在半導(dǎo)體照明裝置中，通常采用高功率高亮度的發(fā)光二極管(LED)作為光源，當(dāng)在發(fā)光二極管中通以電流時(shí)，電
子與空穴會(huì)直接復(fù)合，從而釋放能量發(fā)光，其具有功耗小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在照明領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，目前的光電轉(zhuǎn)換效率較低，有很大比重轉(zhuǎn)化為熱能，故LED芯片上的功率密度很大。大的功率密度對(duì)器件的散熱也提出了高的要求，發(fā)光二極管中封裝件散熱問(wèn)題已成為影響其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重大問(wèn)題。
散熱冷卻方式LED
的散熱機(jī)構(gòu)一般有這幾種形式：1.利用熱傳導(dǎo)金屬或散熱鰭片與LED封裝件貼合散熱。2.加裝風(fēng)扇強(qiáng)制散熱。3.在封裝件中設(shè)置流通液體散熱。4.熱管在封裝件中的結(jié)合，利用熱管內(nèi)工作介質(zhì)相變時(shí)可吸收或散發(fā)熱能。
原理與特點(diǎn)熱管散熱利用物質(zhì)相變的原理，具有可吸收或散發(fā)高熱能的特性，這使得熱管成為具備極高的熱傳導(dǎo)效率的設(shè)備，
熱管冷卻主要是利用工作流體在真空中的蒸發(fā)與冷凝來(lái)傳遞熱量，當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)，毛細(xì)芯中的工作液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在壓差之下流向另一端放出熱量并凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料依靠毛細(xì)管作用流回蒸發(fā)端，熱量得以沿?zé)峁苎杆賯鬟f。
傳統(tǒng)無(wú)機(jī)LED技術(shù)相對(duì)成熟且發(fā)光效率高，在照明領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但外延生長(zhǎng)等制備工藝限制了其難用于大面積和柔性器件制備。有機(jī)或量子點(diǎn)LED具有易于大面積成膜、可柔性化等優(yōu)勢(shì)，但是高亮度下的低效率和短壽命問(wèn)題還亟待解決。金屬鹵化物鈣鈦礦型材料兼具無(wú)機(jī)和有機(jī)材料的諸多優(yōu)點(diǎn)”。如可溶液法大面積制備、帶隙可調(diào)、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(tǒng)發(fā)光二極管具有諸多優(yōu)勢(shì)，尤其是可低成本、大面積制備高亮度、高效率發(fā)光器件，對(duì)顯示與照明均具有重要意義。
鈣鈦礦發(fā)光二極管發(fā)展迅速，自2014年劍橋大學(xué)報(bào)道首篇外量子效率(EQE)為0.76%的三維鈣鈦礦發(fā)光器
件以來(lái)，經(jīng)過(guò)短短五年的發(fā)展，近紅外、紅光和綠光鈣鈦礦發(fā)光器件的外量子效率均已突破20%。值得一提的是中國(guó)科學(xué)家在鈣鈦礦發(fā)光領(lǐng)域里的多個(gè)方向開(kāi)創(chuàng)了全新的研究方法。2015年，南京工業(yè)大學(xué)與浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)合作報(bào)道了外量子效率為3.5%的鈣鈦礦發(fā)光二極管，為當(dāng)時(shí)的最高紀(jì)錄，也是國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域的首篇論文。隨后，北京理工大學(xué)和南京理工大學(xué)相繼報(bào)道了基于量子點(diǎn)的鈣鈦礦LED。2016年，南京工業(yè)大學(xué)采用具有多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦實(shí)現(xiàn)了外量子效率突破10%的近紅外鈣鈦礦LED，
相關(guān)成果于2016年發(fā)表于《Nature
Photonics》。采用類似方法，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)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(yè)大學(xué)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(chǎn)
業(yè)化的有機(jī)和量子LED。同年，華僑大學(xué)”州將綠光鈣鈦礦LED的EQE提升至20.3%。這兩項(xiàng)國(guó)內(nèi)成果被《Nature》 邀請(qǐng)的領(lǐng)域?qū)＜以u(píng)述為“突破性成果”，
“是鈣鈦礦材料在發(fā)光二極管中應(yīng)用的里程碑式跨越”，
“使鈣鈦礦LED技術(shù)突破性能障礙，將推動(dòng)鈣鈦礦LED的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展”。總體來(lái)說(shuō)，目前中國(guó)在鈣鈦礦LED研究方面處于世界領(lǐng)先地位，特別是在高亮度、高穩(wěn)定性鈣鈦礦發(fā)光器件方面，已經(jīng)取得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。有世界影響力的創(chuàng)新成果。
盡管鈣鈦礦LED的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但其發(fā)展仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，鈣鈦礦LED的穩(wěn)定性問(wèn)題需要解決。目前通過(guò)材料設(shè)計(jì)、器件結(jié)構(gòu)及界面優(yōu)化等方法已大大提升了鈣鈦礦LED的穩(wěn)定性，但尚未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的要求。其次，鈣鈦礦材料中鉛元素的毒性可能是其產(chǎn)業(yè)化道路上的一個(gè)障礙。研究發(fā)現(xiàn)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(fā)展制備工藝來(lái)進(jìn)行可控大面積生產(chǎn)還需要解決。總之，鈣鈦礦發(fā)光材料與器件具有誘人的發(fā)展前景，
未來(lái)隨著對(duì)材料理解的深入及工藝技術(shù)的進(jìn)步，有望進(jìn)一
步提高器件的效率和穩(wěn)定性，推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，鈣鈦礦LED將會(huì)以其優(yōu)異的性能和低廉的成本成為新一代顯示與照明的有力競(jìng)爭(zhēng)者，在未來(lái)照明與顯示產(chǎn)業(yè)中占有重要地位
