【中國安防展覽網(wǎng) 科技動(dòng)態(tài)】2017年即將畫上句號，回顧LED行業(yè)一整年的發(fā)展，在諸多技術(shù)難題上獲得了喜人的突破。2017年產(chǎn)業(yè)集中度得到進(jìn)一步提升，發(fā)展進(jìn)入良性軌道。特別是近幾年在技術(shù)創(chuàng)新的強(qiáng)力推動(dòng)下，我國LED產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與水平差距進(jìn)一步縮小，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。那么，關(guān)于LED，技術(shù)團(tuán)隊(duì)都在關(guān)注什么？除了紫外UV LED、Micro LED等，LED還有哪些新技術(shù)進(jìn)展。
研究發(fā)現(xiàn)加入硼可解決LED發(fā)光效率下降現(xiàn)象
密西根研究團(tuán)隊(duì)11月發(fā)表新研究，發(fā)現(xiàn)將化學(xué)元素硼(Boron)加入氮化銦鎵 (INGan) 材料可以讓LED半導(dǎo)體的中間層(middle layer)厚度變大，解決發(fā)光效率隨著注入電流的提高而下降的現(xiàn)象。這項(xiàng)研究已經(jīng)刊登于應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)(Applied Physics Letters)。
發(fā)光二極管(Light-emitting diode)半導(dǎo)體由帶有正電性質(zhì)的P型半導(dǎo)體和帶有電子的N型半導(dǎo)體組合，通電后具有正電性質(zhì)的電洞(hole) 會和電子(electron)結(jié)合并產(chǎn)生光，在中間層的所使用的材質(zhì)將決定波長長短。
電子和電洞移動(dòng)到中間層時(shí)，有太多的電子同時(shí)被擠壓到中間層，會使其相互碰撞、無法有效的和電洞結(jié)合，降低發(fā)光效率，而這種情形又稱之為歐格再結(jié)合(Auger recombination)。
而要解決這項(xiàng)問題的辦法是增加中間層的厚度，好讓電子和電洞有足夠的空間；然而要增加中間層的厚度卻沒有想象中容易。
因?yàn)長ED半導(dǎo)體是晶體狀，原子間有其固定排列規(guī)則，而該特定間距又稱為晶體參數(shù)(lattice parameter)。當(dāng)晶體材料相互層疊生長時(shí)，它們的晶格參數(shù)必須相似，原子排列規(guī)則與材料連接處才能匹配，否則材料會變形。
研究者Williams和Kioupakis透過預(yù)測模型發(fā)現(xiàn)，將硼加入氮化銦鎵，可以增加中間層的厚度，以利電子和電洞結(jié)合。BInGaN材料發(fā)出的光的波長也非常接近于氮化銦鎵的波長，可以調(diào)整出不同的顏色。
這項(xiàng)研究是否能實(shí)際在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)出還是未知數(shù)，而究竟要摻入多少的的硼元素也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，但是密西根研究團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)對新型LED的研發(fā)是一大貢獻(xiàn)。
LED在顯微技術(shù)中的應(yīng)用
基于其高亮度、高可控性及寬光譜輸出的特點(diǎn)，LED近期發(fā)展出了一些不為大家所熟知的專業(yè)照明應(yīng)用。
熒光顯微技術(shù)在生命科學(xué)中運(yùn)用廣泛，常常被用來研究生物樣本，包括單細(xì)胞到整個(gè)組織的樣本。這個(gè)過程涉及到利用光學(xué)顯微鏡使用特定波長的光束來刺激樣品。由于斯托克斯(Stokes)位移——物質(zhì)被光激發(fā)后，產(chǎn)生的電子躍遷(熒光)中，其吸收譜和發(fā)射譜峰值間的波長差或頻率差，光束重新發(fā)射的熒光波長大于原激發(fā)光的波長。而把熒光顯微技術(shù)中傳統(tǒng)使用的燈泡換成LED光源，這一改變?yōu)樵擃I(lǐng)域帶來的效益遠(yuǎn)不止大大降低運(yùn)行成本。
作用一：滿足光譜需求
有些研究需要使用活細(xì)胞成像，另一些需要使用被化學(xué)試劑固定于某一特定生命時(shí)期的細(xì)胞。不論何種情況，用于照明樣本的光源類型和設(shè)計(jì)對顯微鏡所需的硬件以及所記錄圖像的質(zhì)量和有效性都有極大的影響。
早期使用LED系統(tǒng)的一個(gè)重要原因在于使用者及實(shí)驗(yàn)管理的便利性。常見的燈泡，例如100 W高壓汞燈，其壽命很短，約為300小時(shí)。使用者通常會在記事本上記錄打開燈泡的時(shí)間，因?yàn)槿绻褂脽襞莸臅r(shí)間過長，會增加爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。然而，LED產(chǎn)品的使用壽命長達(dá)數(shù)萬小時(shí)。
燈泡需要預(yù)熱與冷卻，而且一整天都要這樣。而LED光源可以在需要的時(shí)候以電子方式打開或關(guān)閉，即在觀察樣本或成像期間打開光源，不使用的時(shí)候關(guān)閉。盡管用LED光源替代燈泡的賣點(diǎn)很多，但同時(shí)存在高亮度及光譜范圍這兩個(gè)主要問題，LED光源初并未被廣泛應(yīng)用。
LED光源發(fā)出的光不是寬光譜而是半峰寬約10 nm至40 nm的類高斯光譜。因此光源設(shè)計(jì)人員要使用多個(gè)LED來滿足研究人員的光譜需求，這就帶來了光源設(shè)計(jì)過程中新的光電和機(jī)械復(fù)雜性，而這些問題對于傳統(tǒng)光源來說是不存在的。捕捉和校準(zhǔn)LED芯片的朗伯發(fā)射，然后使用雙色鏡組合出多種顏色，這已經(jīng)成為了標(biāo)準(zhǔn)方法。朗伯定律表明，從漫反射表面觀察到的發(fā)光強(qiáng)度與入射光和表面法線之間夾角θ的余弦值成正比。這種復(fù)雜性和損耗導(dǎo)致大多數(shù)LED光源多能包含6種不同波長的光。
一種新穎且已獲得的方法采用了波長組概念，即具有相近光譜的LED光波長成為一個(gè)用戶可選擇的通道，根據(jù)對高速應(yīng)用的需求，可以把四組光譜分離的LED組合在一起。但關(guān)鍵是，某些波長接近的分組，在相同的樣本中很少會同時(shí)用到。如今，研究人員可以使用包含16種波長的LED光源，使用這種方法能夠提高LED的亮度、譜段范圍，也能降低成本。
長期以來，燈泡光譜的綠光區(qū)域是弱的，這部分區(qū)域在固態(tài)照明中被稱為“綠色缺口”，也是LED光譜中極其微弱的區(qū)域。一種解決方法是使用由一系列明亮藍(lán)色LED激發(fā)的熒光棒。與單芯片LED相比，在常見的熒光顯微鏡上使用這種方法會增加成本且使用不方便。對藍(lán)色LED芯片功率的新研究提出了更為簡單的解決方案，即在LED上直接放置熒光劑，且只選擇能夠提供大綠色光譜區(qū)域的熒光劑。下圖中展現(xiàn)了由明亮綠色LED通過斯托克斯位移激發(fā)的紅色光。
作用二：成像增強(qiáng)
顯微技術(shù)的終目標(biāo)是獲取圖像。LED由于其固態(tài)特性可作為顯微鏡附件直接使用，無需重新校準(zhǔn)。采用科勒照明(一種現(xiàn)代科學(xué)光學(xué)顯微鏡下的樣品照明技術(shù))，光源中的光學(xué)器件可將LED成像到顯微鏡物鏡的后孔徑上。這種反向工作的物鏡能夠在樣品的完整視場內(nèi)均勻地分散光線，然而一些LED系統(tǒng)仍使用導(dǎo)光板，以減輕顯微鏡的重量和振動(dòng)。
具有良好的阻擋和傳輸區(qū)域的濾光片能夠改善圖像的信噪比。在用于DAPI(6-二脒基-2-苯基吲哚)熒光團(tuán)成像的典型激發(fā)濾光片和發(fā)射濾光片中，激發(fā)濾光片要擋住汞(Hg)光譜中藍(lán)色區(qū)域的高能量光線。
相比之下，用于激發(fā)DAPI的LED在相應(yīng)的激發(fā)帶上產(chǎn)生了極低的能量，包括在樣品成像相對較弱的藍(lán)色區(qū)域。對比結(jié)果為，使用LED作為光源能夠獲得更好的圖像信噪比，因?yàn)樗鼫p少了樣品的背景色階。愛丁堡大學(xué)的Sandrine Prost及其同事們的研究表明采用波長可控的獨(dú)立LED光源，其信噪比的提高超過了燈泡系統(tǒng)，甚至超過了一些白色寬頻譜LED光源。
同時(shí)，樣品觀測結(jié)果也會受觀察過程的影響，因?yàn)榧?xì)胞不適合暴露在高強(qiáng)度光線下。不當(dāng)光照的負(fù)面作用包括光漂白和光毒性，隨著時(shí)間推移，光照將導(dǎo)致信號減弱、活細(xì)胞死亡或行為異常。減少樣品的照明時(shí)間對降低這些負(fù)面效應(yīng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)燈泡光源通過機(jī)械快門來控制曝光，有時(shí)會造成長時(shí)間的延遲，導(dǎo)致樣品在相機(jī)的曝光時(shí)間內(nèi)被不必要地照亮。
使用自動(dòng)控制的LED光源則可以解決這個(gè)問題。LED的直接邏輯電路(TTL)控制達(dá)到了微秒量級的開/關(guān)時(shí)間，優(yōu)于USB通信方式。許多相機(jī)在曝光時(shí)有TTL信號輸出，該信號可以直接反饋至LED光源，控制光源開/關(guān)，與相機(jī)曝光時(shí)間匹配。由于連續(xù)成像兩至三個(gè)熒光團(tuán)很常見，所以新的LED光源將波長序列編程到光源內(nèi)，相機(jī)按順序依次進(jìn)行曝光。這種電路連接方式減少了樣品不必要的曝光，而機(jī)械控制的快門或者電腦控制方法都沒有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
近，節(jié)能的340 nm LED光源已經(jīng)進(jìn)入市場，可以進(jìn)行鈣熒光指示劑(Fura-2)的成像。這項(xiàng)應(yīng)用可以捕捉到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)以便對阿爾茨海默病和其它類似病癥進(jìn)行研究。英國Strathclyde大學(xué)的Peter Tinning及其同事們的研究表明，使用340nm或380nm的強(qiáng)LED系統(tǒng)，可使細(xì)胞中Fura-2濃度比標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞制備方案低25%。該研究不僅為實(shí)驗(yàn)研究節(jié)省了資金，更重要的是，能夠降低熒光標(biāo)記可能導(dǎo)致的細(xì)胞毒性效應(yīng)，以觀測到生物樣品更為典型的自然行為。(內(nèi)容來源于《中國激光》)
企業(yè)研發(fā)進(jìn)展
LG研發(fā)100毫瓦殺菌紫外線UVC-LED
LG Innotek研發(fā)出殺菌紫外線UV(Ultraviolet rays，紫外線)-C LED，輸出功率可高達(dá)100毫瓦(mW)。相較2020年才有可能開發(fā)的行業(yè)預(yù)計(jì)，提前2年完成。
UV-C LED是發(fā)射波長較短的 200~280 納米(nm)紫外線產(chǎn)品，也被稱為深紫外線(Deep UV)。LG Innotek本次開發(fā)的LED以278nm的波長破壞細(xì)菌DNA，并與特殊物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，作用于殺菌或硬化裝置等。
UV-C LED可以打造光輸出越高殺菌力越強(qiáng)的殺菌裝置，但由于發(fā)熱等問題，難以確保品質(zhì)穩(wěn)定。一直以來市場的日本企業(yè)也計(jì)劃在 2020年推出100mW UV-C LED。
LG Innotek應(yīng)用光輸出大化的外延結(jié)構(gòu)及垂直芯片技術(shù)，打破了技術(shù)限制。提高紫外線輸出，有效排放熱，確保了穩(wěn)定的品質(zhì)可行性。100mW1個(gè)LED可以放射強(qiáng)力殺菌紫外線達(dá)1萬小時(shí)以上。
此次LG Innotek憑借開發(fā)光輸出100mW產(chǎn)品，可以更加快速地?cái)U(kuò)大 UV-C LED 應(yīng)用領(lǐng)域。對于流動(dòng)的水或空氣也可以快速殺菌，不僅可以用于凈水器、空氣凈化器等生活家電，還可用于大廈與汽車的空調(diào)系統(tǒng)、水處理裝置等。
原有UV-C LED大部分光輸出為1~2mW 級，主要用于便攜式殺菌器或小型家電。這是因?yàn)閁V-C輸出較弱而難以擴(kuò)大應(yīng)用。
LG Innotek常年與多家企業(yè)討論應(yīng)用UV-C LED開發(fā)的多種產(chǎn)品，一直以來市場都渴望推出高輸出LED，因此預(yù)計(jì)對100mW UV-C LED的需要將快速增長。
LG Innotek將加快步伐確保UV LED市場主導(dǎo)權(quán)。尤其在殺菌、硬化性能的UV-C領(lǐng)域擁有技術(shù)，有信心占領(lǐng)市場。
先于日本推出凈水器水殺菌用LED模塊、電梯扶手用UV LED殺菌器等創(chuàng)新產(chǎn)品，品質(zhì)競爭力也獲得了認(rèn)可。
LG Innotek相關(guān)人士稱，“我們將繼續(xù)拉大與競爭公司的技術(shù)差距，不斷推出滿足顧客需要的創(chuàng)新產(chǎn)品，市場發(fā)展。”
京東方：Micro LED技術(shù)研究已取得進(jìn)展
11月29日，京東方A(000725)在互動(dòng)平臺回復(fù)投資者提問稱，目前公司已開展對微發(fā)光二極體顯示器(Micro LED)的技術(shù)研究 ，并取得一定進(jìn)展。Micro LED為新一代的顯示技術(shù)，結(jié)構(gòu)是微型化LED陣列承繼了LED的特性，Micro LED優(yōu)點(diǎn)包括低功耗、高亮度、反應(yīng)速度快等等。但因?yàn)槟壳凹夹g(shù)尚未成熟，還需要一段時(shí)間的發(fā)展。
三星：明年CES或展出150英寸Micro LED電視
蘋果積極布局Micro LED熒幕、日前還傳出正在跟臺積電解決瓶頸問題，而三星電子也不落人后，傳出打算在明2018年1月的美國拉斯維加斯消費(fèi)性電子展CES上，發(fā)表一款Micro LED電視。
據(jù)ZDNet韓國24日報(bào)道，三星的Micro LED電視，熒幕將達(dá)到150英寸，會在明年稍晚正式上市，瞄準(zhǔn)的是家庭劇院市場。
想要制造縮小版的LED，難度相當(dāng)高。Micro LED熒幕使用的LED，尺寸不到100微米，每顆LED芯片可做為一個(gè)畫素，優(yōu)點(diǎn)是耗電量低，也不會有OLED的殘影(burn-in)問題。若采用塑膠制基板，則會具有可撓性。智能型手機(jī)需要更加微小的LED芯片，因此應(yīng)用上還得再等一陣子。
三星發(fā)言人不愿對此做出評論。Sony曾在2012年搶先展示了一款55英寸的Micro LED電視和多款原型機(jī)，但至今還無法商業(yè)化。
集邦咨詢LED研究中心報(bào)告指出，自Sony推出Crystal Micro LED顯示屏，受到市場大幅關(guān)注。其產(chǎn)品之優(yōu)勢包含視角更廣、對比度更高、畫質(zhì)更好，透過無縫拼接可應(yīng)用在汽車展廳、博物館、電影院等利基型市場。根據(jù)LEDinside調(diào)查，現(xiàn)階段許多傳統(tǒng)顯示屏廠、LCD廠等正積極投入Mini/Micro LED顯示屏的開發(fā)。相信在未來的3~5年，隨著技術(shù)去瓶頸化，將有助于Mini/Micro LED顯示屏切入利基市場。
鴻海轉(zhuǎn)投資的夏普5月22日宣布，為了加快Micro LED面板的研發(fā)、商品化腳步，將攜手CyberNet Venture Capital(鴻海間接持股100%)、群創(chuàng)、榮創(chuàng)等3家泛鴻海集團(tuán)公司于今年10月收購研發(fā)Micro LED面板的美國新創(chuàng)公司eLux。
據(jù)夏普指出，在完成收購手續(xù)后，夏普、CyberNet、群創(chuàng)和榮創(chuàng)對eLux的出資比重分別為31.82%、45.45%、13.64%和9.09%。
德豪潤達(dá)開發(fā)出全倒裝RGB COB顯示模塊
自2016年以來，小間距顯示屏一直為國內(nèi)外顯示企業(yè)的主要研發(fā)目標(biāo)，COB技術(shù)雖成功了新一代高清LED顯示的開發(fā)革命，但由于工藝技術(shù)的限制，正裝COB的發(fā)光角度與打線距離，從技術(shù)路線上就局限了產(chǎn)品的性能發(fā)展。
德豪潤達(dá)通過旗下的事業(yè)部資源整合，在器件、顯示兩大事業(yè)部的聯(lián)合研發(fā)下，成功量產(chǎn)出全倒裝RGB封裝的COB顯示模塊，極小間距的P0.95mm搭配上180°的大角度出光震撼體驗(yàn)，成功跨越了現(xiàn)行正裝COB顯屏的技術(shù)難題。
目前德豪潤達(dá)已量產(chǎn)的單顯示屏模塊為171*76mm，可藉由無縫拼接完成27.5寸的全倒裝RGB COB顯示屏，在像素點(diǎn)間距達(dá)到P0.95的同時(shí)，更提供了高亮度的1200nits規(guī)格。并藉著單像素尺寸微小至0.025mm2，顯屏的黑光學(xué)占比大幅提高為98%。
已量產(chǎn)的大視角小間距全倒裝RGB COB高銳顯示模塊
在研發(fā)階段的全倒裝RGB COB實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，已成功的完成P0.5的超密集顯屏模塊樣板。相信在不久的將來，德豪潤達(dá)將給顯示屏帶來無限可能。
原標(biāo)題 關(guān)于LED技術(shù)，他們都在研究什么？
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