王胜达, 袁楠, 朱志峰, 蒋阳. 荧光碳点的合成、性质和应用[J]. 影像科学与光化学, ): 203-

以量子点^[]为代表的纳米材料，是20世纪90年代提出的一个新概念，它是在结构上把导带电子、价带空穴和激子在三维方向上束缚住，从而具有量子效应的纳米结构颗粒。这样的结构使得量子点具有很多新奇的性质，在太阳能电池、发光器件、光催化以及生物荧光标记等方面具有广泛的应用前景。但由于量子点大多为Ⅲ-Ⅴ族或者Ⅱ-Ⅵ族元素组成的化合物，其中部分还包含铅、镉、碲等毒性较强且价格较贵的重金属，其环境友好性^[]、工业成本以及苛刻的制作工艺要求是阻碍其规模工业应用的不利因素。

2004年，Xu X Y等在纯化碳纳米管的过程中意外发现了荧光碎片^[]， 2006年，美国克莱蒙森大学科学家孙亚平博士首次提出了碳点(碳量子点)的概念^[]。碳点(CDs)的出现是纳米材料领域的一个新的突破，除了具有传统半导体量子点所拥有的优良光学性能和尺寸小等优点外，还具有传统半导体量子点无法比拟的高生物相容性、低细胞毒性、无光闪烁、低制备成本及制作工艺相对简单等优点，在生物学和医学研究领域具有先天优势，因而越来越多地受到科学家的关注。

本文重点概述了荧光碳点的合成方法、显微结构分析、荧光机理以及应用的最新成果，并对当前需要解决的问题以及今后的研究发展方向进行了探讨。

1 荧光碳点的合成方法

碳点是准零维纳米结构，一般尺寸不超过10nm，获得碳点的原料多为炭黑、无定形碳、石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯及各种含碳有机物等。合成方法大致分为两类：自上而下(将宏观尺寸大小的碳经过加工变为纳米级颗粒)的方法和自下而上(将有机碳化合物分子合成为纳米级颗粒)的方法。自上而下的方法一般包括：激光烧蚀法、电化学法、氧化石墨烯法、弧光放电法等，自上而下的方法一般合成效率较低，而且产物大多为混合物，需要一定的分离工序才能把碳点提纯。自下而上的方法一般为：水热法、微波法、热解法、激光化学反应等，自下而上的方法一般产率较高，而且制备工艺简单，实验设备要求低，比较适合大规模制备，是目前采用比较多的一种制备方法。

1.1 自上而下的合成方法

激光烧蚀法的原理是将强能量激光照射在碳靶的表面，把碳颗粒从碳靶上剥离出来，形成纳米级的微小碳点。Sun Y P等^[]将碳粉做成碳靶，用氩气作保护气体，在900°的高温、75 kPa水蒸气环境中用Nd:YAG激光 (1064 nm, 10 Hz)照射，制得碳点的前驱体，然后通过浓硝酸来除去杂质，再利用聚乙二醇(PEG)1500 进行表面修饰后获得5 nm左右的荧光碳点 (图 1A)，在400 nm波长激发条件下量子产率为4%~10%。Hu S L等^[]同样利用Nd:YAG激光直接在不同的有机溶剂中销蚀石墨粉末，一步法同时完成了碳点的合成和表面修饰，制成量子产率为3.7%~7.8%、粒径在1~8 nm之间的荧光碳点(图 1B)，而且通过改变溶剂的种类使碳点的发射波长在一定范围内移动。

电化学法是合成纳米材料常用的一种方法，Zhou J G等^[]使用制成的多壁碳纳米管为电极，乙腈溶液和四丁基高氯酸铵为电解液，构成电解池，得到粒径为3 nm左右的碳点，量子产率为6.4%。利用电化学方法制作的碳点工艺比较繁琐，一般通过将石墨预先制作碳纳米管或者石墨烯等前驱体，再通过电化学反应来进一步解离形成碳点。

2007年，Liu H P等^[]首次利用酸煮蜡烛灰的方法合成碳点，该方法首先收集燃烧不完全的尺寸20~800 nm的蜡烛灰，利用硝酸回流氧化12 h，然后利用电泳方法将产物在聚丙烯酰胺凝胶中分离，制得多色荧光碳点，尺寸在2 nm左右，量子产率很低，仅有0.8%~1.9%(图 1C)。

1.2 自下而上的合成方法

就目前碳点的研究进展看，自下而上制备方法是研究人员制备碳点的另一类主要的方法。水热法是制备碳点常用的一种自下而上法，Zhu S J等^[]将柠檬酸和乙二胺溶解到去离子水中，在水热釜中高温(150 ℃、200 ℃、250 ℃)加热5 h，经过冷却、透析后得到粒径2~6 nm的碳点 (图 3A)，该产物紫外激发的荧光为亮蓝色，量子产率较高，为58%。Hu S L等^[]用同样的水热方法首次使用乙二醇得到粒径为3.5 nm±0.5 nm的碳点，同时制得了—N、—Cl、—O基团修饰的具有不同特性碳点，但量子产率较低。由此可见，此种水热方法是一种开放性的实验方法，可以使用不同的碳基化合物来制成具有不同性质的碳点。通过研究发现，N元素的修饰能够极大的改变碳点的荧光特性，本课题组利用柠檬酸作为唯一碳源，将一水合氨作为表面N源前驱体，用水热法制备了单分散性好、晶体结构单一、色域宽(图 2B)的高性能荧光碳点，其量子产率最高达40%(图 2A)，根据其高分辨透射电镜图像(HRTEM)(图 2C)分析, 制备碳点具有非常良好的石墨2H结构^[]。

热解法是利用高温分解有机碳源制作碳点的一种方法。Dong Y Q等^[]将柠檬酸和聚乙烯亚胺在去离子水中进行混合后，直接加热到200 ℃进行热解3 h，为了防止水分蒸发后反应物被高温烤焦，期间不断添加少量去离子水保持反应物的凝胶状态，待反应物凝胶从浅黄色变成橘黄色，用水溶解后提纯获得荧光碳点(图 3A)，紫外荧光量子产率达40%以上。Guo X等^[]首次利用热解环氧聚苯乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的二元共聚物交联微球来制备碳点(图 3B)，通过控制热解的温度，在没有任何表面修饰工艺的条件下制成粒径大小不同、发光为蓝、橙、白3种颜色且具有较好单分散性的碳点，量子产率在47%以上。

微波法相对于其他自下而上的方法来讲，条件简单，实验时间大大缩短。Wang X H等^[]将碳水化合物和磷酸盐溶液混合，微波加热，制得荧光波长在430 nm(蓝色)到525 nm(绿色)、粒径在2.1 nm±0.7 nm的碳点，而且发射光谱随着激发波长的变化而变化。

最近还发现了大量研究利用人们日常生活中的食品,如蜂花粉^[]、甘蔗渣^[]、牛奶^[](图 3C)、咖啡^[]、橙汁^[](图 3D)等为原料来制备碳点，其合成机理和上述几种方法基本相似，且获得了较好的实验结果。

激光法是一种新近发展的“自下而上”制备量子点的方法，利用激光法照射有机分子来制备碳量子点已成为一种新的探索。

Habiba K^[]等利用激光辐照镍颗粒催化苯分子的方法制备了荧光碳量子点。本课题组发展了激光化学反应法，利用准分子脉冲激光辐照甲苯溶液，在未经催化和表面修饰的情况下，直接制备了荧光碳量子点(图 4A)，并在碳量子点的形成机理上作了一些探索。通过第一性原理计算结果表明，248 nm的单光子可以使甲苯分子内的电子从分子最高占据轨道HOMO跃迁到分子最低未占据轨道LUMO(图 4B)，而由于准分子脉冲激光下可以发生分子轨道能级的Stark宽化效应，甲苯分子在短时间内将吸收多个光子直至被光解离，制备出了高质量的碳量子点，透射电镜的分析表明，该碳量子点具备石墨晶体结构(图 4C)^[]。

截至目前，碳点的荧光机理还没有一个统一的解释^{[, ]}。传统半导体量子点由于受到量子限域效应影响，使得原来费米能级附近的电子能级由连续态变成分立能级，当受到外界光子的激发时，电子从低能级跃迁到高能级，高能级不稳定再向低能级跃迁时释放光子发出荧光，半导体量子点通过控制量子点尺寸的大小来控制荧光的波长^[]。碳点虽然也是具有量子限域效应的纳米颗粒，但一些碳点晶体结构为石墨型，本身是导体而非半导体，碳点的导带和价带重叠，而不是像半导体量子点那样具有禁带而产生带隙发射。所以不同结构的荧光碳点尺寸小到一定程度是否会出现与半导体量子点相似的分裂能级,也是广大研究者讨论的一个热点。

有研究者认为荧光碳点的荧光机理与表面能带相关^[]，因为纳米颗粒具有非常大的比表面积，当粒径为2 nm时，表面原子占全部原子比例高达80%^[]，会导致纳米颗粒表面原子配位情况较差，通常会有缺陷，同时纳米颗粒为了保持稳定性一般会与其他修饰或者钝化基团连接，起到一种表面修饰的作用。有研究者发现经过表面修饰或者表面钝化的碳点会大大提高荧光量子产率^[]，这两种情形使得碳点产生能带，从而发出荧光。

目前，量子产率较高的碳点多用PEG(聚乙二醇)系列物质进行钝化。Zhang S P等^[]利用PEG2000钝化无荧光的碳纳米颗粒后，得到的碳点荧光量子产率高达50% (图 5A)。也有研究者利用N元素修饰合成的碳点前驱体或者直接使用含有N元素的含碳有机物合成，利用紫外波段激发荧光为440~480 nm的蓝光或者蓝绿光^[,,]。Yang Y H等^[]利用既含有C骨架又含有N元素的甲壳素原料通过一步水热法直接合成了蓝绿荧光碳点(图 5B)。Li X M等^[]认为碳点发射蓝光或者绿光与其表面氨基的密度有关(图 5C)。与传统的半导体量子点相比，激发和发射波长均短于半导体量子点。虽然它们的制作方法和碳源有所不同，但根据它们性质的相似性可以推断是同一种发光机制产生的受激荧光^[]。

还有研究者认为碳点荧光的波长不是由颗粒尺寸或者表面态单独来决定的。Bao L等^[]报道，碳点荧光的波长是由量子点尺寸的大小、表面态和尺寸共同决定的，他们通过严格筛选三组分别为图 5D)，同时发现同一组氧化程度高的碳点荧光波长较长，从而提出了碳点尺寸和表面氧化态与荧光波长的影响关系。

3 碳点的应用 3.1 生物成像以及药物运输

碳点相对于传统半导体量子点的优势之一就是细胞毒性低，生物相容性好，是生物医学研究中的理想材料^{[, ]}。

作为生物荧光探针，碳点已经被广大研究者应用于细胞成像研究^[,,]，通过单光子或者双光子激发共焦显微镜可观察到碳点在细胞内的分布，与利用传统染料分子和示踪同位素标记方法相比，使用碳点作为荧光探针更加安全快捷，同时灵敏度相当。已经证实CaCo-2细胞、MCF-7细胞、COS-7细胞、小鼠P-19细胞、大肠杆菌等都能够被碳点标记^[,,,]。研究发现，在低于4 ℃的环境温度下，碳点无法进入MCF-7的细胞中，证明碳点进入细胞是需要一定的能量，而不是随机扩散进入(图 6A)^[]。碳点作为荧光探针不仅仅应用于动物细胞研究，Jin X Z等^[]成功地把水热法合成的碳点注入到植物细胞内，利用碳点荧光对pH的敏感性对植物体内pH值进行检测和标定(见图 6B)。

有研究者报道，碳点同样可以进行动物活体成像，经过静脉或者皮下注射等方式，在生物体内碳点依然可以保持强烈的荧光，能够穿透动物组织观察到荧光成像。Yang S T等^[]把碳点皮下注射到小白鼠的体内后，在紫外激发下，可以看到碳点在体内形成的亮斑，同时可以观察到碳点随着淋巴管移动到淋巴结(图 6C)。Parvin N等^[]用果蝇来进行碳点活体成像实验发现，碳点在果蝇体内有效时间长达12h，最后被排出体外。以上实验充分证明了碳点在活体医学检测中的巨大潜力。

碳点不仅应用于生物成像，还可以作为药物传送的载体来运送药物到细胞中。Thakur M等^[]利用水热法制成的碳点和广谱抗生素(盐酸环丙沙星)分子共轭成对，在对酵母菌的实验中，碳点-环丙沙星共轭既可以在酵母菌细胞内成像，又增加了抗生素在细胞内的浓度，表明碳点成功承载环丙沙星进入细菌细胞内部(图 6D)。Zheng M等^[]利用抗癌药物与表面用—NH₂修饰的碳点结合，发现碳点具有增强药物疗效的作用。Kong等^[]对碳点进行细胞的渗透性探究，发现不同表面基团修饰的碳点在细胞渗透性方面表现不同，在对海拉癌细胞的渗透实验中，表面基团渗透性排序为—NH₂ >—OH>—PEG，同时证明了它们对细胞的渗透不是简单的渗透压平衡，提出了渗透过程可能有细胞内吞作用的参与。

研究发现，不同基团修饰的碳点除了表现出优异的荧光特性外，对一些金属离子以及生物分子也有敏感特性。因此，可以用来构建新型的纳米传感器^[]。

研究者们发现碳点的荧光特性对一些金属离子非常敏感^[]。Zong J等^[]报道，Cu²⁺能导致碳点荧光猝灭，最低猝灭极限为2.3×10^-8 mol/L。而L-半胱氨酸与Cu²⁺的亲和力更强，可以与Cu²⁺反应形成Cu—S键，从而使碳点表面Cu²⁺脱附，使得荧光猝灭的碳点重新发出荧光，L-半胱氨酸的作用极限达3.4×10^-10 mol/L，依据此原理可以制成高灵敏度的传感器来检测Cu²⁺和L-半胱氨酸。Hu S L等^[]利用水热法合成的碳点与罗丹明B结合可以达到检测Fe³⁺的目的。Zhai Y L等^[]通过微波法合成碳点制成可以精确探测Hg²⁺的探测器。此外利用碳点检测的金属还有Be^{+ []}、Pb^{2+[span class="xref">]}等，特别是Pb²⁺的检测，在铅污染日益严重的现实社会中具有非常大的意义，使得碳点在资源环境保护方面拥有了广阔的应用潜力。

碳点还可以应用于多种生物分子的检测。Wang Y等^[]利用氧化石墨烯碳点的电化学发光性质来检测谷胱甘肽，此方法具有很高的灵敏度，能够在硫醇物质的影响下准确检测谷胱甘肽和含有谷胱甘肽的药物，而传统的检测方法大多容易受到硫醇物质的影响。Zhang L L等^[]利用碳点制成荧光和电化学两种通道的检测器来检测三硝基甲苯(TNT)，TNT为军事上极为常用的烈性炸药，其爆炸威力巨大，在其生产、运输、装配的过程中危险系数较高，Zhang等研制的传感器可以在30 s的时间内检测10 nmol/L~1.5 μmol/L范围的TNT，其军事应用潜力不言而喻。Gao Z等^[]发现赖氨酸修饰的碳点荧光被Fe³⁺离子猝灭之后，可以使用植酸来恢复，可以利用此原理来制作探测植酸的传感器。Shen P F等^[]以苯基硼酸为原料利用一步法合成的碳点来检测人类血清中的血糖，检测范围在9~900 μmol/L之间 (图 7)，且不受血清中其他物质影响，其检测机理颠覆了传统血糖检测中利用的氧化还原反应法，是利用葡萄糖影响碳点自组装程度来对葡萄糖进行检测，其检测精度比传统方法提高几个量级，在血糖快速低成本检测方面具有非常巨大的应用潜力。

光疗包括光动力和光热治疗，该技术被医学界认为是一种继手术、化疗、放疗后最具有发展前途的肿瘤治疗新技术^[]。光诊疗剂就是将在光激发下的荧光成像、光声成像或光热成像等诊断手段和光动力或光热等治疗手段集中在一起，达到同时诊断和治疗的目的。目前，光诊疗剂主要是纳米金、碳纳米管、石墨烯、ICG等有机染料和聚合物纳米材料等^[]。

最近，碳点在光诊疗剂应用研究领域取得了较大的进展。Huang P等^[]将绿光碳点和传统的光敏剂(Ce-6)偶联，碳点发出的荧光通过能量转移机制增强了Ce-6发光，同时产生单线态氧用于杀死肿瘤细胞(图 8A)。Tang J等^[]将蓝光碳点经过聚乙二醇表面修饰后，与阿霉素(Doxorubicin,一种抗癌药物，本身可发595 nm荧光)通过π-π作用和碳点偶联构建C-dots/dox 纳米载药系统 。在这个载药系统中，碳点既是药物载体，又是能量转移的给体(图 8B)。碳点发出的荧光通过能量转移机制激发dox发光。纳米载药体系到达肿瘤处，由于pH发生变化 ，dox脱离载药体系，能量转移消失，只能发出碳点的 498 nm荧光，达到实时监控药物释放的目标。Zheng M等^[]用碳点和顺铂抗癌药物偶联也构建了一种新型的纳米光诊疗剂用于肿瘤的诊断和治疗(图 8C)。但是，在这些工作中，所用碳点的荧光都是蓝绿荧光，碳点起到的只是荧光试剂或能量给体的作用，其本身并没有治疗功能。最近，Ge J C等^[]以功能前驱物聚噻吩季铵盐衍生物为碳源，制备了一系列红色荧光碳点。其中，表面带负电荷的碳点具有集荧光、光声、光热成像和光热治疗四功能于一体(Four-in-One)的特性，可实现光激发下对肿瘤的诊断和治疗，从而拓宽了碳点在纳米生物医学领域中的应用(图 8D)。另一种表面带有正电荷的水溶性近红外发光碳点，在光照下可通过多重态敏化机制高效产生活性氧(1O₂)(图 8E)^[]。这种性能独特的碳点不仅能够用于光动力治疗肿瘤、杀灭细菌，而且在可见光催化及光电子等领域也具有重要应用前景。

目前，以LED为主的第四代照明显示光源正在多个领域逐步取代传统照明光源，LED使用的发光材料多为GaN蓝光芯片激发的稀土掺杂发光(Eu、Si、Ce等)以及半导体量子点发光材料(CdS、CdTe、ZnS等)^[]。最近，经过广大科研工作者的广泛研究，一些阻碍碳点在发光显示应用方面的问题逐渐得到解决，碳点正慢慢显示出在发光显示器件方面应用的潜力。

Guo X等^[]利用不同温度下热解环氧富集聚苯乙烯的方法制得蓝色、橙色、白色三种不同颜色荧光的碳点(图 9A)，量子产率达47%，同时首次成功把三种不同的碳点封装成紫外激发LED，色坐标分别为蓝(0.19，0.28)、橙(0.45，0.44)、白(0.34，0.37)。虽然此文献中没有提到有关流明效率以及白光显色性的问题，但是较高的量子产率和不同的颜色，使碳点在LED的应用上发展了一大步。一般碳点在蓝绿光波段量子产率较高，一些研究者用蓝光碳点和其他量子点或者发光粉混合制作白光LED。Li C X等^[]利用微波法制成蓝光碳点，使之与绿光(0.34, 0.64)和红光(0.64, 0.36) CdTe量子点(尺寸不同)混合制成红绿蓝三基色紫外激发白光LED，流明效率达30 lm/W，显色指数高达87 (图 9B)。

本课题组利用氨调制水热法制备的荧光碳点，用360 nm波段紫外激发芯片封装了具有宽色域的蓝光LED(图 10A)。同时，结合绿色稀土发光材料SrSi₂O₂N₂:Eu粉末(图 10E)，在100 mA电流的驱动下此WLED发出色温5447 K、显色指数高达95.1的明亮白光，完全符合了国际照明委员会规定的用于需要色彩精确对比的场所的光谱连续且频带较宽的光源要求，具有潜在的实际应用价值^[]。

目前，研究和应用最广泛的量子点仍然是由Ⅱ-Ⅵ族或者Ⅲ-Ⅴ族的有潜在毒性的重金属和非金属元素所构成。它们的生产成本较高，工艺相对复杂。碳点作为新一代的量子点材料以其制作成本低、工艺简单、良好的发光性能、优异的生物相容性等优点受到广泛关注。

在生物标记、细胞成像和光诊疗剂等生物医学领域，因其巨大的应用前景受到众多研究者的青睐。到目前为止，有关碳点在制备应用等方面也取得了一定的进展和成果。然而，更高效的制备粒径和形貌均一的高质量碳点的方法还有待开发，碳点的荧光量子产率还有待提高，碳点在生物体内的长期毒性尚需进一步研究，其应用范围也需要拓展。

荧光碳点在LED以及显示器件上的应用尚不成熟，除了量子效率还无法与传统半导体量子点或者稀土掺杂发光材料相比外，荧光波段较窄也很受局限。另外，合成碳点多为水相法，碳点与油相的封装材料相容性较差。因此，在发光显示器件应用方面还有诸多问题需要解决。

LED路灯技术与高压钠灯的分析比较 最近听到不少专家学者的意见，认为LED作为路灯来取代高压钠灯在技术上还不成熟。主要的理由有以下几点： 1．LED的发光效率无法和高压钠灯相比 2．LED的照射过于集中，其照射的均匀度差 3．LED路灯的长期光衰严重，寿命不长 4．LED发光量不稳定（短期光衰），会随时间、季节变化 5．LED路灯本身自重过重，不利于安装，防风。 6．LED路灯造价过高，无法普及。 当然，所有这些都是根据国内很多试验线路的使用经验得出的。是有一定依据的。但是国内的试验线路的性能，能不能代表LED目前的状况是值得探讨的。 1.发光效率问题 目前来说，LED的发光效率从数字上来看的确不如高压钠灯。目前LED在65－75流明/瓦，而高压钠灯可以达到125流明/瓦。但是，高压钠灯的光谱比较集中于黄色，它的色温比较低只有2000－2500oK，而LED的色温较高，可以达到3500－4500以上。另外高压钠灯的光线是向四处发射的，有很大一部分光无法到达路面。还有，高压钠灯的显色指数差，只有20到40，感觉昏暗；而LED的显色指数高，可以达到75－80。 所以路面明亮，感觉舒适。所以从实际的发光效果来看，LED反而可以比高压钠灯高出很多。100W的LED可以取代250W的高压钠灯，或300W的水银灯。100W的LED，其输出光通量大约只有6250流明（经过二次光学设计，会有所损失），到达路面时的流明数仍为6000流明，而路面的平均照度可以达到16Lux（12m高杆）。250W高压钠灯的输出光通量为20,000流明。但到达路面的流明数就只有7000流明。路面的照度大约为30－40Lux，由于显色系数的差别，LED的照度修正系数为2.35倍，高压钠灯的修正系数为0.94倍。所以100W的LED经过修正以后地面的照度为37.6Lux，而高压钠灯的修正后的照度为28.2-37.6。二者相当。所以，100W的LED可以取代250W的高压钠灯，LED可以节能2.5倍。 2．照射均匀度问题 的确，如果不进行二次光学设计，LED的照射是比较集中，所以一定要进行二次光路设计，使其光强呈蝙蝠形。所以这个问题是很容易解决的。 3．LED的光衰问题 现在有的商家，为了降低成本，就采用几百只φ5的小功率LED。然而这种小功率的LED的光衰是非常严重的，按照其光衰至80％的寿命只有1000小时。所以，作为需要长期使用的路灯是绝对不能允许采用这种小功率LED的。作为大功率LED，其光衰就要好很多。然而国内不少厂家也还是只能做到10000小时下降10％。 远远不能满足使用要求。 实际上，LED寿命问题主要是由于长期在高温下工作而形成的问题。在不同结温时的寿命如下图所示： 当结温从115℃提高到135℃，就会使寿命从50,000小时降低到20,000小时。 目前来说，在LED的发光效率还没有提高到极高的程度，还只能尽量改善其散热来延长LED的寿命。 台湾的一家光炬科技有限公司（Light Torch Technology）已经很好地解决了这个问题。他们采用了回路热管（LHP）冷却技术来散热。 采用了回路热管散热技术可以把LED的结温降低到65℃，这就大大地提高了LED灯具的使用寿命。他们经过了3年实际测试表明，在每天工作12小时，其光衰小于3％。预计在工作十年以后，其光衰只有20％。这就基本上解决了寿命的问题。 4．LED发光量的稳定问题 这个问题实际上是由电池放电的降压和LED的温度特性造成。 通常蓄电池的放电过程大约有10％以上的压降。对于一个1W的LED，假如正向电压从3.4变到3.1V，其正向电流将会从350mA降低至100mA。即改变250mA。其输出光通量将会降低60％左右。 此外，通常LED的伏安特性具有负温度系数，大约为－2mV/℃。 如果环境温度变化50℃，那么正向电压就有可能变化0.1V。 对于一个1W的LED，其正向电流就有可能变化100mA,即从350mA降低至250mA。而其发光量也会降低20％。相当于随温度变化的光衰。 为了彻底解决这个问题，就必须要采用恒流芯片来保持LED的正向电流不变。PAM2842是一种可以供给30个1瓦LED的恒流控制芯片，它可以在不论是由温度变化还是由电池放电所引起的电压变化情况下，保持LED的正向电流在3％以内。也就是可以保持其短期光衰在3％以内。 5．LED灯具的自重问题 的确，目前，大部分厂商所生产的LED灯具，其自重极重，通常都超过10公斤。这样大的自重往往会使灯杆不胜负荷，降低了其抗风能力。这主要是由于采用了巨大的散热器而造成的。同样假如采用热管作为散热器，就可以大大减轻其重量。 光炬科技公司所生产的100W的LED灯具（LT－100－W2），其自重只有5.5公斤.而能够完全取代250瓦的高压钠

4月21日，苹果召开春季发布会，正式发布12.9吋iPad Pro，该产品搭载了Mini LED背光显示技术。苹果专注高端市场，是全球最大的消费电子品牌，风向标作用显著。苹果此举因此引起各界关注，苹果Mini LED背光背后的技术Know How则更是产业感兴趣的信息。

下图是Mini LED背光技术与传统直下式背光、侧入式背光的差异。可以看到，Mini LED背光技术单位面积搭载的LED芯片数量大大增加。苹果对其供应链的质量要求严苛，因此Mini LED背光灯板的良率控制是苹果供应链厂商关注的焦点之一。

而这款苹果iPad Pro搭载了10000多颗Mini LED芯片，采用COB的集成封装技术。要保证整块灯板上10000颗LED芯片没有坏点，对坏点数量控制的要求十分严苛，意味着对良率控制提出了挑战。

在这样对良率有极致要求的情况下，有何Know How来确保良率呢？K&S和Rohinni联手的PIXALUX设备可以高效率高良率的转移键合Mini LED芯片，AIM则推出了可以满足Mini LED与载板电性连接的焊料。此外，据行家说Research了解，苹果Mini LED灯板制程中的热工环节，是控制良率的关键之一。热工环节的设备由隆成科技提供。热工环节位于固晶工艺之后，分为两步：一是围坝（DAM）胶的印刷与固化，二是填充（FILL）胶的印刷与固化。

为何这两个环节能够对灯板的良率产生较大的影响呢？我们尝试从苹果iPad Pro的Mini LED灯板拆解中寻找答案。

苹果iPad的Mini LED灯板将10000多颗Mini LED芯片划分为2500多个分区，每个分区为4颗Mini LED芯片。然后用围坝胶把每个分区的4颗Mini LED芯片包围起来，进行围坝，以有效控制后段填充胶流动填充范围。围坝胶印刷好后，对其进行固化。接着再印刷填充胶。填充胶的作用在于通过加热固化的方式，将Mini LED底部空隙80%以上的面积填满, 从而达到加固的目的,

来源：行家说2021Mini LED背光发展白皮书

简而言之，这两轮热工环节就像先用堤坝将池塘分隔成多个小块，再分别往小块的池塘里注水。两轮热工环节化整为零的方式，将一整块的Mini LED灯板通过围坝胶热固化工艺切分成多个小块，再分别用填充胶加固，通过对小块面积良率的控制，解决了大面积控制良率难度较高的问题。

据行家说Research了解，苹果Mini LED在围坝胶热固化和填充胶热固化两大热工环节中所采用的设备来自隆成科技，其热工设备单台产能为200片/小时，且占地面积仅为20.4㎡。相比竞品，隆成科技的设备产能更高，占地面积更小，因此可以大大节省产线所需的设备数量和占地面积。此外，隆成科技的热工设备加热时间为60~90分钟，且可以两次升温，因此可以满足围坝胶和填充胶固化及产能的要求。

Mini LED灯板的良率与很多因素息息相关，但优秀的设备与工艺是保证高良率的必要条件。采购设备与工艺选择背后牵涉到了重资产投入，因此厂商在做出选择时应当慎之又慎，这很大程度上决定了量产的进程的成败和速度。路遥知马力，产量上去最终会摊薄固定成本，能让产品走得更远的，归根结底，是在背后保证高良率的优秀设备与工艺的支持。