半导体照明是国家战略新兴产业,对节能环保意义重大。中国是全球半导体照明产品生产和使用大国,LED先进制造技术被列入“十二五”计划发展重点。由于历史原因,LED芯片和关键原材料几乎完全依赖进口,唯有封装技术成为我国半导体照明产业打破国外垄断,走出困境的最后突破口。但是,LED封装涉及多种材料、多步工艺、多能域(光、热、电、力学和化学等)、多表面/界面交互作用,约束条件多,难以实现多目标优化(低热阻、高光效、高照明品质等)。迫切需要独立自主开展系统性发明创造,突破LED封装涉及的一系列基础技术、材料和工艺方面的技术瓶颈。
项目组在国家自然科学基金、“973”计划、“863”计划支持下,历经10年联合攻关,在提高LED品质(光效、光色与光形),降低LED热阻与成本等关键技术上取得发明成果:
1、高品质白光LED封装优化方法及工艺。国际上首次阐明荧光涂覆层温度是影响LED封装品质的又一重要因素,建立了高品质白光LED空间颜色均匀度评价准则;发明了LED封装荧光粉涂覆控制技术,模块光学品质远高于国际标准。空间颜色均匀度指标比国际一流公司美国科锐和韩国三星提升50%以上,国际著名学者给予高度评价【Opt. Express, 23(26), 33861, 2015】。
2、扩展面光源取光-控光复合型透镜。发明了扩展面光源能量映射透镜曲面结构优化方法,突破了LED依赖自由曲面二次透镜光学设计的局限;发明了多种高效取光与准确控光的LED复合透镜结构。美国伦斯勒理工学院(RPI)E. Fred Schubert(IEEE/APS/OSA/SPIE Fellows)指出,该方法攻克了LED封装光斑整形的国际难题。
3、高密度多热源LED低热阻封装散热技术。构建了多界面-多热源系统的LED扩散热阻网络模型;发明了纳米多孔铜热压键合技术,开发了低温键合陶瓷基板(LTBC)制备技术。打破了国外技术壁垒,实现产品出口欧盟。
该项目获授权发明专利33项,实用新型专利46项。发表SCI 论文108篇(20篇代表作SCI他引442次, Web of Science加CSCD数据库他引682次),EI论文97篇,出版国际上第一本LED封装英文专著。2014年诺贝尔物理学奖(发明蓝光LED)获得者中村修二评价该专著“……,系统描述了LED研究和封装设计,.….,高度推荐这本书”。项目先后获省部级一等奖3项。项目第一完成人获2009年IEEE CPMT杰出技术成就奖,2009年入选ASME Fellow,2014年因为LED封装技术研发的引领地位(Leadership)入选IEEE Fellow。
项目成果形成了具有国际竞争力和自主知识产权的LED封装技术体系,带动了行业技术进步。通过技术推广与产业化实施,近3年累计为8家LED企业实现新增销售额159176.8万元,新增利润8161.7万;支持了2家上市公司,帮助广东企业集团成功转型;为100多家LED封装企业培训高级专业人才300余名,新增就业人数1000多人,社会经济效益显著。