【宽带荧光转换LED发展综述2200字】

宽带荧光转换LED发展综述宽带荧光转换LED的背景宽带LED是近十几年来发展起来的高效光源。基于其宽光谱的特性，宽带LED光源已成为各种分析应用设备的重要光源系统。不仅在光谱分析领域具有重要的应用前景，在光遗传学、荧光激发等领域也有出色的表现[28,29]。如在光遗传学中，宽带LED可以作为刺激脑部应用的重要光源系统，为治疗脑部疾病如帕金森症等提供了有力的支持。在工业上，由于光谱分析应用十分广泛，光谱分析仪器也获得了快速地发展，LED作为其重要的光源系统也得到了快速地发展。二十一世纪初，光谱分析领域的光源主要是传统的宽带光源。例如氙灯、汞灯及氘灯等，都存在着寿命短、功率低、能耗大等问题。随着科技的发展，传统的光源不再满足于人们对于不同场景下高品质光源需求，尤其是现代对于微型化、便携式的高需求。于是。LED走进了人们的视野。LED是半导体材料的发光二极管，与有机树脂材料封装的荧光粉组合，可以实现宽光谱发射，满足各个场景的需求。其具有微型化、重量轻、抗冲击等特点，可以在相对极端地工作环境下使用。例如强辐射、超低温、超真空等领域都有较好地表现。相比传统的光源就受到很大的限制。但是，较为成熟地LED封装工艺都不可避免地使用了有机树脂材料或硅胶等物质，这类物质由于差的热稳定性和弱的热导率，使得芯片周围的高温难以散发出去，长时间使用后，导致其变质发黄，进而影响器件的使用寿命和光学性能[8,10]。为了解决有机树脂材料老化变质对器件的不利影响等问题，使用荧光玻璃基质材料替代有机树脂或硅胶封装材料[30-33]，相比有机封装的荧光粉，荧光玻璃具有更好的热导率、热稳定性，可以彻底解决现阶段LED封装技术的问题。所以设计一种连续可调宽光谱的掺杂发光离子荧光玻璃是本文的研究方向，并将其与蓝色LED芯片进行封装，实现宽光谱发射。宽带荧光转换LED的实现方式及应用宽带荧光转换LED是目前应用范围最广的LED光源[34-37]，利用蓝色或紫外光LED芯片激发荧光材料，从而产生宽光谱发光。是利用蓝色或紫外光LED芯片激发荧光材料产生相应波段的光，从而产生宽光谱发光。当前，宽带荧光转换LED的制备形式一般分为三种，分别为蓝色LED芯片与有机树脂封装的黄色荧光粉（YAG：Ce3+）相结合、蓝色LED芯片与有机树脂封装的两种或多种荧光粉相结合及紫外LED芯片与玻璃基质掺杂的一种或多种发光离子相结合；蓝色LED芯片与有机树脂封装的黄色荧光粉（YAG：Ce3+）相结合的宽带荧光转换LED，如图1，1所示，蓝光LED芯片组合黄光荧光粉（YAG：Ce3+）器件发射光谱（黄）。WLED发射光谱主要由440-460nm（蓝光LED芯片）和500-600nm（YAG:Ce3+黄光荧光粉）两部分组成。这种白光宽光谱LED的制备简单且成本低廉，适合产业化生产[38-40]，是目前照明光源广泛采用的制备方案。目前，LED照明逐渐取代传统光源，由于其优异的发光特性，也开发出许多新兴的实用领域，具体的应用领域主要有路灯路况照明、商场的大面积LED显示屏等方面应用。图1.1发射光谱。商用的蓝光芯片组合YAG:Ce黄光荧光粉WLED器件发射光谱；450nm蓝光激发商用氮化物青色荧光粉发射光谱；宽带荧光转换LED的发射光谱蓝色LED芯片与有机树脂封装的两种或多种荧光粉相结合的方式是将单掺的黄色荧光粉变成两种或三种荧光粉形成宽带荧光转换LED。如图1.1所示，宽带荧光转换LED的发射光谱（红）。商用WLED在460-520nm处，光谱存在缺失。SrSi2N2O2:Eu2+荧光粉的发射主要集中在475-525nm区域。可以对商用WLED光谱缺失进行补充，从而获得更宽的发射光谱。主要应用于生物信号、光谱分析等特殊照明领域，需要掺杂相对应波段的发光离子。例如Rajendran等报道[41]的宽带近红外发射，其以蓝光LED芯片发出的蓝光一部分作为La3Ga5GeO14：Cr3+的激发光，另一部分则用来与荧光粉发射光复合而成，使其发射半峰宽达到330nm。主要应用生物体的生物信号实时监测。Kong等[42]的CaAl12-xGaxO19：Mn4+宽光谱，其发射波长620nm-720nm。主要应用于植物照明方向，促进植物成长和光合作用。蓝色LED芯片与玻璃基质掺杂的一种或多种发光离子相结合的制备形式是对蓝色LED芯片与有机树脂封装的两种或多种荧光粉的宽带荧光转换LED的改良。通过熔融淬冷法，将荧光粉均匀地烧结在玻璃网络结构中，避免了有机封装材料热稳定性差的问题。目前，以玻璃作为基质掺杂发光离子实现宽光谱是荧光转换LED主流的研究方向[43,44]。宽带荧光转换LED存在的问题图1.2树脂封装的LED示意图目前，宽带荧光转换LED被称为第四代照明光源，以其优异的物理性能和光学性能，得以迅速地发展。但是，随着对于更高照明质量的需求，宽带荧光转换LED也呈现出一些问题。宽带荧光转换LED的封装示意图如图1.2所示，LED是由散热基座、LED芯片、荧光粉和树脂凝胶组成。其发光原理是蓝色LED芯片激发荧光粉发光，蓝色发射中大部分作为荧光粉的激发光，用来激发出荧光粉的黄色发光，剩余小部分的蓝光用来和黄光复合成白光宽光谱。这种宽带荧光转换LED是由蓝色和黄色光复合成的，由于缺少可见光中的红色区域，导致照明光的显色指数差，这使得发出的光对于人眼来说显得有点“冷白色”。最终影响LED照明的品质[14]。另外，有机树脂封装的荧光粉也是一个问题，极大地制约了宽带荧光转换LED的发展。其制备工艺是LED芯片表面涂覆半球状的有机树脂封装的荧光粉。有机树脂在炎热和潮湿环境中具有不稳定性[45-48]。另外，在使用过程中，与LED芯片直接封装，其会导致LED芯片发射产生的热量很小的环境内不断地积累，其累积的温度最高可达200℃。而有机树脂封装材料的玻璃态转化温度