2017年LED行业诸多技术取得突破性发展

技术是推动LED产业迅猛发展的强大驱动力，也是企业阔步登上世界舞台的底气和硬气。在市场经济竞争日趋激烈的情况之下，LED行业只有不断推动技术的革新，才能得到更好的发展。

回顾2017年，LED行业诸多技术取得了突破性发展。现OFweek半导体照明网小编综合盘点了全球各地的一些LED相关的新技术及新应用信息，期望大家能够从中吸取应用创意养分，以创造出更多优秀的产品。

高光效低能耗LED智能植物工厂关键技术及系统集成

由杨其长、魏灵玲等团队完成的项目——“高光效低能耗LED智能植物工厂关键技术及系统集成”荣获2017年国家科技进步二等奖。杨其长教授团队经过12年的潜心研究，在植物工厂光源适配理论与方法、光效与能效提升、营养品质调控以及多因子协同管控技术等方面取得了多项原创性成果。奠定了我国在国际上的优势地位。

所突破的关键技术包括：

先提出植物“光配方”概念并阐明其理论依据，创制出基于光配方的LED节能光源及其光环境调控技术。基于植物光合对不同光谱的响应特征，率先提出了植物“光配方”概念，构建了典型作物不同生育期的光配方优化参数。创制出基于光配方的红光(660nm)与蓝光(450nm)芯片组合式、蓝光芯片与荧光粉激发式多光谱组合 (R/G/B/FR) LED节能光源;研发出基于植株发育特征的移动式LED光源及其光环境调控技术，显著降低光源能耗。与荧光灯相比，节能率达62%以上。

首次提出植物工厂光-温耦合节能调温方法，发明了基于室外冷源与空调协同调温的节能调控技术。基于夜晚室外空气含有冷源、光期空调降温能耗高的现实，首次提出将光期置于夜晚、引进室外自然冷源降温的“光-温耦合节能调温”方法，发明了基于室外冷源与空调协同调温的植物工厂节能环境调控技术装备，显著降低空调能耗。与传统空调降温相比，节能率达24.6-63.0%。

发明了UV-纳米TiO2营养液协同处理技术和采收前短期连续光照提升蔬菜品质方法，研发了基于光-营养协同调控的蔬菜品质提升技术。发明了UV-纳米TiO2协同处理营养液自毒物质的技术方法，首次提出采收前短期连续光照调控蔬菜品质新技术，探明了提升蔬菜品质的光环境优化参数及调控策略，降低叶菜硝酸盐含量达30%以上，并显著提高了Vc和可溶性糖含量。

研发出植物工厂光效、能效与营养品质提升的环境-营养多因子协同技术，集成创制出3个系列的智能LED植物工厂成套产品。探明了基于光配方、光-温耦合与营养品质提升等多因子协同调控的逻辑控制策略及算法，研制出基于物联网的植物工厂智能化管控技术，实现对植物工厂温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液EC、pH、DO等要素的在线检测、远端访问、程序更新及网络化智能管控。集成创制出3个系列的智能LED植物工厂成套技术产品：规模量产型、可移动型、家庭微型植物工厂。

稀土金属可用于提炼LED发光材料

近日，有消息称日本研发人员从海岸附近深海里稀土金属提炼LED产品原料。

具体消息称，日本东京大学教授加藤泰浩(Yasuhiro Kato) 和其研究团队成功从南鸟岛外海里的稀土金属提取出钇(Yttrium) 和铈(cerium)来用作LED发光材料。目前已有从海床提炼金属原料，该技术被多家企业拥有，其中包含丰田汽车、三井造船和东京大学等。

据悉，一旦该技术被开发，从深海提炼的金属还有可能应用于电动车、电池和风能等产业。目前，日本政府正在考虑是否应用此技术开发日本附近深海里稀土金属提炼项目。

实验室新发现：加入硼可解决LED发光效率下降现象

密西根研究团队11月发表最新研究，发现将化学元素硼(Boron)加入氮化铟镓 (INGan) 材料可以让LED半导体的中间层(middle layer)厚度变大，解决发光效率随着注入电流的提高而下降的现象。这项研究已经刊登于应用物理学快报(Applied Physics Letters)。

发光二极管(Light-emitting diode)半导体由带有正电性质的P型半导体和带有电子的N型半导体组合，通电后具有正电性质的电洞(hole) 会和电子(electron)结合并产生光，在中间层的所使用的材质将决定波长长短。

电子和电洞移动到中间层时，有太多的电子同时被挤压到中间层，会使其相互碰撞、无法有效的和电洞结合，降低发光效率，而这种情形又称之为欧格再结合(Auger recombination)。

而要解决这项问题的办法是增加中间层的厚度，好让电子和电洞有足够的空间;然而要增加中间层的厚度却没有想象中容易。

因为LED半导体是晶体状，原子间有其固定排列规则，而该特定间距又称为晶体参数(lattice parameter)。当晶体材料相互层叠生长时，它们的晶格参数必须相似，原子排列规则与材料连接处才能匹配，否则材料会变形。

研究者Williams和Kioupakis透过预测模型发现，将硼加入氮化铟镓，可以增加中间层的厚度，以利电子和电洞结合。BInGaN材料发出的光的波长也非常接近于氮化铟镓的波长，可以调整出不同的颜色。

这项研究是否能实际在实验室产出还是未知数，而究竟要掺入多少的的硼元素也是一项挑战，但是密西根研究团队的发现对新型LED的研发是一大贡献。

英国新型LED路面可提示司机和骑车者

一种新型嵌入LED灯的路面在伦敦揭幕，目的是帮助检测行人，并且警告司机以及自行车手道路上出现的危险。 新的道路由一家名为Umbrellium的公司为保险公司Direct Line开发，并将高清摄像机和LED嵌入路面。

道路上的两台照相机能够记录数百个变量，并检测到十字路口22米范围内的行人或其他道路使用者。信息可以从相机送到电脑，该电脑在不到百分之一秒的时间内做出反应，让LED显示各种颜色和图案。

道路使用机器学习来预测行人运动，为他们创造一个十字路口。道路表面采用可以嵌入沥青的高冲击塑料。根据设计师的要求，塑料表面能够承受很大的交通流量。道路的塑料表面有超过660个LED灯，可编程改变颜色和图案，以便为骑自行车的人或司机提供行人过路警告。

原型道路是防水的，可以保持车辆和人的重量，能够区分人，车辆或自行车之间的差异。

RayVio的UVB LED或用于治疗维生素D缺乏患者

PR Newswire发表在Scientific Reports的研究显示，相比阳光，RayVio的293nm紫外线LED发出的光能够更有效地在皮肤样本中产生维生素D3。在医学博士Michael F. Holick的带领以及波士顿大学医学院和波士顿大学Ignition Award的支持下，Tyler Kalajian和他的研究团队发现，暴露在RayVio紫外线LED下短短0.52分钟的皮肤样本所产生的维生素D3是暴露在阳光下32.5分钟的样本的两倍多。

波士顿大学医学院医学、生理学和生物物理学教授、波士顿医学中心内分泌学家Holick博士表示：“我们测试了不同来源和不同波长的紫外线LED。RayVio的293nm LED在最短的时间内显示了最大的维生素D3生成潜力。这项研究将带来新一代光药理学技术，使用具有特定波长的LED可在人体皮肤中引起特定的生物效应，帮助治疗和预防慢性疾病。”

维生素D缺乏会导致骨质疏松症、佝偻病和其他代谢性骨病，在全年长时间日照有限的北纬和南纬地区较为普遍。这个维生素D产生装置适用于炎症性肠病和胃旁路手术等脂肪吸收不良综合征患者。研究显示RayVio的紫外线LED可用于治疗维生素D缺乏患者。

产生维生素D3的紫外线LED装置可用于较少接触阳光的皮肤部位，如大腿、手臂、腹部和背部，从而最大限度地降低罹患非黑色素瘤皮肤癌的风险。该装置还可以发射更窄波段的UVB(紫外线B)，从而降低皮肤暴露于更高波长紫外线辐射时皮肤损伤的可能性。

RayVio首席执行官Robert C. Walker博士表示：“数字紫外线技术在光疗方面的潜力是巨大的。Holick博士对我们UVB LED的研究证明了新应用有望改善和拯救数十万人生命的潜力。仅在美国就有75%的青少年和成年人缺乏维生素D。通过研究团队的努力和波士顿大学光子学中心在紫外线LED方面的开创性工作，我们可能很快就会看到创新治疗方案(如与可穿戴设备整合)可以帮助数百万人。”

照明不靠电 彩虹隧道采用LED自发光技术

9月15日，浙江湖州市205省道天荒坪1号隧道自发光工程完成施工，这是该市首座照明不靠电的“彩虹隧道”，能有力助推公路养护工程更节能、更环保。

“彩虹隧道”采用的是一种可以不用电、自主发光的新材料，新材料被安装在隧道顶部及道壁。这种新材料的发光原理是通过LED电光激发-电光储能-储能自发光-LED电光激发循环工作，每次只需5至15分钟，就能吸收储存自然光、机动车辆及各类灯光光能，不需要任何能源，就能维持12小时发出黄、蓝、绿色等光芒。在天荒坪1号隧道内，还相应设置了自发光照明诱导标识，大面积的彩色条用作警示提醒，道壁上的诱导标识则有利于引导安全行驶。

该自发光技术除具有零能耗和零碳排放的特点外，还能起到救急作用。一旦隧道内发生停电、起火、爆作、崩坍等事故，就可以发挥12小时应急发光诱导作用，为被困人员快速逃生提供诱导指示。

美研发出单片集成三色LED 未来将包含更多颜色组合

基于氮化铟镓技术和现有的制造设施，应变工程可以为微显示器提供一种可行的方法。

基于铟镓氮化物(InGaN)多量子阱的应变工程，美国密歇根大学已经开发出单片集成的琥珀-绿-蓝色LED。该应变工程是通过蚀刻不同直径的纳米柱来实现。

研究人员希望未来能用635nm光致发光的量子阱生产出红-绿-蓝LED，为基于这种像素LED的微显示器提供可行的方法。其他潜在应用包括照明、生物传感器和光遗传学。

除了美国国家科学基金会(NSF)的支持外，三星还为制造和设备设计提供了支持。研究人员希望开发出基于现有制造基础设施的芯片级多色LED平台。

外延材料通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在2英寸无图案蓝宝石上生长。发光有源区域由5个2.5nm InGaN阱组成，由12nm GaN栅极隔开。电子阻挡层和p-接触层分别由20nm的氮化铝镓(p-Al0.2Ga0.8N)和150nm的p-GaN组成。

使用电子束光刻使纳米柱成型，用镍掩模进行混合干湿法蚀刻处理。大部分蚀刻是干的电感耦合等离子体，湿法蚀刻阶段用于实现最终直径，并且去除干法蚀刻步骤中的损害。蚀刻深度约为300nm。在整个制造过程中，保护蚀刻掩模，目的是为了保护p-GaN表面。

在对50nm氮化硅进行等离子体增强化学气相沉积(PECVD)之后，用旋涂式玻璃对结构进行平整，以电隔离n和p-GaN部分。

将平整后的结构进行干式回蚀，以暴露柱的尖端。用硝酸溶液除去镍掩模材料。 p接触的镍/金金属化在空气中进行热退火。

设备的电气性能在5V反向偏压下显示出每像素约3x10-7A的低泄漏。低泄漏归因于两个因素 - 扁平量子阱提供了低电流拥挤效应，以及由应变引发的载流子到纳米柱中心的限制。在较窄的纳米柱中由于更大的电流密度造成的下降效应的风险，可通过减小应变进行改善，因此降低了由于III-氮化物中化学键的电荷极化引起的电场而出现的量子限制“斯塔克效应”。

新型添加剂使钙钛矿LED更稳定高效

美国普林斯顿大学研究人员在《自然·光子学》杂志上发表论文称，他们开发出一种新技术，通过添加有机卤化铵，制造出了成本更低、效率更高且性能更稳定的钙钛矿发光二极管(LED)。

过去10年来，LED的应用越来越广，其节能、环保、寿命长、体积小，但制造成本也相对较高，降低LED制造成本是相关产业界的重要目标。钙钛矿算是一种古老的材料，1839年首次发现于俄罗斯乌拉尔山脉，因俄罗斯矿物学家列夫·波洛夫斯基而得名(钙钛矿的英文名称是Perovskite)。这种材料多为立方体或八面体，具有奇特属性。它可以是半导体，也可以是超导体，取决于其结构。作为一种新型功能材料，钙钛矿在环境保护和工业催化等领域具有很大的开发潜力。近几年，因其在太阳能电池领域的应用而受到持续关注。

有机无机杂化的钙钛矿材料也被很多科学家视为氮化镓等LED制备材料的替代品，但成膜效率低、稳定性不高这两个缺点制约了其在LED领域的应用。此次，普林斯顿大学研究人员开发的新技术解决了这一问题。他们在论文中称，在制造钙钛矿薄膜时，在钙钛矿溶液中添加有机卤化铵，尤其是长链有机卤化铵，会使钙钛矿晶体颗粒小很多，制成的钙钛矿薄膜更薄、更光滑。而这样的钙钛矿薄膜意味着更好的外部量子效率，会使发光二极管的效率更高，稳定性更好。

相比于硅和其他LED制备材料，钙钛矿更廉价，制备工艺也更简单。研究人员称，新技术将加速钙钛矿在照明、显示、激光领域的商业应用，使未来的LED产品更高效且廉价。

奈米线UV LED可望克服效率衰减问题

沙特阿拉伯阿布杜拉国王科技大学(King Abdullah University of Science and Technology;KAUST)的研究人员在最近一期的《光学快递》(Optics Express)期刊中发表一种设计紫外光发光二极管(UV LED)的新途径，能让基于氮化铝镓(AlGaN)的UV LED效率不至于衰减。

一般来说，基于AlGaN的UV LED由于存在较低的内部量子效率、低撷取效率、低掺杂效率、极化电场大以及差排密度外延高等缺点，这些都限制了UV LED在高功率的应用。

研究人员一开始采用钛覆盖的硅晶圆以及依靠电浆辅助的分子束外延(PAMBE)，使其得以生长有效隔离的无缺陷硅掺杂氮化镓(GaN)奈米线，其中每一个都嵌入10个均匀形成AlGaN/AlGaN量子磁盘(Qdisk)的堆栈。

虽然每一发射奈米线的直径约8nm、长约350nm，但在实际的实验中，肉眼可见的大型LED是由一整区密集堆积的垂直排列奈米线所组成。

该组件在钛涂覆的n型硅基板上生长，以改善电流注入与热耗散，它们在337nm (具有11.7nm的窄线宽)时发射UV光源，其电流密度为32A / cm^2 (在0.5×10 .5mm^2组件上约80mA)，导通电压约为5.5V。

在高达120A/cm^2的注入电流下，AlGaN奈米线UV LED仍能保持效率毫无衰减地作业。

该研究的一项有趣之处在于采用钛涂覆的低成本硅基板来生长奈米线，这不仅能让制程变得易于扩展，还能结合钛金属层带来的诸多优势，包括更高的UV反射、更好的热耗散，以及改善流注入。

用它照照就能治病?NASA也用这技术?

一款LED Clinic号称是终极的掌上诊断工具，能够对包括阿尔茨海默症、皮肤病、痤疮、溃疡甚至是糖尿病等疾病起到一定的治疗作用。真的有这么神奇?

LED Clinic目前尚在原型研发阶段，所以设备的演示还是使用了3D动画形式。可以看到，它是一个类似Hub的便携式小工具，使用LED照射来治疗一些外部创伤类的疾病。

LED Clinic在众筹页面上对其技术进行了一些解释，表示它采用的是“光生物调节作用”原理，简称“PBM”(Photobiomodulation)。

在网上进行了相关资料收集，发现这是一种尚在发展中的生物医学技术，通过不同功率的激光或单色光来调节生物机能，促进细胞活动，广泛用于镇痛、消除炎症、加快伤口愈合、促进毛发生长、改善血液循环等作用。

LED Clinic方面则表示，他们使用的改进型LED技术，可以使其功效达到类似激光的作用，让细胞产生反应。

LED Clinic分为两个型号，其中LED Clinic PAD尺寸较大、机身本身可发出LED光，也可连接探头灯。它适用于一些外部的治疗，比如痤疮、外部伤口，可以直接贴在皮肤上使用，或是几个连接在一起加强效果。

另外一款LED Clinic FOCAL，则内置探头灯，可以进行一些侵入式的局部治疗，比如塞入鼻孔中，对大脑血液循环具有一定作用。当然，LED Clinic PAD也可连接外部探头灯。

LED Clinic也拥有智能手机应用，用户可以直接选择具体的病症或是保健项目，设备便会以不同的LED频谱和强度进行照射，起到不同的治疗作用。

虽然听上去略有些邪乎，把探照灯塞到鼻孔里也略可怕，但“光生物调节作用”疗法的确是有据可依，并且在不断发展进化，哈佛大学医学院拥有研究中心、美国航天航空(NASA)也在使用这种技术。

当然，如果LED Clinic能够获得权威的医疗认证(比如FDA)、而不仅仅是展示自己的治疗案例，可能会更有说服力。

当前LED可覆盖的医学应用领域包括生物钟调整、心理治疗、紫外固化、POT治疗，光化学、美容嫩肤以及疾病治疗等，LED在生物医学领域正在发挥越来越广泛的作用，且前景可期。