中國照明網(wǎng)：2020年全球十大LED光源創(chuàng)新器件的展示與解讀

自LED光源誕生以來，照明產業(yè)經(jīng)歷了一輪接一輪的科技變革，為照明用戶帶來了不同的燈光控制模式、不同的能源節(jié)約方式、不同的光生物特性功效……雖然LED光源技術革新帶來的惠民價值足以讓廣大照明科研工作者引以為傲，但全球各大科研機構、企事業(yè)單位研發(fā)人員并沒有停下LED光源科技繼續(xù)創(chuàng)新的步伐。

下面，中國照明網(wǎng)通過對2020年全球十大LED光源創(chuàng)新器件的展示與解讀，期待能為照明業(yè)界在產品研發(fā)創(chuàng)新上帶來重要借鑒。

一、金屬鹵化物鈣鈦礦LED

6月，德國HZB研究中心和柏林洪堡大學（HU）的研究人員組成的聯(lián)合團隊成功生產出了由半導體化合物溶液印刷而成的金屬鹵化物鈣鈦礦功能發(fā)光二極管。

在該LED光源器件的制備過程中，研究人員使用了一種附著在基底上并觸發(fā)了隨后鈣鈦礦層的網(wǎng)格形成的鹽晶體作為引誘劑或催化劑，讓印刷在基材上的鹽樣前體快速、均勻地結晶，克服了以往不能從液態(tài)溶液中生產出高質量LED半導體層的難關，創(chuàng)造出了比以前使用增材制造工藝所具有的更高的發(fā)光度和更好的電性能的印刷LED。

通過HZB和HU研究人員的噴墨印刷制備工序，所產出的一、金屬鹵化物鈣鈦礦LED有望產生特別高的發(fā)光效率，提升照明產品光品質的同時，還為日后更高光效LED光源電子組件的誕生提供技術借鑒。

二、無熒光粉白色半極化LED

同月，美國加州大學圣塔芭芭拉分校（University of California， Santa Barbara，UCSB）研究團隊與諾貝爾獎得主中村修二共同開發(fā)出了一種制造無熒光粉白色半極化LED的新方法。該LED器件誕生后，可望將其作為背光源使用。

研究過程中，研究團隊在塊狀氮化鎵襯底上采用藍色量子阱（頂部）和黃色量子阱（底部）生長出無熒光粉的白色InGaN（銦鎵氮）LED，這些LED發(fā)射波長峰值為427mn的藍光及560nm的黃光，輸出功能為0．9mW，克服了由熒光粉轉換而來的白色LED能量損耗及熱穩(wěn)定性下降等問題。

研究團隊認為，無熒光粉的高效LED作為背光源的前景可期，有望實現(xiàn)用于可見光通訊LiFi中的Micro LED。

三、深藍色磷光OLED

同月，韓國釜山國立大學（Busan National University）教授金圣浩（Jin Sung-ho）領導的研究團隊研發(fā)出了一種深藍色磷光OLED材料和裝置，與熒光材料相比，這種材料具有優(yōu)越的外部量子效率和現(xiàn)場照明特性。

研究團隊通過調整摻雜濃度來優(yōu)化OLED發(fā)光層內部電子和氣孔之間的濃度不平衡，解決了低亮度和效率問題。研究人員還通過控制發(fā)光層中的電子和氣孔的濃度，實現(xiàn)了24%的效率。

該OLED材料和裝置的出現(xiàn)，填補了同類型器件效率及亮度低下的缺點，滿足NTSC的藍色標準，為照明及顯示產品的高品質應用帶來強大源動力。

四、遠紅/近紅外光OLED

7月，英國紐卡斯爾大學、倫敦大學學院、倫敦納米技術中心、波蘭科學院有機化學研究所（波蘭華沙）和國家研究委員會納米結構材料研究所（CNR-ISMN，Bologna，Italy）的科學家們創(chuàng)造了遠紅/近紅外溶液處理的新型OLED。

通過將設備集成到實時VLC裝置中，該OLED器件達到了超過1 Mb / s的無錯誤傳輸速度，成功地擴展了帶寬，并為有機發(fā)光二極管實現(xiàn)了有史以來最快的數(shù)據(jù)速度。

從物聯(lián)網(wǎng)應用的角度來看，該OLED器件實現(xiàn)的數(shù)據(jù)速率足以支持室內點對點鏈路，為新型物聯(lián)網(wǎng)（IoT）連接以及可穿戴和可植入生物傳感器技術創(chuàng)造了機遇。此外，由于有機發(fā)光二極管的活性層中沒有有毒的重金屬，擁有該OLED器件的新VLC裝置有望集成便攜式、可佩戴或可植入的有機生物傳感器。

五、高效納米級LED

8月，美國國家標準與技術研究所（NIST）、馬里蘭大學和倫斯勒理工學院等高效科研人員開發(fā)出了一種具備產生激光能力的新型納米級發(fā)光二極管（LED）。該LED器件的亮點是其亮度，為傳統(tǒng)亞微米級LED的100～1000倍。

該LED器件制作過程中，雖然其使用的材料與傳統(tǒng)LED裝置相仿，但科研人員對其內部架構進行改進，并引入了氧化鋅翅片，利用該翅片細長的形狀和較寬的側面或許能夠接收更多電流，讓改LED器件能發(fā)射出包括紫光至紫外光的明亮光線，產生高達20微瓦的功率，是一般小型LED的成百上千倍，成為了名副其實的微型激光器。

該LED器件憑借著其高光效，在化學傳感、便攜式通信產品、高清顯示器和芯片級設備等方面都有重要應用價值。

六、高性能紅光QLED

11月，中國科學院長春應用化學研究所和云南大學丁軍橋團隊采用有機電子傳輸層來替代傳統(tǒng)的ZnO無機電子傳輸層，成功地組裝出高性能的紅光量子點發(fā)光二極管（QLED）。

器件研制過程中，該研究團隊選擇含氮雜環(huán)類化合物作為有機電子傳輸層，同時通過能帶工程，對中心核的分子結構進行微調。當中心核從苯環(huán)變到嘧啶和三嗪時，最低未占據(jù)分子軌道（LUMO）能級從-2．28 eV增加到-2．79 eV和-3．07 eV，電子注入能力逐漸增強。最終，以三嗪為中心核的有機電子傳輸層TmPPPyTz實現(xiàn)了最優(yōu)的載流子平衡性，器件外量子效率（EQE）高達13．4%（18．8 cd/A，23．9 lm/W），CIE色坐標為（0．68，0．32）。

該QLED器件的成功制備，將為照明及顯示產品光學品質的提升帶來重要的應用價值。

七、高光效InGaN基橙—紅光LED

同月，中國南昌大學的江風益院士課題組研制出了最新的高光效InGaN基橙—紅光LED。

該LED器件研制過程中，課題組基于硅襯底氮化鎵技術，引入了銦鎵氮紅光量子阱與黃光量子阱交替生長方法，并結合V形坑技術，從而大幅緩解了紅光量子阱中高In組分偏析問題，再依據(jù)V形p-n結和量子阱帶隙工程大幅提升了紅光量子阱中的輻射復合速率，讓制備出的InGaN基橙-紅光LED在發(fā)光波長分別為594、608和621 nm時，功率轉換效率分別為30．1%、24．0%以及16．8%，光效相較于過往相同波段InGaN基LED整體提高了約十倍。

該LED器件的成功研制，證明了InGaN材料在制作顯示應用的紅光像素芯片上將有巨大潛力和美好的應用前景。

八、高光效硅基LED

12月，美國麻省理工研究團隊成功設計出了一款高光效硅基LED，其亮度比其他同類器件亮度提升10倍。

該LED器件的制作采用了正偏方法，同時將LED中PN結的組合方式進行改變，將N區(qū)和P區(qū)從傳統(tǒng)的并列排放改為垂直疊放，讓二極管內的電子及空穴遠離表面和邊緣區(qū)域，防止電子將電能轉換為熱量，成功將硅材料的光電能量轉換效率提高，進一步提升硅基LED的亮度，并降低了LED相關產品的制造成本。

憑借著高亮度，該LED器件集成在CMOS芯片后，在近程傳感方面有更加廣泛的應用場景。

九、全球最輕薄有機LED

同月，英國圣安德魯斯大學物理與天文學學院的科學家利用有機電致發(fā)光分子、金屬氧化物和具有生物兼容性的聚合物保護層，制造出了這種像日常保鮮膜一樣纖薄而柔韌的有機LED。迄今為止，該LED器件是全球最耐用、最輕、最薄的光源。

該光源憑借著極具力學的柔韌性，未來除了可應用于移動技術領域之外，還可整合到工作臺表面、包裝和衣物內，也用于可穿戴設備以及在生物醫(yī)學研究中用作植入物，研究大腦功能，讓其成為生物醫(yī)學和神經(jīng)科學研究領域的新工具，有望在臨床領域發(fā)揮作用。

此外，該光源衍生出的新技術還可創(chuàng)建光學接口，將信息直接發(fā)送給視覺、聽覺或觸覺受損的患者的大腦。

十、AlGaN基全結構深紫外LED

同樣在12月，中國北京大學、松山湖材料實驗室和中國醫(yī)學科學院的合作者們成功打造了AlGaN基全結構的深紫外LED，并以此為基礎制作了具有高功率密度的殺菌光源模組，在對新冠病毒的殺滅實驗中取得優(yōu)異表現(xiàn)。

該LED器件的研制工作覆蓋了上游材料外延、中游芯片設計制備、下游器件與模組封裝等全產業(yè)鏈范圍，第一步在外延端基于納米級圖形化襯底和高溫MOCVD技術，獲得了高晶體質量的AlGaN基深紫外LED外延結構;第二步在中游流片端通過設計電極結構與摸索電極工藝實現(xiàn)高電流注入效率與高出光效率;第三步在下游通過利用AlN陶瓷基板，優(yōu)化封裝工藝與電路設計，制成穩(wěn)定性優(yōu)異的高功率殺菌模組。

深紫外集成光源在1秒內殺滅新冠病毒實驗結果

通過三步驟相互配合，所組裝出的高功率密度深紫外殺菌光源在中國醫(yī)學科學院實驗動物科學研究所BSL-3級實驗室實現(xiàn)了對新冠病毒1秒的瞬間殺滅，在與空白對照組的實驗中，輻照組結果顯示超過99．99%的新冠病毒被徹底殺滅。

該LED器件憑借著優(yōu)異的殺菌性能，不僅在短期內為緩解新冠疫情顯現(xiàn)了巨大潛力，更為未來深紫外殺菌行業(yè)提供了新的發(fā)展思路。

不斷完善的性能、不斷延伸的應有領域、不斷提升的科技含量……作為照明產業(yè)的“大腦”，每一個LED光源器件創(chuàng)新之作的誕生，都將對照明行業(yè)的發(fā)展帶來變革性的推動，也將激勵著更多的照明人投身科技創(chuàng)新，為全球照明事業(yè)的健康發(fā)展注入更多知識與智慧的力量。

責任編輯：xj