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盘点2018年LED行业十大创新技术成果

2018-12-07    

中国照明网报道

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导语: 回顾2018年,LED照明行业诸多技术取得了突破性发展。现OFweek半导体照明网小编综合盘点了全球各地的一些LED相关的新技术及新应用信息,期望大家能够从中吸取应用创意养分,以创造出更多优秀的产品。

  当前,我国正处于产业结构调整、经济增长方式转变的重要时期,依靠技术创新来推动产业的发展,已成为LED业内的共识。而LED产业也在政策、技术和市场的共同推动下实现了高速增长,产业规模日益壮大。

  回顾2018年,LED照明行业诸多技术取得了突破性发展。现OFweek半导体照明网小编综合盘点了全球各地的一些LED相关的新技术及新应用信息,期望大家能够从中吸取应用创意养分,以创造出更多优秀的产品。

  红外宽谱光源阵列研究

  近日,国际半导体产业杂志Semiconductor Today报道了中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张子旸课题组与中国科学院半导体研究所刘峰奇、王占国实验室合作研制中红外宽谱光源阵列的最新成果。该成果发表在Optics Letters上。

  中红外宽谱光源基于半导体量子级联材料,光源的有源层由30个重复的级联周期组成,各周期之间通过低掺杂的n型InGaAs分隔开。研究人员所设计的有源区能带结构如图1所示,它采用了双声子共振结构,一个周期的有源区包含四个耦合的应变补偿In0.678Ga0.322As/In0.365Al0.635As量子阱。这种结构通过两次光学声子辅助弛豫来实现更高效的低能级载流子抽运,从而增大粒子数反转,提高自发辐射效率。使用这种材料结构的宽谱光源具有阈值电流密度更低、输出功率更高等优势。

  图1:基于四阱耦合双声子共振的量子级联能带结构(来源:Semiconductor Today)

  为了获得抑制激射实现超辐射发光所需要的低反射率(小于10-6),中红外宽谱光源器件尺寸一般比较大,因此很难制备成集成的器件阵列结构。研究人员所设计的宽谱光源器件波导结构如图2所示,这是一种双沟道脊型分段波导器件结构,由直条端、倾斜条形区、J型波导三部分组成。这种波导结构通过两次反射率的突变,利用比较小的器件尺寸就满足了低反射率的要求。基于这一结构,研究人员制备了一系列宽谱光源阵列,得到了室温连续输出功率2.4mW,谱宽199cm-1,远场发散角20°。中红外光源在大气通信、空间遥感、化学检测、医疗诊断等领域有着重要应用。该工作得到国家重点研发计划和自然科学基金的资助支持。

  图2:中红外量子级联宽谱光源器件阵列示意图

  左上:显微图像   右上:SEM图像

  有机发光二极管研究

  吉林大学化学学院、超分子结构与材料国家重点实验室李峰教授团队利用有机发光自由基材料制备有机发光二极管,实现了接近100%的量子效率,解决了传统荧光发光材料发光效率低的问题。该成果以吉林大学为第一完成单位在《自然》刊发。

  发光器件是显示与照明领域中的关键元件,和传统发光二极管(LED)相比,有机发光二极管(OLED)具有对比度高、超薄以及可弯曲等优点,在显示与照明领域拥有巨大的市场价值与应用前景。传统的有机发光二极管通电时理论上只有25%的能量可用于发光,如何将其余大部分能量转化为光子发光,一直是该研究领域近30年来的热点和难点。

  研究团队发现,具有独特单电子结构的有机发光自由基材料在通电时只产生双线态激子,理论上100%的双线态激子都能用于发光。用有机发光自由基材料制备有机发光二极管,可以解决传统有机发光二极管发光效率不高的问题。通过不断改良材料及器件结构,团队开发出了高发光效率的自由基发光材料和发光器件。

  李峰介绍,当前应用于有机发光二极管的发光材料通常是荧光和磷光材料,但前者发光效率有限,后者需要资源稀缺的重金属,导致成本提高。相较之下,有机自由基材料属于廉价的有机化合物,在实现最大化电转光效率后又降低了成本。

  该项研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划和973计划、国家留学基金委访问学者项目和吉林大学培英工程计划的支持。

  钙钛矿LED

  据外媒报道,研究人员新研发的基于钙钛矿半导体的LED刷新了新的效率记录,可与最佳有机LED(OLED)媲美。

效率更高成本更低的钙钛矿LED面世

  与广泛用于高端消费电子产品的OLED相比,由剑桥大学的研究人员开发的基于钙钛矿的LED制造成本更低,并且可以调整为通过可见光和具有较高颜色纯度的近红外光谱发光。

  研究人员对上述LED中的钙钛矿层进行的研究设计,实现了接近100%的内部发光效率,开辟了其在显示器、照明和通信以及下一代太阳能电池等的未来应用前景。

  这些钙钛矿材料与那些用于制造高效太阳能电池的材料相同,有朝一日可以取代商用硅太阳能电池。虽然当前已经开发出了基于钙钛矿的LED,但它们在将电能转化为光的过程中并不如传统的OLED那样有效。

  剑桥大学卡文迪什实验室的Dawei Di博士表示:“这种钙钛矿 - 聚合物结构有效地消除了非发光性损失,这是第一次在基于钙钛矿的设备中实现这种性能。通过这种混合结构,我们基本上可以防止电子和正电荷通过钙钛矿结构中的缺陷重新结合。”

  用于该LED器件的钙钛矿 - 聚合物共混物,被称为体异质结构,是由二维和三维钙钛矿成分和绝缘聚合物制成。当超快激光照射在该类聚合物结构上时,多对携带能量的电荷对以万亿分之一秒的速度从2-D区域移动到3-D区域:比LED中使用的早期层状钙钛矿结构快得多。随后,3-D区域中的分离电荷重新组合并发射出非常强烈的光。

  Di表示:“由于从2-D区域向3-D区域的能量迁移发生得如此之快,而且3-D区域中的电荷与聚合物的缺陷隔离,这些机制可以缺陷的产生,从而有效防止能量损失。”

  该论文的第一作者Baodan Zhao表示:“在与显示器应用相关的电流密度下,这些器件的最佳外部量子效率高于20%,创造了钙钛矿LED的新记录,同时也与目前市场上最好的OLED的效率值相似。”

  虽然这种基于钙钛矿的LED在效率方面能媲美OLED,但如果要在消费电子产品中广泛采用,它们仍需要更好的稳定性。首次开发的钙钛矿LED只有几秒的寿命。而通过目前的研究开发的LED具有接近50小时的半衰期,对于在短短四年内实现的改进是一个巨大的进展,但仍未达到商业应用所需的寿命,因此还将需要广泛的工业发展规划。Di指出:“了解该LED的退化机制是未来不断改进的一大关键。”

来源:OFweek半导体照明网

标签:LED  LED照明  LED技术  

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