人們一度設想,如果能在照明領域發展出更高光效的光源,將會節省更多能源,從而對環境保護、可持續發展作出積極貢獻。于是,以半導體發光二極管(簡稱LED)為核心器件的半導體照明技術應運而生。LED具有高光效且長壽命,電光轉換效率是熒光燈的5倍、白熾燈的20倍。此次獲得2019年度國家科技進步獎一等獎的“高光效長壽命半導體照明關鍵技術與產業化”項目,就是在LED領域取得了顯著突破,項目第一完成人,是中國科學院半導體研究所研究員李晉閩。
本世紀初,世界一些發達國家圍繞LED研制,展開了激烈的技術競賽。2003年,我國首次提出發展半導體照明計劃,啟動“國家半導體照明工程”。那時,國內半導體照明產品面臨電光轉化效率低,長期工作可靠性差等問題。“當時,LED的光效與普通白熾燈的光效接近。如果要把LED燈發展為照明燈,LED光效就需要提高8倍。”朝著8倍的目標,李晉閩帶領團隊踏上了協力創新、刻苦攻關的道路。
科研道路并不總是一帆風順。大量枯燥繁復的實驗,反復嘗試后的失敗,他們在一條無人走過的路上尋找光亮。最終,團隊取得了耀眼成果——“十一五”結束時,團隊的產業化大功率LED芯片光效已經超過當初6倍以上。此后,團隊再接再厲,創造出新的紀錄。目前,已成功研制高光效LED芯片并實現全球最大規模量產,達到同類技術下的國際領先水平。“實際上,LED光效早已超過了當初設定的8倍目標,甚至跨越了16倍的距離。”李晉閩說。
除了光效之外,可靠性也需要考慮。只有生產出高可靠的LED器件,才能為實現半導體照明產品的長壽命提供保障。為此,團隊發明了一系列技術來提升LED的壽命。目前,基于團隊成果的LED封裝器件,經過85攝氏度、6000小時的可靠性測試后,光衰小于2%,光電性能可靠性得到大幅提高。
項目成果也實現了大規模產業化推廣,節能減排效果顯著。項目實施還帶動了我國半導體照明產業迅速發展,LED芯片市場份額居全球首位。我國的照明產品已出口至發達國家和地區,支撐我國成為全球最大的半導體照明生產、消費和出口國。“目前,我國已有近50%的傳統光源被LED產品所取代,每年累計實現節電約2800億千瓦時,相當于3個三峽水利工程的發電量。”李晉閩說,按需照明、智慧照明、超越照明將是半導體照明產業未來發展的重要趨勢,前景十分廣闊。