近期世界LED領(lǐng)域新技術(shù)

　　01中國：非鉛金屬鹵化物暖白光LED

　　近年來(lái)，可溶液法制備的金屬鹵化物鈣鈦礦在顯示、照明和能源領(lǐng)域展現出很大的應用潛力。目前單色鉛基鈣鈦礦發(fā)光二極管(LED)的效率已經(jīng)接近商業(yè)化的有機發(fā)光二極管(OLED)，但是鉛的毒性問(wèn)題限制了其商業(yè)化應用，并且高效白光鈣鈦礦LED仍是亟待解決的難題。

　　通?？梢岳梅倾U雙鈣鈦礦或銅基鹵化物的寬帶發(fā)射來(lái)獲得白光，然而目前報道的材料均難以同時(shí)實(shí)現高熒光發(fā)光效率和高電學(xué)性能，導致LED器件的發(fā)光效率和亮度都很低。

　　針對這一世界性難題，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士和南京工業(yè)大學(xué)王建浦教授、王娜娜教授團隊通過(guò)在銅基鹵化物前驅體溶液中引入非離子表面活性劑，首次實(shí)現了高效、高亮度非鉛暖白光金屬鹵化物L(fēng)ED，為鈣鈦礦發(fā)光二極管的商業(yè)化進(jìn)程奠定了基礎。

　　這一重要研究成果于近日刊登在學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上，博士生陳紅、朱琳博士、薛晨博士為該論文共同第一作者。此工作拓展了非鉛金屬鹵化物材料體系，對實(shí)現高性能非鉛金屬鹵化物光電器件具有重要意義。

　　02美國：尺寸小于10微米的紅光Micro LED芯片

　　據外媒報道，美國加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校(University of California, Santa Barbara，UCSB)宣稱(chēng)已首次展示了尺寸小于10微米的InGaN基紅光Micro LED芯片，并通過(guò)晶圓上量測得出外量子效率(EQE)為0.2%。

　　提升外量子效率仍重道遠

　　此前，具備InGaN基紅光Micro LED芯片規?；慨a(chǎn)能力的法國半導體材料商Soitec，在2020年發(fā)布了50微米的InGaN基紅光Micro LED器件，不過(guò)，UCSB團隊的發(fā)言人Shubhra Pasayat指出，Soitec并沒(méi)有公布外量子效率的數據。

　　Pasayat表示，小于10微米的Micro LED對于Micro LED產(chǎn)業(yè)可行性商業(yè)化來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。同時(shí)，除了尺寸小之外，Micro LED芯片的外量子效率必須至少為2-5%，才能夠滿(mǎn)足Micro LED顯示器的要求。

　　不過(guò)，本次UCSB展示的InGaN基紅光Micro LED芯片外量子效率僅為0.2%。對此，Pasayat坦言，雖然目前團隊的研究結果還遠達不到目標，但是相關(guān)研究工作已進(jìn)入初步階段，并且可以預期未來(lái)將有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。

　　UCSB團隊的下一個(gè)目標就是提高紅光Micro LED芯片的外量子效率，目前正在計劃提升材料的質(zhì)量，改善生產(chǎn)步驟。

　　InGaN材料應用前景可期

　　另值得注意的是，UCSB團隊研究的是InGaN基紅光Micro LED，而非AlGaInP基紅光Micro LED，主要是因為后者的效率通常會(huì )隨著(zhù)尺寸的縮小而降低等問(wèn)題。Pasayat透露，到目前為止，AlGaInP基紅光Micro LED芯片最小尺寸為20微米，而外量子效率未知。

　　據了解，目前的紅光LED多由AlGaInP材料制成，在正常芯片尺寸下，其效率高達60%以上。然而，當芯片尺寸縮小到微米量級時(shí)，效率會(huì )急劇降低至1%以下。

　　此外，在巨量轉移制程上，AlGaInP材料的劣勢也顯而易見(jiàn)。

　　巨量轉移要求材料具有良好的機械強度，以避免在芯片抓取和放置過(guò)程中出現開(kāi)裂，而AlGaInP材料較差的力學(xué)性能會(huì )給巨量轉移增加新的難題。

　　相比之下，InGaN薄膜擁有寬帶隙可調等優(yōu)點(diǎn)，在可見(jiàn)光領(lǐng)域內擁有廣闊的應用前景，并且Micro LED全彩顯示是其中最有潛力的應用之一。

　　據悉，InGaN材料具有較好機械穩定性和較短空穴擴散長(cháng)度，且與InGaN基綠光、藍光Micro LED兼容，因此是紅光Micro LED的較佳選擇。

　　值得注意的是，江風(fēng)益院士團隊去年公布了高光效InGaN基橙-紅光LED的研究突破，該研究結果也證明了InGaN材料在制作顯示應用的紅光像素芯片上將有巨大潛力。

　　另外，UCSB曾與首爾偉傲世針對尺寸小于5微米Micro LED外量子效率變化趨勢展開(kāi)研究，基于研究結果，他們認為InGaN基紅光Micro LED有望幫助制造更小尺寸的全彩化Micro LED顯示器。

　　同時(shí)，雙方期望通過(guò)提高亮度和可靠性等因素，促使更小尺寸的InGaN基Micro LED應用于智能手機、AR眼鏡及4K電視等高端顯示領(lǐng)域。

　　03日本：改善OLED屏幕藍光發(fā)射率和壽命

　　近期，日本九州大學(xué)(Kyushu University)研究團隊宣布，采用一種新的發(fā)射體分子組合，能產(chǎn)生一種高效率的純藍色光線(xiàn)發(fā)射，并在一定時(shí)間內保持亮度，克服過(guò)往OLED顯示屏幕缺乏高效能藍光的挑戰。

　　圖片來(lái)源：日本九州大學(xué)

　　目前OLED顯示屏幕在藍光光源方面遇到了挑戰，雖然有高性能的紅色和綠色有機發(fā)光二極管，但缺乏性能相似的藍色光源。研究人員表示，雖然目前紅色和綠色OLED的選擇越來(lái)越多，但仍缺乏能發(fā)射高效藍光的元件。藍光元件在效能、色彩純度、成本和壽命等條件經(jīng)常都要權衡、取舍。

　　研究人員補充，雖然目前市面上有基于熒光(Fluorescence)的藍光發(fā)射器雖然較穩定，并已用于商業(yè)用的顯示器，但最高效率(Maximum Efficiency)低;而另一種磷光發(fā)射器(Phosphorescent Emitters)雖然可以100%實(shí)現理想中的量子效率(Quantum Efficiency)，但是壽命較短，且必須使用銥(iridium)或鉑(platinum)等昂貴的金屬材料。

　　九州大學(xué)有機光子學(xué)和電子學(xué)研究中心(OPERA)的研究團隊開(kāi)發(fā)了基于熱活化延遲熒光(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TDAF)的發(fā)光分子，這種分子可以在沒(méi)有金屬原子的情況下實(shí)現同等的發(fā)光效率，且會(huì )表現出更廣泛顏色的發(fā)射能力。

　　研究人員使用了一種被稱(chēng)為超熒光的雙分子方法，簡(jiǎn)而言之就是分子迅速將不發(fā)光的三重態(tài)轉換為單線(xiàn)態(tài)，并將能量轉移到名為ν-DABNA的分子上進(jìn)行純藍色發(fā)射。研究人員指出，與大多數發(fā)射器相比，ν-DABNA可以吸收的波長(cháng)非常接近其發(fā)射的顏色。這種獨特的性質(zhì)使其能夠從排放的中介中吸收大部分能量，并且仍然發(fā)出純藍色，進(jìn)一步改善了顏色純度和壽命。

　　研究人員估計，在更溫和的強度下，該設備可以保持50%的亮度超10,000小時(shí);雖然這時(shí)間對于實(shí)際應用而言仍有些短暫，但若是嚴格控制制造環(huán)境將有機會(huì )實(shí)現更長(cháng)的使用壽命。希望不久之后，這個(gè)藍色OLED能取代現有的藍光發(fā)射器，以滿(mǎn)足超高解析度顯示屏幕需求。