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| 【照明】世界各地固態(tài)照明技術領域已經取得了相當大進展 |
| （時間:2009/6/30 9:02:52） |
一、美國
目前在固態(tài)照明領域已經取得了相當大進展，自從能源部2000年大力研發(fā)固態(tài)照明技術以來，支持了很多研發(fā)項目，取得了多項成就。以下是所取得的重要成果：
2008年9月，CRRE公司研發(fā)出標準冷白光發(fā)光二極管，效率是107lm/W@350mA.
2008年9月，佛羅里達大學演示了藍光磷光OLED,流明效率高達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。
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,流明效率達到了創(chuàng)紀錄的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，總功率轉換效率峰值超過了14%.未來的目標是開發(fā)出45lm/W的照明級OLED,使得近期可以在某些應用中取代白熾燈。
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，柯達開發(fā)出了全新的白光OLED器件，提取效率達46%,比以往的器件有了很大的改善。
1.1.1最近的研究亮點
CREE讓冷白光LED效率達到107Lm/W
2008年9月，CREE成功研制出冷白光LED,效率達107lm/W@350mA.這項成果來自于CREE的EZBright?LED芯片平臺，得到了能源部的資金資助。是能源部光子晶體芯片項目的一部分，這個項目的目的是改善光的提取率和研發(fā)出新的封裝技術，得到比傳統(tǒng)LED更高的下轉換（down-conversion）效率。該LED有一平方毫米，色溫為5500K,顯色指數為73,在單一模塊封裝中集成了4個LED芯片，能夠產生大于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69lm/W,可發(fā)出681流明的光通量。效率已經比目前市場上LEDPAR燈泡要高得多。該燈的顯色指數為91,屬于客戶喜歡的暖色調（（CCT為2716K）。該成果綜合了封裝技術、系統(tǒng)集成方面的進步，還有全新高效的驅動技術和獨特的光學結構。該項目持續(xù)18個月，研究團隊將繼續(xù)努力改善該燈的性能。
PNNL/NREL團隊演示耐用的GZOTCO
2008年1月，美國國家可再生能源實驗室（NREL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）聯(lián)合演示了耐用透明的導電氧化物，采用了鎵（Ga）摻雜氧化鋅（ZnO）（簡稱GZO）材料。GZO的導電性和透明度優(yōu)于銦錫氧化物（ITO），并且成本有望降低。這個團隊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。這項成果展示了新一代可設計TCO材料的潛力，能在降低成本的同時增強性能。
目前已經商業(yè)化的研發(fā)成就
以下是由能源部資助，已經在市場上商業(yè)化的產品。
中國的奧運場館包括了鳥巢和水立方采用了CREE的XLamp?LED.CREE所應用的LED技術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,紅綠藍燈都有。在鳥巢大廳中有258,000只XLampLED,提供了舞臺照明的效果，CREE正和能源部合作繼續(xù)改善性能，長期目標是開發(fā)出160流明每瓦低成本高效LED芯片。
更多的研發(fā)成就
以下項目是在能源部資助下得到其他研發(fā)成果
佛羅里達大學取得高效率藍光OLED
最近佛羅里達大學的研究團隊演示了峰值效率達40lm/W的藍光磷光OLED,外部量子效率為25%,沒有采用外部光提取技術。這項成就被認為是美國藍光OLED的最高效率。從全球的報道看來，藍光OLED對開發(fā)照明用白光OLED非常重要，但是長壽命高效率藍光OLED一直是一個重要的障礙。藍光OLED具有固有的電荷平衡，制約了它的內部量子效率。佛羅里達大學的團隊采用了獨特的電荷載體材料，具有特別的電子屬性。這個團隊將繼續(xù)探索光提取技術和特種的下轉換（down-convertin）磷光體，用藍光OLED制造出白光OLED.（2008年9月）
倫斯勒理工學院（RPI）演示高效深綠LED外延材料，這種材料對開發(fā)紅綠藍顏色混合白光LED很有用，在紅綠藍三種LED中，深綠光LED材料的效率歷來是最低的。RPI團隊演示了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功率下實現100A/cm2輸出。RPI通過減少LED有源區(qū)域的缺陷得到這項成果，其中包括在不同極性和非極性氮化鎵襯底上生長。
Sandia國家實驗室演示大塊晶體生長的初步研發(fā)成果
Sandia國家實驗室正在開發(fā)一種新型的、可擴展性、成本效益的生長技術，用于生產低位錯密度（lowdislocationdensity）的大塊GaN襯底。這項成果將影響LED燈的效率和壽命，當前的相關技術是采用藍寶石和碳化硅襯底的外延方法，導致了高位錯密度。Sandia團隊成功演示了新的大塊氮化鎵生長工藝，該團隊將繼續(xù)開發(fā)這項技術，制造出更大的氮化鎵襯底，當前因為缺乏大襯底限制了效率和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器件效率達到50lm/W@1,000cd/m2,光輸出相當于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，這項成果對OLED技術來說具有里程碑意義，這個效率已經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,這些技術來自于該公司獨有的磷光OLED技術，這些開發(fā)得到了能源部的資助。能源部的目標是2015年前開發(fā)出150lm/W的可商用OLED,這項成果無疑向這個目標邁進了一步。
北德州（NorthTexas）大學研發(fā)出42%高效的白光磷光OLED,這項成果是和德州大學合作研發(fā)取得的，能源部希望開發(fā)出50%效率的OLED,這項成果離這個目標又邁進了一些。該器件采用了單一摻雜物質，可以通過改變摻雜物質的濃度來對顏色進行調諧。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，量子效率達到70%.為了達到這個水平，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很重要的改進，熒光材料是熒光粉轉換型（phosphor-converted）LED的重要部分。熒光LED采用藍光LED加熒光粉制造出白光LED.RTI的發(fā)光納米纖維可以當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）機制，新方法提高OLED效率
美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）的科學家完成了能源部的項目，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制--叫做“traps”（陷阱），這個東西限制了器件的效率，他們的理論模型對這個領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被納入能源部的一些研發(fā)項目中。UDC和通用電氣是能源部兩個重要的合作伙伴，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，是氮化鋁晶圓技術的巨大進步，以前一直停留在1英寸的水平。這個2英寸晶圓被送到耶魯大學進行銦鎵氮化物沉積，觀察是否大晶圓能夠改善LED材料的質量。這個研究團隊正在測試高質量AlN晶圓和高質量LED材料之間的關系，目的是讓LED更加高效。（2008年2月）
PNNL在材料設計方面的突破讓藍光OLED性能得到改善
PNNL的科學家在低壓材料方面取得重大突破，這是生產高效藍光OLED的關鍵材料。PNNL開發(fā)出了材料設計新方法，在藍光有機磷光體的主材料里面采用多種傳輸方法（multipletransportfunctionalities）。這個團隊通過結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，他們能夠同時傳輸電子和空穴。這個團隊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）
柯達改善全熒光白光OLED的壽命
柯達演示了全熒光白光OLED,壽命超過10000小時@1,000cd/m2.這個結果主要得益于他們新的器件結構，內部提取層（IEL）帶來了提取效率的突破，這個團隊正在改善內部量子效率（IQE）、光提取、內部運行電壓和壽命。他們的方法強調了非磷光性設計，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個指導文件
核心技術研發(fā)RoundV
產品開發(fā)RoundV
國家實驗室的核心技術研發(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個項目申請，在08財年啟動了21個項目。2009財年RoundV的申請又即將開始。
截至2008年12月，能源部支持的研發(fā)項目中，總共取得了22項專利。顯示了能源部資助私營部門對固態(tài)照明商業(yè)化的推動作用。由于能源部自2000年開始資助固態(tài)照明項目，總共獲得了90項專利。這項目來自44家大公司、16家小公司、26所大學和4個國家實驗室。
1.5.3固態(tài)照明的組合目標
能源部固態(tài)照明研究的目標是開發(fā)出高效建筑照明新技術。將與參與者進行緊密合作，共同減少照明能源消耗。
為了達到這個目標，能源部制定了詳細的產品研發(fā)計劃，支持知名廠商、研究機構、高校、行業(yè)協(xié)會和國家實驗室的開發(fā)。能源部將把固態(tài)照明作為優(yōu)先發(fā)展的領域。
固態(tài)照明規(guī)劃的目標
至2025年，開發(fā)出先進的固態(tài)照明技術，使之相對傳統(tǒng)照明技術，效率更高、壽命更長、成本更低。產品系統(tǒng)效率達到50%,光譜構成與陽光相似。
SSL可以通過提高效率來減少能源需求，商業(yè)化固態(tài)照明的目標是達到比白熾燈高一個數量級的能源效率，比熒光管效率高兩倍。固態(tài)照明的普及將減少發(fā)電站的數量并改善電網的穩(wěn)定性。固態(tài)照明政策也和EERE的“發(fā)展節(jié)能建筑和設備”的戰(zhàn)略構想相吻合。
這個多年的項目計劃對項目活動做了描述，涵蓋了09至15財年的固態(tài)照明研發(fā)計劃。這項計劃是可修改的，可以根據最新的分析、新的進展和新的研究重點來進行實時的修改。
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）生產過程中所有的工藝技術，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，這項記錄是開發(fā)工程師在實驗室里面取得的。在350mA的標準條件下，亮度的峰值達到了155lm,效率達到136lm/w（流明/瓦）。
為了得到這個結果，研究員采用了帶一平方毫米芯片的白色原型LED.生產過程中用了5000K的色溫，色彩坐標在0.349/0.393（cx/cy）。歐司朗的工程師將一個優(yōu)化芯片的系統(tǒng)，一個非常先進高效的光能轉換器，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)記錄的新產品。因為性能表現卓越，歐司朗為這些技術申請了專利。這些半導體光源同樣適用于高電流。在1.4A處，他們能產生最大500lm的白光。這意味著將來白光LED也可以像藍光和綠光一樣應用于投影。
2、歐司朗光電半導體刷新暖白光OLED記錄
二零零八年三月二十六日--中國訊--歐司朗光電半導體宣布在經過短短兩年的研發(fā)，已刷新了暖白光有機發(fā)光二極管的實驗室記錄。有機發(fā)光二極管照明設備（即OLED照明）的光效可達到46流明/瓦，亮度高達1000坎德拉/平方米，壽命更長達5000多個小時，首次實現了OLED兩個關鍵特性的同步提升。
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體（OSRAMOptoSemiconductorsGmbH）發(fā)表了最大工作電流提高到1A、相當于該公司以前產品2倍的發(fā)光二極管（LED）PlatinumDragon.可發(fā)出的顏色包括白色、藍色、綠色、黃色、橙色（琥珀色）以及紅色共6種。適用于車載設備、照明設備、交通信號等顯示設備以及液晶面板的背照燈等。其中，白色LED當接通700mA電流時的光束亮度為標準75lm（環(huán)境溫度25℃下的測定值）。發(fā)光效率為30lm/W.而該公司以前產品“GoldenDragon”的光束，當接通350mA電流時亮度僅為標準45lm.PlatinumDragon計劃從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，歐司朗光電半導體公司（OSRAMOptoSemiconductors）推出的全新OSTARProjection產品封裝六塊芯片，成就卓越亮度。OSTARProjection應用在迷你投影機中，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容投影至墻上。
三、亞洲
日亞白光LED光效達150lm/W
2007年1月，自從日亞（Nichia）1996年利用藍光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正向驅動電流、4600K色溫下，光效達到150lm/W（光通量9.4lm）。其發(fā)光效率相當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。由于電極的導向性得到改良，兼之移除藍寶石襯底，在現有低溫工作條件下的GaNVCSEL器件基礎上，410nm的激光器得到改進。在去年12月5日出版的AppliedPhysicsExpress網站上來自日本的研究人員報告了這個閾值電流約為13.9kA/cm2的GaN器件。
之前最好的連續(xù)波GaNVCSEL被沉積在一個藍寶石襯底上，接觸點挨個安置在旁側，工作溫度在77K以上。Nichia表示，器件的性能受限于藍寶石的特性，熱導性低，觸點緊密排列。YuHiguchi在報告中寫道，“對于p型和n型接觸來說，并行的結構會導致p型臺面邊緣發(fā)生電流擁堵現象”.“電流擁堵導致工作電壓乃至發(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展會上，日本LED巨頭日亞（Nichia）展示了最新的實驗室結果，其中一項性能得到提升的LED和3W藍色激光二極管引起了與會者的廣泛關注。通過加快研發(fā)進程、將LED的發(fā)光效率提高至249lm/W@20mA,Nichia研發(fā)者捕捉了LED產業(yè)的目光。然而，在1月29日舉辦的PhotonicsWest展會上這個值降至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動電流。與之相比較，Cree和Osram最近宣布LED的發(fā)光效率實驗值分別是161lm/W@350mA和136lm/W@350mA
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