集成式熒光檢測器用光源及其組裝方法
【專利摘要】本發明公開一種集成式熒光檢測器用光源及其組裝方法，所述光源包括：LED發光器件，包括LED芯片以及與之相連的電極；包含LED發光器件的封裝體I；與封裝體I相匹配的封裝體II；所述封裝體I和封裝體II配合形成腔體，所述腔體設置于LED發光器件發光光路上；所述腔體中設有濾光片。本發明將濾光片與發光二極管集成化封裝，形成一體式結構，可有效降低濾光片受灰塵及潮濕干擾的幾率，并免除了傳統方式中設計加工固定零件將二者組合的冗繁過程；同時結構簡單、體積小巧、使用方便，抗震性能強，尤其適用于采用固定波長的熒光檢測儀器。
【專利說明】集成式熒光檢測器用光源及其組裝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及熒光檢測器用光源元件，特別是一種基于發光二極管的小型集成式光源裝置。
【背景技術】
[0002]熒光檢測是目前靈敏度最高的檢測技術之一，同時具有很高的選擇性和響應的穩定性，近年來在痕量生物物質和環境污染物檢測方面得到了廣泛的應用。激發光源是熒光檢測設備中的關鍵部件。傳統的光源如氣體放電燈和激光等，都存在體積大、能耗高、壽命短等缺點。近年來發光二極管(Light Emitting Diode, LED)的進步,使得LED成為突光檢測的新型激發光源，從而促進了儀器整體的微型化，并保持實用靈敏度與小型甚至常規尺寸的檢測器相當。
[0003]多數熒光染料的激發譜帶寬度都在幾十納米到上百納米，相對于激光的窄線譜帶，LED的高斯分布式激發譜帶更適合染料分子的激發。然而，延展過長的LED譜帶尾端與染料分子的熒光光譜往往產生了一定程度的重疊，從而給整體熒光檢測器帶來較高的噪聲和背景水平。因此，對于LED這一類寬光譜光源，需結合光源光譜與熒光染料的光譜特性，選擇合適的激發濾光片，以便使得需求的光譜可以充分透過，重疊部分的光譜可被有效截止，即譜帶交叉(crosstalk)最小化。我們在前期工作中發現，在LED后增加帶通型激發濾光片，相對于無激發濾光片結構，可使熒光檢測器的信噪比提高4倍(Talanta, 2006, 69:996-1000.)。
[0004]在已知商品化的LED中，并無專為熒光檢測器設計的產品，因此現有技術中，熒光檢測器中的LED與濾光片的耦合通常是:購買商品化LED和濾光片后，再另行設計加工固定裝置，來實現二者之間的同軸耦合固定。對于終端用戶來說，該方式存在的缺點顯而易見:首先，需設計圖紙及機械加工，消耗人力物力；其次，固定裝置為分體式零件，在和LED及濾光片組裝后，濾光片仍然會與外界空氣有物理接觸，從而導致灰塵以及潮氣的入侵，影響濾光片的長時間使用壽命；另外，分體式固定多采用螺旋壓緊或者過盈配合，降低了儀器整體的抗震能力。將LED和濾光片以組裝元件的方式應用，應當可以解決上述的問題。
[0005]本領域技術人員了解，LED封膠是LED的生產過程中的最后一道工序，LED封膠的作用是保護芯片正常工作、并輸出可見光。如果能把濾光片與LED共同封裝，使二者形成一體式元件，應當是能夠有效的解決上述問題的最便捷經濟的手段。灌膠封裝是LED封膠最常用的手段之一，傳統的LED灌膠封裝主要經以下步驟實現:1、在LED成型模腔內涂抹脫模劑，然后注入液態樹脂；2、插入組裝好的發光芯片組，包括與之相連的電極；3、放入烘箱高溫固化，包括前固化和后固化，前固化是指密封樹脂的固化，一般固化條件在135°C，1小時，后固化是為了讓樹脂充分固化，同時對LED進行熱老化，后固化對于提高樹脂與芯片組的粘接強度非常重要，一般條件為120°C，4小時；4，將LED從模腔中脫出即成型。然而，由于濾光片本身的材質及結構特點，使其不能適應LED的灌膠封裝過程中的高溫(100°C高溫將會對其鍍膜產生破壞)，因此不能使用傳統的LED發光芯片組灌封方法來同時灌封LED發光芯片與濾光片的組合元件。需要在節省程序的原則下開發新的灌封方法制作一體式的光源元件。
【發明內容】
[0006]本發明的目的之一在于提供一種集成式熒光檢測器用光源，本發明所述的集成式熒光檢測器用光源，包括:
[0007]LED發光器件，包括LED芯片以及與之相連的電極；
[0008]包含LED發光器件的封裝體I ;
[0009]與封裝體I相匹配的封裝體II ；
[0010]所述封裝體I和封裝體II配合形成腔體，所述腔體設置于LED發光器件發光光路上；
[0011 ] 所述腔體中設有濾光片。
[0012]上述發明的【具體實施方式】中，所述的濾光片優選帶通型濾光片。所述的封裝體I和封裝體II的材質優選為環氧樹脂。
[0013]【具體實施方式】中，濾光片優選使用與LED發光器件同軸排布的圓形濾光片，前者幅面足夠接收LED發光器件所發出的光線。在一般使用的產品中，濾光片與發光器件的距離為0.5?Imm,濾光片的直徑應當比LED發光器件的最大徑處大5?10mm。
[0014]本發明另一目的在于提供上述集成式熒光檢測器用光源的組裝方法，所述方面包括如下步驟:
[0015]a.制備與封裝體I外形相匹配的模具I，在模具I模腔內涂抹脫模劑，然后注入液態樹脂，并插入預先組裝的LED發光器件，固化后脫模即得包含LED發光器件的封裝體I ;
[0016]b.制備與封裝體II外形相匹配的模具II，在模具II模腔內涂抹脫模劑，然后注入液態樹脂，固化后脫模即得封裝體II;封裝體I和封裝體II可配合形成密閉腔體；
[0017]c.將與腔體相匹配的濾光片嵌入腔體后，組合封裝體I和封裝體II使其固定連接。
[0018]遵從加工工藝趨于簡化的原則，【具體實施方式】中，僅在模具設計時考慮在封裝體I的表面設置腔體，容易理解，所述腔體應當設置在LED發光器件所發出的光線穿透的封裝體I表面。相應地，這種情況下，封裝體II所發揮的是“蓋子”作用，其通過點膠方式與封裝體I密封結合后形成密閉腔體，該密閉腔體中容納預先嵌入的濾光片
[0019]本發明的集成式熒光檢測器用光源采用集成化設計，將濾光片和LED的發光芯片組封裝在環氧樹脂外套中，使得濾光片與外界空氣無物理接觸，從而降低了濾光片受灰塵及潮濕干擾的幾率，提高了使用壽命；集成化設計確保裝置具有更強的抗震性能，并且結構簡單、體積小巧、使用方便，便于安裝拆卸及更換光路和故障檢修，有效節省人力物力，尤其適用于采用固定波長的熒光檢測儀器。本發明所使用封裝方法在傳統LED封裝方法的基礎上僅稍作調整，免除了傳統方式中設計加工固定零件將二者組合的冗繁過程，符合程序節省的基本原則，經濟便捷，易于操作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]通過下面結合附圖進行的對實施例的描述，本發明的上述和/或其它目的和優點將會變得更加清楚。本發明附圖5幅，
[0021]圖1為本發明的集成式熒光檢測器用光源的結構示意圖；
[0022]圖2是本發明的集成式熒光檢測器的組裝方法中所使用的模具組合，包括模具I和模具II;
[0023]圖3是本發明集成式熒光檢測器的組裝方法中所制得的包含LED發光器件的封裝體I結構示意圖；
[0024]圖4為圖3的俯視示意圖；
[0025]圖5是將本發明所述的集成式熒光檢測器用光源應用于熒光檢測器，分析黃曲霉毒素所獲得的高效液相色譜圖，201為黃曲霉毒素G2, 202為黃曲霉毒素Gl, 203為黃曲霉毒素B2，204為黃曲霉毒素BI。
[0026]圖中:101.LED發光器件；102.封裝體I ；103.濾光片；104.封裝體II ；105.腔體；106.模具I ；107.模具II ；108.封裝線。
【具體實施方式】
[0027]現將詳細參照本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中，相同的標號始終指的是相同的部件。以下將通過參照附圖來說明所述實施例，以便解釋本發明。
[0028]實施例1.集成式熒光檢測器用光源及其組裝
[0029]如附圖1，本發明的集成式熒光檢測器用光源由以下部件組成:
[0030]LED發光器件101，其包括LED芯片以及與之相連的電極；
[0031]包含LED發光器件101的環氧樹脂材質的封裝體1102 ；以及，
[0032]與封裝體1102相匹配的環氧樹脂材質的封裝體II104 ；
[0033]所述封裝體1102和封裝體II104配合形成腔體105，該腔體105設置于LED發光器件101所發出光線的光路上，并且外形與設于其中的濾光片103相匹配。
[0034]濾光片103為圓形帶通型濾光片，其與圓形光源的LED發光器件101同軸排布，濾光片與發光器件的距離為1mm，發光器件101的直徑為3mm，濾光片的直徑可選擇10mm，以完全接收LED發光器件101所發出的光線。
[0035]下面結合附圖2?4說明上述實施例的集成式熒光檢測器用光源的組裝方法:
[0036]首先，制備與封裝體1102外形相匹配的模具1106，在模具1106模腔內涂抹脫模齊U，然后注入液態樹脂，并插入預先組裝的LED發光器件101，固化后脫模即得包含LED發光器件101的封裝體1102。
[0037]然后，制備與封裝體II104外形相匹配的模具11107，在模具II107模腔內涂抹脫模劑，然后注入液態樹脂，固化后脫模即得封裝體II104 ;封裝體1102和封裝體II104可配合形成密閉腔體105 ；
[0038]模具1106的設計中具體考慮了一點，即所獲得的封裝體1102在LED發光器件101所發出的光線穿透的表面設有腔體105，并且腔體105的所有空間均在此。該腔體105可以被視為封裝體1102主體延伸出的封閉環形壁所圍起來的圓餅狀空間，其形貌體積與將嵌入其中的濾光片103匹配，該匹配包括對高度、面積、形狀的綜合考慮。因此，將腔體105設計為規則形狀，最好是圓形的空間，將有助于準確控制裁剪濾光片103，以使其嵌入以后與腔體105能盡可能保持嚴密的配合。[0039]濾光片103嵌入至腔體105后，將封裝體II104與封裝體1102固定封裝，所采用的方法可由本領域技術人員靈活選擇，本實施例采用了沿著腔體105的環形壁緣所形成的封裝線108 (實為面)通過點膠方式密封連接封裝體1102和封裝體II104的方法進行封裝。
[0040]實施例2.黃曲霉毒素的檢測
[0041]使用上述實施例1所制的集成式熒光檢測器用光源作為光源裝置的熒光檢測器，采用連接高效液相色譜分析樣品中黃曲霉毒素的含量:
[0042]裝配方案:采用中心波長360nM的LED發光器件(發光器件直徑3mm)，帶通型干涉濾光片BP360nm(直徑IOmm)，二者距離1mm，制成該集成光源，5V恒壓源串連100 Ω電阻為LED供電；通過激發光纖傳導激發光照射到檢測區。在與激發光垂直的方向進行熒光收集，經光纖傳導，通過熒光濾光片(BP450nm)消除背景干擾光，最終進入光電倍增管轉換為電信號輸出到工作站。
[0043]測試條件:色譜柱:C18柱(柱長150mm,內徑4.6mm,填料直徑5 μ m),流動相:甲醇-水(45+55)，流速:8mL/min,
[0044]測試結果:以霉變的大米為樣品，采用相同的前處理及色譜分離條件，本實施例測定的結果如附圖5所示，其中，201-黃曲霉毒素G2，202-黃曲霉毒素G1，203-黃曲霉毒素B2，204-黃曲霉毒素BI ;其與商品化熒光檢測器(型號:安捷倫G1321A)的檢測對比結果如表1所示。
[0045]結果表明，二者無顯著差異，使用本發明的所制的集成式熒光檢測器用光源作為光源裝置的熒光檢測器可準確有效地測定目標值。
[0046]表1黃曲霉毒素分析定量結果
[0047]
【權利要求】
1.一種集成式熒光檢測器用光源，包括: LED發光器件(101)，包括LED芯片以及與之相連的電極； 包含LED發光器件(101)的封裝體I (102)； 與封裝體I (102)相匹配的封裝體II (104)； 所述封裝體I (102)和封裝體II (104)配合形成腔體(105)，所述腔體(105)設置于LED發光器件(101)發光光路上； 所述腔體(105)中設有濾光片(103)。
2.根據權利要求1所述的集成式熒光檢測器用光源，其特征在于:所述的濾光片為帶通型濾光片。
3.根據權利要求1所述的集成式熒光檢測器用光源，其特征在于:所述濾光片(103)為與LED發光器件(101)同軸排布的圓形濾光片，前者幅面足夠接收LED發光器件(101)所發出的光線。
4.根據權利要求1所述的集成式熒光檢測器用光源，其特征在于:所述的封裝體1(102)和封裝體II (104)的材質為環氧樹脂。
5.權利要求1所述的集成式熒光檢測器用光源的組裝方法，包括如下步驟: a.制備與封裝體1(102)外形相匹配的模具I(106)，在模具1(106)模腔內涂抹脫模劑，然后注入液態樹脂，并插入預先組裝的LED發光器件(101)，固化后脫模即得包含LED發光器件(101)的封裝體I (102)； b.制備與封裝體II(104)外形相匹配的模具II (107)，在模具11(107)模腔內涂抹脫模劑，然后注入液態樹脂，固化后脫模即得封裝體11(104);封裝體1(102)和封裝體11(104)可配合形成密閉腔體(105)； c.將與腔體(105)相匹配的濾光片(103)嵌入腔體(105)后，組合封裝體I(102)和封裝體11(104)使其固定連接。
6.根據權利要求5所述的集成式熒光檢測器用光源的組裝方法，其特征在于:所述的步驟a制得的封裝體I (102)在LED發光器件(101)所發出的光線穿透的表面設有腔體(105)。
7.根據權利要求5所述的集成式熒光檢測器用光源的組裝方法，其特征在于:所述的封裝體I (102)和封裝體II (104)通過點膠方式密封結合。
【文檔編號】G01N21/64GK104022208SQ201410245466
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年6月4日
【發明者】徐靜, 熊艷, 李銘巾, 曹際娟 申請人:徐靜, 熊艷, 李銘巾, 曹際娟