LED项目成果.docx
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LED项目成果
中科院在LED领域的部分成果
一、衬底
1、第三代宽禁带半导体材料—氮化镓衬底晶片及相关产品…………3
2、LED图形化衬底刻蚀系统……………………………………………6
二、外延
3、新型LED光源-量子点的制备及量产放大技术………………………8
4、半导体深紫外LED光源………………………………………………9
5、大功率白光LED器件…………………………………………………11
三、芯片
6、基于同质外延技术的超大功率单芯片LED产业化…………………12
7、高效率高光通量LED关键技术及3W级LED芯片开发………………13
8、制造LED芯片专用光刻机……………………………………………14
四、封装
9、LED高效封装光学设计……………………………………………16
10、大功率白光LED专用环氧树脂……………………………………17
11、LED封装用高性能有机硅材料……………………………………18
12、高温固相法制备YAG：
Ce荧光粉…………………………………20
13、新型LED用红色荧光粉的制备……………………………………21
14、白光LED光固化封装树脂…………………………………………22
15、燃烧合成氮化物陶瓷荧光粉………………………………………23
16、非晶晶化法制备YAG:
Ce3+微球荧光粉……………………………24
17、交流驱动LED照明光源……………………………………………25
五、应用
18、异型微热管散热技术………………………………………………26
19、大功率LED液态金属散热技术……………………………………27
20、大功率LED灯具体式热管散热技术………………………………28
21、蒸发冷却散热技术…………………………………………………29
22、大功率LED驱动技术………………………………………………31
23、高亮度、低功耗LED平板灯技术…………………………………33
24、LED照明产品的设计技术集成……………………………………34
25、高热导氮化铝陶瓷散热基板………………………………………35
26、高热导LTCC复合陶瓷基板…………………………………………36
27、LED陶瓷散热技术…………………………………………………37
28、LED灯具结温测试及寿命评估技术………………………………39
29、大功率LED路灯……………………………………………………40
30、LED器件质量等级筛选技术………………………………………41
31、LED植物照明灯……………………………………………………42
32、平板显示关键技术及产业化开发…………………………………44
33、OLED有机太阳能电池产业的关键材料…………………………46
34、非中科院LED项目成果共26项……………………………………47
1、第三代宽禁带半导体材料—氮化镓衬底晶片及相关产品
1.技术来源单位
苏州纳米所
2.技术简介
氮化镓（GaN）是第三代半导体材料，产品可广泛应用于氮化镓高亮度发光二极管、蓝绿光激光器二极管、射频器件、电力电子器件等。
苏州纳米所在GaN晶片中具有雄厚实力和丰富成果具体如下：
（1）小尺寸氮化镓自支撑晶片
产品图片（Photo）:
性能参数（Specification）:
尺寸Dimensions
10.0×11.5mm
晶体取向Orientation
C-axis（0001）±1.0o
厚度Thickness
300±50μm
位错密度DislocationDensity
Lessthan5x107cm-2
导电类型ConductionType
N-type
Semi-insulating
电阻率Resistivity（300K）
<10mΩ·cm
>105Ω·cm
抛光Polishing
Standard:
DoubleSidePolished
Option:
SingleSidePolished
有效面积UsableSurfaceArea
>90%
（2）氮化镓厚膜晶片
产品图片（Photo）:
性能参数（Specification）:
尺寸Dimensions
2’’
晶体取向Orientation
C-axis（0001）±1.0o
厚度GaNthickness
Typical30μm
位错密度DislocationDensity
Lessthan3x108cm-2
导电类型ConductionType
N-type
Semi-insulating
电阻率Resistivity（300K）
<10mΩ·cm
>105Ω·cm
衬底Substrate
2’’sapphire（0001）
（3）2英寸直径自支撑氮化镓晶片
产品图片（Photo）:
性能参数（Specification）:
尺寸Dimensions
2”
晶体取向Orientation
C-axis（0001）±1.0o
厚度Thickness
300±50μm
位错密度
DislocationDensity
Lessthan5x107cm-2
电阻率Resistivity（300K）
<10mΩ·cm
载流子浓度CarrierConcentration
1~3x1018cm-3
抛光Polishing
Standard:
DoubleSidePolished
Option:
SingleSidePolished
有效面积UsableSurfaceArea
>90%
.
2、LED图形化衬底刻蚀系统
1.技术来源单位
中国科学院微电子研究所
2.技术简介
图形化蓝宝石衬底技术（PSS）可有效减少氮化镓外延层的外延缺陷，使外延层晶体质量明显提高，有效提高氮化镓基LED的光功率。
本项目开发出的高亮度/超高亮度LED图形化衬底刻蚀系统具有操作界面友好、刻蚀均匀性出色、适合大规模生产、维护费用低、性能安全可靠等特点，完全满足蓝宝石衬底图形化刻蚀、Si衬底刻蚀以及GaN基外延层刻蚀等LED领域所有刻蚀应用的需求。
本项目已到产业化阶段，适合于LED设备制造商、LED芯片生产企业开展合作。
计划募集资金2000万元，主要用于支撑新开发设备的后期技术改进和测试，团队建设以及为产业化生产提供基础设施保障。
同时，以吸收投资为契机，加快引进先进的管理体系，推动公司在营运能力上提升层次。
3.技术特点及优势
（1）刻蚀系统创造性的采用平面式感应线圈结构，有效提高刻蚀均匀性。
（2）刻蚀系统的关键部件全部采用进口的国际主流产品，可实现7天24小时不间断生产。
（3）刻蚀系统采用触摸屏控制，工艺过程全自动，动画实时显示工艺过程的状况和提示。
（4）单次刻蚀2寸蓝宝石衬底23片，GaN外延片27片。
（5）蓝宝石衬底刻蚀速率达到70nm/min。
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3、新型LED光源-量子点的制备及量产放大技术
1.技术来源单位
苏州纳米所
2.技术简介
量子点作为一种新型的半导体纳米材料，具有低启亮电压、高色纯度、发光颜色可通过控制量子点大小进行调节等优点，是理想的LED光源。
量子点-LED作为一种新型绿色环保新能源，具有节能、安全、长寿命等优点，将有利于缓解我国的能源和环境压力。
本项目负责人在最近几年成功研发了一种温和条件下制备高质量量子点的技术，所制备得到的量子点荧光发射光谱窄、量子产率高、稳定性好。
拟结合纳米所在LED上的优势，通过技术成果转化，系统研究量产放大过程中，不同工艺参数的影响规律，成功开发出高质量量子点的量产技术路线并在LED光源和显示上进行应用。
可广泛应用于LED光源、显示屏、太阳能、生物成像和标记。
拥有1项美国专利。
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4、半导体深紫外LED光源
1.技术来源单位
中国科学院半导体研究所
2.技术简介
半导体深紫外光源的研究在印刷、水净化、医疗、环境保护、高密度的信息储存和保密通讯等领域都有重大应用价值。
而以AlGaN合金为有源区的LED的发光波长能够覆盖210-400nm的紫外波段，是实现该波段深紫外LED器件产品的唯一理想材料。
同时紫外LED具有其它紫外光源无法比拟的优势。
本项目为“863”计划支持项目，已完成小试。
获得两项发明专利和国家科技进步二等奖。
3.技术特点及优势
通过详细研究铝镓氮材料生长的预反应问题，解决了外延晶体质量差、容易在表面形成由于应力而产生的裂纹等问题。
获得了无裂纹的高结晶质量铝镓氮材料，大幅度改善了铝镓氮材料的晶体质量，其（0002）面的X射线双晶衍射半高宽小于200弧秒，表面AFM测试表明其粗糙度小于1nm，并获得了Al组分高达85％的AlGaN材料；铝镓氮材料的CL发光波长为260nm。
实现了深紫外UVLED器件的300nm以下室温荧光发光，并在国内首次制备成功了300nm以下的深紫外LED器件，波长为280nm的深紫外器件在20mA连续驱动电流下输出功率大于0.6mW。
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5、大功率白光LED器件
1.技术来源单位
中国科学院半导体研究所
2.技术简介
LED作为照明光源与现有的照明光源相比具有节约能源、寿命长、体积小、发光效率高、无污染以及色彩丰富等优点。
虽然GaN基功率型LED的发光效率迅速提高，但量子效率、电流分布均匀性和器件散热能力仍是制约功率型LED性能提高的技术瓶颈。
本课题重点研究了不同正装LED结构对散热与光提取效率的影响以及光学增透膜、高反膜与N电极对提取效率的影响，通过优化正装芯片结构设计和光学膜系设计，研制出高性能大功率蓝光和白光LED。
本项目为“863”计划支持项目，已完成小试。
获得两项发明专利和国家科技进步二等奖。
3.技术特点及优势
采用新型外延结构及条形结构有利于提高器件提取效率，降低热阻。
研制出的白光LED在350mA工作电流下，工作电压3.2V，突破了130lm/W技术，实现光效产业化100lm/W以上，封装后热阻小于7K/W。
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6、基于同质外延技术的超大功率单芯片LED产业化
1.技术来源单位
苏州纳米所
2.技术简介
该项目是中科院创新项目，拥有独立自主知识产权，技术已达国际先进水平。
应用于高端半导体照明领域。
技术成熟度：
目前处于小批量生产阶段。
投资规模：
6000万可建成相应生产线。
合作方式：
技术合作、技术服务等。
已获得相关发明专利近10项。
3.技术特点
技术指标：
1w白光LED光通量100~120lm，光效100~120lm/w；3w白光LED光通量180~200lm，光效60~70lm/w。
创新内容：
采用自主研发的同质氮化镓衬底，实现垂直结构LED，提高了材料质量，减小了器件发热；自主开发的同质外延在位监控系统及纳米图形化设计，大大提高了产品质量。
7、高效率高光通量LED关键技术及3W级LED芯片开发
1.技术来源单位
苏州纳米所
2.技术简介
本项目主要研究高效率、高光通量LED的一些关键技术，针对3W级LED芯片产品进行开发研究。
研究高效率、高光通量LED芯片制作的关键技术问题，采用自支撑同质GaN衬底实现垂直结构的条形高效率、大通量LED芯片，解决LED倒装焊接散热技术难题，开发出3W级100lm/W的高效率大功率LED芯片产品。
在3W级的LED芯片产品方面，国际上还处于开发阶段，只有少数几家刚刚开发出产品，推向市场的就只有Osram公司，其技术瓶颈就是散热问题，热量如不能有效地散发出去，导致器件无法在大电流条件下工作，就无法实现高光通量LED照明。
因此，解决3W级LED芯片的散热问题，就相当于打开了半导体照明的一扇门，里面就是无限的市场。
所以，各国LED大企业都全力开发3W或以上级别的芯片，以获得高额的利润及广阔的市场空间。
8、制造LED芯片专用光刻机
1.技术来源单位
成都光电所
2.技术简介
中国科学院光电技术研究所研发光刻机已经近30年的历史，近年来研发成功的URE-2000系列光刻机在集成电路等领域已经获得广泛应用，相对于国内外同类产品具有极高的性价比，已经销售200多台，稍加改进即可满足LED芯片制作和封装要求。
3.技术特点及优势
（1）技术指标
曝光面积：
150mm×150mm；
分辨力：
0.8～1?
m（胶厚2?
m正胶）；
对准精度：
?
0.6?
m；
照明均匀性：
?
3.5%（?
100mm）；?
5.5%（?
150mm）
掩模尺寸：
3inch、4inch、5inch、7inch；
样片尺寸：
直径?
15mm-?
150mm、厚度0.1mm-6mm；
（2）技术优势
URE-2000系列光刻机已经销售200多台套（其中出口美国、新加坡、越南、朝鲜等10多台），目前占据国内最大市场份额，产品深受国内外用户欢迎，产品2007年获全国创新技术与产品称号，2008年获四川省科技进步奖，产品无论技术指标、性价比、外观、模块化、售后服务相对于国内外同行优势明显。
我们光刻机共有八种型号，其中单面有五种:
URE-2000A、URE-2000B、URE-2000/35、URE-2000/25、URE-2000/17，双面有三种:
URE-2000S/A、URE-2000S/B、URE-2000S/25。
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9、LED高效封装光学设计
1.技术来源单位
福建物质结构研究所
2.技术简介
为提高室内照明用LED灯具的光效和光学均匀性问题，福建物质结构研究所自主研发了LED高效封装光学设计技术，研制出可用于各种室内照明用LED灯具的高效低炫光的高技术产品。
项目重点解决室内照明LED的技术瓶颈，掌握高光效、低炫光、低成本LED封装关键材料与技术，突破国内外专利壁垒。
适合与对LED产业感兴趣的有雄厚资金实力和销售渠道的上市公司或大型公司合作，或者风投。
项目需要投资3000万元。
3.技术特点及优势
（1）所研发的LED灯成本与荧光节能灯相当，是市面LED灯的1/3-1/10，整灯光效达到100lm/w,是日本进口LED灯的1.5-2倍，寿命3万小时，光衰低于5%，低炫光。
（2）利用复合光学薄膜技术，使得LED基板的光学反射率提高5%，结合芯片三维光学位置设计技术，从而将LED灯具光效提高15%。
（3）成本低、环保：
产品成本远低于普通LED灯具，工作环境友好，量少无消耗，产品生产过程无毒零排放。
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10、大功率白光LED专用环氧树脂
1.技术来源单位
宁波材料所
2.技术简介
大功率白光LED专用环氧树脂是LED封装用环氧树脂的高端产品，要求耐热黄变、耐湿、抗UV等综合性能良好，目前市场主要为进口产品占据。
宁波材料所通过对环氧树脂主剂和固化剂材料的种类筛选、化学改性及配比研究，对环氧树脂生产工艺和聚合工艺的研究，形成了自有大功率白光LED专用环氧树脂生产技术，产品性能达到国际先进水平。
3.技术特点及优势
本技术所开发的白光LED专用环氧树脂固化后具有在可见光区近90%的高透光率（如图1），优异的耐热黄变特性（160oC烘烤32h无黄变），同时具有高玻璃化转变温度、低粘度、高耐湿性、抗紫外、耐红墨水实验（红墨水浸泡24h无渗透）等特性。
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11、LED封装用高性能有机硅材料
1.技术来源单位
中科院成都有机化学研究所-常州化学研究所
2.技术简介
本项目开发的LED封装用高性能有机硅材料，适用SMD-LED、High-PowerLED和Multichip-Array-LED的封装，可广泛应用于背光、汽车、景观、农业、医疗、航空航天、智能通信、功能照明等领域。
3.技术特点及优势
（1）透光率高：
95%（450nm，1mm）
（2）耐热性好：
250℃/24h无黄变；
（3）与PPA基材粘结性好：
红墨水试验无浸入；
（4）性质稳定、环保：
工作环境友好，使用过程无挥发性溶剂排放。
折光指数（25℃）
1.41
透光率（%,450nm/1mm）
≥95%
硬度（ShoreA）
70A
拉伸强度（Mpa）
6.0
断裂伸长率（%）
110
线性热膨胀系数（ppm/℃）
335
吸水率（%）
0.18
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12、高温固相法制备YAG：
Ce荧光粉
1.技术来源单位
中科院成都有机化学研究所-常州化学研究所
2.技术简介
以钇、铝、铈的氧化物或盐为主要原料，采用特殊的配方和生产工艺，合成了不同粒径和不同激发波长的荧光粉，形貌为球形，粒径可控，可满足各种半导体照明封装对荧光粉的涂敷要求。
3.技术特点及优势
（1）可以通过调节荧光粉组成，得到一系列波长的YAG：
Ce荧光粉；
（2）发光效率不会因散热而出现较大下降；
（3）D50=5.0um、12.0um、18.0um；
（4）激发波长=450±5um、460±5um；发射波长：
525-560um；
（5）光衰：
荧光粉使用1000小时后，光强衰减≤12%。
YAG:
Ce荧光粉的相关参数
13、新型LED用红色荧光粉的制备
1.技术来源单位
长春应用化学研究所
2.技术简介
本项目涉及一种新型LED用红色荧光粉的制备。
该项目以磷酸盐为基质，以铕为激活剂制备了一种红光LED荧光粉，该荧光粉的激发带和氮化镓光源的发射峰重叠较好,能够有效被氮化镓光源激发产生红光发射。
3.技术特点及优势
该发明以磷酸盐为基质，以铕为激活剂制备了一种红光荧光粉。
（1）该荧光粉的激发带和氮化镓光源的发射峰重叠较好,能够有效被蓝光氮化镓光源激发产生红光发射。
（2）与目前使用的硫化物和氮化物相比，这种红色荧光粉的制备方法简单，原料便宜易得,生产成本低廉。
（3）产品化学性质稳定，易研磨，不会对环境造成危害。
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14、白光LED光固化封装树脂
1.技术来源单位
上海有机化学研究所
2.技术简介
本项目拟研制新型光固化封装工艺，采用新型光固化胶水在常温下几秒钟快速固化的新工艺，特别实现荧光粉涂层浓度、厚度及均匀度的可控制性，克服传统工艺存在的不足。
研制三种光固化胶，分别用于固晶、调粉和灌封。
光固化导电胶：
以环氧丙烯酸树脂和聚丙烯酸树脂为基体、微米级片状镀银铜粉为导电填料制备紫外光固化导电胶,体积电阻率可达1x10-4Ω·cm。
光固化调粉胶：
以有机胶体（PVA）为外相，以憎水性粘合剂（硅胶）为内相，此种内外相结构既保持了硅胶的优良特性，又能通过外相曝光显影使硅胶具有平面保形涂层，得到的白光LED的光通量大幅度提高。
光固化灌封胶：
以环氧树脂，硅树脂为基体制得的光固化灌封胶，耐温可达220℃；相对于传统环氧树脂，脂环族环氧树脂粘度低，耐热性高，固化收缩率小，电性能好，耐紫外线和耐候性好等优点，特别适合高性能电子封装，是一种在电子封装领域具有很好应用前景的功能材料。
3.技术特点及优势
与传统热固化工艺相比光固化还具有如下优势：
（1）生产速度快，效率高，有利于自动化大规模的现代化工业生产，封装产能预计可达传统封装工艺的2倍；
（2）低温固化，节能环保，无溶剂挥发；
（3）降低成本，设备投资低。
（4）因自动化程度提高，封装产品的一致性将会提高。
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15、燃烧合成氮化物陶瓷荧光粉
1.技术来源单位
理化技术研究所
2.技术简介
该成果为国家自然科学基金中俄国际合作项目成果，主要为高压燃烧合成氮化物荧光粉的设备、以之合成的粉体和烧结得到的荧光透明陶瓷样品，高压燃烧合成设备适于放大规模，单台合成工艺参数可直接移植到放大合成。
长期以来，我们开展了大量的高效稀土发光材料的合成、特性及应用研究，已经积累了丰富制备发光材料的经验。
并与企业合作，开展白光LED用发光材料的应用特性研究。
在氮化物与氮氧化物的制备方面，已经初步获得了相关制备技术。
Eu-SiAlON氮化物陶瓷荧光粉已完成小试。
3.技术特点及优势
Eu-SiAlON氮化物陶瓷荧光粉的优势是采用燃烧合成技术。
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16、非晶晶化法制备YAG:
Ce3+微球荧光粉
1.技术来源单位
理化技术研究所
2.技术简介
该成果为国家自然科学基金中俄国际合作项目成果，采用非晶晶化法制备了纳米结构YAG:
Ce3+微球荧光粉。
与传统的制备方法不同，非晶晶化法通过高温火焰熔融流态粉末，然后淬水激冷制备出非晶球形粉末，对非晶球形粉末进行晶化处理后，可获纳米结构的YAG:
Ce3+微球荧光粉。
非晶晶化法制备的YAG:
Ce3+荧光粉可通过热处理获得纳米晶结构获逐步提升发射强度。
该方法制备的荧光粉的微观形貌为正球形，粒径约为10?
m
3.技术特点及优势
Ce:
YAG球形氧化物黄色荧光粉的优势在于其完美的球形度，以及很窄的粒度分布；这是国内其他技术难以实现的。
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图YAG:
Ce3+荧光粉的SEM图
17、交流驱动LED照明光源
1.技术来源单位
中国科学院长春应化所、四川新力光源有限公司
2.技术简介
不需要交流-直流转换电子元件，直接使用交流驱动芯片。
3.技术特点及优势
技术特点：
我们研发出发光亮度高，寿命与交流电频率匹配的发光材料，并以此为核心研发出交流LED照明光源，可以弥补交流驱动的频闪现象和克服现有直流LED照明器件的缺点。
优势：
1、更节能，无交/直流转换过程，电源能耗小；2、更可靠，现有交/直流转换电源中电容寿命短，无此电源的交流照明光源寿命更长；3、更经济，不需要交/直流转换电源，散热量小使得产品的散热成本下降；4、自主知识产权，已申请国内和国际PCT专利。
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18、异型微热管散热技术
1.技术来源单位
理化技术研究所
2.技术简介
为解决大功率LED产品的散热问题，中国科学院理化技术研究所提出异形微热管散热技术并开发出LED灯具散热用异形微热管，具有散热能力强、散热件体积重量小、易与LED灯结合等技术优势。
该项目适合与大功率LED灯具厂家开展合作。
前期需要投入经费150万左右，以建立起完善的散热装置产品生产线和性能检测平台。
3.技术特点及优势
（1）散热温差≤25℃（现有热管散热技术温差需要30℃以上）。
（2）产品体积为现有产品的70%。
（3）产品重量降低为现有产品平均重量的75%。
4.相关图片
热管工作原理图异形微热管
19、大功率LED液态金属散热技术
1.技术来源单位
理化技术研究所
2.技术简介
为解决大功率LED产品的散热问题，理化技术研究所自主研发了液态金属散热技术，研制出可用于各种大功率LED灯的液态金属散热装置样机。
该技术利用在室温下呈液态的低熔点合金，实现快速高效的热量输运，从而很好的解决了高密度能流的散热难题。
3.技术特点及优势
（1）冷却能力强：
散热热流密度已达600W/cm2，其能力比水冷高10倍，比热管高约5倍。
（2）LED芯片温度低：
可以把大功率LED灯具（200W左右）的芯片温度稳定控制在65oC以下，适用于超高功率密度或大功率LED。
（3）重量轻、体积小：
重量不到现有散热器的40%，体积可小到30%以下。
（4）噪音低甚至可完全消除，无运动部件。
4.相关图片
用于大功率高集成度LED灯具的液态金属散热装置原型
20、大功率LED灯具体式热管散热技术
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