盤點(diǎn)2018年我國(guó)LED行業(yè)十大創(chuàng)新技術(shù)成果

• 2018年12月11日 YaoEnHua來源：九正建材網(wǎng) 360 16
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  如何應(yīng)對(duì)2019年新形勢(shì)下中國(guó)LED行業(yè)的變化與挑戰(zhàn)！

  "產(chǎn)業(yè)園區(qū)"是執(zhí)行城市產(chǎn)業(yè)職能的重要空間形態(tài)，園區(qū)在改善區(qū)域投資環(huán)境、引進(jìn)外資、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展經(jīng)濟(jì)等方面發(fā)揮積極的輻射、示范和帶動(dòng)作用，成為城市經(jīng)濟(jì)騰飛的助推器...

回顧2018年，LED照明行業(yè)諸多技術(shù)取得了突破性發(fā)展?，F(xiàn)OFweek半導(dǎo)體照明網(wǎng)小編綜合盤點(diǎn)了全球各地的一些LED相關(guān)的新技術(shù)及新應(yīng)用信息，期望大家能夠從中吸取應(yīng)用創(chuàng)意養(yǎng)分，以創(chuàng)造出更多優(yōu)秀的產(chǎn)品。

當(dāng)前，我國(guó)正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變的重要時(shí)期，依靠技術(shù)創(chuàng)新來推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已成為L(zhǎng)ED業(yè)內(nèi)的共識(shí)。而LED產(chǎn)業(yè)也在政策、技術(shù)和市場(chǎng)的共同推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了高速增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益壯大。

回顧2018年，LED照明行業(yè)諸多技術(shù)取得了突破性發(fā)展?，F(xiàn)OFweek半導(dǎo)體照明網(wǎng)小編綜合盤點(diǎn)了全球各地的一些LED相關(guān)的新技術(shù)及新應(yīng)用信息，期望大家能夠從中吸取應(yīng)用創(chuàng)意養(yǎng)分，以創(chuàng)造出更多優(yōu)秀的產(chǎn)品。

紅外寬譜光源陣列研究

近日，國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)雜志Semiconductor Today報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張子旸課題組與中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所劉峰奇、王占國(guó)實(shí)驗(yàn)室合作研制中紅外寬譜光源陣列的最新成果。該成果發(fā)表在Optics Letters上。

中紅外寬譜光源基于半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)材料，光源的有源層由30個(gè)重復(fù)的級(jí)聯(lián)周期組成，各周期之間通過低摻雜的n型InGaAs分隔開。研究人員所設(shè)計(jì)的有源區(qū)能帶結(jié)構(gòu)如圖1所示，它采用了雙聲子共振結(jié)構(gòu)，一個(gè)周期的有源區(qū)包含四個(gè)耦合的應(yīng)變補(bǔ)償In0.678Ga0.322As/In0.365Al0.635As量子阱。這種結(jié)構(gòu)通過兩次光學(xué)聲子輔助弛豫來實(shí)現(xiàn)更高效的低能級(jí)載流子抽運(yùn)，從而增大粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，提高自發(fā)輻射效率。使用這種材料結(jié)構(gòu)的寬譜光源具有閾值電流密度更低、輸出功率更高等優(yōu)勢(shì)。

為了獲得抑制激射實(shí)現(xiàn)超輻射發(fā)光所需要的低反射率(小于10-6)，中紅外寬譜光源器件尺寸一般比較大，因此很難制備成集成的器件陣列結(jié)構(gòu)。研究人員所設(shè)計(jì)的寬譜光源器件波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖2所示，這是一種雙溝道脊型分段波導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)，由直條端、傾斜條形區(qū)、J型波導(dǎo)三部分組成。這種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)通過兩次反射率的突變，利用比較小的器件尺寸就滿足了低反射率的要求?；谶@一結(jié)構(gòu)，研究人員制備了一系列寬譜光源陣列，得到了室溫連續(xù)輸出功率2.4mW，譜寬199cm-1，遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角20°。中紅外光源在大氣通信、空間遙感、化學(xué)檢測(cè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和自然科學(xué)基金的資助支持。

有機(jī)發(fā)光二極管研究

吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、超分子結(jié)構(gòu)與材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李峰教授團(tuán)隊(duì)利用有機(jī)發(fā)光自由基材料制備有機(jī)發(fā)光二極管，實(shí)現(xiàn)了接近100%的量子效率，解決了傳統(tǒng)熒光發(fā)光材料發(fā)光效率低的問題。該成果以吉林大學(xué)為第一完成單位在《自然》刊發(fā)。

發(fā)光器件是顯示與照明領(lǐng)域中的關(guān)鍵元件，和傳統(tǒng)發(fā)光二極管(LED)相比，有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)具有對(duì)比度高、超薄以及可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，在顯示與照明領(lǐng)域擁有巨大的市場(chǎng)價(jià)值與應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的有機(jī)發(fā)光二極管通電時(shí)理論上只有25%的能量可用于發(fā)光，如何將其余大部分能量轉(zhuǎn)化為光子發(fā)光，一直是該研究領(lǐng)域近30年來的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，具有獨(dú)特單電子結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光自由基材料在通電時(shí)只產(chǎn)生雙線態(tài)激子，理論上100%的雙線態(tài)激子都能用于發(fā)光。用有機(jī)發(fā)光自由基材料制備有機(jī)發(fā)光二極管，可以解決傳統(tǒng)有機(jī)發(fā)光二極管發(fā)光效率不高的問題。通過不斷改良材料及器件結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了高發(fā)光效率的自由基發(fā)光材料和發(fā)光器件。

李峰介紹，當(dāng)前應(yīng)用于有機(jī)發(fā)光二極管的發(fā)光材料通常是熒光和磷光材料，但前者發(fā)光效率有限，后者需要資源稀缺的重金屬，導(dǎo)致成本提高。相較之下，有機(jī)自由基材料屬于廉價(jià)的有機(jī)化合物，在實(shí)現(xiàn)最大化電轉(zhuǎn)光效率后又降低了成本。

該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和973計(jì)劃、國(guó)家留學(xué)基金委訪問學(xué)者項(xiàng)目和吉林大學(xué)培英工程計(jì)劃的支持。

鈣鈦礦LED

據(jù)外媒報(bào)道，研究人員新研發(fā)的基于鈣鈦礦半導(dǎo)體的LED刷新了新的效率記錄，可與最佳有機(jī)LED(OLED)媲美。

與廣泛用于高端消費(fèi)電子產(chǎn)品的OLED相比，由劍橋大學(xué)的研究人員開發(fā)的基于鈣鈦礦的LED制造成本更低，并且可以調(diào)整為通過可見光和具有較高顏色純度的近紅外光譜發(fā)光。

研究人員對(duì)上述LED中的鈣鈦礦層進(jìn)行的研究設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了接近100%的內(nèi)部發(fā)光效率，開辟了其在顯示器、照明和通信以及下一代太陽能電池等的未來應(yīng)用前景。

這些鈣鈦礦材料與那些用于制造高效太陽能電池的材料相同，有朝一日可以取代商用硅太陽能電池。雖然當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)出了基于鈣鈦礦的LED，但它們?cè)趯㈦娔苻D(zhuǎn)化為光的過程中并不如傳統(tǒng)的OLED那樣有效。

劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的Dawei Di博士表示：“這種鈣鈦礦 - 聚合物結(jié)構(gòu)有效地消除了非發(fā)光性損失，這是第一次在基于鈣鈦礦的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)這種性能。通過這種混合結(jié)構(gòu)，我們基本上可以防止電子和正電荷通過鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的缺陷重新結(jié)合?！?/p>

用于該LED器件的鈣鈦礦 - 聚合物共混物，被稱為體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，是由二維和三維鈣鈦礦成分和絕緣聚合物制成。當(dāng)超快激光照射在該類聚合物結(jié)構(gòu)上時(shí)，多對(duì)攜帶能量的電荷對(duì)以萬億分之一秒的速度從2-D區(qū)域移動(dòng)到3-D區(qū)域：比LED中使用的早期層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)快得多。隨后，3-D區(qū)域中的分離電荷重新組合并發(fā)射出非常強(qiáng)烈的光。

Di表示：“由于從2-D區(qū)域向3-D區(qū)域的能量遷移發(fā)生得如此之快，而且3-D區(qū)域中的電荷與聚合物的缺陷隔離，這些機(jī)制可以缺陷的產(chǎn)生，從而有效防止能量損失?！?/p>

該論文的第一作者Baodan Zhao表示：“在與顯示器應(yīng)用相關(guān)的電流密度下，這些器件的最佳外部量子效率高于20%，創(chuàng)造了鈣鈦礦LED的新記錄，同時(shí)也與目前市場(chǎng)上最好的OLED的效率值相似。”

雖然這種基于鈣鈦礦的LED在效率方面能媲美OLED，但如果要在消費(fèi)電子產(chǎn)品中廣泛采用，它們?nèi)孕枰玫姆€(wěn)定性。首次開發(fā)的鈣鈦礦LED只有幾秒的壽命。而通過目前的研究開發(fā)的LED具有接近50小時(shí)的半衰期，對(duì)于在短短四年內(nèi)實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)是一個(gè)巨大的進(jìn)展，但仍未達(dá)到商業(yè)應(yīng)用所需的壽命，因此還將需要廣泛的工業(yè)發(fā)展規(guī)劃。Di指出：“了解該LED的退化機(jī)制是未來不斷改進(jìn)的一大關(guān)鍵。”

高效液基量子點(diǎn)LED

土耳其伊斯坦布爾科克大學(xué)的研究人員研發(fā)出了高效LED，在該款LED中擁有懸浮在液體中的量子點(diǎn)。研究人員指出，量子點(diǎn)在從液體中取出然后固定成固體形式時(shí)其發(fā)射效率會(huì)降低。這種效率損失被稱為基質(zhì)效應(yīng)。因此，研究人員通過將液體整合到LED中，進(jìn)而消除了基質(zhì)效應(yīng)，最終得到了64lm/W的紅、綠、藍(lán)(RGB)發(fā)光效率，以及105lm/W的綠藍(lán)(GB)白光發(fā)光效率.

根據(jù)理論計(jì)算，液體QD-LED的發(fā)光效率可以達(dá)到200lm/W以上。研究人員還指出，流體介質(zhì)的光學(xué)特性可以通過替換成另一種流體介質(zhì)來改變，并且還可以通過控制流體的混合比來調(diào)整光譜。

由于受到基質(zhì)效應(yīng)的影響，液基量子點(diǎn)溶液可將發(fā)光效率提高50%以上。其次，隨著量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率增加，發(fā)射光子數(shù)量與吸收光子數(shù)量的比率顯著提高，從而實(shí)現(xiàn)高效顏色轉(zhuǎn)換以及更高的白光LED效率。

研究人員對(duì)色彩轉(zhuǎn)換光譜進(jìn)行了額外的微調(diào)，以使其峰值接近視覺函數(shù)的峰值。這種微調(diào)實(shí)現(xiàn)了更高光效的光放射。

f-VLED低成本轉(zhuǎn)移方法

韓國(guó)KAIST研究團(tuán)隊(duì)為柔性垂直藍(lán)色薄膜Micro LED(f-VLED)開發(fā)了一種低成本的生產(chǎn)方法。由材料科學(xué)和工程系的李教授Keon Jae Lee帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種用于在塑料上制造數(shù)千個(gè)藍(lán)色氮化鎵(GaN)Micro LED(厚度<2μm)陣列的一次性轉(zhuǎn)移方法。

藍(lán)色GaN f-VLED實(shí)現(xiàn)了比橫向Micro LED高三倍的光功率密度(大約30 mW/mm2)。此外，該團(tuán)隊(duì)還能夠減少設(shè)備熱量的產(chǎn)生，從而使投影設(shè)備的使用壽命延長(zhǎng)了大約100,000小時(shí)。

這種藍(lán)色f-VLED可配合可穿戴設(shè)備適形地連接到皮膚種，甚至是植入大腦。此外，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示可以通過無線傳輸?shù)碾娔転樵揗icro LED穩(wěn)定供電。

由于其非常低的功耗、更快的響應(yīng)速度以及設(shè)計(jì)靈活性，預(yù)計(jì)Micro LED將取代AMOLED顯示器。然而，要擴(kuò)展到更大的顯示器和電視，這種制造技術(shù)將需要能夠傳輸數(shù)百萬個(gè)紅色、藍(lán)色和綠色Micro LEDs。

Lee教授指出：“對(duì)于未來的Micro LED而言，薄膜轉(zhuǎn)移、高效器件和互連的創(chuàng)新技術(shù)都是非常必要的。我們計(jì)劃在今年年底之前展示智能手表尺寸的全彩色LED顯示屏?！?/p>

新型量子點(diǎn)

瑞士研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)銫鉛鹵化物(Caesium Lead Halide)的量子點(diǎn)可以使得LED更亮、點(diǎn)亮速度更快。量子點(diǎn)是一種奈米微晶體(Nanocrystal)半導(dǎo)體材質(zhì)，其直徑僅有2～10nm，相當(dāng)于10～50個(gè)原子寬度而已。瑞士研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的奈米微晶體是由銫鉛鹵化物組成，并以鈣鈦礦晶格(Perovskite Lattice)排列。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院教授Maksym Kovalenko表示，這種奈米微晶體受光子激發(fā)后可以快速發(fā)光。Kovalenko借由改變奈米微晶體的組成和大小，可以激發(fā)出不同波段的可見光，并應(yīng)用于LED和顯示器。

由藍(lán)色激光激發(fā)的綠色發(fā)光鈣鈦礦量子點(diǎn)樣品

根據(jù)以往的研究，量子點(diǎn)在室溫下被激發(fā)后，大約20十億分之一秒(Nanoseconds)后發(fā)光;而銫鉛鹵化物量子點(diǎn)同樣在室溫下被激發(fā)后，大約只要十億分之一秒就會(huì)發(fā)光。相較之下，鉛銫鹵化物量子點(diǎn)反應(yīng)速度相當(dāng)快。

材料工程教授David Norris解釋，利用光子(Photon)激發(fā)奈米微晶體可以使電子離開原來晶格的位置，產(chǎn)生空穴;而電子—電洞對(duì)(Electron-Hole Pair)處于激發(fā)態(tài)，若電子—電洞恢復(fù)到基態(tài)(Ground State)才會(huì)發(fā)光。

不過大部分的量子點(diǎn)材料皆會(huì)處于Dark State，也就無法吸收光子的狀態(tài)，使得電子—電洞對(duì)無法恢復(fù)到基態(tài)，因此發(fā)光時(shí)間受到了限制而發(fā)生延遲。而銫鉛鹵化物量子點(diǎn)則不常有Dark State，因此可以立即發(fā)光。這也是為什么鉛銫鹵化物量子點(diǎn)反應(yīng)速度快、被激發(fā)后的光也較亮。

更便宜、更安全的LED

美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)的研究人員使用了一種比汽車電池酸還要強(qiáng)得多的“超強(qiáng)酸”，來提高由銅銦二硫化物制成的“量子點(diǎn)”的性能。這一研究有望產(chǎn)生更便宜、更安全的LED。

量子點(diǎn)在光學(xué)和電子學(xué)中使用已經(jīng)有一段時(shí)間了。但由于鉛和鎘的毒性，它們的制造成本很高，對(duì)于一些潛在的應(yīng)用(如生物醫(yī)學(xué)成像)來說，也是不安全的。

俄勒岡州立大學(xué)化學(xué)工程教授Greg Herman表示說，“量子點(diǎn)可應(yīng)用于各種產(chǎn)品和技術(shù)中，但對(duì)于大眾消費(fèi)使用來說，可能最重要的是改進(jìn)LED照明”，“現(xiàn)在市場(chǎng)上就有使用量子點(diǎn)的發(fā)光納米晶體電視?！?/p>

這項(xiàng)最新研究發(fā)表在Materials Letters期刊上，在研究中，研究人員研究出了一種超強(qiáng)酸的處理方法，可以將無毒、非重金屬量子點(diǎn)的光致發(fā)光提高到硒化鎘相當(dāng)?shù)某潭取?/p>

Greg Herman還說：“這種超強(qiáng)酸處理過的量子點(diǎn)的光發(fā)射要好得多”，“現(xiàn)在仍然有一些問題需要解決，但我們已經(jīng)證明，它能夠改善量子點(diǎn)的壽命以及提高量子效率。而且由于這些量子點(diǎn)無毒性，因此也有潛力用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。”

超高純稀土改性氧化鋁

由上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研發(fā)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的稀土改性高純度藍(lán)寶石原料中試項(xiàng)目正式投產(chǎn)，生產(chǎn)線首次產(chǎn)出5N(純度大于99.999%)高純氧化鋁產(chǎn)品。高純度氧化鋁是鋁產(chǎn)業(yè)的高端產(chǎn)品，又是人造藍(lán)寶石的主要原材料，新項(xiàng)目彌補(bǔ)了國(guó)際稀土高純鋁制備技術(shù)空白，也將使高純鋁產(chǎn)業(yè)鏈和人造藍(lán)寶石產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)全線貫通。

該研發(fā)團(tuán)隊(duì)擁有國(guó)內(nèi)首套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高純鋁提純工藝及裝備。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張佼教授表示，新技術(shù)將高純度氧化鋁提純工藝和稀土新材料制備技術(shù)完美融合，添加稀土后，產(chǎn)品不僅在韌性上有了很大提高，在色彩亮度和硬度上也實(shí)現(xiàn)了極大提升，現(xiàn)可制備6N超高純鋁錠，并進(jìn)行5N超高純鋁錠的規(guī)?；a(chǎn)，為我國(guó)超高純度氧化鋁原料的批量生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

據(jù)了解，以高純鋁水解制備的純度超過5N的高純氧化鋁，是生產(chǎn)LED襯底藍(lán)寶石單晶片的主要原材料，全球超過90%的LED企業(yè)均采用藍(lán)寶石作為襯底材料。此外，高純度氧化鋁還廣泛應(yīng)用于鋰電池隔膜材料、高端熒光粉、催化劑、半導(dǎo)體陶瓷等。

賽福爾新材料有限公司總經(jīng)理潘天龍介紹說：“這種新產(chǎn)品以前市場(chǎng)上是沒有的，我們的超高純度鋁錠填補(bǔ)了這項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)的空白，我們的上游是鋁工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，下游是人造藍(lán)寶石晶體的產(chǎn)業(yè)鏈，這一新產(chǎn)品首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)這兩條產(chǎn)業(yè)鏈的無縫對(duì)接。接下來，我們將會(huì)把產(chǎn)品逐步推向手機(jī)屏幕、相機(jī)鏡頭、高端陶瓷靶材等多個(gè)生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域?！?/p>

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