報告簡介
總統歐巴馬的能源和環境發展規劃號召發展「廉價、清潔、高效的能源」。能源部高效與可再生能源辦公室在實施歐巴馬的計劃中扮演了相當重要的角色，為美國未來能源戰略提供了一個光明的未來。
1.1 目前已經取得的固態照明成果
目前在固態照明領域已經取得了相當大進展，自從能源部2000年大力研發固態照明技術以來，支持了很多研發項目，取得了多項成就。以下是所取得的重要成果：
2008年9月，CRRE公司研發出標準冷白光發光二極體，效率是107 lm/W @ 350mA.
2008年9月，佛羅裡達大學演示了藍光磷光OLED，流明效率高達40流明每瓦，外部峰值量子效率為25%。採用了無外部光提取技術。
2008年6月，飛利浦和CREE公司共同開發了暖白光多晶片LED鍍鋁反光燈，效率為69 lm/W，能夠發出681流明的光通量。
2008年6月，Universal Display演示了壽命為8萬小時的OLED。該OLED的效率為50 lm/W @1,000 cd/m2. 。
2008年6月，Universal Display公司演示了白光磷光OLED，流明效率達到了創紀錄的102 lm/W @1000 cd/m2.
2007年9月，CREE開發出LED陣列，效率為95 lm/W @ 350 mA 。
2007年9月，通用電氣全球研究中心開發出了方案處理型(solution-processed) 白光OLED器件，總功率轉換效率峰值超過了14%。未來的目標是開發出45 lm/W的照明級OLED，使得近期可以在某些應用中取代白熾燈。
2007年9月，Universal Display製造出了6平方英寸的OLED面板，產生了100流明的亮度，效率為31 lm/W，亮度為3,000 nits。比目前的螢光燈要亮。
2007年6月，柯達開發出了全新的白光OLED器件，提取效率達46%，比以往的器件有了很大的改善。
1.1.1 最近的研究亮點
CREE讓冷白光LED效率達到107 Lm/W
2008年9月，CREE成功研製出冷白光LED，效率達107 lm/W@350mA。這項成果來自於CREE的EZBright® LED晶片平臺，得到了能源部的資金資助。是能源部光子晶體晶片項目的一部分，這個項目的目的是改善光的提取率和研發出新的封裝技術，得到比傳統LED更高的下轉換（down-conversion）效率。該LED有一平方毫米，色溫為5500K，顯色指數為73，在單一模塊封裝中集成了4個LED晶片，能夠產生大於450流明的光通量。
飛利浦和CREE公司研製出高效率暖白光多晶片LED RAR（鍍鋁反光）燈
在2008年6月，飛利浦和CREE公司成功研製出暖白光多晶片LED RAR燈，效率達69 lm/W，可發出681流明的光通量。效率已經比目前市場上LED PAR燈泡要高得多。該燈的顯色指數為91，屬於客戶喜歡的暖色調（(CCT為 2716K)。該成果綜合了封裝技術、系統集成方面的進步，還有全新高效的驅動技術和獨特的光學結構。該項目持續18個月，研究團隊將繼續努力改善該燈的性能。
PNNL/NREL團隊演示耐用的GZO TCO
2008年1月，美國國家可再生能源實驗室（NREL）和太平洋西北國家實驗室（PNNL）聯合演示了耐用透明的導電氧化物，採用了鎵(Ga)摻雜氧化鋅(ZnO)(簡稱GZO)材料。GZO的導電性和透明度優於銦錫氧化物（ITO），並且成本有望降低。這個團隊第一次演示了鎵摻雜ZnO的OLED器件，器件特性跟ITO二極體相當。這項成果展示了新一代可設計TCO 材料的潛力，能在降低成本的同時增強性能。
目前已經商業化的研發成就
以下是由能源部資助，已經在市場上商業化的產品。
中國的奧運場館包括了鳥巢和水立方採用了CREE的XLamp® LED。CREE所應用的LED技術是在能源部的資助下開發的。在水立方中大概安裝了496000隻XLamp LED，紅綠藍燈都有。在鳥巢大廳中有258,000隻 XLamp LED，提供了舞臺照明的效果，CREE正和能源部合作繼續改善性能，長期目標是開發出160流明每瓦低成本高效LED晶片。
更多的研發成就
以下項目是在能源部資助下得到其他研發成果
佛羅裡達大學取得高效率藍光OLED
最近佛羅裡達大學的研究團隊演示了峰值效率達40 lm/W的藍光磷光OLED，外部量子效率為25%，沒有採用外部光提取技術。這項成就被認為是美國藍光OLED的最高效率。從全球的報導看來，藍光OLED對開發照明用白光OLED非常重要，但是長壽命高效率藍光OLED一直是一個重要的障礙。藍光OLED具有固有的電荷平衡，制約了它的內部量子效率。佛羅裡達大學的團隊採用了獨特的電荷載體材料，具有特別的電子屬性。這個團隊將繼續探索光提取技術和特種的下轉換（down-convertin）磷光體，用藍光OLED製造出白光OLED。（2008年9月）
倫斯勒理工學院（RPI）演示高效深綠LED外延材料，這種材料對開發紅綠藍顏色混合白光LED很有用，在紅綠藍三種LED中，深綠光LED材料的效率歷來是最低的。RPI團隊演示了555納米波長的深綠電致發光C軸極性生長氮化鎵LED器件，在8mW功率下實現100 A/cm2輸出。RPI通過減少LED有源區域的缺陷得到這項成果，其中包括在不同極性和非極性氮化鎵襯底上生長。
Sandia國家實驗室演示大塊晶體生長的初步研發成果
Sandia國家實驗室正在開發一種新型的、可擴展性、成本效益的生長技術，用於生產低位錯密度（low dislocation density）的大塊GaN襯底。這項成果將影響LED燈的效率和壽命，當前的相關技術是採用藍寶石和碳化矽襯底的外延方法，導致了高位錯密度。Sandia團隊成功演示了新的大塊氮化鎵生長工藝，該團隊將繼續開發這項技術，製造出更大的氮化鎵襯底，當前因為缺乏大襯底限制了效率和LED的成本。
Universal Display公司（UDC）改善OLED的壽命
Universal Display公司的研究員增強了OLED照明取代傳統照明的可行性，他們演示了壽命為八萬小時的OLED器件。目前壽命問題一直困擾著OLED照明的商業化。他們演示的OLED器件效率達到50 lm/W@1,000 cd/m2，光輸出相當於60瓦螢光管，但效率是螢光管的兩倍。UPC的研究人員將繼續改進OLED器件的效率、顏色和壽命。（2008年6月）
Universal Display開發出了效率超過100 lm/W的白光OLED器件
UPC成功研發了102 lm/W @ 1000 cd/m2的OLED器件，這項成果對OLED技術來說具有裡程碑意義，這個效率已經超過了目前的白熾燈和螢光管，後兩者的效率為15 lm/W和 60-90 lm/W，這些技術來自於該公司獨有的磷光OLED技術，這些開發得到了能源部的資助。能源部的目標是2015年前開發出150 lm/W的可商用OLED，這項成果無疑向這個目標邁進了一步。
北德州（North Texas）大學研發出42%高效的白光磷光OLED，這項成果是和德州大學合作研發取得的，能源部希望開發出50%效率的OLED，這項成果離這個目標又邁進了一些。該器件採用了單一摻雜物質，可以通過改變摻雜物質的濃度來對顏色進行調諧。常規的白光OLED使用了多種摻雜材料，每種材料發出一種顏色，然後多種顏色混合成白色。這次只採用單一材料，是一大突破。（2008年5月）
RTI International演示發光納米纖維，具有70%的量子效率
RTI International演示了發光納米纖維（photoluminescent nanofibers），黃色或橙色光，量子效率達到70%。為了達到這個水平，RTI開發了post-fabrication工藝，把量子效率從30%提高到了70%。在螢光材料中這是一個很重要的改進，螢光材料是螢光粉轉換型（phosphor-converted ）LED的重要部分。螢光LED採用藍光LED加螢光粉製造出白光LED。RTI的發光納米纖維可以當作黃光螢光粉一樣使用，增加了白光LED的效率。（2008年4月）
LANL研究所重新定義Trap（陷阱）機制，新方法提高OLED效率
美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）的科學家完成了能源部的項目，研發出了增加電荷注入和遷移率的新方法。他們重新定義了損失機制——叫做「traps」（陷阱），這個東西限制了器件的效率，他們的理論模型對這個領域的研究人員很有幫助（適用於聚合物和小分子OLED），他們的一些成果已經被納入能源部的一些研發項目中。UDC和通用電氣是能源部兩個重要的合作夥伴，開發可行的、低成本OLED器件。能源部的目標是2012年前開發出50 lm/W以上的高效OLED。（2008年2月）
Fairfield Crystal Technology公司製造出2英寸表面光滑的氮化鋁(AlN)晶圓
Fairfield Crystal Technology公司製造出2英寸表面光滑的氮化鋁(AlN)晶圓，是氮化鋁晶圓技術的巨大進步，以前一直停留在1英寸的水平。這個2英寸晶圓被送到耶魯大學進行銦鎵氮化物沉積，觀察是否大晶圓能夠改善LED材料的質量。這個研究團隊正在測試高質量AlN晶圓和高質量LED材料之間的關係，目的是讓LED更加高效。（2008年2月）
PNNL在材料設計方面的突破讓藍光OLED性能得到改善
PNNL的科學家在低壓材料方面取得重大突破，這是生產高效藍光OLED的關鍵材料。PNNL開發出了材料設計新方法，在藍光有機磷光體的主材料裡面採用多種傳輸方法（multiple transport functionalities）。這個團隊通過結合空穴傳輸碎片和電子傳輸微粒合成新的主材料。比熱量穩定材料要好些，他們能夠同時傳輸電子和空穴。這個團隊採用這些材料演示出了12.6%的外部量子效率@ 800 cd/m2，在4.6V電壓下，採用天藍色磷光摻雜劑。以前的成果是5.3V下10.5%的效率，要求摻雜空穴傳輸層以及有源層。（2008年1月）
柯達改善全螢光白光OLED的壽命
柯達演示了全螢光白光OLED，壽命超過10000小時@1,000 cd/m2。這個結果主要得益於他們新的器件結構，內部提取層（IEL）帶來了提取效率的突破，這個團隊正在改善內部量子效率（IQE）、光提取、內部運行電壓和壽命。他們的方法強調了非磷光性設計，主張只採用磷光體分子來得到較高的IQE。他們將繼續改善提取效率和功率效率，這些都是影響器件壽命的因素。
能源部對固態照明的5個指導文件
核心技術研發Round V
產品開發Round V
國家實驗室的核心技術研發V版
中小企業創新研發 一期
中小企業創新研發 二期
總的說來，DOE審查了126個項目申請，在08財年啟動了21個項目。2009財年Round V 的申請又即將開始。
截至2008年12月，能源部支持的研發項目中，總共取得了22項專利。顯示了能源部資助私營部門對固態照明商業化的推動作用。由於能源部自2000年開始資助固態照明項目，總共獲得了90項專利。這項目來自44家大公司、16家小公司、26所大學和4個國家實驗室。
1.5.3 固態照明的組合目標
能源部固態照明研究的目標是開發出高效建築照明新技術。將與參與者進行緊密合作，共同減少照明能源消耗。
為了達到這個目標，能源部制定了詳細的產品研發計劃，支持知名廠商、研究機構、高校、行業協會和國家實驗室的開發。能源部將把固態照明作為優先發展的領域。
固態照明規劃的目標
至2025年，開發出先進的固態照明技術，使之相對傳統照明技術，效率更高、壽命更長、成本更低。產品系統效率達到50%，光譜構成與陽光相似。
SSL可以通過提高效率來減少能源需求，商業化固態照明的目標是達到比白熾燈高一個數量級的能源效率，比螢光管效率高兩倍。固態照明的普及將減少發電站的數量並改善電網的穩定性。固態照明政策也和EERE的「發展節能建築和設備」的戰略構想相吻合。
這個多年的項目計劃對項目活動做了描述，涵蓋了09至15財年的固態照明研發計劃。這項計劃是可修改的，可以根據最新的分析、新的進展和新的研究重點來進行實時的修改。
編譯：光電新聞網 曾聰