全球照明新材料分析 2022照明材料行業發展潛力分析?

• 2021年12月23日 ZouJunRong來源：中國照明網 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，多個與照明產品性能升級息息相關的新材料悉數面世，為照明用戶不斷締造著源源不斷的科技與生活價值。

照明產品要展現卓越的性能，離不開其優良的“基因”。作為照明產品“基因序列”的重要組成部分，材料的功能性特點十分重要。近年來，憑借著全球科研人員孜孜不倦的努力，多個與照明產品性能升級息息相關的新材料悉數面世，為照明用戶不斷締造著源源不斷的科技與生活價值。

據中研產業研究院公布《2022-2026年中國照明材料行業競爭格局及發展趨勢預測報告》顯示

全球照明新材料分析 2022照明材料行業發展潛力分析

二氧化硅陣列圖案化藍寶石

據全球多國科研人員組成的國際研究團隊通過相關實驗發現，具有二氧化硅陣列的圖案化藍寶石(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。

對于在傳統PSS上生長基于AlGaN的UV LED，實驗結果表明AI吸附原子的較大粘附系數會引起AlGaN在藍寶石圖案側壁上的取向錯誤生長。結果還表明AlGaN與藍寶石之間的有限折射率對比阻礙了藍寶石圖案的光輸出耦合能力。鑒于此，最先進的UV LED仍然存在結晶質量差及光提取效率低等問題。

實驗中，研究人員成功采用PSSA(即用二氧化硅陣列取代了藍寶石圖案)提升了結晶質量以及光提取效率，同時發現，得益于其具有更好的垂直生長模式并減少了聚結邊界上的錯配，PSSA降低了AlGaN外延層的螺紋位錯密度。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

美國倫斯勒理工學院的物理學家Shawn-Yu Lin通過系列研究發現一種名為基于鎢的三維光子晶體(結構與金剛石晶體類似)的新材料，它受熱的發光強度似乎超越了黑體輻射極限。

Shawn-Yu Lin發現，當加熱至600K時，該新材料發光強度是黑體基準的8倍，材料結構顯示出約1.7μm的輻射峰值。與此同時，新材料能發出類似由激光或發光二極管(LED)產生的同調光，但并不需要復雜昂貴的半導體結構。

調研顯示，該新型材料產生熱量的一種新方法，雖然理論無法完全解釋這種現象，但科學家假設光子晶體各層之間的偏移允許光從晶體內部空間射出，發出的光在晶體結構內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別、大氣化學光譜學研究、激光等領域。

藍光鹵化物鈣鈦礦晶體

美國加州大學伯克利分的科學家使用一種新型鹵化物鈣鈦礦半導體材料制造出藍光LED，克服了將這些廉價且易于制造的材料應用到電子器件中所面臨的主要障礙。

該高校科學家研究發現，鹵化物鈣鈦礦的不穩定性是由鈣鈦礦晶體結構的獨特性質所致，此結構是由金屬和鹵原子組成。當這些元素在溶液中混合一起然后干燥時，原子就會組成一個晶體。加州大學伯克利分校及伯克利實驗室的化學家使用一種新技術以及銫、鉛和溴等成分制造出發射藍光的鈣鈦礦晶體。

同時，該團隊還發現這些晶體發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。當溫度為300開爾文時，一個在發射藍光(波長450納米)的鈣鈦礦晶體可突然在450開爾文時發射藍綠光。根據該新型材料顏色隨著溫度變化的特點，其可以在不同的照明環境中得到多樣化應用。

碘化亞銅半導體

韓國科技研究院KIST宣布研究院研發團隊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藍光LED的新型材料。研究團隊發現，碘化亞銅半導體發射出的藍光亮度是氮化鎵半導體的10倍以上。同時，碘化亞銅半導體在效率與設備長期穩定性方面的表現也更好。

KIST研究者開發出的碘化亞銅可在低成本的硅襯底上生長，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)上具備優勢。同時，碘化亞銅薄膜的生長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，它能夠應用到低成本、簡單的硅半導體工藝中。

藍寶石襯底AlN膜

中國武漢大學研究人員在藍寶石上制作高質量的AlN膜，以提升UVC LED產品的發光強度，增加消毒能力。

為突破基板上實現高質量AlN薄膜的挑戰，研究人員特意設計了一種生長改性工藝，將降低了生長過程中破裂和降低了冷卻后壓縮應力的空隙引入AlN膜中以進行位錯過濾和應力消除，在平坦的藍寶石襯底上生產了幾乎無應力的AlN膜。通過該策略，使得基于AlGaN的UVC LED的商業化具有廣闊的前景。

100nm藍寶石納米薄膜

韓國首爾國立大學(SNU)的研究團隊成功在100nm的藍寶石納米薄膜上生長出Micro LED陣列。相比在平面基板上生長的氮化鎵基Micro LED，在藍寶石納米薄膜上生長Micro LED的新方法將Micro LED的位錯密度降低了59.6%，內量子效率(IQE)提高了44%。此外，由此方法生長出的Micro LED的光致發光能力是前者的3.3倍，同時還可以通過機械力破壞藍寶石納米薄膜，可輕易將Micro LED與基板分離并轉移至顯示驅動背板上，簡化了制程，降低了成本。此技術的突破，克服了現階段Micro LED制造工藝的局限，將加快Micro LED顯示技術的商業化進程。

寬譜帶白光發射非鉛鈣鈦礦膠體納米晶

中國科學院大連化學物理研究所復雜分子體系反應動力學研究組研究員韓克利團隊通過對非鉛鈣鈦礦膠體納米晶的自陷態激子進行調控，實現寬譜帶白光發射，并有效提高發光量子產率。

為進一步研究帶隙類型對自陷態激子發光的影響，該團隊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)的自陷態激子動力學。研究結果表明，在間接帶隙納米晶中，光子的吸收與載流子的復合過程伴隨著強烈的電子—聲子耦合效應，自陷態激子主要以非輻射躍遷的方式復合，室溫下幾乎不發射熒光;在直接帶隙鈣鈦礦中，電子—聲子耦合強度相對適中，自陷態激子主要通過輻射躍遷發生復合，因此直接帶隙納米晶表現出明亮的寬譜帶白光發射。

可伸縮自愈電子材料

新加坡國立大學的一組研究人員研發了一種稱為可自愈、低場照明光電可伸縮(HELIOS，即Healable, Low-field Illuminating Optoelectronic Stretchable)設備的介電常數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，由獨特的氟橡膠和表面活性劑混合制成。其介電常數高使其能夠在較低的電壓條件下存儲更多的電子電荷，在用于發光電容器設備時就具有更高的亮度。與現有的可伸縮發光電容器不同，HELIOS能夠讓設備在比此前低4倍的電壓條件下啟動，亮度卻高出20倍。而且，在2.5 V/m的條件下，光線強度達1460 cd/m2，可與如今手機屏幕的亮度媲美，是迄今為止可拉伸發光電容器所能達到的最高亮度。

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;還可用作自動駕駛軟機器人的照明電子皮膚，用于智能室內農場、執行太空任務或部署在災區。其低功耗、自我修復照明皮膚更能夠為機器人提供安全照明，讓其可以在黑暗中工作，并且工作時間得到延長。

有機熱活化延遲熒光發光材料

中國蘇州大學功能納米與軟物質研究院廖良生教授、蔣佐權教授基于新的發光分子構建方式，設計合成應用于顯示技術與照明科技的新型高效的有機熱活化延遲發光(TADF)材料。該新型材料將為有機發光材料中的空間電子相互作用開辟了新途徑，并為設計高效發光的TADF材料分子提供新的思路。

大功率LED白光稀土材料

中國內蒙古包頭稀土研究院新材料研發團隊以稀土為原料，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，開辟了該項技術的國內先河。該新型材料能在吸收太陽光和燈光的能量之后，將部分能量儲存起來，然后緩慢地把儲存的能量以可見光的形式釋放出來，在光源撤除后仍能長時間地發出可見光，且還具有耐高溫、耐摩擦、高強度、耐刻劃、阻燃、高化學穩定性等優良特性，是理想的節能環保長壽命光學材料。

隨著應用領域的不斷拓展，該新型材料未來在LED照明領域，無論是在經濟建設和國防建設中將發揮巨大的潛力。

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