盘点:2016年32项LED相关创新技术集锦

1、业界首款动态主动式LED头灯

相较于汽车照明科技,机车一直没有太大突破,虽然BMW K1600GTL有主动转向技术,但复杂的构造也难以普及;不过随着LED技术的提升,有业者以简单且聪明的做法,让更多机车在无须大幅改装的前提下,就能拥有“车未转、灯先到”的能力,提升夜间过弯时的安全性。

来自美国的J.W.Speaker,长期专注在灯具的研发上,近期推出业界第一个动态主动式LED头灯,在轻薄短小的体积中,置入陀螺仪等感测元件,并以多组LED及透镜,能带来更大的照明角度,在重机过弯产生倾角时,能自动照亮弯道内侧,让骑士提前得知路况,夜间骑乘不再提心吊胆。

正因为这组头灯不需占用太多空间,所以能与各种车型整合,即使装在线条简单的美式重机上,也能完美融入而不显突兀;目前J.W.Speaker和老牌美式重机Victory合作,未来将会持续推广到更多车型上。

2、爱尔兰研究员设计金字塔形量子点LED

日前,爱尔兰廷德尔国家研究所(Tyndall National Institute)的研究人员采用可扩展且兼容于代工厂的微影技术工艺,设计出金字塔形的量子点发光二极管(LED),可望为量子运算产生作用与状态相关联的纠缠光子。

项目负责人Emanuele Pelucchi博士表示,这项研究未来将可能用于量子计算的研究,以加速量子技术的应用。

3、二维材料结合制作“量子LED”

剑桥大学的研究者在《自然·通信》(Nature Communications)发文称,作为有光学活性的半导体,二硒化钨和二硫化钨可以用于制作量子光发生器。

过渡金属硫族化合物薄层提供了一个电子填充空穴的二维紧密受限区域。当电子移动到处于较低能级的空穴中时,能级差会产生一个光子。在英国研究者制作的量子LED中,电压推动电子通过器件并填充空穴,产生单光子。研究者们相信,这个完全电控的超薄平台将使量子通信中的片上单光子发射更接近现实。

这项研究表明二硒化钨可以作为电控量子发射器。然而研究者也表明二硫化钨是一种全新的可以全电控产生可见光波段单光子的量子发射器。

4、CSP LED结合量子点技术解决LED微缩技术瓶颈

现阶段小间距LED显示屏应用在室内100寸~150寸已经渐趋成熟。但以目前技术来说,PLCC的LED封装体的缩小尺寸极限约在0505(mm)。若想要进一步做到100寸以下的小间距LED显示屏,LED微缩就面临了成本与波长均一度的挑战。目前一般蓝光波长均匀性的量产水准是5~12nm,而小间距LED的波长均一度目标是3~4nm。另外,当LED封装体的尺寸持续缩小时,为了避免打线造成体积增加,红光LED需从垂直(Vertical)改成覆晶(flip chip)形式,成本甚至超过蓝光LED和绿光LED在小间距显示屏的成本总和达一倍之多。

LED磊晶大厂晶电(Epistar)突破限制的做法,便是结合CSP和量子点(QD)技术,透过量子点光转换,解决蓝绿光LED波长均匀性不佳,以及红光LED覆晶昂贵的问题。晶电的量子点小间距LED,封装体尺寸可做到0303甚至0202(mm),点距(pitch)达到0.5mm以下。以解析度的业界标准而言,这样的LED封装体,甚至可做到60寸以下的小显示器,可望大幅打开小间距LED显示屏的应用范围。

5、沸石可使LED照明更便宜与高效

来自鲁汶大学,斯特拉斯堡大学和法国国家科研中心的研究人员发现了一种新的荧光粉,可使下一代的荧光灯和LED照明更便宜和更有效。该小组利用了高发光的银原子簇和沸石类矿物的多孔构架。

银簇由少量的银原子组成,具有显着的光学性质。然而目前的应用很有限,因为银簇往往聚集成较大的颗粒,从而失去了令人关注的光学性能。教授霍夫肯和他的团队从分子成像和光电单元中发现了一种方法能让银簇分开插入到沸石的多孔结构中。研究结果表明,稳定的银簇能保持其独特的光学性能。

沸石类矿物可在自然界中发现,也可工业合成。这种矿物有非常明晰的构架。它们通常用于家用和工业应用,如洗衣粉和水处理。Maarten Roeffaers教授从表面化学和催化作用的角度解释说:“沸石含有钠或钾离子。我们用离子交换来取代这些离子和银离子。为了获得我们想要的簇,我们用银离子加热沸石,使银离子自动成簇。

6、南工大研制最高效钙钛矿LED

9月26日,笔者从南京工业大学获悉,江苏省柔性电子重点实验室黄维院士、王建浦教授团队在钙钛矿发光二极管(LED)研究领域取得重大突破,他们创新性地设计并制备了一种具有多量子阱结构的钙钛矿LED,其器件效率和稳定性远超国际同行报道的其他钙钛矿LED。这一突破性进展发表在国际顶级学术期刊《自然·光子学》(Nature Photonics)上。

据了解,黄维院士团队创造性地采用溶液加工方法将无机LED中用于提高器件发光效率的量子阱结构引入到钙钛矿LED中,开发了具有多量子阱结构的钙钛矿发光材料,兼具二维钙钛矿材料成膜质量高和三维钙钛矿材料发光效率高的优点。利用这种维度可调的多量子阱钙钛矿材料,创造了目前钙钛矿LED能量转换效率的世界最高纪录。此次研究开拓了新的研究方向,有望在进一步深入研究的基础上,在未来实现产业化。

7、美研究人员或可让LED达到零光衰

伊利诺大学香槟分校研究人员发展出一种新的方法,提升绿光LED亮度并且提高其效率。使用产业内标准的半导体长晶技术,研究人员在硅基板上制造氮化镓(GaN)晶体,这种晶体能够产生高功率的绿光,应用于固态照明。

伊利诺大学的电气与计算机工程系助理教授Can Bayram表示:“这是一个具有突破性的制程,研究人员成功在可调式的CMOS硅制程上生产新的原料,也就是方形氮化镓(cubic GaN),这种原料主要用于绿色波长射极。”

将半导体用于感测以及通讯能够打开可见光通讯的应用,而光通讯正是彻底改变光应用的技术。支援CMOS制程的LED能够达到快速、高效率、低功率且多重应用的绿光LED同时能够省下许多制程装置的费用。

8、攻克未解难题 Saphlux研发出更亮的LED

随着第一代以c面氮化镓为基础的固体照明材料遇到瓶颈,半极性氮化镓材料成为全球光学材料研究热点之一,但却一直无法解决批量生产的问题,价格居高不下。成立于2014年的初创公司Saphlux,研发了一种新技术,可以在标准的大尺寸蓝宝石衬底上直接生长半极性氮化镓,解决了量产难题。

Saphlux通过多次试验,终于在今年初找到了解决方法(涉及商业机密赞不方便对外透露),打破了原有的半极性氮化镓材料生长模式,不仅可以在标准的大尺寸蓝宝石衬底上直接生长半极性氮化镓,还能直接控制晶体生长的方向和形状。

这一底层技术的突破,意味着有望突破第一代材料量子效率下降和绿光光隙的瓶颈,制成下一代大功率、高光效的LED和激光产品,尤其是对医疗、户外等对照明要求高的领域意义重大。

9、日本研发出不使用稀有元素的红光LED

日本东京工业大学与京都大学的研究小组发布消息称,已研发出不使用高价稀有元素的红色发光半导体。据悉,今后有望利用地球上蕴藏量丰富的氮制成的氮化物,以低廉的成本运用于红色发光二极管(LED)与太阳能电池。研究小组就半导体候补物质将含锌氮化物设定为瞄准对象,列出了583个种类名单,通过超级计算机预测结晶结构与稳定性等,从中筛选出21种。

研究人员在其中选出一个适合用于红色LED的物质,在1200度、约5万气压的条件下合成。该物质在光照下发出预期中的红光,被发现有望成为红色LED的材料。使用低价氮化物的LED已成功实现蓝色与绿色,但红色始终未得到实际运用,存在必须使用稀有元素及难废弃原材料的问题。

东京工业大学计算材料科学教授大场史康表示:“该物质仅需钙、锌和氮等蕴藏量丰富的元素即可制成。今后想研究更为简单的合成方式,推动实际运用。”

依据美国能源部2015年5月发布的固态照明（SSL）研发计划，预计到2020年，LED将占据美国照明市场份额的40%，包括荧光灯和卤素灯。此外它还预测，到2030年，超过88%的照明将被LED取代，这是主要的节能趋势。

计划认为，想要达成这样的目标，照明完成品的光效需要达到200lm/W，LED封装的光效需要达到220lm/W。另外，为了提高LED照明完成品的光效，它提出了改善电源性能（电源使得LED照明光效和寿命明显下降）以及扩大高压LED应用的建议。首尔半导体的Acrich驱动技术和Acrich MJT技术符合美国能源部报告中强调的交流和高压技术，被认为是改善目前电源高不良率和低寿命问题的最佳解决方案。首尔半导体计划通过扩大Acrich MJT的供应，开启高光效、长寿命LED的新时代。

10、新型LED散热装置技术

新型LED散热装置专利技术采用全新的散热理念,使LED灯的体积和重量比节能灯(荧光灯)小、轻,但灯的功率不受任何限制。同时,该项目关于功率因数校正的两项专利打破了相关技术被国外垄断的局面,并且减少了一个开关管和一些配套的电阻电容。这不仅简化了电路,还避免了开关动作产生的功率损耗和电磁骚扰。

科技部火炬中心研究员何志明对该技术给予了充分肯定,同时建议加强产学研结合,尽快形成完整的LED照明产品,并取得数据支撑,以便更好地完成产业化及市场推广。

11、新型交流LED照明技术

针对LED直接被交流电驱动时发光频闪这一世界难题,长春应化所与四川新力光源股份有限公司于2008年开始合作,开展新型交流LED照明技术的研发。经过6年多的不懈探索和开拓,科研人员研发出了一种以发光材料为核心的全新交流LED技术,该技术达到了国际领先水平,使我国成为了世界唯一能够利用发光材料生产低频闪交流LED产品的国家,有力推动了我国LED照明技术水平。

目前,该项成果已成功在四川新力光源股份有限公司和中科光电(长春)股份有限公司实现转化,产品具有电路简单、成本低、散热好、能效高、使用寿命长等优点,已通过我国的相关认证,以及美国保险商实验室、欧洲统一等机构的认证,并销往美国、加拿大、墨西哥、西班牙、巴西等多个国家,取得了显著的经济效益。

12、台学者研发出世界首个全彩LED

近日,华人科学家陈志佳及叶亚川研发出世界第一个全彩LED。他们使用氮化镓材料研发出三种特殊的量子结构,可以发出三种不同颜色的光,可以独立射出也可以混合发射。由于LED有省电和寿命长的特性,采用全彩LED制成的全LED显示器,将可能取代目前使用的液晶技术(LCD),甚至超越有机发光二极体(OLED)。

该项计划主持人陈志佳博士说,用氮化镓材料制成蓝光或绿光LED已是成熟技术,但制成红光LED则非常困难,他们不但是世界少数能达到此一目标的团队,且是唯一能够将三原色光集中在一个小器件上,并能随意取用其中任一颜色,如果加上电路的适当调配,更可以混合出无数多种颜色光,画面品质将更加漂亮。

13、常州半导体照明应用技术研究院最新研发设备--LED及半导体器件结温和分层热阻测试仪介绍

该结温测试仪应用创新理论研究的最新专利测试方法对LED及半导体器件进行结温测试，以实现高精度的结温测量。同时还可以根据用户需求的不同，订制光、机、电及可靠性联合测试系统。该产品可以广泛用于LED及半导体器件结温检测、老化测试、失效分析等多个领域。 应用LED及半导体器件结温和分层热阻测试仪能够对结温的温升和温降进行高精度，测量过程快速、精确、非破坏性， 迅速计算封装、器件和散热器的热阻。

适用范围：单颗LED； 多颗LED模组及灯具；单颗二极管、三极管、MOS管等半导体元件；多颗半导体元件；结温测试；结点到基板、散热器、环境的热值测试；封装、器件和散热器的热阻。

14、新型石墨烯复合材料可降温延长LED产品使用寿命

台湾研究人员已经制备出新型石墨烯复合材料,可有效降低LED温度,从而大幅度提高LED的使用寿命。研究人员使用钛酸酯偶联剂(TCA)作为还原氧化石墨烯和聚酰胺的桥分子,制成的致密纳米复合材料比单独使用聚合物的导热性提升了53%。他们测试了两种不同组分的材料(一种里面仅仅有聚酰胺,另一种是聚酰胺/钛酸酯-石墨烯的复合材料),将这两种材料都应用到LED当中,并用热成像和热电偶进行分析。

聚酰胺/钛酸酯-石墨烯材料有着更高的平衡温度,这表明该材料比聚酰胺材料的热传递速率更快。研究人员测试了该复合材料的耐久性,结果表明持续使用过程中,连接处的高温会使得LED的性能下降。结果表明,复合材料保留了其光强的95%,而聚酰胺单组份材料只保留了69%。

事实上,该研究团队已经研究出了一种热塑性材料,该材料与更昂贵的石墨烯的热性能相当,并可以采用注塑工艺成型,制品形状易于控制。该材料有助于制备低成本、重量轻、柔性的LED散热片,还提高了LED的使用寿命。该研究成果已在Carbon中发表。

15、韩国研发出无荧光粉白色LED

韩国科学技术院(KAIST)物理学教授研究团队成功研发出制造无荧光粉白色LED的技术,可望运用在次世代照明及显示器上。KAIST研究团队以半导体芯片取代荧光粉。顶部为同心圆模样的金字塔结构,设计成复合结构体。制造出的3D结构体各个面以不同条件形成量子井(Quantum Wells),各发出不同的颜色。

研究团队说明,调整制造3D结构体的时间和条件,以改变各结晶面面积的方法,制造出多元混色的LED。研究团队也找到了可使用高倍数显微镜测量3D结构体内部电流注入程度的方法。只要研发出可有效注入电流的方法,就可调整LED元件效率和色彩重现度。

研发团队表示,未来可透过3D半导体制程研发改善效率,催生不使用荧光粉的低价、色彩重现度高的单一芯片白色光源。相关研究成果刊登在自然杂志Light:Science & Applications在线版

16、台湾大学团队开发创新白光LED技术

前要制作白光LED,若不是采用白色磷光体(phosphor)材料涂布包覆于单色LED之外,就是将红光、绿光与蓝光LED混合在一起;台湾大学(National Taiwan University,NTU)的研究人员正在开发一种技术,能从单一分层柱状(tiered-column)LED产生单一像素(pix)的白光。

上述技术是由台湾大学光电工程学研究所(Institute of PhotoniCSAnd Optoelectronics)教授杨志忠所率领的团队正在进行的研究;其基本概念是将量子阱(quantumwells)嵌入在同一基板上生长、排列非常紧密的氮化镓(GaN)与氮化铟镓(InGaN)奈米柱(nano-rods)。杨志忠指出,那些LED阵列是以有机金属化学气相沉积(MOCVD)脉冲生长方法制作,能达到比采用传统制程技术更佳的发光性能。

“我们能生长出不同截面尺寸的多节(multi-section)奈米柱,相较于单节奈米柱能展现更宽广的发射频谱;”杨志忠在接受EETimes美国版编辑独家专访时表示:“我们开发这种多节奈米柱LED的目标,是能发射出免磷光体的白光。”

杨志忠表示,这种侧壁发光(sidewallemission)可能更有效率,因为会有更大的表面区域;透过垂直扩展不同直径的金字塔,甚至在每个奈米柱内能发出更多光。结合适当平衡的红绿蓝(RGB)光源,这种方法应该也能产生各种冷暖色调的白光。

17、美工程师制作新超导材料 可使电导率增加10倍

据最新一期《自然·通信》杂志报道，美国工程师制作出首个无需半导体的光控微电子器件。该微型器件使用了一种新的超导材料，在施加低电压和低功率激光激活时，电导率可增加10倍。这项发现为研制速度更快、功率更强的无半导体微电子设备及更高效的太阳能板铺平了道路。现有晶体管等微电子器件性能会受限于材料组成。半导体具有带隙，意味着其需要外部能量的推动才能使电子流动起来。而电子的速度是有限的，因为电子在流经半导体时，会不断与原子碰撞，所以半导体会限制器件的电导率或电流。

将电子从材料中释放出来是极具挑战性的工作，需要施加100伏以上的高压、高能激光，或是540℃以上的超高温，这无法应用于微型和纳米级电子器件。

加州大学圣地亚哥分校电子工程系教授丹·赛文皮珀领导的研究团队，找到了一种破除电导障碍的新方法并在微观尺度进行了验证。他们制作出的微型器件不需要上述极端条件就能从材料中释放出电子。该器件包含一个工程化“超表面”，这个超表面由蘑菇状金纳米结构组成，位于平行的金条带阵列之上。

这种设计使超表面在施加10伏以下的低电压和低能红外光时，会生成具有高强度电场的“热点”，从而提供足够的能量将电子从金属中拉出并释放出去。实验表明，器件的电导率有10倍以上的增加。