LED照明领域近期研究进展一览
小编就近期LED照明领域相关研究进展进行了汇总，与大家分享学习。
德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发了一种混合纳米材料，能够对光学元件进行写入、擦除和重写操作。研究人员认为，这种纳米材料及开发技术可以用来创造新一代的光学芯片和电路。在杂志《Nano Letters》发表的研究中，该德克萨斯团队描述了如何通过从等离子体表面开始创建他们的新型混合纳米材料的过程。表面等离子体光子学是研究利用光子撞击金属表面时产生的电子密度振荡的一门学科。这些类似波的振荡电子被称为表面等离子体激元。
在这种情况下，金属表面由覆盖了嵌入有光感特性分子的聚合物层的铝纳米颗粒构成。
这些光致变色分子能够和光发生量子相互作用，使的分子变得透明或不透明。在德克萨斯研究人员创造的光子电路中，金属等离子体表面和光致变色分子代表两个量子系统。在这个设计中，两个量子系统之间的相互作用或耦合是非常强的。通过利用这些现象，研究人员创造了一个能够控制光的方向的波导，对集成光子电路的设计至关重要。
研究人员首先使用绿色激光在纳米材料中创建了他们的波导。然后，他们能够使用UV光线擦除该波导，接着他们使用绿色激光重新写入波导图案。研究团队认为，这是人类首次能够使用全光学技术来重写波导。“一旦这两个量子系统之间发生强耦合作用，我们只需使用UV紫外线照射样品，就能朝两个不同的新方向改变混合等离子体波导的谐振频率。”
根据研究人员的说法，当样品被UV紫外线照射的瞬间，混合等离子体波导在该谐振频率下就不能工作了，或者换个说法，波导被擦除了。一旦绿色激光照射在样品上（分子变得透明），谐振频率将返回初值。
当然，该可重写光学系统的概念不是全新的：它是以CD和DVD这类光学存储介质为基础的。但是，CD和DVD需要庞大的光源，光学介质和光检测器来工作。这里开发的可重写集成光子电路的优点是可以应用在2-D材料上。
研究人员补充说：“我们的目标是开发超越波导的可重写光学元件，这将导致可重写光学滤波器，信道下降滤波器，延迟线，传感器，激光器，调制器，色散补偿器等的出现。 这些都是未来光子集成电路的关键组件。“
今届“裘槎优秀科研者奖”得主之一的香港大学物理学系教授崔晓冬，致力研究二维空间物料的物理特性，并发现二维硫属化物（2D Transition metal dichalcogenides，简称TMD）并非良好的光学材料，不适合用作制造太阳能板或LED灯。
他解释：“TMD是一种矿物，其电子自旋和能谷自由度方面的特性有待研究，要了解这些特性，才可进一步研究如何操控，及将之应用，潜在的用途很广泛。”
二维物质TMD是较新的研究领域，崔晓冬的研究工作，好比在迷宫中寻找出口，需要逐一尝试，过程中难免碰到死胡同：“有时我们的研究结果是负面的，即是不能证明假设，只能否定某一个可能性。”随着学界发现新的二维空间材料，他于2011年亦开始研究此类物质，包括以光电测量二维硫属化物的物理现象。听上去很气馁，但对科学家而言，每个实验亦为学术理论提供了一项线索，“例如曾经有科学家提出TMD可用作制造太阳能板或LED电灯，不过我们的研究显示，TMD不是一种好的光学材料，未必适合这种应用。”
“余辉寿命可控稀土LED发光材料的研发及其在半导体照明中的应用”成果，由中科院长春应化所与四川新力光源股份有限公司合作完成，并于近日荣获了吉林省技术发明奖一等奖。该技术带动我国LED照明技术走在了世界前列。
现有的LED照明光源，使用直流电作为驱动，在工作时必须经交、直流电源转换，具有能耗大、散热差、成本高等缺点，因此开发可直接使用交流电驱动的新型LED照明产品，是造福百姓、推进LED照明产业发展的重大需求。
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。
氮化镓（GaN）已成为最重要、最广泛应用的半导体材料之一。其光电性能和机械性能使其成为多种应用的理想选择，包括发光二极管（LED）、高温晶体管、传感器以及与人体生物相容的电子植入物。三名日本科学家由于发现GaN在产生蓝光LED灯中的重要作用而获得了2014年的诺贝尔物理学奖。
最近，四名理海大学的工程师报道了一个GaN前所未知的属性：其耐磨性接近钻石，而且为触摸屏、空间飞行器和射频微机电系统（RFMEMS）这些需要高速、高振动技术的应用开辟了新市场。
该研究团队将他们的发现发表在了Applied Physics Letters（APL）上，题目为“Ultralowwear of galliumnitride”。
该文章的第一作者Zeng表示：“GaN的电子和光学性质近几十年来已被广泛研究，但实际上在其摩擦学性能，即其所施加的往复滑动的机械耐磨性方面几乎没有研究。我们小组是第一次研究GaN的耐磨性能，并发现其磨损率接近已知的最硬的材料钻石。”
磨损率表示为mm3/Nm。实际上粉笔的磨损率大约102mm3/Nm，几乎没有耐磨性，而钻石的磨损率在10-9与10-10之间，比粉笔的磨损率高出八个数量级。GaN的磨损率在10-7-10-9之间，比钻石高三到五个数量级，比硅（10-4）的耐磨性更高。
理海大学的研究人员使用定制的微型摩擦针进行干滑动磨损试验，测量了GaN的摩擦系数和磨损率，而结果使他们感到惊讶。他们在论文中写道，当对未知材料进行磨损测量时，我们通常滑动1000个周期，然后测量磨痕。为了达到能被光学表面光度仪测量，实验已经被提高到30，000个周期。在磨损率（约两个数量级）的大范围内，可以深入了解GaN的磨损机制。而磨损率的范围，是由几个因素影响的，包括环境因素和晶体方向，尤其是湿度的影响。
研究GaN十多年的Tansu说：“我们研究小组发现GaN的硬度和耐磨性能都会对电子和数码产品行业产生巨大的影响。在一个设备如智能手机，电子元件被安置在玻璃或蓝宝石的保护涂层下，这就提出了兼容性的问题，而使用GaN可以避免潜在的兼容性问题。GaN的耐磨性给我们提供了一种方法，运用具有优良的光学、电学性能和耐磨性的单层材料可以替代一个典型的多层半导体器件。使用GaN，您可以在没有多层技术的平台上建立一个完整的设备，以及可以集成电子、光传感器和光发射器，这将为设计设备提供一个新的范例。又因为GaN可以做得很薄且高强度，这也将加速柔性电子产品的开发。”
“GaN除了令人意外的良好耐磨性能外，也有良好的耐辐射性，这是太阳能电池驱动空间飞行器的一个重要属性。在外太空中，这些太阳能电池将遇到大量的连同X射线和γ射线的宇宙尘埃，因此需要一个耐磨涂层，同时又需要与电池的电子电路兼容。在不考虑与电路的兼容性问题情况下，GaN可以提供必要的硬度。”Zeng说。
近日，韩国大邱庆北科技学院（DGIST）和瑞士巴塞尔大学的研究人员开发了一种能够在微波波长上工作的新型石墨烯光电探测器。这一点与仅能够探测从近红外光到紫外光波长之间，即可见光波长范围内的石墨烯光电探测器截然不同。
“该研究的意义在于，我们开发出了世界上第一个基于石墨烯器件的微波光电探测器，”DGIST的高级研究员郑敏琼（Jung Min-Kyung）在一份新闻稿中说道。该装置可以检测到现有石墨烯光电检测器检测能级还小十万倍的光能。
当然，先前已经有许多研究人员对微波范围内光电检测进行了许多研究与尝试，但是因为探测器本身上的微波具有比由周围环境引起的表面电位差小得多的能量，这些尝试均告失败。引起失败的原因其中就包括在制造期间在石墨烯表面上留下的残留物等。
为了克服这个问题，研究人员另辟蹊径。他们制造出了一个使p-n结悬浮在衬底上方的桥式结构，从而使得基于石墨烯的p-n结与衬底分离。这个桥式结构本质上允许电子自由流动而不碰撞上由器件上的残余物产生的障碍物。研究人员能够通过测量电极之间的温度差来检测光电流，从而确认它们确实制造出了微波光电检测器。基本上，随着在石墨烯p-n结中产生的电子-空穴对数量越来越多，p-n结的温度增加。
研究人员似乎正在考虑将这种微波光电探测器用于可穿戴设备和柔性显示器。郑敏宇补充说：“通过开发新的应用设备，如使用单一基于石墨烯的大面积微波光电探测器，我们将对其进行进一步的研究以提升可穿戴设备和柔性显示器的性能表现。”
阿尔茨海默病是当今世界一个越来越令人担忧的疾病。麻省理工学院的研究人员称，特定频率闪烁的LED灯，或许有望帮助治疗老年痴呆。
研究人员利用遗传编程，使小鼠发展出阿尔茨海默病，之后，他们对小鼠脑内一个叫作海马体（对记忆的形成和恢复起着关键作用）的大脑区域，以频率为40赫兹的伽马振荡加以刺激。一小时后，研究人员发现小鼠海马体上的β样淀粉蛋白水平下降了40%~50%。
研究人员还发现，阿尔茨海默病发病极早期的小鼠接受了一小时、40赫兹强度的LED光照射后，它们脑部的伽马振荡得到增强，β样淀粉蛋白的水平也降低了一半。随后，科学家们对加长疗程是否能在具有更高沉积水平的小鼠脑部减少β样淀粉蛋白斑块进行了研究。在对小鼠们进行了连续7天、每天一小时的LED光照射后，斑块和自由浮动的类淀粉蛋白都有显著的下降。
麻省理工学院皮考尔学习与记忆中心主任、神经科学教授蔡立慧表示，这类疗法是否适用于人类阿尔茨海默病患者，仍需进一步研究。
中国台湾大叶大学（Da-Yeh University）材料科学与工程学系李弘彬副教授与盛威光电公司合作开发新型LED灯具，不仅低眩光、散热佳，灯泡用量也只要一半，相关技术获得台科技部补助，并通过专利申请。
材料系李弘彬副教授指出，他们利用倾斜与反射的设计，让LED光透过铝板反射为雾状光源，亮度与传统相同，但光较柔和，改善了刺眼与眩光问题。这个新型灯具的LED排列不像过去那么紧密，可减少二分之一的灯泡使用量，不仅更环保，灯泡间距的扩大也让导热面积变大，散热效果更好，能降低高温造成的LED耗损，延长灯具使用寿命。
参与研发的硕士生黄亮钧说，散热不良会使灯具温度升高，造成LED晶粒效能下降、荧光粉提早劣化等缺点。实验室研发的新型LED，透过奈米阵列阳极氧化铝（nano-arrayanodic aluminum oxide，NAAAO）技术的运用，改善LED散热问题。
来自南京大学(NJU)的研究人员们采用一种混合纳米晶体的途径，在氮化铟镓（InGaN）/氮化镓（GaN）蓝光LED结构的纳米孔洞中填充纳米晶体，据称可大幅提高白光LED的效率。
他们在发布于《应用物理快报》（Applied Physics Letters）的研究中指出，提高色彩转换效率（CCE）的关键取决于有效的非辐射谐振能量转移，而不是在结合蓝光InGaN/GaN LED与向下转换材料（如磷或甚至半导体纳米晶体（NC）等）时经常发生的辐射泵。
非辐射共振能量转换（NRET）有赖于强大的激子-激子耦合。透过载子流动的模式，研究人员发现NRET能够免于因中介光源放射与转换步骤造成的损耗，并以非辐射和谐振的方式将能量转换并谐振至具有更高量子率的纳米晶体。
研究人员采用金属有机化学气相沉积法，在c平面图案化蓝宝石基底上生长InGaN/GaN MQW外延晶圆，制造出具有蓝色纳米孔洞（NH）结构的NH-LED，每个LED的有效面积为300×300μm^2。
利用软UV固化纳米压印微影技术，在主动层上进行图案化，实现直径为300nm、间距约600nm的六边形纳米孔洞晶格。接着，研究人员将CdSe/ZnS核心/壳纳米晶体溶液的液滴涂布于该元件上。
LED裸晶(a)与混合InGaN/GaN NH-LED (b)的SEM影像图，显示该元件结构具有纳米晶体或无纳米晶体的形态。进一步放大为(c)和 (d)。图1 (e)显示裸露的六边形纳米孔洞晶格，而图1 (f)则显示CdSe/ZnS 核心/壳5nm纳米晶体以10nm直径紧密封装的SEM图。
研究人员们在制造具有CdSe/ZnS 核心/殻 NC填充的蓝色InGaN/GaN纳米孔洞LED时，他们还观察并分析到的另一种效果是抑制效率降低——在大量注入电流密度时将在主动区域产生过的载子流动，降低了该元件的整体效率。
透过分析作为控制元件的LED裸晶及其混合NH-LED 中的InGaN / GaN MQW载流子浓度，研究人员发现混合NH-LED 中的载子浓度可透过NRET降低，从而抑制效率下降。此外，研究人员还在混合NH-LED中观察到纳米晶体放射的量子效率为44%，较无纳米孔洞图案的混合LED更高2倍。在这种混合结构中，他们注意到NH-MQW层的激子通过NRET通道的机会更大，而NRET衰减率则均匀地较纳米孔洞MQW LED裸晶更快3-4倍。
记者从南京工业大学获悉，南工海外人才缓冲基地（先进材料研究院）、江苏省柔性电子重点实验室黄维院士、王建浦教授科研团队在钙钛矿发光二极管（LED）研究领域取得重大突破。这一突破性进展9月26日发表在国际顶级学术期刊《自然·光子学》（Nature Photonics）上。
据王建浦教授介绍，他们最新研究成果——高效钙钛矿LED含有有机-无机杂化钙钛矿材料，兼具有机和无机半导体材料的优势，具有两大“利好”：一是价格低廉，以三星手机5英寸显示屏为例，成本有望降低50%。二是发光更接近自然光，增加舒适度。
通常无机LED发光管采取是点式发光，不能做显示屏，只有OLED才能做显示屏，但钙钛矿LED有别于传统无机LED，可以做显示屏，呈像色彩较之现有的OLED色彩更为鲜艳。因其高效性，所以价格也会便宜很多，以三星手机5英寸为例，显示屏价格有望降低50%。
钙钛矿LED应用在照明上优势也很明显，一改传统的LED室内照明点状发光为面状发光，使室内的光线不刺眼，更接近自然光，增加舒适度。“传统无机LED只能做小面积，但是我们的最新研究成果可以做成类似天花板大的面积，且较之传统无机发光材料具有缺陷密度低、发光效率高、色纯度好等优势。”王建浦介绍说。
“我们研究团队在国内率先开展了钙钛矿LED研究，创造了目前钙钛矿LED能量转换效率的世界最高纪录，制备的LED器件外量子效率已达到11.7%，转换效率比国际同行提高了30%。”黄维院士介绍道。该团队针对二维钙钛矿材料发光效率低，三维钙钛矿材料成膜性和稳定性差的问题，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。
“虽然近年来在小尺寸显示领域兴起的有机发光二极管（OLED）不受制备工艺限制，已初步应用在手机、电视等电子产品上，比如生活中不少人已经在使用的曲面屏幕手机，但目前OLED器件的效率低、稳定性欠缺以及制造成本高等问题，还是限制了OLED拓展应用范围，而高效钙钛矿LED工艺更为简捷、能耗低、材料亲和性强的特点，为其在发光领域开拓了新的研究方向，其在未来实现产业化后，具有较为广阔的市场前景。”黄维院士介绍道。
