[00944717]LED照明若干关键技术研发及产业化

该项目属于电子与通信科学技术学科。中国雾霾严重，急需节能减排，绿色照明是国家“节能减排”重点工程之一。蓝光GaN-LED的发明为半导体“绿色照明”开启了里程碑，在2014年获得诺贝尔物理奖。LED照明省电，若替代现有照明可节约大量电，少燃烧煤，有利于减少PM2.5排放。LED照明产业刚开始，市场不断扩大；但LED照明技术明显与先进国家存在一定差距，在LED芯片、封装、灯具与性能检测等主要环节存在问题：芯片功率不够大而出光率不够高；封装配件质量不高影响灯具性能；灯具品质不够高而成本不够低；性能测量精度不高而光衰色漂没标准。针对LED照明技术难题，浙江省组建LED照明技术创新团队，经过多年努力，产学研合作攻关，发展以下4个关键技术：高效大功率芯片及新材料技术；先进灯杯与纳米封装技术；优质LED照明灯具技术；LED照明性能检测及标准。创新点一、发展高效大功率芯片及芯片新材料技术：针对芯片功率不够大的问题，发展垂直结构GaN-LED芯片技术,提高芯片输入功率。针对LED芯片原来横向电流路线造成局部过于拥挤的不合理现象，发明垂直结构GaN- LED芯片技术，改变载流子侧向输运为垂直输运路线，减少串联电阻，提高芯片功率。针对芯片出光效率不够高的问题，发展SiNx缓冲层技术，改善晶体质量，提高芯片发光效率。SiNx作为缓冲层，减少衬底蓝宝石与氮化镓界面应变，降低薄膜缺陷密度，减少非辐射复合中心；同时SiNx薄阻挡层减少了电子注入，改善了电子与空穴注入平衡，减少电子溢出，提高载流子有效辐射复合和发光效率。针对GaN-LED芯片衬底蓝宝石绝缘材料的散热性能差问题，发明GaN-LED芯片剥离技术，提高芯片散热能力与发光效率。发明芯片激光剥离技术，倒装焊接在金属铝片上，改善了芯片散热能力与提高发光效率。针对光子在GaN/空气界面损耗问题，发明芯片表面粗化及纳米材料技术，提高出光效率。利用芯片表面粗化与表面纳米材料技术，调控光子在固/气界面传输过程，增加出光面积和出光角，减少界面损耗，提高出光效率。研发LED芯片新材料,制备优质氧化锌单晶薄膜、p型氧化锌薄膜和ZnO/ZnMgO MQWs，获得美国发明专利1项，研制了性能良好ZnO-LED发光器件。创新点二、发展新围坝边框LED灯杯和纳米材料封装技术，提升封装品质：针对芯片封装光损耗与稳定问题，发明新型围坝模块结构封装技术,增强侧面与背面反射，提高出光效率；增强密封，提高灯具可靠性。针对封装光损耗问题，发明一种含有顶部局部粗化的增光结构大功率发光二极管封装技术，达到减少全反射现象带来的光线损失，提高大功率发光二极管的发光效率8-10%。针对快速封装与降低成本问题，发展紫外固化技术。研发UV固化抗反射的ITO和SiO<,2>溶胶纳米复合材料，率先应用于LED封装，提高了封装结构稳定性；固化速度快，降低了制备成本。创新点三、品质优秀LED灯具新技术：针对均匀性和眩光问题，发展新型无缝四边形孔径微透镜阵列，新颖光学微结构阵列明显改善了LED灯具的照明均匀性和眩光特性。针对照明安全问题，首次从流态学角度揭示LED散热方向敏感性，构建合理热流场结构LED灯具结构，研发了具有强散热能力的隧道LED照明系统，应用于高铁线云顶隧道亮灯工程。针对路灯寿命问题，发明一种自降温、长寿命的优质LED路灯。针对LED灯具品质问题，该课题组近两年开发了21种省级鉴定新产品。部分研发产品通过了庄松林等5位院士组成的专家组鉴定，相关技术国际先进。该项目年产5亿只LED灯、8千万个LED光源和数百万套户外公共照明系统。创新点四、发展LED照明性能检测新技术：针对光漂问题，发明了具有参考探头测量技术，可有效提高测量精度。针对色散问题，发明带通色轮校正测量技术，结合阵列探测器，修正常规LED光测量误差，实现快速高精度测量。针对杂散光问题，发明滤光片消杂散技术，消除杂散光影响，提高测量精度。针对“光衰/色漂”与快速测试问题，首次采用光色双重失效判据，确保LED照明“光不衰、色不漂”；结合3个独立温区程控试验技术，可同时测量3种热应力下退化系数，提高寿命测量速度。项目组参与国际标准ISO/CIE 19476-2014（已发布）的制定，重新规定了LED光源照度和亮度的校准条件和测量方法。2012.2.15以来三年总产值58.67亿元，利润9.30亿元，缴税2.99亿元，经济效益重大。发表了学术论文50篇，其中SCI论文35篇，IE论文10篇；授权发明专利16项，其中美国专利1项，中国专利15项；建设一支以国家半导体照明专家、省特级专家为首，省杰青、教授为中坚骨干及一批研究生的研究开发团队；成为国家半导体照明工程研发及产业联盟成员，建立国际标准1项。