CN102182945B - 一种led荧光激发光源及led激发荧光的方法 - Google Patents

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一种LED荧光激发光源及LED激发荧光的方法，包括上表面设有LED发光芯片的基板，相邻LED发光芯片之间的间隙介于0.01mm～0.1mm之间；且每个LED发光芯片的发光波长都各不相同，并按中心波长递增或递减的顺序依次安装在基板上。上述LED发光芯片的阳极与基板焊接，阴极互相连接。其激发荧光的方法，包括按中心波长递增或递减的顺序将发光波长各不相同LED发光芯片依次排列在基板上；阳极与基板焊接、阴极相互连接并作为激发光源通过照射荧光物质而激发荧光。本发明结构简单，成本低廉，使用方便；可以进行大电流密度驱动，实现了LED光源高能量的输出和较宽的谱线半带宽的荧光激发，最终实现了同时激发多种物质。

Description

一种LED荧光激发光源及LED激发荧光的方法
技术领域
本发明涉及一种激发照明光源，具体涉及一种LED荧光激发光源及LED激发荧光的方法，属于激发照明技术领域。
背景技术
近年来，荧光分析技术已被广泛应用于生物、物理、化学以及材料等领域，如医疗照明领域中的各种内窥镜系统及手术室照明等，科学仪器照明领域中的显微镜、检测仪器等。作关键零部件的荧光激发光源，需要提供特定激发光波长范围及足够光效能量，以保证检测样品得到足够的激发而发出强的荧光。传统激发光源一般都使用高压汞灯和高压短弧氙灯。高压汞灯光度强，弧长短，能量较集中，但其光谱不连续，有的波段强度明亮，使用时受到谱线的限制。高压短弧氙灯很好地克服了这个缺点，其发光光谱与太阳光谱相近，是连续光谱。但他们都需高压供电，寿命短，需经常更换灯泡；每次使用都需要等待预热一段时间；含有铅、汞等污染环境并对使用人员有害物质；此外其体积大、成本高，尤其不适合便携式仪器等缺点。
随着新的发光材料的成功研制和生产工艺的不断提高，各种超高亮的发光二极管不断出现，将LED照明技术应用到激发照明上是最新的荧光照明技术。如清华大学何树荣等人对绿光LED激发荧光做过专门研究；中科院杨世植等人用单波长超亮蓝LED检测水中叶绿素的浓度圈；司马韦昌等人利用多波长LED阵列作为激发光源对3种荧光物质的12种不同浓度的样品进行了荧光光谱的测量。这些技术在荧光激发的过程中均表现出了激发波长的不足，即LED所能激发的荧光物质少，并输出的光能量也偏低，不能同时满足对多种物质的激发。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED荧光激发光源，以克服传统光源及现有的LED光源的不足，达到高能量的输出和较宽的谱线半带宽，实现了对多种荧光物质的激发。
本发明的另一个目的是提供一种LED激发荧光的方法，能够以LED作为激发荧光的光源，可以实现高能量的输出和较宽的谱线半带宽的荧光激发。
一种LED荧光激发光源，其特征在于该光源包括上表面设有LED发光芯片的基板，相邻LED发光芯片之间的间隙介于0.01mm～0.1mm之间；且每个LED发光芯片的发光波长都各不相同，并按中心波长递增或递减的顺序依次安装在基板上。
上述LED发光芯片的阳极与基板焊接，LED发光芯片的阴极相互连接，从而可以显著提高LED光源的光谱功率。
上述按中心波长递增或递减排列的LED发光芯片中，相邻两个LED发光芯片的中心波长的差值在5nm～50nm之间。
上述LED发光芯片中心波长在300nm～1000nm范围内，包括了紫外-可见光和近红外光，如中心波长范围在330nm～385nm内的紫外光、中心波长范围在460nm～490nm范围内的蓝光，中心波长范围在510nm～550nm范围内的绿光或者其他任一波段的单色光。
上述每个LED发光芯片的形状为正方形，尺寸介于0.5mm×0.5mm～2mm×2mm之间。
上述LED发光芯片阵列含LED发光芯片的数量为n2，分别排列成n×n的矩阵，n是2～5的正整数。
上述基板是铜板或铝板。
一种LED激发荧光的方法，其特征在于包括以下步骤：
1、按中心波长递增或递减的顺序将发光波长各不相同LED发光芯片依次排列在基板上；
2、将LED发光芯片的阳极与基板焊接，LED发光芯片的阴极相互连接；
3、将上述带有LED发光芯片的基板作为激发光源通过照射荧光物质，而激发荧光。
上述步骤1中，相邻LED发光芯片之间的间隙介于0.01mm～0.1mm之间。
上述步骤1中，可以将LED发光芯片在基板上排列成n×n的矩阵，n是2～5的正整数；且LED发光芯片矩阵中左右或上下相邻两个LED发光芯片的中心波长的差值在5nm～50nm之间。
一种荧光物质的激发必须要求光源提供足够的光功率，这就需要进行大电流密度的驱动，而LED的热阻更小，可以进行大电流密度的驱动，使得单位面积发光芯片输出光功率高。现在市面上采用的LED阵列输出的光功率都偏低，这无疑限制了对荧光物质的激发。另一方面，现有技术中的LED光源的谱线半宽度不足，谱线半宽度是指将光强降到最大值一半时谱线轮廓上所对应的波长之间的宽度。一般的LED谱线半宽度都较窄(一般只有15nm)，所以只有发射的部分波长被利用于对荧光物质的激发。
本发明结构简单，成本低廉，使用方便；可以进行大电流密度驱动，单位面积发光芯片输出光功率高，可是提供激发所需的光功率；实现了LED光源高能量的输出和较宽的谱线半带宽的荧光激发，克服了现有LED的谱线半宽度不足而导致激发物质少的不足，为同时激发多种物质提供了可能。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明的LED发光芯片排列成3阶矩阵的结构示意图。
图3是本发明的实施方案所获得的单色光谱图。
其中，1、基板，2、LED发光芯片，3、LED发光芯片阵列。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括上表面设有LED发光芯片2的基板1，相邻LED发光芯片1之间的间隙介于0.01mm～0.1mm之间；且每个LED发光芯片1的发光波长都各不相同，并按中心波长依次递增或递减的顺序安装在基板上。
为了提高LED光源的光谱功率，上述LED发光芯片2的阳极与基板焊接，LED发光芯片2的阴极相互连接，工作时，对每个LED芯片2进行大电流密度驱动，LED发光芯片2的最大驱动电流密度为2A/mm2，通过调节驱动电流，LED输出不同的光功率，输出光功率总量介于0.5w～50w之间。
上述按中心波长递增或递减排列的LED发光芯2片中，相邻两个LED发光芯片2的中心波长的差值在5nm～50nm之间，并且LED发光芯片2可以排列成矩阵。
上述LED发光芯片2中心波长在300nm～1000nm范围内，包括了紫外-可见光和近红外光，如中心波长范围在330nm～385nm内的紫外光、中心波长范围在460nm～490nm范围内的蓝光，中心波长范围在510nm～550nm范围内的绿光或者其他任一波段的单色光。
上述每个LED发光芯片2的形状为正方形，尺寸介于0.5mm×0.5mm～2mm×2mm之间。
上述LED发光芯片阵列3含LED发光芯片的数量为n2，分别排列成n×n的矩阵，n是2～5的正整数。
上述基板1是铜板或铝板。
一种LED激发荧光的方法，包括以下步骤：
1、按中心波长递增或递减的顺序将发光波长各不相同LED发光芯片依次排列在基板上。其中，相邻LED发光芯片的间隙可以介于0.01mm～0.1mm之间；并可将LED发光芯片在基板上排列成n×n的矩阵，n是2～5的正整数；且LED发光芯片矩阵中左右或上下相邻两个LED发光芯片的中心波长的差值在5nm～50nm之间。
2、将LED发光芯片的阳极与基板焊接，LED发光芯片的阴极相互连接；
3、将上述带有LED发光芯片的基板作为激发光源通过照射荧光物质，而激发出荧光。其中，可将作为激发光源的带有LED发光芯片的基板，通过现有的激发照明系统照射在荧光物质上，从而激发出足够强度的荧光。
实施例1
如图1、2所示，基板1为铜板，n＝3，即LED发光芯片2的数量为9，LED的光谱半带宽为20nm，其发射中心波长范围在340nm～380nm内的紫外光，并按中心波长间隔为5nm递增的顺序安装在基板上，其发光主波长自左上角至右下角分别为340nm、345nm、350nm、355nm、360nm、365nm、370nm、375nm和380nm。所有发光芯片的尺寸为1mm×1mm，相邻芯片之间的间隙为0.05mm。
工作原理为：工作时，LED发光芯片被驱动，最大驱动电流密度为2A/mm2，9个LED芯片分别发射不同的近似的激发波长，光谱功率分布将实现叠加，混合后产生的强波段光强将补充弱波段的光谱功率分布，使此波段的光谱功率分布更平衡。从而实现LED光谱半带宽的拓宽，为多种物质的激发提供可能。所获得的单色光谱图如附图3所示。同时，由于LED的热阻小，实现LED发光芯片更大的驱动电流密度，使LED发光芯片发出的光功率达0.5w，谱线半宽度达80nm。

Claims (7)

1.一种LED荧光激发光源，该光源包括上表面设有LED发光芯片（2）的基板（1），其特征在于相邻LED发光芯片（2）之间的间隙介于0.01mm～0.1mm之间；且每个LED发光芯片（2）的发光波长都各不相同，并按中心波长递增或递减的顺序依次安装在基板（1）上；
上述按中心波长递增或递减排列的LED发光芯片（2）中，相邻两个LED发光芯片（2）的中心波长的差值为5nm；
上述LED发光芯片（2）是中心波长在300nm～1000nm范围内的任意一段单色光。
2.如权利要求1所述的LED荧光激发光源，其特征在于上述LED发光芯片（2）的阳极与基板（1）焊接，LED发光芯片（2）的阴极相互连接。
3.如权利要求1所述的LED荧光激发光源，其特征在于每个上述LED发光芯片（2）的形状为正方形，尺寸介于0.5mm×0.5mm～2mm×2mm之间。
4.如权利要求1所述的LED荧光激发光源，其特征在于上述基板（1）上的LED发光芯片（2）组成LED发光芯片阵列（3），该LED发光芯片阵列（3）含LED发光芯片（2）的数量为n2，分别排列成n×n的矩阵，n是2～5的正整数。
5.一种LED激发荧光的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按中心波长递增或递减的顺序将发光波长各不相同LED发光芯片依次排列在基板上；其中所述的发光波长各不相同的LED发光芯片满足中心波长在300nm～1000nm范围内的任意一段单色光的条件；并使相邻两个LED发光芯片的中心波长的差值为5nm；
（2）将LED发光芯片的阳极与基板焊接，LED发光芯片的阴极相互连接；
（3）将上述带有LED发光芯片的基板作为激发光源通过照射荧光物质，而激发荧光。
6.如权利要求5所述的激发荧光的方法，其特征在于上述步骤1中，相邻LED发光芯片之间的间隙介于0.01mm～0.1mm之间。
7.如权利要求5所述的激发荧光的方法，其特征在于上述步骤1中，将LED发光芯片在基板上排列成n×n的矩阵，n是2～5的正整数。
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