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| 【照明】世界各地固態(tài)照明技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了相當(dāng)大進(jìn)展 |
| （時(shí)間:2009/6/30 9:02:52） |
一、美國
目前在固態(tài)照明領(lǐng)域已經(jīng)取得了相當(dāng)大進(jìn)展，自從能源部2000年大力研發(fā)固態(tài)照明技術(shù)以來，支持了很多研發(fā)項(xiàng)目，取得了多項(xiàng)成就。以下是所取得的重要成果：
2008年9月，CRRE公司研發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)冷白光發(fā)光二極管，效率是107lm/W@350mA.
2008年9月，佛羅里達(dá)大學(xué)演示了藍(lán)光磷光OLED,流明效率高達(dá)40流明每瓦，外部峰值量子效率為25%.采用了無外部光提取技術(shù)。
2008年6月，飛利浦和CREE公司共同開發(fā)了暖白光多芯片LED鍍鋁反光燈，效率為69lm/W,能夠發(fā)出681流明的光通量。
2008年6月，UniversalDisplay演示了壽命為8萬小時(shí)的OLED.該OLED的效率為50lm/W@1,000cd/m2
2008年6月，UniversalDisplay公司演示了白光磷光OLED,流明效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的102lm/W@1000cd/m2.
2007年9月，CREE開發(fā)出LED陣列，效率為95lm/W@350mA.
2007年9月，通用電氣全球研究中心開發(fā)出了方案處理型（solution-processed）白光OLED器件，總功率轉(zhuǎn)換效率峰值超過了14%.未來的目標(biāo)是開發(fā)出45lm/W的照明級(jí)OLED,使得近期可以在某些應(yīng)用中取代白熾燈。
2007年9月，UniversalDisplay制造出了6平方英寸的OLED面板，產(chǎn)生了100流明的亮度，效率為31lm/W,亮度為3,000nits.比目前的熒光燈要亮。
2007年6月，柯達(dá)開發(fā)出了全新的白光OLED器件，提取效率達(dá)46%,比以往的器件有了很大的改善。
1.1.1最近的研究亮點(diǎn)
CREE讓冷白光LED效率達(dá)到107Lm/W
2008年9月，CREE成功研制出冷白光LED,效率達(dá)107lm/W@350mA.這項(xiàng)成果來自于CREE的EZBright?LED芯片平臺(tái)，得到了能源部的資金資助。是能源部光子晶體芯片項(xiàng)目的一部分，這個(gè)項(xiàng)目的目的是改善光的提取率和研發(fā)出新的封裝技術(shù)，得到比傳統(tǒng)LED更高的下轉(zhuǎn)換（down-conversion）效率。該LED有一平方毫米，色溫為5500K,顯色指數(shù)為73,在單一模塊封裝中集成了4個(gè)LED芯片，能夠產(chǎn)生大于450流明的光通量。
飛利浦和CREE公司研制出高效率暖白光多芯片LEDRAR（鍍鋁反光）燈
在2008年6月，飛利浦和CREE公司成功研制出暖白光多芯片LEDRAR燈，效率達(dá)69lm/W,可發(fā)出681流明的光通量。效率已經(jīng)比目前市場上LEDPAR燈泡要高得多。該燈的顯色指數(shù)為91,屬于客戶喜歡的暖色調(diào)（（CCT為2716K）。該成果綜合了封裝技術(shù)、系統(tǒng)集成方面的進(jìn)步，還有全新高效的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和獨(dú)特的光學(xué)結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目持續(xù)18個(gè)月，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)努力改善該燈的性能。
PNNL/NREL團(tuán)隊(duì)演示耐用的GZOTCO
2008年1月，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）和太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）聯(lián)合演示了耐用透明的導(dǎo)電氧化物，采用了鎵（Ga）摻雜氧化鋅（ZnO）（簡稱GZO）材料。GZO的導(dǎo)電性和透明度優(yōu)于銦錫氧化物（ITO），并且成本有望降低。這個(gè)團(tuán)隊(duì)第一次演示了鎵摻雜ZnO的OLED器件，器件特性跟ITO二極管相當(dāng)。這項(xiàng)成果展示了新一代可設(shè)計(jì)TCO材料的潛力，能在降低成本的同時(shí)增強(qiáng)性能。
目前已經(jīng)商業(yè)化的研發(fā)成就
以下是由能源部資助，已經(jīng)在市場上商業(yè)化的產(chǎn)品。
中國的奧運(yùn)場館包括了鳥巢和水立方采用了CREE的XLamp?LED.CREE所應(yīng)用的LED技術(shù)是在能源部的資助下開發(fā)的。在水立方中大概安裝了496000只XLampLED,紅綠藍(lán)燈都有。在鳥巢大廳中有258,000只XLampLED,提供了舞臺(tái)照明的效果，CREE正和能源部合作繼續(xù)改善性能，長期目標(biāo)是開發(fā)出160流明每瓦低成本高效LED芯片。
更多的研發(fā)成就
以下項(xiàng)目是在能源部資助下得到其他研發(fā)成果
佛羅里達(dá)大學(xué)取得高效率藍(lán)光OLED
最近佛羅里達(dá)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)演示了峰值效率達(dá)40lm/W的藍(lán)光磷光OLED,外部量子效率為25%,沒有采用外部光提取技術(shù)。這項(xiàng)成就被認(rèn)為是美國藍(lán)光OLED的最高效率。從全球的報(bào)道看來，藍(lán)光OLED對開發(fā)照明用白光OLED非常重要，但是長壽命高效率藍(lán)光OLED一直是一個(gè)重要的障礙。藍(lán)光OLED具有固有的電荷平衡，制約了它的內(nèi)部量子效率。佛羅里達(dá)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)采用了獨(dú)特的電荷載體材料，具有特別的電子屬性。這個(gè)團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)探索光提取技術(shù)和特種的下轉(zhuǎn)換（down-convertin）磷光體，用藍(lán)光OLED制造出白光OLED.（2008年9月）
倫斯勒理工學(xué)院（RPI）演示高效深綠LED外延材料，這種材料對開發(fā)紅綠藍(lán)顏色混合白光LED很有用，在紅綠藍(lán)三種LED中，深綠光LED材料的效率歷來是最低的。RPI團(tuán)隊(duì)演示了555納米波長的深綠電致發(fā)光C軸極性生長氮化鎵LED器件，在8mW功率下實(shí)現(xiàn)100A/cm2輸出。RPI通過減少LED有源區(qū)域的缺陷得到這項(xiàng)成果，其中包括在不同極性和非極性氮化鎵襯底上生長。
Sandia國家實(shí)驗(yàn)室演示大塊晶體生長的初步研發(fā)成果
Sandia國家實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)一種新型的、可擴(kuò)展性、成本效益的生長技術(shù)，用于生產(chǎn)低位錯(cuò)密度（lowdislocationdensity）的大塊GaN襯底。這項(xiàng)成果將影響LED燈的效率和壽命，當(dāng)前的相關(guān)技術(shù)是采用藍(lán)寶石和碳化硅襯底的外延方法，導(dǎo)致了高位錯(cuò)密度。Sandia團(tuán)隊(duì)成功演示了新的大塊氮化鎵生長工藝，該團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，制造出更大的氮化鎵襯底，當(dāng)前因?yàn)槿狈Υ笠r底限制了效率和LED的成本。
UniversalDisplay公司（UDC）改善OLED的壽命
UniversalDisplay公司的研究員增強(qiáng)了OLED照明取代傳統(tǒng)照明的可行性，他們演示了壽命為八萬小時(shí)的OLED器件。目前壽命問題一直困擾著OLED照明的商業(yè)化。他們演示的OLED器件效率達(dá)到50lm/W@1,000cd/m2,光輸出相當(dāng)于60瓦熒光管，但效率是熒光管的兩倍。UPC的研究人員將繼續(xù)改進(jìn)OLED器件的效率、顏色和壽命。（2008年6月）
UniversalDisplay開發(fā)出了效率超過100lm/W的白光OLED器件
UPC成功研發(fā)了102lm/W@1000cd/m2的OLED器件，這項(xiàng)成果對OLED技術(shù)來說具有里程碑意義，這個(gè)效率已經(jīng)超過了目前的白熾燈和熒光管，后兩者的效率為15lm/W和60-90lm/W,這些技術(shù)來自于該公司獨(dú)有的磷光OLED技術(shù)，這些開發(fā)得到了能源部的資助。能源部的目標(biāo)是2015年前開發(fā)出150lm/W的可商用OLED,這項(xiàng)成果無疑向這個(gè)目標(biāo)邁進(jìn)了一步。
北德州（NorthTexas）大學(xué)研發(fā)出42%高效的白光磷光OLED,這項(xiàng)成果是和德州大學(xué)合作研發(fā)取得的，能源部希望開發(fā)出50%效率的OLED,這項(xiàng)成果離這個(gè)目標(biāo)又邁進(jìn)了一些。該器件采用了單一摻雜物質(zhì)，可以通過改變摻雜物質(zhì)的濃度來對顏色進(jìn)行調(diào)諧。常規(guī)的白光OLED使用了多種摻雜材料，每種材料發(fā)出一種顏色，然后多種顏色混合成白色。這次只采用單一材料，是一大突破。（2008年5月）
RTIInternational演示發(fā)光納米纖維，具有70%的量子效率
RTIInternational演示了發(fā)光納米纖維（photoluminescentnanofibers），黃色或橙色光，量子效率達(dá)到70%.為了達(dá)到這個(gè)水平，RTI開發(fā)了post-fabrication工藝，把量子效率從30%提高到了70%.在熒光材料中這是一個(gè)很重要的改進(jìn)，熒光材料是熒光粉轉(zhuǎn)換型（phosphor-converted）LED的重要部分。熒光LED采用藍(lán)光LED加熒光粉制造出白光LED.RTI的發(fā)光納米纖維可以當(dāng)作黃光熒光粉一樣使用，增加了白光LED的效率。（2008年4月）
LANL研究所重新定義Trap（陷阱）機(jī)制，新方法提高OLED效率
美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室（LANL）的科學(xué)家完成了能源部的項(xiàng)目，研發(fā)出了增加電荷注入和遷移率的新方法。他們重新定義了損失機(jī)制--叫做“traps”（陷阱），這個(gè)東西限制了器件的效率，他們的理論模型對這個(gè)領(lǐng)域的研究人員很有幫助（適用于聚合物和小分子OLED），他們的一些成果已經(jīng)被納入能源部的一些研發(fā)項(xiàng)目中。UDC和通用電氣是能源部兩個(gè)重要的合作伙伴，開發(fā)可行的、低成本OLED器件。能源部的目標(biāo)是2012年前開發(fā)出50lm/W以上的高效OLED.（2008年2月）
FairfieldCrystalTechnology公司制造出2英寸表面光滑的氮化鋁（AlN）晶圓
FairfieldCrystalTechnology公司制造出2英寸表面光滑的氮化鋁（AlN）晶圓，是氮化鋁晶圓技術(shù)的巨大進(jìn)步，以前一直停留在1英寸的水平。這個(gè)2英寸晶圓被送到耶魯大學(xué)進(jìn)行銦鎵氮化物沉積，觀察是否大晶圓能夠改善LED材料的質(zhì)量。這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正在測試高質(zhì)量AlN晶圓和高質(zhì)量LED材料之間的關(guān)系，目的是讓LED更加高效。（2008年2月）
PNNL在材料設(shè)計(jì)方面的突破讓藍(lán)光OLED性能得到改善
PNNL的科學(xué)家在低壓材料方面取得重大突破，這是生產(chǎn)高效藍(lán)光OLED的關(guān)鍵材料。PNNL開發(fā)出了材料設(shè)計(jì)新方法，在藍(lán)光有機(jī)磷光體的主材料里面采用多種傳輸方法（multipletransportfunctionalities）。這個(gè)團(tuán)隊(duì)通過結(jié)合空穴傳輸碎片和電子傳輸微粒合成新的主材料。比熱量穩(wěn)定材料要好些，他們能夠同時(shí)傳輸電子和空穴。這個(gè)團(tuán)隊(duì)采用這些材料演示出了12.6%的外部量子效率@800cd/m2,在4.6V電壓下，采用天藍(lán)色磷光摻雜劑。以前的成果是5.3V下10.5%的效率，要求摻雜空穴傳輸層以及有源層。（2008年1月）
柯達(dá)改善全熒光白光OLED的壽命
柯達(dá)演示了全熒光白光OLED,壽命超過10000小時(shí)@1,000cd/m2.這個(gè)結(jié)果主要得益于他們新的器件結(jié)構(gòu)，內(nèi)部提取層（IEL）帶來了提取效率的突破，這個(gè)團(tuán)隊(duì)正在改善內(nèi)部量子效率（IQE）、光提取、內(nèi)部運(yùn)行電壓和壽命。他們的方法強(qiáng)調(diào)了非磷光性設(shè)計(jì)，主張只采用磷光體分子來得到較高的IQE.他們將繼續(xù)改善提取效率和功率效率，這些都是影響器件壽命的因素。
能源部對固態(tài)照明的5個(gè)指導(dǎo)文件
核心技術(shù)研發(fā)RoundV
產(chǎn)品開發(fā)RoundV
國家實(shí)驗(yàn)室的核心技術(shù)研發(fā)V版
中小企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)一期
中小企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)二期
總的說來，DOE審查了126個(gè)項(xiàng)目申請，在08財(cái)年啟動(dòng)了21個(gè)項(xiàng)目。2009財(cái)年RoundV的申請又即將開始。
截至2008年12月，能源部支持的研發(fā)項(xiàng)目中，總共取得了22項(xiàng)專利。顯示了能源部資助私營部門對固態(tài)照明商業(yè)化的推動(dòng)作用。由于能源部自2000年開始資助固態(tài)照明項(xiàng)目，總共獲得了90項(xiàng)專利。這項(xiàng)目來自44家大公司、16家小公司、26所大學(xué)和4個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室。
1.5.3固態(tài)照明的組合目標(biāo)
能源部固態(tài)照明研究的目標(biāo)是開發(fā)出高效建筑照明新技術(shù)。將與參與者進(jìn)行緊密合作，共同減少照明能源消耗。
為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，能源部制定了詳細(xì)的產(chǎn)品研發(fā)計(jì)劃，支持知名廠商、研究機(jī)構(gòu)、高校、行業(yè)協(xié)會(huì)和國家實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)。能源部將把固態(tài)照明作為優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域。
固態(tài)照明規(guī)劃的目標(biāo)
至2025年，開發(fā)出先進(jìn)的固態(tài)照明技術(shù)，使之相對傳統(tǒng)照明技術(shù)，效率更高、壽命更長、成本更低。產(chǎn)品系統(tǒng)效率達(dá)到50%,光譜構(gòu)成與陽光相似。
SSL可以通過提高效率來減少能源需求，商業(yè)化固態(tài)照明的目標(biāo)是達(dá)到比白熾燈高一個(gè)數(shù)量級(jí)的能源效率，比熒光管效率高兩倍。固態(tài)照明的普及將減少發(fā)電站的數(shù)量并改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性。固態(tài)照明政策也和EERE的“發(fā)展節(jié)能建筑和設(shè)備”的戰(zhàn)略構(gòu)想相吻合。
這個(gè)多年的項(xiàng)目計(jì)劃對項(xiàng)目活動(dòng)做了描述，涵蓋了09至15財(cái)年的固態(tài)照明研發(fā)計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃是可修改的，可以根據(jù)最新的分析、新的進(jìn)展和新的研究重點(diǎn)來進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改。
二、歐洲
1、歐司朗在白光LED開發(fā)方面取得重大突破
2008年7月22日，通過改善發(fā)光二極管（LED）生產(chǎn)過程中所有的工藝技術(shù)，位于加利福尼亞州的歐司朗公司在開發(fā)高亮度高效率LED取得了新的記錄，這項(xiàng)記錄是開發(fā)工程師在實(shí)驗(yàn)室里面取得的。在350mA的標(biāo)準(zhǔn)條件下，亮度的峰值達(dá)到了155lm,效率達(dá)到136lm/w（流明/瓦）。
為了得到這個(gè)結(jié)果，研究員采用了帶一平方毫米芯片的白色原型LED.生產(chǎn)過程中用了5000K的色溫，色彩坐標(biāo)在0.349/0.393（cx/cy）。歐司朗的工程師將一個(gè)優(yōu)化芯片的系統(tǒng)，一個(gè)非常先進(jìn)高效的光能轉(zhuǎn)換器，以及特有的高性能封裝，統(tǒng)統(tǒng)融合在一起，才制作出創(chuàng)記錄的新產(chǎn)品。因?yàn)樾阅鼙憩F(xiàn)卓越，歐司朗為這些技術(shù)申請了專利。這些半導(dǎo)體光源同樣適用于高電流。在1.4A處，他們能產(chǎn)生最大500lm的白光。這意味著將來白光LED也可以像藍(lán)光和綠光一樣應(yīng)用于投影。
2、歐司朗光電半導(dǎo)體刷新暖白光OLED記錄
二零零八年三月二十六日--中國訊--歐司朗光電半導(dǎo)體宣布在經(jīng)過短短兩年的研發(fā)，已刷新了暖白光有機(jī)發(fā)光二極管的實(shí)驗(yàn)室記錄。有機(jī)發(fā)光二極管照明設(shè)備（即OLED照明）的光效可達(dá)到46流明/瓦，亮度高達(dá)1000坎德拉/平方米，壽命更長達(dá)5000多個(gè)小時(shí)，首次實(shí)現(xiàn)了OLED兩個(gè)關(guān)鍵特性的同步提升。
3、歐司朗發(fā)表工作電流增至2倍的LED
2007年1月，德國歐司朗光電半導(dǎo)體（OSRAMOptoSemiconductorsGmbH）發(fā)表了最大工作電流提高到1A、相當(dāng)于該公司以前產(chǎn)品2倍的發(fā)光二極管（LED）PlatinumDragon.可發(fā)出的顏色包括白色、藍(lán)色、綠色、黃色、橙色（琥珀色）以及紅色共6種。適用于車載設(shè)備、照明設(shè)備、交通信號(hào)等顯示設(shè)備以及液晶面板的背照燈等。其中，白色LED當(dāng)接通700mA電流時(shí)的光束亮度為標(biāo)準(zhǔn)75lm（環(huán)境溫度25℃下的測定值）。發(fā)光效率為30lm/W.而該公司以前產(chǎn)品“GoldenDragon”的光束，當(dāng)接通350mA電流時(shí)亮度僅為標(biāo)準(zhǔn)45lm.PlatinumDragon計(jì)劃從2006年底到2007年初前后開始供貨。
4、歐司朗OSTARProjectionLED模塊提供更高亮度
2007年3月，歐司朗光電半導(dǎo)體公司（OSRAMOptoSemiconductors）推出的全新OSTARProjection產(chǎn)品封裝六塊芯片，成就卓越亮度。OSTARProjection應(yīng)用在迷你投影機(jī)中，可為電腦游戲創(chuàng)造出鮮艷的色彩效果。OSTARProjection的系統(tǒng)亮度為120流明，可采用大幅面格式將游戲或屏幕顯示內(nèi)容投影至墻上。
三、亞洲
日亞白光LED光效達(dá)150lm/W
2007年1月，自從日亞（Nichia）1996年利用藍(lán)光LED激發(fā)熒光粉制造出白光LED后，LED漸變成高效光源。日亞的lamp型LED（如NSPWR70），在20mA正向驅(qū)動(dòng)電流、4600K色溫下，光效達(dá)到150lm/W（光通量9.4lm）。其發(fā)光效率相當(dāng)于三波長熒光燈效率（90lm/W），的1.7倍、白熾燈（13lm/W）的11.5倍，甚至比高壓鈉燈（132lm/W）還高，被視為最有潛力的高效光源。
日亞宣布GaNVCSEL獲重大突破
日亞（Nichia）制造出了首個(gè)電泵浦的GaNVCSEL,能在室溫下發(fā)出連續(xù)波的光。由于電極的導(dǎo)向性得到改良，兼之移除藍(lán)寶石襯底，在現(xiàn)有低溫工作條件下的GaNVCSEL器件基礎(chǔ)上，410nm的激光器得到改進(jìn)。在去年12月5日出版的AppliedPhysicsExpress網(wǎng)站上來自日本的研究人員報(bào)告了這個(gè)閾值電流約為13.9kA/cm2的GaN器件。
之前最好的連續(xù)波GaNVCSEL被沉積在一個(gè)藍(lán)寶石襯底上，接觸點(diǎn)挨個(gè)安置在旁側(cè)，工作溫度在77K以上。Nichia表示，器件的性能受限于藍(lán)寶石的特性，熱導(dǎo)性低，觸點(diǎn)緊密排列。YuHiguchi在報(bào)告中寫道，“對于p型和n型接觸來說，并行的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致p型臺(tái)面邊緣發(fā)生電流擁堵現(xiàn)象”.“電流擁堵導(dǎo)致工作電壓乃至發(fā)熱量的增大，VCSEL器件尤其需要高電流密度�！�
日亞將LED發(fā)光效率提升至249lm/W
2009年2月，在PhotonicsWest展會(huì)上，日本LED巨頭日亞（Nichia）展示了最新的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，其中一項(xiàng)性能得到提升的LED和3W藍(lán)色激光二極管引起了與會(huì)者的廣泛關(guān)注。通過加快研發(fā)進(jìn)程、將LED的發(fā)光效率提高至249lm/W@20mA,Nichia研發(fā)者捕捉了LED產(chǎn)業(yè)的目光。然而，在1月29日舉辦的PhotonicsWest展會(huì)上這個(gè)值降至145lm/W@350mA,很顯然，350mA是今日高亮度LED常用來衡量輸出功率的驅(qū)動(dòng)電流。與之相比較，Cree和Osram最近宣布LED的發(fā)光效率實(shí)驗(yàn)值分別是161lm/W@350mA和136lm/W@350mA
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