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硅衬底技术摘桂冠 LED产业将迎来中国标准

中国之光网 2019-07-04 16:11:02

2015年度国家科学技术奖的评选结果1月8日在北京人民大会堂正式揭晓。由南昌大学、晶能光电(江西)有限公司、中节能晶和照明有限公司共同完成的“硅衬底高光效氮化镓基蓝色发光二极管项目”荣获国家技术发明一等奖,这是今年国家技术发明奖中唯一的一等奖。硅衬底LED技术是中国自主研发、拥有完整自主知识产权的技术路线,将构建中国LED产业新标准。



据了解,硅衬底LED技术是中国自主研发、拥有完全自主知识产权的技术路线,项目主要参与人员包括南昌大学江风益教授、晶能光电(江西)有限公司孙钱博士,晶能光电联合创始人、CEO及晶和照明创始人王敏博士等人。该项目率先攻克了LED照明领域的相关难题,所生产的硅衬底LED各项指标在同类研究中均处于国际领先地位。


据介绍,国家技术发明一等奖判定标准为:属国内外首创的重大技术发明或创新,技术经济指标达到了同类技术领先水平,且推动相关领域技术进步且已产生显著的经济或者社会效益。


硅衬底成为全球第三条蓝光LED技术


LED作为第四代照明光源,具有高效、使用寿命长、节能环保等优点。而LED芯片是LED照明灯具的核心部件,主要有三条技术路线:碳化硅衬底LED、蓝宝石衬底LED、硅衬底LED。其中,前者走的是“贵族路线”,碳化硅衬底LED技术的发明人获得了2003年美国总统技术发明奖,成本高昂,技术被美国公司所垄断。蓝宝石衬底技术则主要掌握在日本公司手中,其三位主要发明人获得了2014年度诺贝尔物理学奖,是目前市场上的主流路线,但很难实现大尺寸、集成化大批量生产。而由中国自主发展起来的“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”这一发明在国际上率先实现了硅衬底LED产业化,开辟了国际LED照明技术第三条路线,弥补了前两项技术路线之不足。


项目组研究员付羿博士介绍说,这个获奖发明主要是解决了一个关键性的、世界性的难题,可以利用大尺寸、低成本的硅衬底跟自动化的工艺相结合,所以实现了LED生产成本的大幅度降低,


据晶能光电孙钱博士介绍,硅衬底LED技术仍有巨大的发展空间,可望获得大尺寸外延片,以便结合集成电路6寸和8寸的装备以及成熟的产线组织和管理经验,进行大规模自动化制造,从而提高生产效率,使LED产品综合成本进一步大幅度降低,这或将影响全球LED行业,改变竞争格局。


江风益教授进一步展望:“基于蓝光LED加荧光粉的照明技术路线,还只是一种过渡性技术方案。我们正努力攻关硅衬底黄光、绿光LED技术,将使无需荧光粉的LED照明技术成为现实。”


十年硅衬底LED专利全球布局


硅衬底LED技术从南昌大学诞生,晶能光电投巨资持续研发并产业化,并经晶和照明等众多企业应用推广,已经从实验室走向市场。此次硅衬底LED项目脱颖而出,成为2015年度唯一一个国家技术发明一等奖,这是国家层面对该技术创新和应用的高度肯定。


硅衬底具有良好的导热性,且具有原材料成本低廉,晶圆尺寸大等优点,此外,由于硅衬底蓝光LED属单面出光,光线容易管控,其出光方向性和均匀性优于多面出光的其他技术路线,在高档光源应用中也具有明显的性能优势和性价优势。在硅衬底上制备氮化镓基LED一直是业界梦寐以求的事情。然而由于硅和氮化镓这两种材料巨大的晶格失配和热失配导致的外延膜龟裂、晶体质量差,以及衬底不透明导致的出光效率低等问题长期未能解决,致使业界普遍认为,在硅衬底上制备高光效氮化镓基LED是不可能的。


以江风益教授为首的研发团队经过3000多次实验,率先攻克这些世界性难题,在南昌大学实验室研发出具有原创知识产权的硅衬底LED技术。2006年,该技术获得金沙江等知名创投的A轮投资,由江风益教授和王敏博士联合创立晶能光电,专注于硅衬底LED技术的产业化。历经十年艰苦,后又陆续获得新加坡淡马锡牵头的B轮融资、国际金融公司(IFC)牵头的C轮融资以及亚太资源牵头的D轮融资支持;又在金沙江等投资人的共同努力下,引进赵汉民博士、孙钱博士等多名优秀海归共同奋斗,晶能光电率先于全球成功实现硅衬底LED技术大规模产业化。


该项目发明的硅衬底蓝光LED电光转换效率高达60%,远大于其他电光源的转换效率,具有重大节能减排价值,替代传统光源节电40%-80%。项目成果创建了硅衬底LED芯片制造、器件封装和产品应用企业,推出了30多种产品,形成了硅衬底LED上中下游产业链,产品成功应用于路灯、手电、矿灯、筒灯、射灯、彩屏、家电数码等领域,在多个国家和地区应用。


2014年8月美国能源部《固态照明研究与发展制造蓝图 (Manufacturing Roadmap:Solid-State Lighting Research and Development)》报告中写道:“晶能光电是硅衬底LED技术的最早实践者,并在 2012 年 6 月开始量产硅衬底氮化镓LED芯片”。这是国际上对晶能光电在硅衬底LED技术和产业化方面领跑的肯定。


作为全球硅衬底LED技术的领导者,晶能光电用短短十年时间将一项实验室技术发展成为全球第三条蓝光LED技术路线,完成全球硅衬底LED专利布局。目前,围绕该项目已申请专利330多项,已授权专利147项,其中授权国际专利47项。这些专利将是构建中国LED产业知识产权池的基石,对我国的LED产业格局和产业安全将产生重大的影响。此外,晶能光电量产的硅衬底大功率LED发光效率已经超过160Lm/W,在同类产品中可与欧美日国际大厂水平相媲美,成功打破了国际大厂对高端大功率LED的垄断。


LED产业将迎来中国标准


中国制造要升级到中国创造,并走向国际市场,中国标准须先行。硅衬底LED技术摘得国家技术发明一等奖,意味着经过近十年的潜心研发培育,LED产业终于迎来“中国标准”。硅衬底LED成为全球第三条蓝光LED技术路线,打破了日美国家在这个领域的技术垄断,这对整个LED行业的长远发展意义深远。


项目组成员之一、中节能晶和照明有限公司执行官王敏认为,硅衬底技术路线最大的意义在于,可以解决LED这个行业的知识产权的问题。从国家层面上来说,如果这个技术路线能够推广到大多数的LED企业的话,可以解决产业安全问题。对企业而言,打破了国外大功率LED产品在高端领域里的垄断。


硅衬底LED技术获此殊荣,是江西省获得的首个国家技术发明一等奖,实现了江西省在国家技术发明一等奖上零的突破。得益于项目的成功,江西省已描绘出LED产业发展“路线图”:到2020年,全省LED产业主营收入要超过1000亿元,把江西建设成为具有国际核心竞争力的LED全产业链研发、制造和应用基地,将南昌打造成全国的LED“光谷”。A股上市公司联创光电、木林森、鸿利光电、阳光照明均有项目被纳入上述发展计划当中。LED照明领域后期的发展和商用都有望提速。

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