来了！2022全球十大照明新科技

导语：在全球照明行业呈现百花齐放般繁华的背后，总有着一群为产业前沿科技变革默默奉献的科技工作者。他们用孜孜不倦努力凝聚而成的智慧结晶，突破了一道道此前无人逾越的技术难关，将普照世人的灯光提升至一个时代的新高度。

　　在全球照明行业呈现百花齐放般繁华的背后，总有着一群为产业前沿科技变革默默奉献的科技工作者。他们用孜孜不倦努力凝聚而成的智慧结晶，突破了一道道此前无人逾越的技术难关，将普照世人的灯光提升至一个时代的新高度。

　　在此，中照网带来刚过去2022年的十大前沿照明科技成果，以致敬一批批为照明行业发展奋斗终身的技术前线科研人。

　　01.蓝色波长比烛光要少的柔性有机LED

　　2022年5月，中国台湾国立清华大学的Jwo-HueiJou和其他研究人员开发了一种柔性有机LED。该器件能释放出暖白色的光，类似于蜡烛产生的光。

　　研究人员在透明的云母片上沉积了一层透明的氧化铟锡薄膜作为LED的阳极，它可以弯曲5万次而不断裂。接下来，研究小组将发光物质N,N'-dicarbazole-1,1'-biphenyl与红色和黄色磷光染料混合，以产生一个发光层。

　　然后，研究工作者们将该层置于一侧为阳极、另一侧为铝层的导电溶液之间，形成一个灵活的有机LED。当一个恒定的电流被施加到该设备上时，它产生了明亮、温暖的光，其蓝色波长的发射甚至比自然烛光还要少。

　　计算表明，暴露在LED上1.5小时将抑制一个人的褪黑激素分泌约1.6%，而来自冷白紧凑型荧光灯的光将抑制褪黑激素分泌29%。研究人员称，他们的类似烛光的有机LED的灵活性为无蓝光夜间设备的设计提供了机会。

　　02.最简单薄膜照明设备

　　2022年5月，德国慕尼黑工业大学(TUM)和意大利都灵大学的研究人员使用广泛的数据分析，从发出蓝光和白光的铜络合物中制造出一流的LEC。这种LEC是迄今为止最简单和最便宜的薄膜照明设备，它们由单个活动层组成。它们可以被用作电致发光墨水和贴纸。

　　该研究小组成功地使用数据科学工具建立了X射线结构与铜(l)配合物二胺和二膦配体的电子特征之间的统计关系。同时，他们研究了结构和电子参数及其相互关系，以确定器件的发射颜色、效率和发光度。经过对各种已知方法的大量数据评估，出现了一种新的蓝色LEC设计，与具有传统发射器的设备相比，它提供了出色的性能。

　　这项工作成果的达成，将为简化薄膜照明中发射体和有源层的设计指明了一条新途径。

　　03.应用于固态照明领域的白光光源

　　2022年6月，中国郑州大学物理学院(微电子学院)的研究人员以空位有序双钙钛矿Cs2ZrCl6为主体，采用简便的离子掺杂技术在室温下大规模合成了单组分白光发射的Cs2ZrCl6:xSb (x = 0−8%)，并成功将其应用于固态照明领域。

　　通过将具有5s2活性的Sb3+离子引入热力学稳定的Cs2ZrCl6主体中，其特殊的晶体场环境激发了源自Sb3+离子的单重态和三重态双波段发射(480nm@蓝光、580nm@橙光)。由于单重态和三重态之间存在有效的能量转移通道，因此可以通过控制Sb3+离子掺杂浓度量化单重态到三重态之间的能量转移程度，利用二者的相对强度变化实现冷暖白光可调。在1.5%的Sb3+离子掺杂浓度下，材料呈现出高品质的白光发射，显色指数高达96。

　　进一步的研究发现，以Cs2ZrCl6:1.5%Sb作为下转换荧光粉，所制备的白光LED展现出2003小时的工作寿命。上述研究成果为了高显色、高稳定单组分白光发射体的设计与制备提供了新的思路。

　　04.233nm UVC-LED辐照系统

　　2022年9月，德国费迪南德-布劳恩研究所、莱布尼茨研究所(FBH)宣布在当年10月举办的柏林勃兰登堡光子学日的会议和伴随展览中展示其233nmUVC-LED辐照系统。

　　该器件可用于灭活多重耐药病原体，包括 MRSA和冠状病毒(如 SARS-CoV-2)，每个系统都配备了120个LED，发射波长为233 nm。FBH表示，由于吸收率高，UV LED光线不会穿透皮肤真皮层，因此预测其不会伤害皮肤，或者伤害程度小到皮肤自然修复机制能够弥补这种影响。

　　得益于优化的半导体外延和芯片工艺技术，这些最新一代的发光二极管可以在两倍于以前的电流下工作---即在200 mA时提供超过3 mW的输出功率。同时通过优化的 LED 封装实现高效散热，该封装带有铝反射器和平凸透镜，光束角仅为60度，由于集成的光谱滤波器，这反过来又增加了透射率。

　　05.保护人眼的健康照明光源

　　2022年5月，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在2022年吉林省科技活动周的云科普展示中展示了其研制的一种保护人眼的健康照明光源。

　　从2013年中科院重点部署项目“璀璨行动”的支持开始算起，该光源研制项目已经进行了9年的技术迭代，相应的技术已经发展到第三代，与太阳光谱的相似度大于94%，最高可达到99%。第一代技术已经形成健康照明灯具产品线;第三代技术已经应用到国防相关的重要领域，并在向医疗健康领域拓展，将为人民的生命健康护航。

　　项目推进过程中国，研究人员首先需要解决的是让LED灯像太阳光谱一样拥有赤橙黄绿青蓝紫等所有的颜色，即拥有太阳一样的色彩组成，不再用几种颜色拼凑的白光“欺骗”眼睛。为此，他们进行了两项技术攻关，一种是研发适合该应用的新型多色发光材料，二是根据太阳光谱的需求发展光谱精准调控技术。

　　研究人员还提出了一个不同于传统LED的技术指标：相似度。该指标可以描述LED光谱同太阳光谱的相似程度，解决了目前光源评价所使用的显色指数、色温等参数无法准确描述光源健康程度的问题。同时，在此基础上，他们又进一步开发了治疗睡眠的光照仪，相关产品正在吉林大学第一医院神经内科做测试，已初步获得了良好的评价。

　　06.全球首款超8W深紫外LED便携式照射机

　　2022年12月，日本的信息通信研究机构(NICT)宣布，该机构的未来ICT研究所室长井上振一郎的研究团队在全球首次成功研发出了功率超过8W的深紫外LED便携式照射机。该照射机通过多芯片封装发光波长在265nm波段的高强度深紫外LED，以电池驱动，实现了可随身携带的小型便携机，并以猪冠状病毒确认了该设备可迅速灭活大范围病毒。

　　NICT利用该小型便携式照射机，对猪冠状病毒(PEDV)的定量照射效果进行了评估。结果证实，该设备可以在极短的照射时间(30秒以下)内，使直径100cm内的大范围内的病毒99.99%以上失去活性。这是全球首个利用高功率LED便携式照射机对大范围病毒进行短时间照射、达成极高病毒灭活率的实证案例。

　　该小型便携机包含安装基板、驱动电源、电池在内，全部收纳于小型机箱内，可随身携带在任何地方都能进行高功率深紫外光照射。因此，该设备在医院、公共商业设施、交通工具等多种场合都具有高度的实用性、通用性，具有较好的杀菌应用前景。此外，对于以往难以喷洒液体消毒剂的场所，该设备也能迅速杀菌、消毒，作为防止新冠病毒感染扩大和提高公共卫生水平的革新技术而备受关注。

　　目前，该小型便携式照射机还处于研究开发得实证阶段，NICT正在推进将研发成果向民营企业进行技术转移和面向实用化的举措。今后还将推进实现高功率深紫外LED量产的实用化技术研发，通过与民营企业的合作、技术转移，力争在约两三年内实现实用化和产品化。

　　07.适用光信号传递与照明的生物混合发光器件

　　2022年9月，来自美国加州大学圣迭戈分校的Shengqiang Cai等研究者介绍了一种简单的方法，通过将生物性发光的单细胞海洋藻类甲鞭藻封装在软弹性体室中，来创建一种高鲁棒性和无动力的软生物杂交机械发光。

　　研究人员探讨利用海洋生物发光的常见来源、生物性发光的鞭毛藻和单细胞海洋藻类，构建一种软而坚固的生物混合机械发光装置的可行性。生物发光生物广泛分布在海洋和陆地环境中，其发光功能包括防御捕食者、吸引配偶、吸引猎物和照明，以及种内交流。

　　研究人员提出了一种简单的方法，将生物发光的鞭毛藻与软材料相结合，以构建一种高度可拉伸、无功率和超敏感的机械发光。鞭毛藻生物发光是一种对机械应力的反应，由于流动和触摸，涉及一个复杂的细胞内信号通路。这种生物发光是一种明显显著的现象，经常发生在沿海地区。低至几个Pa的压力水平可以激活鞭毛藻的生物发光，从刺激到反应的潜伏期仅为15-20 ms，从而产生超高和接近瞬时的力敏感性。

　　最值得注意的是，鞭毛藻可以非常健壮，通过功能性生物发光响应耐受不同的条件，作为海洋和实验室可视化的机械应力报告。

　　08.可减慢青少年猕猴眼轴发育的低相关色温人工照明光源

　　2022年3月9日，中国科学院昆明动物研究所透露，该所胡新天课题组联合研究发现：低相关色温的人工照明光源可以减慢青少年猕猴的眼轴发育。

　　课题组使用32只幼猴作为研究对象，采用由不同相关色温(Correlated Color Temperature, CCT)构成的四种典型光源，研究CCT与眼轴增长之间的关系。在经过365天的观察后发现，低CCT光照下的猕猴的眼轴增长显著小于高CCT光照下的猕猴的眼轴增长，并且在整个观察期间，这种效应是持续和稳定的。

　　该成果是国内外第一次系统的关于常规照明光源色温与眼轴发育关系的报道。由于眼轴过度增长是青少年近视的主要原因，这些结果有可能为预防青少年近视提供新的手段和方法。

　　09.全球首款量子点LED智能照明系统

　　2022年8月，英国剑桥大学的研究者结合印刷纳米技术、色彩科学和先进计算方法成功开发了一款LED智能照明系统，该系统采用多种颜色，目的是更精准地模拟白光。

　　研究团队利用量子点技术，发现使用典型LED中所用三原光色以外的更多颜色，能够通过宽颜色可控性及高演色性性能更加精准地再现日光。在研究过程中，研究者开发了一种结合系统级色彩优化、器件级光电模拟和材料级参数提取的量子点LED架构。同时，基于机器学习中用于神经网络的色彩优化算法、以及电荷输运和光发射建模的新方法制造了一个计算设计框架。

　　值得注意的是，研究者选用特定尺寸(直径3-30nm)的量子点，克服了LED的一些实际限制，从而获得验证团队的预测所需的发射波长。本次开发的量子点LED白光照明结构可延展至大面积照明表面，因为该结构是由采用硒化镉(CdSe)量子点的转移印刷工艺(用于红光、绿光、青光、蓝光)制成，而这些都是由单一共同控制电压驱动，以实现全色温范围。在此基础上，研究团队通过创建基于白光的量子点LED器件新结构，验证了设计的可行性，测试结果展示了出色的色彩演色性、比现有技术更宽的工作范围以及更广泛的白光灯罩定制光谱。

　　据介绍，现有LED智能灯具的色温大概是2200K—6500K，相比之下，这款LED智能照明系统显示出2243K(微红)—9207K(正午阳光)的相关色温范围。此外，这款量子点LED系统的显色指数为97，而现有智能灯泡的显色指数范围为80-91，参数明显更高。此也证实了该LED系统是全球首次开发出完全优化、高性能的量子点智能白光照明系统，也是人类充分利用量子点智能白光照明的首个里程碑。

　　10.用稻壳废料制成的首个硅量子点LED灯

　　2022年1月，日本广岛大学的一支科学家团队介绍了一种使用废弃稻壳来生产首个硅量子点LED灯的环保创举。

　　这项研究旨在开发一种利用废料的新型硅量子点工艺，而全球每年的稻壳废料在1亿吨左右——它们显然是硅元素的一个有趣来源。为了利用稻壳废料中的硅元素，科学家们提出了一种新颖的方法。先是将它们碾磨并燃烧掉有机化合物，以提取二氧化硅粉末，然后在炉中加热。

　　接着，研究人员将纯化二氧化硅粉末打成更小的颗粒，并添加到溶剂中，以将其表面“化学官能化”(chemically functionalize)，继而得到大小约3nm的硅量子点。最后，研究人员将这一层与其它材料相结合，比如用作阳极的铟锡氧化物玻璃基板/用作阴极的铝膜，便可制成最终的硅量子点LED灯(橙红光谱)。

　　在此基础上，研究团队希望进一步提升LED的性能/发光效率、并开发橙红色之外的颜色版本，此外还可想象将这项技术用于小麦、大麦等草本植物的废料处理上。

　　光学性能的提升、材料的简化、应用范围的拓宽……过去的一年，全球数个前沿可以为照明行业的变革发展开了山、铺了路。展望已经到来的2023年，中照网与全球照明业界将期待照明科技工作者们能带来更多意想不到的光之精彩。

编辑：何美玲

来源：中照网综合整理

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