從用火作為照明光源，到愛迪生發(fā)明白熾燈，再到以LED為核心器件的半導體照明走進千家萬戶，照明技術(shù)的發(fā)展史就是人類文明進步史的縮影。

LED半導體照明光源具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保的顯著特點，是全球頗具發(fā)展前景的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，也是全球高技術(shù)競爭的關(guān)鍵領(lǐng)域。

1月10日，2019年度國家科學技術(shù)獎揭曉，“高光效長壽命半導體照明關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化”獲國家科技進步獎一等獎。該項目歷時十余年聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新，形成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高光效、長壽命半導體照明成套技術(shù)，關(guān)鍵指標達國際領(lǐng)先。項目成果實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣，在北京奧運會、“十城萬盞”示范工程等重大工程實現(xiàn)示范應用。

照明產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級 照明產(chǎn)品更新?lián)Q代

本世紀初，全球紛紛圍繞LED研制制定發(fā)展計劃。我國在2003年提出發(fā)展半導體照明計劃，科技部等六部委啟動“國家半導體照明工程”;2006年，半導體照明列入“國家中長期科學技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要”;2013年，國務(wù)院發(fā)布“發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見”，大力推動半導體照明產(chǎn)業(yè)化。

隨著淘汰白熾燈計劃實施，LED通用照明市場呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，但半導體照明產(chǎn)品面臨電光轉(zhuǎn)化效率低、長期工作可靠性差、標準缺失等難題。項目主要完成人、中國科學院半導體研究所研究員李晉閩表示，該項目在國家科技計劃的持續(xù)支持下，歷時十余年聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新，率先突破了全鏈條自主可控的半導體照明關(guān)鍵技術(shù),實現(xiàn)LED芯片大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。項目成果在北京奧運會、“十城萬盞”節(jié)能改造、索契冬奧會、俄羅斯世界杯等多場景開展示范應用，通過半導體照明產(chǎn)品大規(guī)模推廣，為全球可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

自主研制半導體照明芯片，有助于半導體照明終端產(chǎn)品大幅降價和大規(guī)模推廣應用，帶來的經(jīng)濟效益與節(jié)能減排效果非常顯著。

“十幾年前，一個照明光源一百多塊錢，現(xiàn)在已經(jīng)降到一元。從效率來說，LED光源電光轉(zhuǎn)換效率是熒光燈的5倍，白熾燈的20倍。”李晉閩說，目前，我國已有近50%的傳統(tǒng)光源被LED產(chǎn)品所取代，每年累計實現(xiàn)節(jié)電約2800億度，相當于3個三峽水利工程的發(fā)電量，超過澳大利亞全年用電量。

LED芯片是半導體照明“金字塔的塔尖”，下游封裝、模組、應用等鏈條因為芯片產(chǎn)業(yè)化打開了想象空間，形成了外延芯片與國際并跑、應用產(chǎn)品領(lǐng)跑的產(chǎn)業(yè)新格局，我國半導體照明成為具有重要國際競爭力的高科技領(lǐng)域。

產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新 加速科研成果產(chǎn)業(yè)化

作為項目第一完成單位，中國科學院半導體研究所秉持開放做研發(fā)的理念，圍繞半導體照明主流關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)界聯(lián)合創(chuàng)新。

“基礎(chǔ)研究和工程化、產(chǎn)業(yè)化是一個鏈條。”李晉閩介紹說，項目技術(shù)推廣依托半導體照明聯(lián)合創(chuàng)新國家重點實驗室平臺，通過科研單位與行業(yè)龍頭企業(yè)之間密切結(jié)合，探索了從基礎(chǔ)研究、共性關(guān)鍵技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)化技術(shù)推廣的路徑，實現(xiàn)了高效 LED 材料、芯片、封裝全鏈條技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推廣與半導體照明核心器件國產(chǎn)化。

據(jù)悉，激光誘導光提取技術(shù)等多項外延芯片技術(shù)率先在三安光電股份有限公司進行推廣與量產(chǎn)，通過半導體所的技術(shù)輻射，打通產(chǎn)業(yè)和科研之間的壁壘，不僅降低了產(chǎn)品成本，提升良品率，還加速形成規(guī)模化生產(chǎn)。

“產(chǎn)學研深度結(jié)合，LED是很好的案例，獲獎項目是產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界合作的成果。”項目主要完成人，三安光電副董事長、總經(jīng)理林科闖說，此項目是整個半導體照明產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)攻關(guān)突破，所覆蓋的面大且深，上中下游企業(yè)、政府、科研機構(gòu)等協(xié)同創(chuàng)新合作是必要的，也非常重要。

據(jù)悉，三安光電在超高亮度LED 外延材料結(jié)構(gòu)、 p-GaN 的摻雜技術(shù)、芯片臺面圖形和電極圖案、芯片的制作工藝、芯片與基底的連接等方面形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。在電極制備、臺面刻蝕、襯底減薄及激光劃片工藝技術(shù)上都已建立了高效低成本的成熟工藝路線。上述研發(fā)平臺、硬件基礎(chǔ)及專有技術(shù)為項目的創(chuàng)新做出了貢獻。

林科闖表示，為適應半導體照明應用領(lǐng)域多樣化發(fā)展，三安光電也將繼續(xù)聯(lián)合中科院等科研機構(gòu)，向高端、新興半導體照明領(lǐng)域加快拓展。

基于照明超越照明 光的應用超乎想象

隨著半導體照明技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，除在照明方面的應用，新技術(shù)與新業(yè)態(tài)也層出不窮。

李晉閩舉例說，采用深紫外LED替代傳統(tǒng)汞燈，在消毒殺菌的應用類似于白光LED替代傳統(tǒng)光源在照明領(lǐng)域的應用，將形成一個巨大的新興產(chǎn)業(yè)。深紫外LED可廣泛應用于水凈化、空氣凈化、生物探測、醫(yī)療等民用領(lǐng)域。

李晉閩認為，半導體照明具有較強的延展性，能衍生出更大的發(fā)展空間，帶動更多領(lǐng)域做大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。展望未來，半導體照明產(chǎn)業(yè)正在從最初的技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)閼抿?qū)動，按需照明、智慧照明、超越照明將是半導體照明產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的重要趨勢。半導體照明將在健康照明、智慧照明以及農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、通訊等超越照明的技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更為廣泛的應用。

當前，LED半導體照明企業(yè)把握自身在產(chǎn)業(yè)鏈中的固有優(yōu)勢，積極擁抱物聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、5G應用等新技術(shù)，朝著產(chǎn)業(yè)再定位、再出發(fā)、再發(fā)展邁進。

據(jù)林科闖介紹，三安光電重點關(guān)注高端氮化鎵LED外延芯片、高端砷化鎵LED外延芯片、Mini/Micro LED芯片、車用LED照明等領(lǐng)域。他認為，5G將推動8K顯示發(fā)展, 而8K將帶動MiniLED/MicroLED發(fā)展?？梢姽夂筒豢梢姽獾膽脠鼍俺跸胂?，與顯示、智慧城市、環(huán)境監(jiān)控、健康、智能農(nóng)業(yè)等等的結(jié)合，將帶動下一波照明產(chǎn)業(yè)升級。(凌紀偉)