国立先进产业科学技术研究所 [主席：Ryoji Chubachi]（以下简称“AIST”）传感系统研究中心[研究中心主任：Toshihide Kamata]生物材料传感研究小组 Makoto Fujimaki 研究组组长，Takashi Fukuda 首席研究员：亮度（200 mW）超过小型卤素灯（5 W 灯的发射强度为约 100 mW) mW 或更多) 且超过 1000 小时长寿命组合超宽带发光器件该器件的发射波长范围为近紫外（350 nm）至近红外（1200 nm）。
使用各种方法的宽带发光器件的开发正在全球范围内显示出活跃的迹象。在此背景下，新开发的设备采用了紫外线 LED 和多个光源，当 LED 发出的光激发时，这些光源会发出各种波长的光。荧光粉这是一种通过组合8670_8764|获得超宽带发光的发光器件。围绕磷光体粘合剂材料和荧光粉层的物理结构，我们实现了可应用于实际产品的亮度（发射强度）和稳定性（寿命）。因此，它可以作为向上兼容的替代光源，用于使用小型卤素灯作为光源的超紧凑测量仪器和分析仪器（例如，用于分析新鲜鱼和肉的脂肪糊的便携式分析仪器、用于无损测量水果糖含量的仪器等）。这种新光源元件的出现预计将引发新产品组的创建，例如使用传统光源无法实现的紧凑型光学传感器（例如，用于个人医疗保健）。
该技术的详细信息将于 2020 年 1 月 29 日至 31 日在东京有明国际展览中心（东京江东区）举行的 InterOpto 2020 展会上公布。
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棒状荧光粉照片（左），新开发的超宽带发光器件结构示意图（中），
开发的元件与5 W卤素灯之间的发光比较（右） |
白光LED元件作为具有节能、长寿命等特点的光源而闻名，并且已经渗透到社会中用于普通照明用途。白光LED元件的普及部分源于2009年内阁批准的新增长战略（基本政策）等社会背景，其中要求到2020年实现下一代照明（LED、有机EL等）100%采用，以及需要遵守欧洲某些有害物质使用法规（RoHS指令）和水俣公约。人们认为，这种光源创新趋势将不可避免地蔓延到工业光源设备，但由于白光LED设备适应“人眼”，其发射波长范围较窄，不足以满足硅光电二极管的要求，而硅光电二极管被广泛用作光传感器和相机图像拾取设备中光接收设备的“机械眼”。
AIST 率先开发了“紫外线 LED 激发超宽带发光器件”，可以发射近紫外到近红外波长的超宽带范围的光，并于 2019 年开发出了世界上第一个发射波长范围从近紫外（350 nm）到近红外（1200 nm）的器件纳米）。该元件具有省电、脉冲照明、小型、坚固、长寿命、低发热等特点，但另一方面，由于亮度（发射强度）不足以取代卤素灯，因此难以商业化。因此，这次我们致力于提高紫外LED激发的超宽带发光器件的亮度。
这项研究和开发得到了 TIA 合作计划探索促进项目“Kakehashi”（2019 年）的支持，并与国立材料科学研究所功能材料研究中心光功能领域的 Sialon 小组合作进行。
这次，我们重点改进荧光粉周围的粘合剂材料和荧光粉层，以增强“紫外LED激发超宽带发光器件”的发射强度并延长寿命（图1）。在新开发的发光器件中，提高用于激发荧光粉的紫外LED的发射强度是提高整个器件发射强度最简单、最直接的方法（图1（左））。然而，随着UV LED发射强度的增加，粘合剂材料和荧光粉本身会因热和光反应而变性（降解），从而难以同时实现强发射和长期稳定性。流行的白光 LED 中广泛使用的粘合剂材料是硅树脂或环氧树脂。这些材料对于白色 LED 激发光源的波长（蓝色约 450 nm）足够稳定，但当暴露于极强的紫外线下时，构成树脂的分子会变性，导致成型产品破裂或变成棕色（图 1（右））。这种变化一直是提高发光强度和延长器件寿命的主要障碍。
这次，为了解决这个问题，我们修改了活页夹的材料和结构。对于粘结剂，我们考虑了以下几点：防止空气中水分和氧气的侵入（气体阻隔性），确保粘结剂本身不会因强紫外线照射而发生热变性或光变性（耐热/抗紫外线），以及有效散发强紫外线激发的荧光粉产生的热量（导热性）。结果，可以抑制极强紫外线照射引起的粘合剂和荧光体的化学和物理变化，亮度超过小型卤素灯（大于200 mW）注1且使用寿命超过1000小时注2（图2）。这使得它首次被安装在产品中，为实际应用铺平了道路。
与卤素灯相比，这种超宽带发光器件节能，不发射热射线（中/远红外线），结构紧凑，具有高抗冲击性，并具有多种优异的性能，包括能够进行脉冲照明，因此被广泛期望用作超紧凑测量和分析仪器应用的新型下一代免维护光源。
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图1新研制的超宽带发光器件主要部件示意图（左）
降解的粘合剂/荧光粉的示例（右） |
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图2 所开发的超宽带发光器件的发射强度（左）
归一化发光强度随时间变化的示例（以初始强度为 100% 的相对值）（右） |
注释 1：例如，当使用距离光源 3 mm 处放置的热传感器（接收器尺寸：直径 10 mm）测量额定值为 5 W 的卤素灯的亮度（发射强度）时，基于波长 650 nm 处的校准值，亮度约为 100 mW。 （应该注意的是，该测量值不是通过对整个发射带进行灵敏度校正而校准的精确值，而是一个简单的参考值。但是，它对于比较元件之间的可用发光量的目的是有用的。）[返回来源]
注2：据说卤素灯的典型寿命约为 1000 小时（建议更换寿命：500 至 700 小时），但新开发的元件即使在点亮 1000 小时后仍能保持启动时约 80% 的发光量，证实其寿命远远超过 1000 小时。 （通过推断该图，可以预期 10,000 小时或更长的估计值。）[返回来源]
未来，我们将加快基础研究，进一步提高发光强度和稳定性，推动实用化工艺技术的发展，并进行满足更多用途的元件的开发和定制。公司还将寻求合作伙伴，推动量产技术的发展和应用产品的开发。