2016年LED嶄新技術突破 低成本高效率材料興起

2016年即將畫上句號,回顧LED行業一整年的發展,在諸多技術難題上獲得了喜人的突破。據LEDinside不完全統計,2016年到目前為止,LED行業獲得了十余項突破性LED相關技術。

美研究人員放大招,或可讓LED達到零光衰?

伊利諾大學香檳分校(University of Illinois at Urbana Champaign)研究人員發展出一種新的方法,提升綠光LED亮度並且提高其效率。使用產業內標準的半導體長晶技術,研究人員在矽基板上製造氮化鎵(GaN)晶體,這種晶體能夠產生高功率的綠光,應用於固態照明。

伊利諾大學的電氣與電腦工程系助理教授Can Bayram表示:“這是一個具有突破性的制程,研究人員成功在可調式的CMOS矽制程上生產新的原料,也就是方形氮化鎵 (cubic GaN),這種原料主要用於綠色波長射極。”

通常GaN形成一至兩種晶體結構,六方形或立方體。六方形GaN為熱穩定,且是傳統半導體的應用。不過,六角形GaN較容易出現偏振現象,內部的電場將負電子與正電子分開,防止他們結合,因此而造成光輸出效率下降。

Bayram和Liu相信他們的方形GaN晶體可能可以成功讓LED達到零光衰(droop)。對綠色、藍色或UV LED而言,這些LED的發光效率都會隨著通過電流的輸入而逐漸衰退,也就是所謂的光衰。

業界首個單晶全彩LED問世

南加州Ostendo Tech Inc.所屬磊晶實驗室(Ostendo EpiLab.)研發出世界第一個全彩LED。他們使用氮化鎵材料研發出三種特殊的量子結構,可以發出三種不同顏色的光,可以獨立發光也可以混合發光。由於LED有省電和壽命長的特性,採用全彩LED製成的全LED顯示器,將可能取代目前使用的液晶技術(LCD),甚至超越有機發光二極體(OLED)。

紫外LED自由曲面配光學技術應用取得新進展

在重慶市科技計畫專案支持下,中國科學院重慶綠色智慧技術研究院集成光電技術研究中心在紫外LED自由曲面配光技術的應用研究中取得重要進展,成功將紫外LED光源用於曝光機領域,產品已在PCB、液晶面板、觸控式螢幕等行業獲得應用。相關成果已獲得中國家專利授權(專利號:用於紫外LED准直的透鏡201320875490.0、高均勻度的紫外LED曝光頭201420651432.4)。

傳統的平行光曝光機採用高壓汞燈作為光源,其壽命只有1,000小時,耗電高,且有污染。採用UVLED替換汞燈光源,壽命可達汞燈的50倍,耗電量可減少90%,大幅降低企業生產成本,環保無污染。

目前,重慶研究院已突破LED多自由曲面精確配光、適用於紫外波段的無機光學元件加工等關鍵技術,首次研發出基於紫外LED的平行光曝光頭,平行半形可控制在±2°以內,照明不均勻性小於3%,照明強度高達40mW/cm2。

Saphlux研發新技術攻克中村修二未解難題

2014年成立的Saphlux通過多次試驗,終於在今年初找到了解決方法(涉及商業機密贊不方便對外透露),打破了原有的半極性氮化鎵材料生長模式,不僅可以在標準的大尺寸藍寶石襯底上直接生長半極性氮化鎵,還能直接控制晶體生長的方向和形狀。

這一底層技術的突破,意味著有望突破第一代材料量子效率下降和綠光光隙的瓶頸,製成下一代大功率、高光效的LED和鐳射產品,尤其是對醫療、戶外等對照明要求高的領域意義重大。

使用新材料製作白光LED 發光率大幅提升

最近,臺灣清華大學的研究者在《ACS Nano》上發表了一篇文章,其中指出研究者使用稀土元素以外的材料製作出了可以發白光的LED產品。這個LED以鹼金屬鍶為基礎,搭建了金屬有機框架(MOF),在MOF的上下分別結合了石墨烯等材料,構成了可以直接發出白光的LED。新材料發射出的光線與自然光非常貼近,不會有強烈的藍色光出現。由於不用遮擋其他顏色光,發光效率得以大大提升。

日本研發出不使用稀有元素的紅光LED

據日本共同社報導,日本東京工業大學與京都大學的研究小組21日發佈消息稱,已研發出不使用昂貴稀有元素的紅色發光半導體。據悉,今後有望利用地球上豐富的氮製成的氮化物,以低廉成本運用于紅色發光二極體(LED)與太陽能電池。

研究發現混合奈米晶體LED設計可抑制效率下降

南京大學(NJU)的研究人員們採用一種混合奈米晶體的途徑,在氮化銦鎵(InGaN)/氮化鎵(GaN)藍光LED結構奈米孔洞中填充奈米晶體,據稱可大幅提高白光LED效率。

他們在發佈於《應用物理快報》(Applied Physics Letters)的研究中指出,提高色彩轉換效率(CCE)的關鍵取決於有效的非輻射諧振能量轉移,而不是在結合藍光InGaN/GaN LED與向下轉換材料(如磷或半導體奈米晶體(NC)等)時經常發生的輻射泵。

南工大科研團隊成功研製最高效鈣鈦礦LED

從南京工業大學獲悉,江蘇省柔性電子重點實驗室黃維院士、王建浦教授團隊在鈣鈦礦發光二極體(LED)研究領域取得重大突破,他們創新性地設計並製備了一種具有多結構的鈣鈦礦LED,其器件效率和穩定性遠超國際同行報導的其他鈣鈦礦LED。

據介紹,該工作為鈣鈦礦材料及其在發光領域的研究開拓了新的研究方向,有望在進一步深入研究的基礎上,在未來實現產業化。

瓦克推出新款LED封裝用矽橡膠

位於德國慕尼黑的瓦克化學集團(Wacker Chemie AG)成功開發出兩種新的LED封裝用材料。這兩種名為LUMISIL740和LUMISIL770的有機矽封裝材料可固化成高透明的有機矽彈性體,並能夠承受極高的工作溫度和強烈的光線輻射,而不黃變或脆化,尤其適用於高效LED封裝。LUMISIL740和LUMISIL770這兩種新LED封裝材料均為雙組分配方,可在室溫條件下通過鉑催化加成反應進行交聯,其硫化膠能夠達到聚二甲基矽氧烷典型的1.41的折射率,屬“正常折射係數類”封裝材料(Normal Refractive Index Encapsulant)。它們能夠有效地保護LED敏感的半導體晶片不受環境影響,也可用作螢光染料的載體,有針對性地改變LED光線的顏色。

台研究人員開發出新型材料助力提升LED壽命

目前,臺灣研究人員已經開發出了一種可以真正代替厚重、堅硬的鋁制散熱片。該研究團隊聲稱使用聚醯胺(PA)和還原氧化石墨烯(rGO)製備的散熱片,能夠使LED燈內部更有效地散熱。

同時,該研究團隊已經研究出了一種熱塑性材料,該材料與更昂貴的石墨烯的熱性能相當,並可以採用注塑工藝成型,製品形狀易於控制。該材料有助於製備低成本、重量輕、柔性的LED散熱片,還提高了LED的使用壽命。

LED散熱裝置技術獲得新突破

近期,中國輕工業聯合會教授級高級工程師李寬安介紹,一種具有自主智慧財產權的自主創新技術成果——LED的散熱裝置技術,找准了照明產品目前存在問題的關鍵結點,成功消除障礙,採用線材形式及風扇強制方式進行散熱,達到了較好的散熱效果。該項成果發明人、高級工程師張逸興表示,其不僅解決了散熱問題,而且還做出了完全符合“高效、高可靠、低成本”要求的LED驅動電源,從根本上解決了制約LED發展的兩個難題。

溫大教授發明材料讓白光LED燈壽命更長

大陸溫州大學化學與材料工程學院甌江特聘教授向衛東,發明了新材料,能讓LED燈壽命延長10年左右,並能長時間照射,讓LED燈更廣泛地用於高檔汽車、高鐵、飛機、潛艇等照明上。

向衛東教授花費多年精力,研究出了黃光單晶材料,該種材料是在2,000℃高溫的環境下生產製備而成,只要在每個LED藍光晶片上放一片相匹配(例如24瓦單顆光源可用5.5mm×5.5mm單晶匹配)的黃光單晶材料,就能發出穩定的白光。因該晶體耐高溫、導熱性好等特性,可以讓LED燈更加耐用,使用壽命更長,尤其可以讓燈泡不會因長時間照射產生的高溫導致損害,因此非常適合運用於高檔汽車的車燈、高鐵、飛機或是潛艇等照明上。

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