自LED光源誕生以來，照明產(chǎn)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(shù)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(gòu)、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(chǎn)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(xué)（HU）的研究人員組成的聯(lián)合團(tuán)隊成功生產(chǎn)出了由半導(dǎo)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(jié)晶，克服了以往不能從液態(tài)溶液中生產(chǎn)出高質(zhì)量LED半導(dǎo)體層的難關(guān)，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(chǎn)出的一、金屬鹵化物鈣鈦礦LED有望產(chǎn)生特別高的發(fā)光效率，提升照明產(chǎn)品光品質(zhì)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(shù)借鑒。

二、無熒光粉白色半極化LED

同月，美國加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（University of California， Santa Barbara，UCSB）研究團(tuán)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(tuán)隊在塊狀氮化鎵襯底上采用藍(lán)色量子阱（頂部）和黃色量子阱（底部）生長出無熒光粉的白色I(xiàn)nGaN（銦鎵氮）LED，這些LED發(fā)射波長峰值為427mn的藍(lán)光及560nm的黃光，輸出功能為0．9mW，克服了由熒光粉轉(zhuǎn)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(tuán)隊認(rèn)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(lán)色磷光OLED

同月，韓國釜山國立大學(xué)（Busan National University）教授金圣浩（Jin Sung-ho）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊研發(fā)出了一種深藍(lán)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(tuán)隊通過調(diào)整摻雜濃度來優(yōu)化OLED發(fā)光層內(nèi)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(lán)色標(biāo)準(zhǔn)，為照明及顯示產(chǎn)品的高品質(zhì)應(yīng)用帶來強大源動力。

四、遠(yuǎn)紅/近紅外光OLED

7月，英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)、倫敦大學(xué)學(xué)院、倫敦納米技術(shù)中心、波蘭科學(xué)院有機化學(xué)研究所（波蘭華沙）和國家研究委員會納米結(jié)構(gòu)材料研究所（CNR-ISMN，Bologna，Italy）的科學(xué)家們創(chuàng)造了遠(yuǎn)紅/近紅外溶液處理的新型OLED。

通過將設(shè)備集成到實時VLC裝置中，該OLED器件達(dá)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(yīng)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(nèi)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）、馬里蘭大學(xué)和倫斯勒理工學(xué)院等高效科研人員開發(fā)出了一種具備產(chǎn)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(nèi)部架構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并引入了氧化鋅翅片，利用該翅片細(xì)長的形狀和較寬的側(cè)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(chǎn)生高達(dá)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(xué)傳感、便攜式通信產(chǎn)品、高清顯示器和芯片級設(shè)備等方面都有重要應(yīng)用價值。

六、高性能紅光QLED

11月，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所和云南大學(xué)丁軍橋團(tuán)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(tuán)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(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)。當(dāng)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(dá)13．4%（18．8 cd/A，23．9 lm/W），CIE色坐標(biāo)為（0．68，0．32）。

該QLED器件的成功制備，將為照明及顯示產(chǎn)品光學(xué)品質(zhì)的提升帶來重要的應(yīng)用價值。

七、高光效InGaN基橙—紅光LED

同月，中國南昌大學(xué)的江風(fēng)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(shù)，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(jié)合V形坑技術(shù)，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(jié)和量子阱帶隙工程大幅提升了紅光量子阱中的輻射復(fù)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(zhuǎn)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(yīng)用的紅光像素芯片上將有巨大潛力和美好的應(yīng)用前景。

八、高光效硅基LED

12月，美國麻省理工研究團(tuán)隊成功設(shè)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(jié)的組合方式進(jìn)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(nèi)的電子及空穴遠(yuǎn)離表面和邊緣區(qū)域，防止電子將電能轉(zhuǎn)換為熱量，成功將硅材料的光電能量轉(zhuǎn)換效率提高，進(jìn)一步提升硅基LED的亮度，并降低了LED相關(guān)產(chǎn)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(yīng)用場景。

九、全球最輕薄有機LED

同月，英國圣安德魯斯大學(xué)物理與天文學(xué)學(xué)院的科學(xué)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(hù)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(xué)的柔韌性，未來除了可應(yīng)用于移動技術(shù)領(lǐng)域之外，還可整合到工作臺表面、包裝和衣物內(nèi)，也用于可穿戴設(shè)備以及在生物醫(yī)學(xué)研究中用作植入物，研究大腦功能，讓其成為生物醫(yī)學(xué)和神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域的新工具，有望在臨床領(lǐng)域發(fā)揮作用。

此外，該光源衍生出的新技術(shù)還可創(chuàng)建光學(xué)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(jié)構(gòu)深紫外LED

同樣在12月，中國北京大學(xué)、松山湖材料實驗室和中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院的合作者們成功打造了AlGaN基全結(jié)構(gòu)的深紫外LED，并以此為基礎(chǔ)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(shè)計制備、下游器件與模組封裝等全產(chǎn)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(shù)，獲得了高晶體質(zhì)量的AlGaN基深紫外LED外延結(jié)構(gòu);第二步在中游流片端通過設(shè)計電極結(jié)構(gòu)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(shè)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(nèi)殺滅新冠病毒實驗結(jié)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(xué)科學(xué)院實驗動物科學(xué)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(jié)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(nèi)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(yīng)有領(lǐng)域、不斷提升的科技含量……作為照明產(chǎn)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(zé)任編輯：xj