全球照明新材料分析 2022照明材料行業(yè)發(fā)展?jié)摿Ψ治?

• 2021年12月23日 ZouJunRong來源：中國(guó)照明網(wǎng) 415 20
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近年來，憑借著全球科研人員孜孜不倦的努力，多個(gè)與照明產(chǎn)品性能升級(jí)息息相關(guān)的新材料悉數(shù)面世，為照明用戶不斷締造著源源不斷的科技與生活價(jià)值。

照明產(chǎn)品要展現(xiàn)卓越的性能，離不開其優(yōu)良的“基因”。作為照明產(chǎn)品“基因序列”的重要組成部分，材料的功能性特點(diǎn)十分重要。近年來，憑借著全球科研人員孜孜不倦的努力，多個(gè)與照明產(chǎn)品性能升級(jí)息息相關(guān)的新材料悉數(shù)面世，為照明用戶不斷締造著源源不斷的科技與生活價(jià)值。

據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院公布《2022-2026年中國(guó)照明材料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示

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二氧化硅陣列圖案化藍(lán)寶石

據(jù)全球多國(guó)科研人員組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，具有二氧化硅陣列的圖案化藍(lán)寶石(patterned sapphire with silica array，PSSA)是一種新型襯底，采用此襯底可大幅提高銦氮化鎵、鋁氮化鎵(InGaN/AlGaN)UV LED的效率。

對(duì)于在傳統(tǒng)PSS上生長(zhǎng)基于AlGaN的UV LED，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明AI吸附原子的較大粘附系數(shù)會(huì)引起AlGaN在藍(lán)寶石圖案?jìng)?cè)壁上的取向錯(cuò)誤生長(zhǎng)。結(jié)果還表明AlGaN與藍(lán)寶石之間的有限折射率對(duì)比阻礙了藍(lán)寶石圖案的光輸出耦合能力。鑒于此，最先進(jìn)的UV LED仍然存在結(jié)晶質(zhì)量差及光提取效率低等問題。

實(shí)驗(yàn)中，研究人員成功采用PSSA(即用二氧化硅陣列取代了藍(lán)寶石圖案)提升了結(jié)晶質(zhì)量以及光提取效率，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，得益于其具有更好的垂直生長(zhǎng)模式并減少了聚結(jié)邊界上的錯(cuò)配，PSSA降低了AlGaN外延層的螺紋位錯(cuò)密度。由于圖案化二氧化硅陣列具有更高的折射率，在將光重定向到頂層和底層逃逸錐面這一點(diǎn)上，PSSA能夠比PSS更好地起到反射和折射的作用。

基于鎢的三維光子晶體

美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院的物理學(xué)家Shawn-Yu Lin通過系列研究發(fā)現(xiàn)一種名為基于鎢的三維光子晶體(結(jié)構(gòu)與金剛石晶體類似)的新材料，它受熱的發(fā)光強(qiáng)度似乎超越了黑體輻射極限。

Shawn-Yu Lin發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加熱至600K時(shí)，該新材料發(fā)光強(qiáng)度是黑體基準(zhǔn)的8倍，材料結(jié)構(gòu)顯示出約1.7μm的輻射峰值。與此同時(shí)，新材料能發(fā)出類似由激光或發(fā)光二極管(LED)產(chǎn)生的同調(diào)光，但并不需要復(fù)雜昂貴的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

調(diào)研顯示，該新型材料產(chǎn)生熱量的一種新方法，雖然理論無法完全解釋這種現(xiàn)象，但科學(xué)家假設(shè)光子晶體各層之間的偏移允許光從晶體內(nèi)部空間射出，發(fā)出的光在晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)來回反彈從而改變了光的性能，行為幾乎就像人造雷射材料。鑒于該材料這樣的特性，其可用于能量收集、軍事用紅外物體追蹤識(shí)別、大氣化學(xué)光譜學(xué)研究、激光等領(lǐng)域。

藍(lán)光鹵化物鈣鈦礦晶體

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分的科學(xué)家使用一種新型鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體材料制造出藍(lán)光LED，克服了將這些廉價(jià)且易于制造的材料應(yīng)用到電子器件中所面臨的主要障礙。

該高?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，鹵化物鈣鈦礦的不穩(wěn)定性是由鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性質(zhì)所致，此結(jié)構(gòu)是由金屬和鹵原子組成。當(dāng)這些元素在溶液中混合一起然后干燥時(shí)，原子就會(huì)組成一個(gè)晶體。加州大學(xué)伯克利分校及伯克利實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家使用一種新技術(shù)以及銫、鉛和溴等成分制造出發(fā)射藍(lán)光的鈣鈦礦晶體。

同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)這些晶體發(fā)射的光依賴于原子的排列及原子之間的距離，顏色隨溫度而變化。當(dāng)溫度為300開爾文時(shí)，一個(gè)在發(fā)射藍(lán)光(波長(zhǎng)450納米)的鈣鈦礦晶體可突然在450開爾文時(shí)發(fā)射藍(lán)綠光。根據(jù)該新型材料顏色隨著溫度變化的特點(diǎn)，其可以在不同的照明環(huán)境中得到多樣化應(yīng)用。

碘化亞銅半導(dǎo)體

韓國(guó)科技研究院KIST宣布研究院研發(fā)團(tuán)隊(duì)使用由銅和碘成功合成碘化亞銅(CuI)化合物，并稱其能夠成為替代氮化鎵生產(chǎn)藍(lán)光LED的新型材料。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，碘化亞銅半導(dǎo)體發(fā)射出的藍(lán)光亮度是氮化鎵半導(dǎo)體的10倍以上。同時(shí)，碘化亞銅半導(dǎo)體在效率與設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)也更好。

KIST研究者開發(fā)出的碘化亞銅可在低成本的硅襯底上生長(zhǎng)，且缺陷率低，因此碘化亞銅在使用目前已商用化的大尺寸硅襯底(300mm)上具備優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，碘化亞銅薄膜的生長(zhǎng)溫度與硅基工藝中使用的溫度相似，即低于300攝氏度。因此，可在不犧牲其性能的條件下沉積碘化亞銅薄膜，鑒于此，它能夠應(yīng)用到低成本、簡(jiǎn)單的硅半導(dǎo)體工藝中。

藍(lán)寶石襯底AlN膜

中國(guó)武漢大學(xué)研究人員在藍(lán)寶石上制作高質(zhì)量的AlN膜，以提升UVC LED產(chǎn)品的發(fā)光強(qiáng)度，增加消毒能力。

為突破基板上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量AlN薄膜的挑戰(zhàn)，研究人員特意設(shè)計(jì)了一種生長(zhǎng)改性工藝，將降低了生長(zhǎng)過程中破裂和降低了冷卻后壓縮應(yīng)力的空隙引入AlN膜中以進(jìn)行位錯(cuò)過濾和應(yīng)力消除，在平坦的藍(lán)寶石襯底上生產(chǎn)了幾乎無應(yīng)力的AlN膜。通過該策略，使得基于AlGaN的UVC LED的商業(yè)化具有廣闊的前景。

100nm藍(lán)寶石納米薄膜

韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)(SNU)的研究團(tuán)隊(duì)成功在100nm的藍(lán)寶石納米薄膜上生長(zhǎng)出Micro LED陣列。相比在平面基板上生長(zhǎng)的氮化鎵基Micro LED，在藍(lán)寶石納米薄膜上生長(zhǎng)Micro LED的新方法將Micro LED的位錯(cuò)密度降低了59.6%，內(nèi)量子效率(IQE)提高了44%。此外，由此方法生長(zhǎng)出的Micro LED的光致發(fā)光能力是前者的3.3倍，同時(shí)還可以通過機(jī)械力破壞藍(lán)寶石納米薄膜，可輕易將Micro LED與基板分離并轉(zhuǎn)移至顯示驅(qū)動(dòng)背板上，簡(jiǎn)化了制程，降低了成本。此技術(shù)的突破，克服了現(xiàn)階段Micro LED制造工藝的局限，將加快Micro LED顯示技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。

寬譜帶白光發(fā)射非鉛鈣鈦礦膠體納米晶

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所復(fù)雜分子體系反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究組研究員韓克利團(tuán)隊(duì)通過對(duì)非鉛鈣鈦礦膠體納米晶的自陷態(tài)激子進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)寬譜帶白光發(fā)射，并有效提高發(fā)光量子產(chǎn)率。

為進(jìn)一步研究帶隙類型對(duì)自陷態(tài)激子發(fā)光的影響，該團(tuán)隊(duì)深入研究了兩種不同帶隙類型的非鉛鈣鈦礦納米晶Cs2AgBiCl6(間接帶隙)和Cs2AgIn0.9Bi0.1Cl6(直接帶隙)的自陷態(tài)激子動(dòng)力學(xué)。研究結(jié)果表明，在間接帶隙納米晶中，光子的吸收與載流子的復(fù)合過程伴隨著強(qiáng)烈的電子—聲子耦合效應(yīng)，自陷態(tài)激子主要以非輻射躍遷的方式復(fù)合，室溫下幾乎不發(fā)射熒光;在直接帶隙鈣鈦礦中，電子—聲子耦合強(qiáng)度相對(duì)適中，自陷態(tài)激子主要通過輻射躍遷發(fā)生復(fù)合，因此直接帶隙納米晶表現(xiàn)出明亮的寬譜帶白光發(fā)射。

可伸縮自愈電子材料

新加坡國(guó)立大學(xué)的一組研究人員研發(fā)了一種稱為可自愈、低場(chǎng)照明光電可伸縮(HELIOS，即Healable, Low-field Illuminating Optoelectronic Stretchable)設(shè)備的介電常數(shù)很高且具有自愈特性的材料，降低了可伸縮光電材料的電子工作條件。

HELIOS是一種透明、有彈性的橡膠片，由獨(dú)特的氟橡膠和表面活性劑混合制成。其介電常數(shù)高使其能夠在較低的電壓條件下存儲(chǔ)更多的電子電荷，在用于發(fā)光電容器設(shè)備時(shí)就具有更高的亮度。與現(xiàn)有的可伸縮發(fā)光電容器不同，HELIOS能夠讓設(shè)備在比此前低4倍的電壓條件下啟動(dòng)，亮度卻高出20倍。而且，在2.5 V/m的條件下，光線強(qiáng)度達(dá)1460 cd/m2，可與如今手機(jī)屏幕的亮度媲美，是迄今為止可拉伸發(fā)光電容器所能達(dá)到的最高亮度。

此外，HELIOS還具備抗撕裂和抗刺穿的特性，該材料分子之間的可逆鍵能夠被打破和改變，因而使其能夠在環(huán)境條件下自愈，能用于制造持久耐用的無線顯示屏，且可防損壞;還可用作自動(dòng)駕駛軟機(jī)器人的照明電子皮膚，用于智能室內(nèi)農(nóng)場(chǎng)、執(zhí)行太空任務(wù)或部署在災(zāi)區(qū)。其低功耗、自我修復(fù)照明皮膚更能夠?yàn)闄C(jī)器人提供安全照明，讓其可以在黑暗中工作，并且工作時(shí)間得到延長(zhǎng)。

有機(jī)熱活化延遲熒光發(fā)光材料

中國(guó)蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院廖良生教授、蔣佐權(quán)教授基于新的發(fā)光分子構(gòu)建方式，設(shè)計(jì)合成應(yīng)用于顯示技術(shù)與照明科技的新型高效的有機(jī)熱活化延遲發(fā)光(TADF)材料。該新型材料將為有機(jī)發(fā)光材料中的空間電子相互作用開辟了新途徑，并為設(shè)計(jì)高效發(fā)光的TADF材料分子提供新的思路。

大功率LED白光稀土材料

中國(guó)內(nèi)蒙古包頭稀土研究院新材料研發(fā)團(tuán)隊(duì)以稀土為原料，以壓延法成功制備熒光玻璃，并為熒光體制備出大功率白光LED樣燈，開辟了該項(xiàng)技術(shù)的國(guó)內(nèi)先河。該新型材料能在吸收太陽光和燈光的能量之后，將部分能量?jī)?chǔ)存起來，然后緩慢地把儲(chǔ)存的能量以可見光的形式釋放出來，在光源撤除后仍能長(zhǎng)時(shí)間地發(fā)出可見光，且還具有耐高溫、耐摩擦、高強(qiáng)度、耐刻劃、阻燃、高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良特性，是理想的節(jié)能環(huán)保長(zhǎng)壽命光學(xué)材料。

隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，該新型材料未來在LED照明領(lǐng)域，無論是在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)中將發(fā)揮巨大的潛力。

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