專利名稱：一種led熒光激發(fā)光源及l(fā)ed激發(fā)熒光的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激發(fā)照明光源，具體涉及一種LED熒光激發(fā)光源及LED激發(fā)熒光的方法，屬于激發(fā)照明技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，熒光分析技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于生物、物理、化學(xué)以及材料等領(lǐng)域，如醫(yī)療照明領(lǐng)域中的各種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及手術(shù)室照明等，科學(xué)儀器照明領(lǐng)域中的顯微鏡、檢測(cè)儀器等。作關(guān)鍵零部件的熒光激發(fā)光源，需要提供特定激發(fā)光波長范圍及足夠光效能量，以保證檢測(cè)樣品得到足夠的激發(fā)而發(fā)出強(qiáng)的熒光。傳統(tǒng)激發(fā)光源一般都使用高壓汞燈和高壓短弧氙燈。高壓汞燈光度強(qiáng)，弧長短，能量較集中，但其光譜不連續(xù)，有的波段強(qiáng)度明亮，使用時(shí)受到譜線的限制。高壓短弧氙燈很好地克服了這個(gè)缺點(diǎn)，其發(fā)光光譜與太陽光譜相近，是連續(xù)光譜。但他們都需高壓供電，壽命短，需經(jīng)常更換燈泡；每次使用都需要等待預(yù)熱一段時(shí)間；含有鉛、汞等污染環(huán)境并對(duì)使用人員有害物質(zhì)；此外其體積大、成本高，尤其不適合便攜式儀器等缺點(diǎn)。隨著新的發(fā)光材料的成功研制和生產(chǎn)工藝的不斷提高，各種超高亮的發(fā)光二極管不斷出現(xiàn)，將LED照明技術(shù)應(yīng)用到激發(fā)照明上是最新的熒光照明技術(shù)。如清華大學(xué)何樹榮等人對(duì)綠光LED激發(fā)熒光做過專門研究；中科院楊世植等人用單波長超亮藍(lán)LED檢測(cè)水中葉綠素的濃度圈；司馬韋昌等人利用多波長LED陣列作為激發(fā)光源對(duì)3種熒光物質(zhì)的12種不同濃度的樣品進(jìn)行了熒光光譜的測(cè)量。這些技術(shù)在熒光激發(fā)的過程中均表現(xiàn)出了激發(fā)波長的不足，即LED所能激發(fā)的熒光物質(zhì)少，并輸出的光能量也偏低，不能同時(shí)滿足對(duì)多種物質(zhì)的激發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種LED熒光激發(fā)光源，以克服傳統(tǒng)光源及現(xiàn)有的LED光源的不足，達(dá)到高能量的輸出和較寬的譜線半帶寬，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種熒光物質(zhì)的激發(fā)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種LED激發(fā)熒光的方法，能夠以LED作為激發(fā)熒光的光源，可以實(shí)現(xiàn)高能量的輸出和較寬的譜線半帶寬的熒光激發(fā)。一種LED熒光激發(fā)光源，其特征在于該光源包括上表面設(shè)有LED發(fā)光芯片的基板， 相鄰LED發(fā)光芯片之間的間隙介于0.01mm 0. Imm之間；且每個(gè)LED發(fā)光芯片的發(fā)光波長都各不相同，并按中心波長遞增或遞減的順序依次安裝在基板上。上述LED發(fā)光芯片的陽極與基板焊接，LED發(fā)光芯片的陰極相互連接，從而可以顯著提高LED光源的光譜功率。上述按中心波長遞增或遞減排列的LED發(fā)光芯片中，相鄰兩個(gè)LED發(fā)光芯片的中心波長的差值在5nm 50nm之間。上述LED發(fā)光芯片中心波長在300nm IOOOnm范圍內(nèi)，包括了紫外-可見光和近紅外光，如中心波長范圍在330nm 385nm內(nèi)的紫外光、中心波長范圍在460nm 490nm范圍內(nèi)的藍(lán)光，中心波長范圍在510nm 550nm范圍內(nèi)的綠光或者其他任一波段的單色光。上述每個(gè)LED發(fā)光芯片的形狀為正方形，尺寸介于0. 5mmX0. 5謹(jǐn) 2謹(jǐn)X 2謹(jǐn)之間。上述LED發(fā)光芯片陣列含LED發(fā)光芯片的數(shù)量為n2，分別排列成nXn的矩陣，η是 2 5的正整數(shù)。上述基板是銅板或鋁板。一種LED激發(fā)熒光的方法，其特征在于包括以下步驟1、按中心波長遞增或遞減的順序?qū)l(fā)光波長各不相同LED發(fā)光芯片依次排列在基板上；2、將LED發(fā)光芯片的陽極與基板焊接，LED發(fā)光芯片的陰極相互連接；3、將上述帶有LED發(fā)光芯片的基板作為激發(fā)光源通過照射熒光物質(zhì)，而激發(fā)熒光。上述步驟1中，相鄰LED發(fā)光芯片之間的間隙介于0. Olmm 0. Imm之間。上述步驟1中，可以將LED發(fā)光芯片在基板上排列成nXn的矩陣，η是2 5的正整數(shù)；且LED發(fā)光芯片矩陣中左右或上下相鄰兩個(gè)LED發(fā)光芯片的中心波長的差值在 5nm 50nm之間。一種熒光物質(zhì)的激發(fā)必須要求光源提供足夠的光功率，這就需要進(jìn)行大電流密度的驅(qū)動(dòng)，而LED的熱阻更小，可以進(jìn)行大電流密度的驅(qū)動(dòng)，使得單位面積發(fā)光芯片輸出光功率高?，F(xiàn)在市面上采用的LED陣列輸出的光功率都偏低，這無疑限制了對(duì)熒光物質(zhì)的激發(fā)。 另一方面，現(xiàn)有技術(shù)中的LED光源的譜線半寬度不足，譜線半寬度是指將光強(qiáng)降到最大值一半時(shí)譜線輪廓上所對(duì)應(yīng)的波長之間的寬度。一般的LED譜線半寬度都較窄(一般只有 15nm)，所以只有發(fā)射的部分波長被利用于對(duì)熒光物質(zhì)的激發(fā)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用方便；可以進(jìn)行大電流密度驅(qū)動(dòng)，單位面積發(fā)光芯片輸出光功率高，可是提供激發(fā)所需的光功率；實(shí)現(xiàn)了 LED光源高能量的輸出和較寬的譜線半帶寬的熒光激發(fā)，克服了現(xiàn)有LED的譜線半寬度不足而導(dǎo)致激發(fā)物質(zhì)少的不足，為同時(shí)激發(fā)多種物質(zhì)提供了可能。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的LED發(fā)光芯片排列成3階矩陣的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施方案所獲得的單色光譜圖。其中，1、基板，2、LED發(fā)光芯片，3、LED發(fā)光芯片陣列。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，本發(fā)明包括上表面設(shè)有LED發(fā)光芯片2的基板1，相鄰LED發(fā)光芯片1之間的間隙介于0. Olmm 0. Imm之間；且每個(gè)LED發(fā)光芯片1的發(fā)光波長都各不相同，并按中心波長依次遞增或遞減的順序安裝在基板上。為了提高LED光源的光譜功率，上述LED發(fā)光芯片2的陽極與基板焊接，LED發(fā)光芯片2的陰極相互連接，工作時(shí)，對(duì)每個(gè)LED芯片2進(jìn)行大電流密度驅(qū)動(dòng)，LED發(fā)光芯片2的最大驅(qū)動(dòng)電流密度為2A/mm2，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流，LED輸出不同的光功率，輸出光功率總量介于0. 5w 50w之間。上述按中心波長遞增或遞減排列的LED發(fā)光芯2片中，相鄰兩個(gè)LED發(fā)光芯片2 的中心波長的差值在5nm 50nm之間，并且LED發(fā)光芯片2可以排列成矩陣。上述LED發(fā)光芯片2中心波長在300nm IOOOnm范圍內(nèi)，包括了紫外-可見光和近紅外光，如中心波長范圍在330nm 385nm內(nèi)的紫外光、中心波長范圍在460nm 490nm 范圍內(nèi)的藍(lán)光，中心波長范圍在510nm 550nm范圍內(nèi)的綠光或者其他任一波段的單色光。上述每個(gè)LED發(fā)光芯片2的形狀為正方形，尺寸介于0. 5mmX0. 5謹(jǐn) 2謹(jǐn)X2謹(jǐn)之間。上述LED發(fā)光芯片陣列3含LED發(fā)光芯片的數(shù)量為n2，分別排列成nXn的矩陣， η是2 5的正整數(shù)。上述基板1是銅板或鋁板。一種LED激發(fā)熒光的方法，包括以下步驟1、按中心波長遞增或遞減的順序?qū)l(fā)光波長各不相同LED發(fā)光芯片依次排列在基板上。其中，相鄰LED發(fā)光芯片的間隙可以介于0. Olmm 0. Imm之間；并可將LED發(fā)光芯片在基板上排列成nXn的矩陣，η是2 5的正整數(shù)；且LED發(fā)光芯片矩陣中左右或上下相鄰兩個(gè)LED發(fā)光芯片的中心波長的差值在5nm 50nm之間。2、將LED發(fā)光芯片的陽極與基板焊接，LED發(fā)光芯片的陰極相互連接；3、將上述帶有LED發(fā)光芯片的基板作為激發(fā)光源通過照射熒光物質(zhì)，而激發(fā)出熒光。其中，可將作為激發(fā)光源的帶有LED發(fā)光芯片的基板，通過現(xiàn)有的激發(fā)照明系統(tǒng)照射在熒光物質(zhì)上，從而激發(fā)出足夠強(qiáng)度的熒光。實(shí)施例1如圖1、2所示，基板1為銅板，η = 3，即LED發(fā)光芯片2的數(shù)量為9，LED的光譜半帶寬為20nm，其發(fā)射中心波長范圍在340nm 380nm內(nèi)的紫外光，并按中心波長間隔為5nm 遞增的順序安裝在基板上，其發(fā)光主波長自左上角至右下角分別為340nm、345nm、350nm、 ;355nm、360nm、365nm、370nm、375nm和380nm。所有發(fā)光芯片的尺寸為ImmX 1mm，相鄰芯片之間的間隙為0. 05mm。工作原理為工作時(shí)，LED發(fā)光芯片被驅(qū)動(dòng)，最大驅(qū)動(dòng)電流密度為2A/mm2，9個(gè)LED 芯片分別發(fā)射不同的近似的激發(fā)波長，光譜功率分布將實(shí)現(xiàn)疊加，混合后產(chǎn)生的強(qiáng)波段光強(qiáng)將補(bǔ)充弱波段的光譜功率分布，使此波段的光譜功率分布更平衡。從而實(shí)現(xiàn)LED光譜半帶寬的拓寬，為多種物質(zhì)的激發(fā)提供可能。所獲得的單色光譜圖如附圖3所示。同時(shí)，由于LED的熱阻小，實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光芯片更大的驅(qū)動(dòng)電流密度，使LED發(fā)光芯片發(fā)出的光功率達(dá) 0. 5w，譜線半寬度達(dá)80nm。
權(quán)利要求
1.一種LED熒光激發(fā)光源，其特征在于該光源包括上表面設(shè)有LED發(fā)光芯片( 的基板(1)，相鄰LED發(fā)光芯片(2)之間的間隙介于0.01mm 0. Imm之間；且每個(gè)LED發(fā)光芯片⑵的發(fā)光波長都各不相同，并按中心波長遞增或遞減的順序依次安裝在基板⑴上。
2.如權(quán)利要求1所述的LED熒光激發(fā)光源，其特征在于上述LED發(fā)光芯片O)的陽極與基板(1)焊接，LED發(fā)光芯片(2)的陰極相互連接。
3.如權(quán)利要求1所述的LED熒光激發(fā)光源，其特征在于上述按中心波長遞增或遞減排列的LED發(fā)光芯片(2)中，相鄰兩個(gè)LED發(fā)光芯片O)的中心波長的差值在5nm 50nm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的LED熒光激發(fā)光源，其特征在于上述LED發(fā)光芯片O)中心波長在300nm IOOOnm范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的LED熒光激發(fā)光源，其特征在于上述每個(gè)LED發(fā)光芯片(2)的形狀為正方形，尺寸介于0. 5mmX0. 5mm 2mmX 2mm之間。
6.如權(quán)利要求1所述的LED熒光激發(fā)光源，其特征在于上述LED發(fā)光芯片陣列(3)含 LED發(fā)光芯片⑵的數(shù)量為n2，分別排列成nXn的矩陣，η是2 5的正整數(shù)。
7.—種LED激發(fā)熒光的方法，其特征在于包括以下步驟(1)按中心波長遞增或遞減的順序?qū)l(fā)光波長各不相同LED發(fā)光芯片依次排列在基板上；(2)將LED發(fā)光芯片的陽極與基板焊接，LED發(fā)光芯片的陰極相互連接；(3)將上述帶有LED發(fā)光芯片的基板作為激發(fā)光源通過照射熒光物質(zhì)，而激發(fā)熒光。
8.如權(quán)利要求7所述的激發(fā)熒光的方法，其特征在于上述步驟1中，相鄰LED發(fā)光芯片之間的間隙介于0. Olmm 0. Imm之間。
9.如權(quán)利要求7所述的激發(fā)熒光的方法，其特征在于上述步驟1中，將LED發(fā)光芯片在基板上排列成nXn的矩陣，η是2 5的正整數(shù)；且LED發(fā)光芯片矩陣中左右或上下相鄰兩個(gè)LED發(fā)光芯片的中心波長的差值在5nm 50nm之間。
全文摘要
一種LED熒光激發(fā)光源及LED激發(fā)熒光的方法，包括上表面設(shè)有LED發(fā)光芯片的基板，相鄰LED發(fā)光芯片之間的間隙介于0.01mm～0.1mm之間；且每個(gè)LED發(fā)光芯片的發(fā)光波長都各不相同，并按中心波長遞增或遞減的順序依次安裝在基板上。上述LED發(fā)光芯片的陽極與基板焊接，陰極互相連接。其激發(fā)熒光的方法，包括按中心波長遞增或遞減的順序?qū)l(fā)光波長各不相同LED發(fā)光芯片依次排列在基板上；陽極與基板焊接、陰極相互連接并作為激發(fā)光源通過照射熒光物質(zhì)而激發(fā)熒光。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用方便；可以進(jìn)行大電流密度驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了LED光源高能量的輸出和較寬的譜線半帶寬的熒光激發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)了同時(shí)激發(fā)多種物質(zhì)。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK102182945SQ20111009419
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者辜長明, 鄭安民, 鄭耀 申請(qǐng)人:青島海泰鍍膜技術(shù)有限公司