让LED走进“寻常百姓家”

伴随着人们对照明需求的多样化，无论是家居照明、商业照明还是专业照明领域，LED均以其稳定、连续、高效、均匀的工作状态，多变、灵活、轻便的产品特性，以及1600万种色彩的表现和超过5万小时的寿命，都让其在照明领域拥有无出其右的性能优势。半导体照明作为人类照明史上第二次革命，“其光效是节能灯的5倍、白炽灯的20倍”。目前我国半导体照明核心器件已经实现国产化，使用率约为50%，每年节约用电量约2700亿度，相当于3个三峡水电站的发电量。由联创光电控股子公司，厦门华联电子股份有限公司主持的，《高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化》项目，荣获2019年度“国家科学技术进步奖”一等奖。

半导体发光二极管（LED）具有高光效、长寿命的特点，据业内专家表示，高光效、低能耗是LED照明产业永恒的话题。据了解，半导体照明领域曾一度面临电光转化效率低、长期工作可靠性差、标准缺失等核心难题，关键技术也被美日等发达国家垄断。中国科学院半导体研究所研究员、半导体照明联合创新国家重点实验室主任李晋闽说：从半导体照明材料、芯片、封装、模组与应用全链条开展产研联合技术攻关，突破了全链条自主可控的半导体照明关键技术,实现了全球最大规模的LED芯片技术产业化与核心器件国产化，成果整体技术通过行业内知名专家鉴定达到国际先进水平。同时，项目的实施带动了中国半导体照明产业迅速发展，项目成果可实现大规模产业化推广，节能效果显著。

优化芯片上关键。140年前，爱迪生发明白炽灯惊动了全世界，这是人类照明史上的第一次革命。在这之前，人类的祖先一直用火作为照明光源。随着科技进步，白炽灯之后又发展出水银灯、卤素灯、钠灯、荧光灯等多种照明光源，但这些传统照明光源都存在电光转换效率低的问题。据李晋闽介绍，这些传统照明光源只有约5%的电能转化成了光，造成巨大的光能浪费。上世纪末，科学家又研制出了新的照明光源——发光二极管（LED），小米粒大小的LED光源是半导体照明产品的优质光源材料，但这样的光源有个致命的硬伤——价格贵。“17年前一个光源要卖100多元，而一个射灯一般有3个光源，就需要300多元，普通家庭用不起。”

要让半导体照明产品走进千家万户，其性能要提高8倍，价格要降到原来的1%。李晋闽和团队成员十七年磨一剑，不断改进工艺，最终由我国自主研发，使电转化为光的效率达到90%。现在一个光源的价格是之前的1/100，甚至1/400。由此，半导体照明芯片从此前完全依赖进口，发展到自主可控并全面实现国产化。三安光电副总经理蔡文说，该项目成果的多项外延芯片技术率先在三安光电进行推广与量产，让公司一举成为全球知名的外延芯片厂。目前三安光电的半导体照明芯片生产数量已远超美国、日本、欧洲的总和。

勇挑重担是使命。17年前，发达国家围绕LED的研制就展开激烈的技术竞赛，许多国家纷纷发布半导体照明发展计划，如美国的“下一代照明计划”、欧盟的“彩虹计划”、日本的“21世纪光计划”等。当时，国内的研究很难寻求与国外合作，研究很是艰难，而这恰恰激发了国人奋发图强的斗志。2003年5月，非典期间，半导体所一间充满84消毒液气味的小会议室内，科技部领导听取了李晋闽的工作汇报。随后，科技部组织专家学者进行研讨、资料检索、企业调研，筹划发展中国LED的可行性论证，专家们认为可以启动LED项目。仅仅在一个半月后，科技部等六部委正式启动国家半导体照明工程。2006年，半导体照明列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》；2013年，国务院发布《关于加快发展节能环保产业的意见》，大力推动半导体照明产业化。今天，我国已成为全球最大的半导体照明产品的制造、消费和出口国。

超越照明是前景。随着科技的进一步发展，LED的作用已不仅仅用于照明。基于LED的“超越照明”成为半导体照明领域的新技术与应用新方向，且发展非常迅猛。基于紫外LED的超越照明技术，已经出现了市场化的深紫外光源应用产品，可用于光固化、杀菌、消毒、医学光照疗法等；此外还有基于LED的医学光疗技术，在神经、血管、皮肤和人体代谢等重大疾病的治疗和人体健康保健方面的应用不断增多；基于LED的植物生长技术和病虫害控制技术、基于LED光生物反应的家禽和水产养殖技术、基于白光LED的可见光通信技术等。

目前，我国已加入《水俣公约》，从2020年起，将限制并逐步禁止生产及进出口含汞产品，其中就包括目前广泛使用的荧光灯。深紫外LED替代传统汞灯在消毒杀菌方面的应用类似于白光LED替代传统光源在照明领域的应用，这将促成一个巨大的新兴产业。我们坚信，李晋闽团队将继续攻克基于LED的超越照明，推广相关产品，超越照明同现在的半导体照明产品一样，会越来越大众化，半导体照明产品必将进一步走进千家万户。