導(dǎo)語：在全球照明行業(yè)呈現(xiàn)百花齊放般繁華的背后，總有著一群為產(chǎn)業(yè)前沿科技變革默默奉獻(xiàn)的科技工作者。他們用孜孜不倦努力凝聚而成的智慧結(jié)晶，突破了一道道此前無人逾越的技術(shù)難關(guān)，將普照世人的燈光提升至一個時代的新高度。

　　在全球照明行業(yè)呈現(xiàn)百花齊放般繁華的背后，總有著一群為產(chǎn)業(yè)前沿科技變革默默奉獻(xiàn)的科技工作者。他們用孜孜不倦努力凝聚而成的智慧結(jié)晶，突破了一道道此前無人逾越的技術(shù)難關(guān)，將普照世人的燈光提升至一個時代的新高度。

　　在此，中照網(wǎng)帶來剛過去2022年的十大前沿照明科技成果，以致敬一批批為照明行業(yè)發(fā)展奮斗終身的技術(shù)前線科研人。

　　01.藍(lán)色波長比燭光要少的柔性有機LED

　　2022年5月，中國臺灣國立清華大學(xué)的Jwo-HueiJou和其他研究人員開發(fā)了一種柔性有機LED。該器件能釋放出暖白色的光，類似于蠟燭產(chǎn)生的光。

　　研究人員在透明的云母片上沉積了一層透明的氧化銦錫薄膜作為LED的陽極，它可以彎曲5萬次而不斷裂。接下來，研究小組將發(fā)光物質(zhì)N,N'-dicarbazole-1,1'-biphenyl與紅色和黃色磷光染料混合，以產(chǎn)生一個發(fā)光層。

　　然后，研究工作者們將該層置于一側(cè)為陽極、另一側(cè)為鋁層的導(dǎo)電溶液之間，形成一個靈活的有機LED。當(dāng)一個恒定的電流被施加到該設(shè)備上時，它產(chǎn)生了明亮、溫暖的光，其藍(lán)色波長的發(fā)射甚至比自然燭光還要少。

　　計算表明，暴露在LED上1.5小時將抑制一個人的褪黑激素分泌約1.6%，而來自冷白緊湊型熒光燈的光將抑制褪黑激素分泌29%。研究人員稱，他們的類似燭光的有機LED的靈活性為無藍(lán)光夜間設(shè)備的設(shè)計提供了機會。

　　02.最簡單薄膜照明設(shè)備

　　2022年5月，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)和意大利都靈大學(xué)的研究人員使用廣泛的數(shù)據(jù)分析，從發(fā)出藍(lán)光和白光的銅絡(luò)合物中制造出一流的LEC。這種LEC是迄今為止最簡單和最便宜的薄膜照明設(shè)備，它們由單個活動層組成。它們可以被用作電致發(fā)光墨水和貼紙。

　　該研究小組成功地使用數(shù)據(jù)科學(xué)工具建立了X射線結(jié)構(gòu)與銅(l)配合物二胺和二膦配體的電子特征之間的統(tǒng)計關(guān)系。同時，他們研究了結(jié)構(gòu)和電子參數(shù)及其相互關(guān)系，以確定器件的發(fā)射顏色、效率和發(fā)光度。經(jīng)過對各種已知方法的大量數(shù)據(jù)評估，出現(xiàn)了一種新的藍(lán)色LEC設(shè)計，與具有傳統(tǒng)發(fā)射器的設(shè)備相比，它提供了出色的性能。

　　這項工作成果的達(dá)成，將為簡化薄膜照明中發(fā)射體和有源層的設(shè)計指明了一條新途徑。

　　03.應(yīng)用于固態(tài)照明領(lǐng)域的白光光源

　　2022年6月，中國鄭州大學(xué)物理學(xué)院(微電子學(xué)院)的研究人員以空位有序雙鈣鈦礦Cs2ZrCl6為主體，采用簡便的離子摻雜技術(shù)在室溫下大規(guī)模合成了單組分白光發(fā)射的Cs2ZrCl6:xSb (x = 0?8%)，并成功將其應(yīng)用于固態(tài)照明領(lǐng)域。

　　通過將具有5s2活性的Sb3+離子引入熱力學(xué)穩(wěn)定的Cs2ZrCl6主體中，其特殊的晶體場環(huán)境激發(fā)了源自Sb3+離子的單重態(tài)和三重態(tài)雙波段發(fā)射(480nm@藍(lán)光、580nm@橙光)。由于單重態(tài)和三重態(tài)之間存在有效的能量轉(zhuǎn)移通道，因此可以通過控制Sb3+離子摻雜濃度量化單重態(tài)到三重態(tài)之間的能量轉(zhuǎn)移程度，利用二者的相對強度變化實現(xiàn)冷暖白光可調(diào)。在1.5%的Sb3+離子摻雜濃度下，材料呈現(xiàn)出高品質(zhì)的白光發(fā)射，顯色指數(shù)高達(dá)96。

　　進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，以Cs2ZrCl6:1.5%Sb作為下轉(zhuǎn)換熒光粉，所制備的白光LED展現(xiàn)出2003小時的工作壽命。上述研究成果為了高顯色、高穩(wěn)定單組分白光發(fā)射體的設(shè)計與制備提供了新的思路。

　　04.233nm UVC-LED輻照系統(tǒng)

　　2022年9月，德國費迪南德-布勞恩研究所、萊布尼茨研究所(FBH)宣布在當(dāng)年10月舉辦的柏林勃蘭登堡光子學(xué)日的會議和伴隨展覽中展示其233nmUVC-LED輻照系統(tǒng)。

　　該器件可用于滅活多重耐藥病原體，包括 MRSA和冠狀病毒(如 SARS-CoV-2)，每個系統(tǒng)都配備了120個LED，發(fā)射波長為233 nm。FBH表示，由于吸收率高，UV LED光線不會穿透皮膚真皮層，因此預(yù)測其不會傷害皮膚，或者傷害程度小到皮膚自然修復(fù)機制能夠彌補這種影響。

　　得益于優(yōu)化的半導(dǎo)體外延和芯片工藝技術(shù)，這些最新一代的發(fā)光二極管可以在兩倍于以前的電流下工作---即在200 mA時提供超過3 mW的輸出功率。同時通過優(yōu)化的 LED 封裝實現(xiàn)高效散熱，該封裝帶有鋁反射器和平凸透鏡，光束角僅為60度，由于集成的光譜濾波器，這反過來又增加了透射率。

　　05.保護人眼的健康照明光源

　　2022年5月，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所在2022年吉林省科技活動周的云科普展示中展示了其研制的一種保護人眼的健康照明光源。

　　從2013年中科院重點部署項目“璀璨行動”的支持開始算起，該光源研制項目已經(jīng)進(jìn)行了9年的技術(shù)迭代，相應(yīng)的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第三代，與太陽光譜的相似度大于94%，最高可達(dá)到99%。第一代技術(shù)已經(jīng)形成健康照明燈具產(chǎn)品線;第三代技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到國防相關(guān)的重要領(lǐng)域，并在向醫(yī)療健康領(lǐng)域拓展，將為人民的生命健康護航。

　　項目推進(jìn)過程中國，研究人員首先需要解決的是讓LED燈像太陽光譜一樣擁有赤橙黃綠青藍(lán)紫等所有的顏色，即擁有太陽一樣的色彩組成，不再用幾種顏色拼湊的白光“欺騙”眼睛。為此，他們進(jìn)行了兩項技術(shù)攻關(guān)，一種是研發(fā)適合該應(yīng)用的新型多色發(fā)光材料，二是根據(jù)太陽光譜的需求發(fā)展光譜精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)。

　　研究人員還提出了一個不同于傳統(tǒng)LED的技術(shù)指標(biāo)：相似度。該指標(biāo)可以描述LED光譜同太陽光譜的相似程度，解決了目前光源評價所使用的顯色指數(shù)、色溫等參數(shù)無法準(zhǔn)確描述光源健康程度的問題。同時，在此基礎(chǔ)上，他們又進(jìn)一步開發(fā)了治療睡眠的光照儀，相關(guān)產(chǎn)品正在吉林大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科做測試，已初步獲得了良好的評價。

　　06.全球首款超8W深紫外LED便攜式照射機

　　2022年12月，日本的信息通信研究機構(gòu)(NICT)宣布，該機構(gòu)的未來ICT研究所室長井上振一郎的研究團隊在全球首次成功研發(fā)出了功率超過8W的深紫外LED便攜式照射機。該照射機通過多芯片封裝發(fā)光波長在265nm波段的高強度深紫外LED，以電池驅(qū)動，實現(xiàn)了可隨身攜帶的小型便攜機，并以豬冠狀病毒確認(rèn)了該設(shè)備可迅速滅活大范圍病毒。

　　NICT利用該小型便攜式照射機，對豬冠狀病毒(PEDV)的定量照射效果進(jìn)行了評估。結(jié)果證實，該設(shè)備可以在極短的照射時間(30秒以下)內(nèi)，使直徑100cm內(nèi)的大范圍內(nèi)的病毒99.99%以上失去活性。這是全球首個利用高功率LED便攜式照射機對大范圍病毒進(jìn)行短時間照射、達(dá)成極高病毒滅活率的實證案例。

　　該小型便攜機包含安裝基板、驅(qū)動電源、電池在內(nèi)，全部收納于小型機箱內(nèi)，可隨身攜帶在任何地方都能進(jìn)行高功率深紫外光照射。因此，該設(shè)備在醫(yī)院、公共商業(yè)設(shè)施、交通工具等多種場合都具有高度的實用性、通用性，具有較好的殺菌應(yīng)用前景。此外，對于以往難以噴灑液體消毒劑的場所，該設(shè)備也能迅速殺菌、消毒，作為防止新冠病毒感染擴大和提高公共衛(wèi)生水平的革新技術(shù)而備受關(guān)注。

　　目前，該小型便攜式照射機還處于研究開發(fā)得實證階段，NICT正在推進(jìn)將研發(fā)成果向民營企業(yè)進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移和面向?qū)嵱没呐e措。今后還將推進(jìn)實現(xiàn)高功率深紫外LED量產(chǎn)的實用化技術(shù)研發(fā)，通過與民營企業(yè)的合作、技術(shù)轉(zhuǎn)移，力爭在約兩三年內(nèi)實現(xiàn)實用化和產(chǎn)品化。

　　07.適用光信號傳遞與照明的生物混合發(fā)光器件

　　2022年9月，來自美國加州大學(xué)圣迭戈分校的Shengqiang Cai等研究者介紹了一種簡單的方法，通過將生物性發(fā)光的單細(xì)胞海洋藻類甲鞭藻封裝在軟彈性體室中，來創(chuàng)建一種高魯棒性和無動力的軟生物雜交機械發(fā)光。

　　研究人員探討利用海洋生物發(fā)光的常見來源、生物性發(fā)光的鞭毛藻和單細(xì)胞海洋藻類，構(gòu)建一種軟而堅固的生物混合機械發(fā)光裝置的可行性。生物發(fā)光生物廣泛分布在海洋和陸地環(huán)境中，其發(fā)光功能包括防御捕食者、吸引配偶、吸引獵物和照明，以及種內(nèi)交流。

　　研究人員提出了一種簡單的方法，將生物發(fā)光的鞭毛藻與軟材料相結(jié)合，以構(gòu)建一種高度可拉伸、無功率和超敏感的機械發(fā)光。鞭毛藻生物發(fā)光是一種對機械應(yīng)力的反應(yīng)，由于流動和觸摸，涉及一個復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)信號通路。這種生物發(fā)光是一種明顯顯著的現(xiàn)象，經(jīng)常發(fā)生在沿海地區(qū)。低至幾個Pa的壓力水平可以激活鞭毛藻的生物發(fā)光，從刺激到反應(yīng)的潛伏期僅為15-20 ms，從而產(chǎn)生超高和接近瞬時的力敏感性。

　　最值得注意的是，鞭毛藻可以非常健壯，通過功能性生物發(fā)光響應(yīng)耐受不同的條件，作為海洋和實驗室可視化的機械應(yīng)力報告。

　　08.可減慢青少年獼猴眼軸發(fā)育的低相關(guān)色溫人工照明光源

　　2022年3月9日，中國科學(xué)院昆明動物研究所透露，該所胡新天課題組聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)：低相關(guān)色溫的人工照明光源可以減慢青少年獼猴的眼軸發(fā)育。

　　課題組使用32只幼猴作為研究對象，采用由不同相關(guān)色溫(Correlated Color Temperature, CCT)構(gòu)成的四種典型光源，研究CCT與眼軸增長之間的關(guān)系。在經(jīng)過365天的觀察后發(fā)現(xiàn)，低CCT光照下的獼猴的眼軸增長顯著小于高CCT光照下的獼猴的眼軸增長，并且在整個觀察期間，這種效應(yīng)是持續(xù)和穩(wěn)定的。

　　該成果是國內(nèi)外第一次系統(tǒng)的關(guān)于常規(guī)照明光源色溫與眼軸發(fā)育關(guān)系的報道。由于眼軸過度增長是青少年近視的主要原因，這些結(jié)果有可能為預(yù)防青少年近視提供新的手段和方法。

　　09.全球首款量子點LED智能照明系統(tǒng)

　　2022年8月，英國劍橋大學(xué)的研究者結(jié)合印刷納米技術(shù)、色彩科學(xué)和先進(jìn)計算方法成功開發(fā)了一款LED智能照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多種顏色，目的是更精準(zhǔn)地模擬白光。

　　研究團隊利用量子點技術(shù)，發(fā)現(xiàn)使用典型LED中所用三原光色以外的更多顏色，能夠通過寬顏色可控性及高演色性性能更加精準(zhǔn)地再現(xiàn)日光。在研究過程中，研究者開發(fā)了一種結(jié)合系統(tǒng)級色彩優(yōu)化、器件級光電模擬和材料級參數(shù)提取的量子點LED架構(gòu)。同時，基于機器學(xué)習(xí)中用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的色彩優(yōu)化算法、以及電荷輸運和光發(fā)射建模的新方法制造了一個計算設(shè)計框架。

　　值得注意的是，研究者選用特定尺寸(直徑3-30nm)的量子點，克服了LED的一些實際限制，從而獲得驗證團隊的預(yù)測所需的發(fā)射波長。本次開發(fā)的量子點LED白光照明結(jié)構(gòu)可延展至大面積照明表面，因為該結(jié)構(gòu)是由采用硒化鎘(CdSe)量子點的轉(zhuǎn)移印刷工藝(用于紅光、綠光、青光、藍(lán)光)制成，而這些都是由單一共同控制電壓驅(qū)動，以實現(xiàn)全色溫范圍。在此基礎(chǔ)上，研究團隊通過創(chuàng)建基于白光的量子點LED器件新結(jié)構(gòu)，驗證了設(shè)計的可行性，測試結(jié)果展示了出色的色彩演色性、比現(xiàn)有技術(shù)更寬的工作范圍以及更廣泛的白光燈罩定制光譜。

　　據(jù)介紹，現(xiàn)有LED智能燈具的色溫大概是2200K—6500K，相比之下，這款LED智能照明系統(tǒng)顯示出2243K(微紅)—9207K(正午陽光)的相關(guān)色溫范圍。此外，這款量子點LED系統(tǒng)的顯色指數(shù)為97，而現(xiàn)有智能燈泡的顯色指數(shù)范圍為80-91，參數(shù)明顯更高。此也證實了該LED系統(tǒng)是全球首次開發(fā)出完全優(yōu)化、高性能的量子點智能白光照明系統(tǒng)，也是人類充分利用量子點智能白光照明的首個里程碑。

　　10.用稻殼廢料制成的首個硅量子點LED燈

　　2022年1月，日本廣島大學(xué)的一支科學(xué)家團隊介紹了一種使用廢棄稻殼來生產(chǎn)首個硅量子點LED燈的環(huán)保創(chuàng)舉。

　　這項研究旨在開發(fā)一種利用廢料的新型硅量子點工藝，而全球每年的稻殼廢料在1億噸左右——它們顯然是硅元素的一個有趣來源。為了利用稻殼廢料中的硅元素，科學(xué)家們提出了一種新穎的方法。先是將它們碾磨并燃燒掉有機化合物，以提取二氧化硅粉末，然后在爐中加熱。

　　接著，研究人員將純化二氧化硅粉末打成更小的顆粒，并添加到溶劑中，以將其表面“化學(xué)官能化”(chemically functionalize)，繼而得到大小約3nm的硅量子點。最后，研究人員將這一層與其它材料相結(jié)合，比如用作陽極的銦錫氧化物玻璃基板/用作陰極的鋁膜，便可制成最終的硅量子點LED燈(橙紅光譜)。

　　在此基礎(chǔ)上，研究團隊希望進(jìn)一步提升LED的性能/發(fā)光效率、并開發(fā)橙紅色之外的顏色版本，此外還可想象將這項技術(shù)用于小麥、大麥等草本植物的廢料處理上。

　　光學(xué)性能的提升、材料的簡化、應(yīng)用范圍的拓寬……過去的一年，全球數(shù)個前沿可以為照明行業(yè)的變革發(fā)展開了山、鋪了路。展望已經(jīng)到來的2023年，中照網(wǎng)與全球照明業(yè)界將期待照明科技工作者們能帶來更多意想不到的光之精彩。

編輯：何美玲

來源：中照網(wǎng)綜合整理

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