蒸發(fā)方法沉積一層厚為35 40nm的Ag膜，在180 200°C溫度下處理20min，在光致發(fā)光片 6的正面和背面的SiNx隔離膜4上形成表面粗糙的Ag納米顆粒層2，在正面和背面的Ag納米顆粒層2上再用電子束蒸發(fā)沉積一層厚15nm的SW2保護膜3，最終形成具有雙面表面等離子體激元增強效應的光致發(fā)光晶片，其熒光增強為1. 3 1. 5倍。實施例9
如圖6所示，將具有倒裝結(jié)構(gòu)的波長為420nm 470nm的藍光LED芯片7通過共晶焊粘結(jié)到陶瓷基板12上，LED芯片7位置在LED器件殼體13的反光杯中央10 ； LED芯片7 的電極通過導電金線焊接到器件的外電極；向反光杯10注入透明絕緣封裝膠11直至LED 芯片7高度的1/3左右，引出金線嵌入透明絕緣封裝膠11中；在LED芯片7的發(fā)光面上涂覆釔鋁石榴石熒光粉層8，再在熒光粉層8的表面上用電子束蒸發(fā)沉積厚度為IOnm的SW2 隔離膜4，然后用真空中電阻加熱方法沉積一層厚為35nm的Ag膜，再在氮氣氛中，200°C溫度下熱處理15min，形成具有粗糙表面的^Vg納米顆粒層2，其上再用電子束蒸發(fā)方法沉積一層厚IOnm的SW2保護膜3。然后再注入透明絕緣封裝膠11直至光致發(fā)光晶片高度的2/3， 完成器件封裝，形成白光LED器件，與同樣方法制備的不含表面等離子體激元金屬顆粒層的發(fā)光晶片相比，其發(fā)光效率提高5% -10%，可達到1281m/W。實施例10
如圖7所示，在LED芯片7的發(fā)光面上涂覆釔鋁石榴石熒光粉層8，再在熒光粉層8的表面上用電子束蒸發(fā)沉積厚度為IOnm的SW2隔離膜4，然后用用電子束蒸發(fā)方法沉積一層厚為45nm的Au膜，再在氮氣氛中，250°C溫度下熱處理25min，形成具有粗糙表面的Au納米顆粒層2，其上再用電子束蒸發(fā)方法沉積一層厚IOnm的SW2保護膜3，安裝上透鏡，完成器件封裝，形成具有表面等離子體激元增強的白光LED器件。與同樣方法制備的不含表面等離子體激元金顆粒層的白光LED器件相比，增強了光發(fā)射，發(fā)光效率可達1251m/W。實施例11如圖8所示，將多芯片集成的波長為420nm 470nm的藍光LED芯片7通過共晶焊接粘結(jié)到導熱金屬基板14上，LED芯片7位于反光杯中央10，LED芯片7電極通過導電金線 15與器件外電極16相聯(lián)接，用透明膠17將用實施例2制備的表面等離子體激元光增強晶片1、2、3、4粘結(jié)到下部中空上部實心的透鏡18上，然后再與殼體19粘合，形成中空的白光 LED器件，與同樣方法制備的不含表面等離子體激元金屬顆粒層的發(fā)光晶片相比，其發(fā)光效率提高10% 20%，發(fā)光效率可達1361m/W。實施例12
如圖9所示，將一個或多個波長為420nm 470nm的藍光LED芯片7用共晶焊固定在燈杯20中部的基板21上，并用金線將各LED芯片7的電極引出到金屬芯印刷電路板22 (MCPCB)上，再通過燈杯20中的控制電路23，用導線聯(lián)接到燈頭的外電極M。基板21的 LED芯片7的兩側(cè)分別設有支架32，將由實施例5制備的表面等離子體激元光增強晶片1、 2、3、4粘貼在支架32上，然后安裝上燈杯透明面板25，形成具有表面等離子體激元效應的白光LED燈泡，發(fā)光效率可達1221m/W。同樣的結(jié)構(gòu)還可用于制造管形LED燈。實施例13
如圖10所示，將波長為420nm 470nm的藍光LED芯片7安置在金屬芯印刷電路板 (MCPCB) 26上，并通過導線聯(lián)接到外部電極，在導光板27上粘貼由實施例4制備的表面等離子體激元光增強晶片1、2、3、4，并安裝在平面光源的內(nèi)框架觀上，再覆蓋上擴散板四和透明面板30，四周裝上邊框31，形成中空的含表面等離子體激元金屬顆粒層的白光LED平面光源，發(fā)光效率可達851m/W。
權(quán)利要求
1.光增強光致發(fā)光材料，其特征在于該發(fā)光材料包括光致發(fā)光材料和能產(chǎn)生表面等離子體激元光增強效應的金屬層，金屬層設置在光致發(fā)光材料的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光增強光致發(fā)光材料，其特征在于金屬層的厚度為20 350nm;作為優(yōu)選，金屬層的形貌為金屬陣列膜、金屬島狀薄膜、金屬渝滲島狀薄膜或者表面粗糙的金屬薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光增強光致發(fā)光材料，其特征在于金屬層為納米顆粒層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光增強光致發(fā)光材料，其特征在于金屬層選用銀、金、 鋁、銅和鉬中的一種或多種的合金；作為優(yōu)選，所述的金屬層選用銀或金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光增強光致發(fā)光材料，其特征在于光致發(fā)光材料與金屬層之間設有透明介質(zhì)隔離膜；作為優(yōu)選，所述的透明介質(zhì)隔離膜選自31隊或5^2 ；作為優(yōu)選，所述的透明介質(zhì)隔離膜的厚度為5 20nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光增強光致發(fā)光材料，其特征在于金屬層的外側(cè)設有透明保護膜；作為優(yōu)選，所述的透明保護膜選自Si02、SiNx或ZnO ；作為優(yōu)選，所述的透明保護膜的厚度為10 30nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光增強光致發(fā)光材料，其特征在于光致發(fā)光材料為片狀材料，片狀材料的正面、背面或兩面同時具有凹凸織構(gòu)的粗糙表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光增強光致發(fā)光材料，其特征在于光致發(fā)光材料為單晶光致發(fā)光片、多晶光致發(fā)光片或用粘合劑粘結(jié)的熒光粉材料，所述的單晶光致發(fā)光片和多晶光致發(fā)光片為不摻加任何樹脂和其它粘結(jié)劑的片狀晶體；作為優(yōu)選，所述的單晶光致發(fā)光片或多晶光致發(fā)光片，厚度> 20 μ m,晶粒的尺寸> 10 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光增強光致發(fā)光材料，其特征在于所述的單晶光致發(fā)光片、 多晶光致發(fā)光片選自鋁酸鹽；所述的熒光粉材料選自鋁酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鉬酸鹽、釩酸鹽、鎢酸鹽、氮化物、氧化物和硫化物中的一種或多種組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光增強光致發(fā)光材料，其特征在于單晶光致發(fā)光片的厚度為30 200 μ m，多晶光致發(fā)光片的厚度為50 200 μ m。
11.一種如權(quán)利要求1或2所述的光增強光致發(fā)光材料的制備方法，其特征在于光致發(fā)光材料上用真空電阻加熱蒸發(fā)沉積、電子束加熱蒸發(fā)沉積、濺射沉積或金屬膠體顆粒自組裝獲得所述的金屬層，并經(jīng)氫氣、氬氣或者氮氣中退火處理。
12.光增強發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管包括LED芯片，其特征在于LED芯片發(fā)光面的一側(cè)設有權(quán)利要求1或2所述的光增強光致發(fā)光材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光增強發(fā)光二極管，其特征在于光致發(fā)光材料為片狀材料，選自單晶光致發(fā)光片、多晶光致發(fā)光片或用粘合劑粘結(jié)的熒光粉光致發(fā)光片中的一種， 光增強光致發(fā)光材料通過鑲嵌或粘貼的方式設置在LED芯片的發(fā)光面的上方；作為優(yōu)選， 光增強光致發(fā)光材料與LED芯片之間設有間隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光增強發(fā)光二極管，其特征在于光致發(fā)光材料為涂布于 LED芯片上的用粘合劑粘結(jié)的熒光粉材料，熒光粉材料表面設有透明介質(zhì)隔離膜，所述的金屬層設置在透明介質(zhì)隔離膜的表面，金屬層的表面設置有透明保護膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光增強光致發(fā)光材料及其制備方法和應用。光增強光致發(fā)光材料，該發(fā)光材料包括光致發(fā)光材料和能產(chǎn)生表面等離子體光增強效應的金屬層，金屬層設置在光致發(fā)光材料的表面。本發(fā)明可以顯著提高光致發(fā)光材料的發(fā)光效率，采用本發(fā)明光增強光致發(fā)光材料的LED器件、泡燈、管燈和平面燈，與采用普通粉末熒光體光致發(fā)光材料的相比，具有光效高，亮度高，發(fā)光均勻，使用壽命長，制造工藝簡單，成本低等特點。對于具有中空結(jié)構(gòu)，即LED芯片與光增強光致發(fā)光材料分開安裝的LED燈，還可設計成能方便拆卸和維修，還能從更換報廢的光增強光致發(fā)光材料中回收稀有金屬材料。
文檔編號H01L33/50GK102154010SQ201110031530
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月29日
發(fā)明者陳哲艮 申請人:陳哲艮