基于白光发光二极管（White light-emitting diode, WLED）的固态照明器件具有节能环保、寿命长、体积小和安全性高等优点，已经取代传统白炽灯和荧光灯，成为最主流的照明用光源。目前主流的WLED是通过近紫外或者蓝光LED芯片加荧光转换材料复合获得白光输出的，也被称为荧光转换型WLED。荧光转换材料直接决定了固态照明器件的性能指标，开发高性能荧光转换材料对于提升WLED器件整体性能至关重要。目前，用于WLED的荧光转换材料主要是稀土荧光粉。稀土荧光粉具有发光亮度高、量子效率高和性质稳定等优点，是目前商业化应用最为广泛的WLED荧光转化材料。通过蓝光LED芯片激发YAG:Ce3+黄光荧光粉是目前构建商用WLED器件最常用的方法。该体系最主要的缺点是红色发光不足，导致色温偏冷，显色指数低（一般小于75）。
相比传统的稀土荧光粉和半导体量子点材料，碳点原料来源广泛、合成工艺简单，具有良好分散性、化学稳定性、低光漂白、易化学修饰、低毒性等优良特性，并且表现出多样化的光学性质，使其在生物成像、传感检测、能源、催化、显示和照明等领域都展现出巨大的应用潜力。碳点要应用的固态照明领域，就必须和稀土荧光粉一样具有高效稳定的固态发光。目前通用的策略是将碳点分散在固态基质材料中，防止碳点直接接触发生荧光猝灭。然而，当碳点掺入到基质中的浓度过高时，单个碳点之间无法避免将会发生直接接触，导致发射峰位置的移动、半峰宽的展宽和荧光强度的下降。此外，目前大部分红光碳点的光稳定和热稳定性较差。因此，合成无需基质保护的稳定红光碳点对于其在WLED方面的应用具有重要的意义。
2019年，我们课题组采用三聚氰胺和二硫代水杨酸为原料获得了一种分散在良好溶剂中发射蓝光、聚集形成固体后发射红光的疏水性碳点，且红、蓝光发射可以随着聚集状态的改变而发生快速、可逆的切换，并首次提出了基于碳点表面基团聚集诱导发光特性构建无基质固态发光碳点的基本原理（Nature Communications, 2019, 10:1789. 论文链接 https://www.nature.com/articles/s41467-019-09830-6）。
近期的实验结果表明，这种红色固态发光碳点表现出非常优异的光、热稳定性。当温度从25 °C升高到155 °C，红光碳点的荧光强度仍然保持稳定，在155 °C时，荧光强度仍为25°C时的97%。并且，在460 nm蓝光照射24小时后，该碳点的荧光强度也没有明显下降。基于该碳点的红色稳定的固态发光特性，有望代替传统的稀土红色荧光粉和半导体量子点，用于构件WLED器件，填补商品化WLED红色光区域的不足。我们将蓝光LED芯片与商用Ce3 +：Y3Al5O12和碳点一起封装成WLED器件，成功获得了高显色指数(92.7)和低相关色温(3827 K)的暖白光。
相关论文发表在Advanced Optical Materials上，论文第一作者是华南农业大学材料与能源学院18级硕士研究生张晓琴，通讯作者是华南农业大学胡超凡副教授和刘应亮教授。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adom.202000251
论文题目：Self-Quenching-Resistant Red Emissive Carbon Dots with High Stability for Warm White Light-Emitting Diodes with a High Color Rendering Index
论文作者：Xiaoqin Zhang, Haiyao Yang, Zhijun Wan, Ting Su, Xuejie Zhang, Jianle Zhuang, Bingfu Lei, Yingliang Liu*,Chaofan Hu*,
图1 固态红光碳点的稳定性测试
图2 基于固态红光碳点的WLEDs器件的构建流程
图3 商品化和碳点基WLED器件的发射光谱和色坐标