光致发光二极管光源——荧光效率检测系统

发光二极管（LED）光源已经逐步地取代传统光源，并在生产和生活中得以广泛应用。荧光粉在LED照明设备中起到了至关重要的作用，其功能为将转换芯片所产生的紫外或者蓝光，发射出目标颜色的光。近年来，人们为了提高LED光源的光照强度，一直在努力地寻找新型的高效荧光材料。稀土掺杂荧光粉具有发光强度高、掺杂量少和生产成本低诸特点，其中所掺杂的钐作为镧系稀土元素之一，具有较为丰富的能级，其发光效率较高。钐离子的发射光色多呈红色，无论在制备单色还是白色LED中，红色荧光粉必不可少。

为了替代发光效率低的传统光源，在过去的几十年里，人们广泛地研发不同稀土或金属元素掺杂荧光材料，并探索这些材料在固态照明、全彩显示、生物标签和产品识别防伪等方面的应用。在所采用的稀土元素中，由于镧系稀土元素具有4f电子能级的电子层结构，掺杂其元素的化合物展现了许多独特的物理化学特性，在光电领域具有好的应用前景。钐离子作为镧系稀土元素之一，其优异的红光发射性能，可应用于三基色LED灯及显示领域。除了掺入稀土元素离子外，共掺杂某种碱金属离子元素或过渡元素离子也可以提高单掺杂稀土元素离子荧光材料的发光强度。

许多年前，人们就已将荧光材料分为无机和有机两大不同的系统来讨论各自的发光作用机理。由于无机荧光材料的优良发光效果及稳定的物理化学性能，因此，得以广泛研究和应用。发光材料可以被不同形式的激发源激发后发光，按照激发种类的不同，大致可以分为：光致发光，阴极射线发光，生物发光，摩擦发光，高能粒子发光，电致发光和化学发光。

光致发光现象是指：荧光材料受到外部光源（如紫外光、可见光和红外光）所发出的光照射时会产生特征发光的现象。光致发光材料主要包括基质和发光中心（即激活剂）两个组分。光致发光发光机理为：照射到荧光材料表面的光作为激发光源，荧光材料会吸收一定能量的光波，荧光材料的发光中心和基质均可吸收这些能量，吸收了能量的发光中心，就会产生电子跃迁，从而产生不同波长的发射光。在不同的基质材料中，由于发光中心所处的晶格环境产生了变化，会直接影响发光中心的发光行为即影响发射光波的波长。

由于稀土元素离子掺杂无机荧光材料可以产生各种光学效果，因此，已广泛应用于装饰涂料、陶瓷釉料、防伪、照明、标识、探测器制造、医疗、农业生产和食品检验等诸多领域。其主要应用则是在LED照明领域。LED是由LED芯片和荧光粉组合而成。目前制备白光LED的成熟技术主要包括有：荧光转换技术、多色LED组合技术和多量子陷阱技术。

白色LED荧光转换技术的主要发光原理为：在外加电场的作用下芯片（蓝色或者紫外芯片）发射出蓝光或紫光，将两种或者三种荧光粉按照比例混合，经混合后的荧光粉吸收芯片发射的特定光源，激发出混合颜色为白色的光。多色LED组合技术则是将红绿蓝三种发光芯片或者发光二极管组合到一起成为一个像素，发出的三色光混合形成白光。多量子陷阱技术是在单一基质中制造多个量子陷阱，使其复合发光形成白光。

荧光量子效率测试仪主要用于材料（溶液、粉末、薄膜）荧光量子效率的测量，测试系统经过可溯源的光源进行定标，能够进行准确的绝对量子产率、色度，同时可以实现光致发光谱的测量和记录。除更换光源、取放样品等操作外，其他测量所需操作只要在软件界面上就可完成，实现自动化测量。系统结构简单，操作方便。光致发光量子效率测量仪的测量稳定、快速、可靠，相比于传统荧光光谱仪，整个系统具有体积小，使用方便等优点。