發布日期：2022-10-09 點擊率：52
在半導體照明裝置中，通常采用高功率高亮度的發光二極管(LED)作為光源，當在發光二極管中通以電流時，電 子與空穴會直接復合，從而釋放能量發光，其具有功耗小、使用壽命長等優點，在照明領域應用廣泛。然而，目前的光電轉換效率較低，有很大比重轉化為熱能，故LED芯片上的功率密度很大。大的功率密度對器件的散熱也提出了高的要求，發光二極管中封裝件散熱問題已成為影響其產業化發展的重大問題。
散熱冷卻方式LED 的散熱機構一般有這幾種形式：1.利用熱傳導金屬或散熱鰭片與LED封裝件貼合散熱。2.加裝風扇強制散熱。3.在封裝件中設置流通液體散熱。4.熱管在封裝件中的結合，利用熱管內工作介質相變時可吸收或散發熱能。
原理與特點熱管散熱利用物質相變的原理，具有可吸收或散發高熱能的特性，這使得熱管成為具備極高的熱傳導效率的設備， 熱管冷卻主要是利用工作流體在真空中的蒸發與冷凝來傳遞熱量，當熱管的一端受熱時，毛細芯中的工作液體蒸發汽化，蒸汽在壓差之下流向另一端放出熱量并凝結成液體，液體再沿多孔材料依靠毛細管作用流回蒸發端，熱量得以沿熱管迅速傳遞。
傳統無機LED技術相對成熟且發光效率高，在照明領域應用廣泛，但外延生長等制備工藝限制了其難用于大面積和柔性器件制備。有機或量子點LED具有易于大面積成膜、可柔性化等優勢，但是高亮度下的低效率和短壽命問題還亟待解決。金屬鹵化物鈣鈦礦型材料兼具無機和有機材料的諸多優點”。如可溶液法大面積制備、帶隙可調、載流子遷移率高、熒光效率高等。因此，基于鈣鈦礦材料的LED相較于傳統發光二極管具有諸多優勢，尤其是可低成本、大面積制備高亮度、高效率發光器件，對顯示與照明均具有重要意義。
鈣鈦礦發光二極管發展迅速，自2014年劍橋大學報道首篇外量子效率(EQE)為0.76%的三維鈣鈦礦發光器 件以來，經過短短五年的發展，近紅外、紅光和綠光鈣鈦礦發光器件的外量子效率均已突破20%。值得一提的是中國科學家在鈣鈦礦發光領域里的多個方向開創了全新的研究方法。2015年，南京工業大學與浙江大學團隊合作報道了外量子效率為3.5%的鈣鈦礦發光二極管，為當時的最高紀錄，也是國內在此領域的首篇論文。隨后，北京理工大學和南京理工大學相繼報道了基于量子點的鈣鈦礦LED。2016年，南京工業大學采用具有多量子阱結構的鈣鈦礦實現了外量子效率突破10%的近紅外鈣鈦礦LED， 相關成果于2016年發表于《Nature Photonics》。采用類似方法，中國科學院半導體研究所將綠光鈣鈦礦LED的外量子效率提高到14.36%。2018年，南京工業大學首次將近紅外鈣鈦礦LED外量子效率提升至20.7%，性能媲美已產 業化的有機和量子LED。同年，華僑大學”州將綠光鈣鈦礦LED的EQE提升至20.3%。這兩項國內成果被《Nature》 邀請的領域專家評述為“突破性成果”， “是鈣鈦礦材料在發光二極管中應用的里程碑式跨越”， “使鈣鈦礦LED技術突破性能障礙，將推動鈣鈦礦LED的產業化發展”。總體來說，目前中國在鈣鈦礦LED研究方面處于世界領先地位，特別是在高亮度、高穩定性鈣鈦礦發光器件方面，已經取得具有自主知識產權。有世界影響力的創新成果。
盡管鈣鈦礦LED的研究已經取得了很大的進展，但其發展仍然面臨著諸多挑戰。首先，鈣鈦礦LED的穩定性問題需要解決。目前通過材料設計、器件結構及界面優化等方法已大大提升了鈣鈦礦LED的穩定性，但尚未達到產業化的要求。其次，鈣鈦礦材料中鉛元素的毒性可能是其產業化道路上的一個障礙。研究發現許多元素(如錫、銅、 鍺及銀等)在鈣鈦礦材料中可以替代鉛元素，但目前利用這些元素制備的器件性能還不及鉛基鈣鈦礦LED。此外， 大面積模塊化制備鈣鈦礦LED仍處于萌芽期，如何發展制備工藝來進行可控大面積生產還需要解決。總之，鈣鈦礦發光材料與器件具有誘人的發展前景， 未來隨著對材料理解的深入及工藝技術的進步，有望進一 步提高器件的效率和穩定性，推進其產業化進程。在不遠的將來，鈣鈦礦LED將會以其優異的性能和低廉的成本成為新一代顯示與照明的有力競爭者，在未來照明與顯示產業中占有重要地位
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