專利名稱：一種基于銪配合物的紅色發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子領(lǐng)域，尤其涉及一種表面等離子體波增強(qiáng)的基于銪配合物的紅色發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
稀土銪配合物由鑭系元素銪(Eu，下同)和有機(jī)配體構(gòu)成，其激發(fā)波長較寬，發(fā)射帶窄，具有良好的紅光單色性，其還具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性，另外，稀土配合物可以具有很高的光效，理論上內(nèi)量子效率可達(dá)100% .因此，銪配合物有望成為一種兼具有機(jī)化合物的高發(fā)光量子效率和無機(jī)化合物良好穩(wěn)定性的紅色熒光材料。然而，目前制備的Eu 配合物的發(fā)光效率較低，遠(yuǎn)低于理論極限值，不能夠滿足制備發(fā)光器件的要求。Eu配合物由于能夠通過引入配體使其吸收位于藍(lán)光波段，其可能在高顯色性白光 LED技術(shù)中發(fā)揮重要作用。目前，YAG熒光粉封裝藍(lán)光LED芯片是主流的白光LED封裝方式，其由于缺少紅色成分顯色指數(shù)偏低，需要補(bǔ)充紅光成分以提高顯色性。而將Eu配合物應(yīng)用于白光LED的關(guān)鍵也在于Eu配合物必須具有較高的發(fā)光效率。表面等離子體(Surface Plasmon，SP)是一種沿金屬和介質(zhì)界面?zhèn)鞑サ牟?，其振幅隨離開界面的距離而指數(shù)衰減。當(dāng)改變金屬表面結(jié)構(gòu)時(shí)，表面等離子體激元(surface plasmon polaritons, SPPs)的性質(zhì)、色散關(guān)系、激發(fā)模式、耦合效應(yīng)等都將產(chǎn)生重大的變化。SPI^s引發(fā)的電磁場，不僅僅能夠限制光波在亞波長尺寸結(jié)構(gòu)中傳播，而且能夠產(chǎn)生和操控從光頻到微波波段的電磁輻射，實(shí)現(xiàn)對光傳播的主動操控。SPI^s的激發(fā)將增大光學(xué)態(tài)密度和增強(qiáng)自發(fā)輻射速率，從而大大提高內(nèi)量子效率而幫助目前各種固態(tài)發(fā)光裝置走出發(fā)光效率低的困境，這將催生出新型的超高亮度和高速運(yùn)作的發(fā)光器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種高光效的基于銪配合物的紅色發(fā)光器件，其利用表面等離子體效應(yīng)使發(fā)光器件的發(fā)光效率得到極大提高。本發(fā)明提供的一種基于銪配合物的紅色發(fā)光器件，包括襯底，在所述襯底的一個(gè)表面設(shè)置一層金屬結(jié)構(gòu)層，在所述金屬薄膜層上設(shè)置一層包括以銪配合物為材質(zhì)的發(fā)光薄膜層；或者在所述襯底的一個(gè)表面設(shè)置一層包括以銪配合物為材質(zhì)的發(fā)光薄膜層，在所述發(fā)光薄膜層上設(shè)置一層金屬結(jié)構(gòu)層。所述的紅色發(fā)光器件，其中，所述襯底上用于設(shè)置所述金屬結(jié)構(gòu)層或發(fā)光薄膜層的表面為平面狀或弧形狀。所述的紅色發(fā)光器件，其中，所述襯底的材質(zhì)可為玻璃、SiA或Si等常用的襯底材料。所述的紅色發(fā)光器件，其中，所述銪配合物中的配體為β-二酮、有機(jī)胺、雜環(huán)化合物中的至少一種。所述的紅色發(fā)光器件，其中，所述發(fā)光薄膜層中還包括聚甲基丙烯酸甲酯膠體或SiO2膠體中的至少一種膠體材質(zhì)，且該膠體材質(zhì)與銪配合物混合組成發(fā)光薄膜層。所述的紅色發(fā)光器件，其中，所述發(fā)光薄膜層的厚度為IOOnm ΙΟμπι。所述的紅色發(fā)光器件，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)層為連續(xù)的金屬薄膜層或分散的金屬納米顆粒層。所述的紅色發(fā)光器件，其中，所述金屬結(jié)構(gòu)層的材質(zhì)為金、銀、鋁、銅、鈦、鐵、鎳、 鈷、鉻、鉬、鈀、鎂或鋅中的至少一種。所述的紅色發(fā)光器件，其中，所述金屬薄膜層厚度為1 lOOOnm。所述的紅色發(fā)光器件，其中，所述金屬納米顆粒層中的顆粒粒徑為1 lOOnm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種高光效的基于Eu配合物薄膜的紅色發(fā)光器件，其利用表面等離子體波增強(qiáng)Eu配合物薄膜的發(fā)光，Eu配合物薄膜的發(fā)光與金屬結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的表面等離子體相互耦合，表面等離子體的局域增強(qiáng)特性和高能量態(tài)密度的特性使Eu 配合物受到充分激發(fā)并且內(nèi)量子效率得到提高，同時(shí)金屬結(jié)構(gòu)的散射和反射特性提高器件的光取出效率，從而提高基于Eu配合物薄膜的紅色發(fā)光器件的總體發(fā)光效率。利用這種高光效的紅色發(fā)光器件和現(xiàn)有的YAG熒光粉封裝的白光LED組合能夠得到高光效、高顯色性的白光LED器件。


圖1本發(fā)明高光效的基于銪配合物的紅色發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明紅色發(fā)光器件與YAG熒光粉封裝的LED器件的結(jié)合結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例1中發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實(shí)施例1中發(fā)光器件的發(fā)光增強(qiáng)效果；圖5為實(shí)施例3中發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為實(shí)施例3中發(fā)光器件的發(fā)光增強(qiáng)效果。
具體實(shí)施例本發(fā)明提供的一種基于銪配合物的紅色發(fā)光器件，包括襯底，在所述襯底的一個(gè)表面設(shè)置一層金屬結(jié)構(gòu)層，在所述金屬薄膜層上設(shè)置一層包括以銪配合物為材質(zhì)的發(fā)光薄膜層；或者在所述襯底的一個(gè)表面設(shè)置一層包括以銪配合物為材質(zhì)的發(fā)光薄膜層，在所述發(fā)光薄膜層上設(shè)置一層金屬結(jié)構(gòu)層。所述襯底的材料可以選為玻璃、Si02和Si等常用的襯底材料。所述襯底上用于設(shè)置所述金屬結(jié)構(gòu)層或發(fā)光薄膜層的表面為平面狀或弧形狀。所述銪配合物的配體采用對稀土 -銪-離子銪能量傳遞效率高的β - 二酮、有機(jī)胺、雜環(huán)化合物中的一種或幾種作為材料的配體。所述發(fā)光薄膜層可以為純Eu配合物為材質(zhì)組成的發(fā)光薄膜層，通過熱蒸鍍的方式直接在襯底上制備。所述發(fā)光薄膜層還可為Eu配合物與膠體混合為材質(zhì)組成的發(fā)光薄膜層；其中，膠體可選擇聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膠體、SiO2膠體等，發(fā)光薄膜層的制備方法為先將Eu 配合物和膠體混合均勻，然后將膠體旋涂于襯底的表面上。紅色發(fā)光器件的實(shí)際制備過程中，發(fā)光薄膜層的厚度為IOOnm 10 μ m ；紅色發(fā)光器件的所述金屬結(jié)構(gòu)層可以為一層連續(xù)的厚度限定為1 IOOOnm的金屬薄膜層或一層不連續(xù)的顆粒的尺寸限定在1 IOOnm的金屬納米顆粒層；且所述金屬結(jié)構(gòu)層可以位于發(fā)光薄膜層的上方或發(fā)光薄膜層與襯底之間。金屬結(jié)構(gòu)層的材料可選擇金、銀、鋁、銅、鈦、鐵、鎳、鈷、鉻、鉬、鈀、鎂或鋅中的至少一種金屬形成的，優(yōu)選為由金、銀、鋁中的至少一種金屬形成的。本發(fā)明的高光效的基于銪配合物的紅色發(fā)光器件不僅能夠獨(dú)立使用，而且可以和現(xiàn)有的YAG:Ce熒光粉封裝的LED發(fā)光器件結(jié)合，增加LED器件發(fā)光的紅色成分，得到高顯色性的白光LED器件。第一種技術(shù)方案的紅色發(fā)光器件結(jié)構(gòu)如圖1，首先在拋光的襯底101上制備一層金屬結(jié)構(gòu)層102，通過鍍膜參數(shù)控制金屬結(jié)構(gòu)層的厚度，可選擇對金屬結(jié)構(gòu)層進(jìn)行熱處理得到金屬納米顆粒結(jié)構(gòu)，通過熱處理的溫度和時(shí)間控制金屬納米顆粒的尺寸。然后在金屬結(jié)構(gòu)上利用蒸鍍或旋涂的方法制備Eu 配合物的發(fā)光薄膜層103，得到紅色發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)設(shè)置為襯底101/金屬結(jié)構(gòu)層102/發(fā)光薄膜層103。當(dāng)然，在該方案中，金屬結(jié)構(gòu)層102可以設(shè)置在在發(fā)光薄膜層103的表面，即該紅色發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)設(shè)置為襯底101/發(fā)光薄膜層103/金屬結(jié)構(gòu)層102。第二種技術(shù)方案的紅色發(fā)光器件結(jié)構(gòu)首先在拋光的透明襯底上蒸鍍或旋涂Eu配合物發(fā)光薄膜，然后在Eu配合物薄膜上制備金屬結(jié)構(gòu)層?；阡B配合物的紅色發(fā)光器件與YAG熒光粉封裝的LED器件的結(jié)合方式如圖2，一個(gè)YAG熒光粉封裝的藍(lán)光LED芯片201，在其上方設(shè)置一個(gè)弧形的本發(fā)明的紅色發(fā)光器件 202，其由具有半橢球狀凹陷的基底203、金屬結(jié)構(gòu)層204和Eu配合物的發(fā)光薄膜層205構(gòu)成，LED芯片發(fā)出的藍(lán)光可激發(fā)Eu配合物的發(fā)光薄膜層205發(fā)光，而金屬結(jié)構(gòu)層204產(chǎn)生的表面等離子體能夠提高Eu配合物的發(fā)光效率，同時(shí)反射芯片、熒光粉和Eu配合物發(fā)出的光線，得到高顯色性的白光。下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1本實(shí)施例的基于Eu配合物的高光效紅色發(fā)光器件的基本結(jié)構(gòu)，如圖3所示，選擇表面拋光的硅基片作為襯底301，在硅襯底上利用磁控濺射方法沉積一層50nm厚的銀薄膜
302。Eu的配合物采用以β-二酮、十八胺為配體，取0.005gEu配合物與0. 5gPMMA膠體進(jìn)行混合，滴加在鍍有銀膜的硅基片上，以每分鐘3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)度進(jìn)行旋涂得到Eu配合物薄膜
303。利用450nm的激光器304發(fā)出的激光305照射在Eu配合物薄膜和銀膜上，制得紅色發(fā)光器件。如圖4中所示，曲線401為未沉積銀膜而其它制備條件完全相同的樣品的發(fā)光光譜，曲線402為表面等離子體波大大增強(qiáng)了 Eu配合物的發(fā)光光譜。本實(shí)施例的附加了銀薄膜的紅色發(fā)光器件從500nm到690nm的發(fā)光積分強(qiáng)度是未加金屬層時(shí)的4. 6倍，金屬結(jié)構(gòu)使紅色發(fā)光器件的發(fā)光效率得到極大的提高。實(shí)施例2本實(shí)施例的基于Eu配合物的高光效紅色發(fā)光器件采用金納米顆粒作為金屬結(jié)構(gòu)，選擇表面面形為曲面的二氧化硅基片作為襯底，在二氧化硅襯底上利用熱蒸鍍方法沉積一層20nm厚的金薄膜，將其置于退火爐中以300°C的溫度進(jìn)行熱處理，得到二氧化硅襯底上的一層金納米顆粒結(jié)構(gòu)。Eu的配合物采用以β-二酮為配體，利用熱蒸鍍的方法在金結(jié)構(gòu)上形成一層厚度為150nm的Eu配合物薄膜，制得紅色發(fā)光器件。實(shí)施例3本實(shí)施例的基于Eu配合物的高光效紅色發(fā)光器件的基本結(jié)構(gòu)如圖5所示，選擇表面拋光的玻璃片作為襯底501，在玻璃上利用熱蒸鍍的方法制備一層300nm厚的以β-二酮為配體的Eu配合物薄膜502，利用磁控濺射方法在Eu配合物薄膜上沉積一層500nm厚的鋁薄膜503。利用355nm的激光器504發(fā)出的激光505從襯底方向照射在Eu配合物薄膜和銀膜上，制得紅色發(fā)光器件。如圖6中所示，曲線601為未沉積銀膜而其它制備條件完全相同的樣品的發(fā)光光譜，曲線602為表面等離子體波大大增強(qiáng)了 Eu配合物的發(fā)光光譜。本實(shí)施例的附加了鋁薄膜的紅色發(fā)光器件從500nm到690nm的發(fā)光積分強(qiáng)度是未加鋁膜時(shí)的2. 7倍，金屬結(jié)構(gòu)使紅色發(fā)光器件的發(fā)光效率得到極大的提高。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對本發(fā)明較佳實(shí)施例的表述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于銪配合物的紅色發(fā)光器件，其特征在于，該紅色發(fā)光器件包括襯底，在所述襯底的一個(gè)表面設(shè)置一層金屬結(jié)構(gòu)層，在所述金屬薄膜層上設(shè)置一層包括以銪配合物為材質(zhì)的發(fā)光薄膜層；或者在所述襯底的一個(gè)表面設(shè)置一層包括以銪配合物為材質(zhì)的發(fā)光薄膜層，在所述發(fā)光薄膜層上設(shè)置一層金屬結(jié)構(gòu)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅色發(fā)光器件，其特征在于，所述襯底上用于設(shè)置所述金屬結(jié)構(gòu)層或發(fā)光薄膜層的表面為平面狀或弧形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅色發(fā)光器件，其特征在于，所述襯底的材質(zhì)為玻璃、 SiO2 或 Si。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅色發(fā)光器件，其特征在于，所述銪配合物中的配體為二酮、有機(jī)胺或雜環(huán)化合物中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅色發(fā)光器件，其特征在于，所述發(fā)光薄膜層中還包括聚甲基丙烯酸甲酯膠體或S^2膠體中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅色發(fā)光器件，其特征在于，所述發(fā)光薄膜層的厚度為 IOOnm 10 μ m0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅色發(fā)光器件，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)層為連續(xù)的金屬薄膜層或分散的金屬納米顆粒層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的紅色發(fā)光器件，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)層的材質(zhì)為金、銀、鋁、銅、鈦、鐵、鎳、鈷、鉻、鉬、鈀、鎂或鋅中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紅色發(fā)光器件，其特征在于，所述金屬薄膜層厚度為1 IOOOnm0
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紅色發(fā)光器件，其特征在于，所述金屬納米顆粒層中的顆粒粒徑為1 lOOnm。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電子領(lǐng)域，其公開了一種基于銪配合物的紅色發(fā)光器件，包括襯底，在所述襯底的一個(gè)表面設(shè)置一層金屬結(jié)構(gòu)層，在所述金屬薄膜層上設(shè)置一層包括以銪配合物為材質(zhì)的發(fā)光薄膜層。本發(fā)明提供的一種高光效的基于Eu配合物薄膜的紅色發(fā)光器件，其利用表面等離子體波增強(qiáng)Eu配合物薄膜的發(fā)光，Eu配合物薄膜的發(fā)光與金屬結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的表面等離子體相互耦合，表面等離子體的局域增強(qiáng)特性和高能量態(tài)密度的特性使Eu配合物受到充分激發(fā)并且內(nèi)量子效率得到提高，同時(shí)金屬結(jié)構(gòu)的散射和反射特性提高器件的光取出效率，從而提高基于Eu配合物薄膜的紅色發(fā)光器件的總體發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/26GK102479776SQ201010554818
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者劉玉剛, 周明杰, 馬文波 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司