江西南昌大力推动硅衬底发光二极管蓝光技术开发应用

一项新技术 这样长出一个产业集群

图①：晶能光电芯片车间员工在操作设备进行长膜工艺流程。

本报记者 朱 磊摄

图②：晶能光电封装车间机台在测试车用LED灯珠。资料图片

绿野汽车照明注塑车间在赶制汽车灯具的外形壳体。本报记者 朱 磊摄

　　从实现原创技术突破，到延伸产业链、扩大产业集群，20多年来，中国在研发应用硅衬底LED蓝光技术上蹚出了一条自己的路。目前，硅衬底LED技术路线已经成为世界三大LED技术路线之一。

　　党的二十大报告提出，提高科技成果转化和产业化水平。原创性引领性科技攻关如何实现？新技术如何打通从科研到应用的“最后一公里”？记者近日深入调研硅衬底LED蓝光技术的研发团队及全产业链发展情况，剖析这项原创技术从研发到大规模应用的历程。

　　——编 者

 

　　杭州第十九届亚运会上，莲花造型的奥体中心体育场、富阳水上运动中心等多个运动场馆，流光溢彩，引人赞叹。观众可能并不知道，这些点亮夜晚的光源，有不少来源于我国突破的硅衬底LED芯片技术，而这项技术的起点，则在江西南昌。

　　全球约每3部智能手机，便有1部运用了硅衬底技术LED手机闪光灯；全球每3个手电筒，就有1个用的是硅衬底LED技术；不少城市的道路照明设施和隧道灯都已大量采用硅衬底LED芯片，产自南昌的LED隧道灯已经做到同类产品全国出货量排名靠前……随着产业化的发展，硅衬底LED技术已经成为世界三大LED产业技术路线之一。

　　一系列成绩的背后，是一项新技术不断革新和产业化的历程。

　　突破一项技术

　　4000多次试错，终于探索出全球第三条蓝光LED技术路线

　　2004年，南昌大学江风益教授带领的团队研发硅衬底LED蓝光技术取得突破，引来世界瞩目，由此形成了蓝宝石、碳化硅、硅衬底半导体照明技术方案三足鼎立的局面。

　　LED是发光二极管的简称，是第三代半导体发光光源，作为一种节能环保的冷光源，是电子信息产业基础性元器件，市场应用广泛。“当时，我们瞄准了在硅衬底上生长氮化镓基材料这一冷门技术方向。”江风益坦言，“这是一条几乎被外国同行放弃的技术路线。”

　　为什么会被放弃？原来，在LED的制备上，上游材料生长是决定LED颜色、亮度、寿命等性能指标的主要因素，也是公认的半导体照明产业技术发展的基石。制备LED芯片要先在衬底上长出氮化镓发光薄膜，而硅和氮化镓材料存在严重的热失配和晶格失配，各国研发人员多年钻研，始终没有找到攻克关键技术难点的理想方法。

　　当时，蓝光LED芯片制备已有蓝宝石和碳化硅衬底两条技术路线实现产业化，但两项技术的主导权都掌握在国外同行手里。

　　2003年11月27日，江风益将行军床搬进南昌大学几间小小的实验室，和团队开始了艰难的攻关探索。当年12月28日，硅衬底蓝光LED实验材料发出的一丝微光，让大家欣喜不已。“尽管还不够亮，但已经是巨大的突破，这萤火虫般的微光，恰恰是希望之光。”说起那时的情景，江风益依旧难掩激动。

　　2004年，经过4000多次的试错，江风益团队在国际上率先攻克了硅衬底上生长氮化镓基LED材料的难题。“这将是一条崭新的赛道，由我们主导的赛道！”当时一直在配合江风益工作的王敏，敏锐地察觉到这项技术可能给行业带来的变革。

　　此后，王敏与江风益联合创立晶能光电（江西）有限公司，推动硅衬底LED蓝光技术产业化。在南昌大学400多平方米的实验室里，一个“实验室+企业”的新形态正式运转起来。“那个时候，实验室几乎是全天候运转，被大家称为‘不熄灯的工作室’。”王敏说，“实验室的产品数据显示，新产品光效高且抗大电流能力强，这给了我们很大的信心。”

　　造出一条生产线

　　从实验品到产品的路，用了几年才走完

　　2012年，晶能硅衬底大功率LED芯片量产，被国际半导体照明联盟（ISA）评为“全球半导体照明2012年度新闻事件”。2004年技术实现突破，2006年晶能光电成立并开始推进产业化，为什么2012年才实现量产？

　　如果说，江风益团队攻克硅衬底蓝光LED技术实现了“从0到1”的突破，那么晶能光电的成立则是立志于“从1到10”的跨越，意味着成果要从实验室走出来，迎接大规模的量产。这个过程中出现的困难是当初每个人都没有想到的。

　　2006年，拿到风投资金的王敏信心满满，决心干出一番事业。厂房拔地而起，设备迎接调试，一张张崭新的面孔被吸纳进公司。2007年10月27日，晶能光电正式入驻南昌国家高新技术产业开发区。

　　2008年5月，第一批产品正式下线。大家满怀期待，可良品率却起伏不定，离量产期望差距不小。经过团队夜以继日地分析、调整，良品率逐步稳定并不断提升。

　　江风益坦言，硅衬底LED芯片技术容错率不高，哪怕是一点点温度的变化都会对产品有影响。实验室设计的产品“走进”厂房，难免会出现一些纰漏和瑕疵，而每个微小的纰漏和瑕疵，最终就会叠加成一个严重问题。

　　解决问题的关键，仍然是技术攻关。企业一面不断招收技术人员，一面推动研发骨干走进生产线，成为一线工程师，带着工人们一同攻关。在这样的背景下，从成都电子科技大学微电子专业毕业的黄涛等人，走进了晶能光电，成为助理工程师。

　　“一进公司，我们就被分到生产线上。当时技术部门列出了十大难题，包括发光材料起翘、硅芯片掉电极等，因为没有文本参考、没有成熟技术可借鉴，面对40多个生产工序，我们既当技术员，又当操作员，决心一定要啃下硬骨头。”黄涛回忆。

　　在许多人的不懈努力下，2009年，数码显示用小功率LED芯片量产，并达到了较高的良品率。又经过3年的苦心磨砺，2012年，晶能光电一举突破了硅衬底大功率LED芯片量产的瓶颈，产品良品率超过60%，超出预期20多个百分点。“那一天，是2012年12月30日。”王敏记忆犹新。

　　延伸一条产业链

　　从芯片到封装，补链延链成效显现

　　走进晶能光电的产品展示区域，大到覆盖整面墙壁的LED高清屏幕、大型路灯，小到手机闪光灯、小型美甲机，近百种产品依次摆放。如今的晶能光电，已经是为全球客户提供全产业链垂直整合制程（IDM）的半导体光电器件商家。

　　让人想不到的是，推动产业链补链延链，其实是晶能光电被迫的选择。

　　企业当初的设想是，有了先进的产品，自然会有中下游厂商跟进开发。然而，2012年硅衬底大功率LED芯片上市之初，并不被市场看好。不少下游照明应用企业，已经习惯使用成熟的蓝宝石衬底LED芯片，而且认为硅衬底LED芯片由晶能光电独家供应，担心影响自己的供应链安全。

　　于是，王敏决定自己做封装，走垂直整合之路。就这样，一条陶瓷封装线于2014年正式上马，批量生产晶能光电自己的“灯泡”。为了打入市场，王敏带着销售人员进驻被誉为“手电筒之乡”的浙江宁波西店镇，挨个拜访客户，并和客户合作，制作了一个超大手电筒。“手电筒发出的光可以照到两公里外，吸引了不少客户。”王敏回忆。

　　自此，晶能光电的封装产品以更高的性价比，一路高歌猛进，最终占据了全球30%左右的移动照明市场。如今，晶能光电中游封装的子公司晶能半导体有限公司，月产能可达1亿颗。

　　除了封装线，晶能光电还不断拓展产业生态圈，在政府的大力支持下，引进金沙江联合资本等知名风投基金到南昌设立子基金，相继孵化出晶和照明、晶弘新材料，并引进易美芯光、凯迅光电等企业，推动硅衬底LED产业生态圈做大做强。

　　2012年，中国节能环保集团成立中节能江西公司，并投资晶和科技（原晶和照明）。“这次合作让更多用户体验到硅衬底大功率LED的优势，帮我们更快打开了各级市场。”中节能晶和科技总裁陈昕说。

　　“只用了短短几年，我们累计投运的合同能源管理项目就达到50多个，助力30多个城市完成了大规模照明节能改造与智慧升级。”中节能晶和科技副总经理陈耀庭说。

　　形成一个产业集群

　　持续放大硅衬底技术应用优势，南昌打造产业矩阵

　　“我们现在不愁订单，而是发愁产量跟不上，不敢多接订单。”位于南昌青山湖区的绿野汽车照明有限公司总经理涂鸿斌介绍，得益于南昌本地的车规级LED产业链优势，近几年公司产值持续大幅增长。如今，公司已经在考察二期厂房位置。

　　从2014年到2017年，洪城资本基金成立并投资包括硅衬底LED项目在内的高科技项目。其中与多家投资公司一起孵化的绿野汽车照明，便是一家硅衬底LED车灯厂家。

　　硅衬底LED车灯作为一款新技术产品，相较传统卤素灯泡寿命更长、亮度更高、能耗更低、光束更集中。但是面对新产品，一些传统车企却不敢轻易尝试。

　　“很多时候，技术风口并不等于产业风口。不过我们很幸运，在赶上技术风口的同时，也赶上了产业风口。”涂鸿斌介绍，新能源汽车产业的兴起让硅衬底LED车灯有了华丽的舞台。

　　基于硅衬底LED技术，南昌在LED行业全球赛道中闯出了一条自主创新之路。如今，硅衬底LED技术还在不断诞生黄光、红光等世界级创新成果，在这项技术的创新驱动和政府LED发展政策的推动下，南昌已经建成LED全产业链，成为国内最大的大功率LED光源生产基地。

　　2019年，规模10亿元的光谷基金成立，致力于放大硅衬底LED技术的应用优势。同时，兆驰股份、乾照光电、鸿利智汇等一批国内LED龙头企业被吸引而来，2022年，南昌LED产业实现营收212亿元。

　　根据南昌市人民政府2023年10月印发的《关于进一步推动电子信息产业高质量发展的实施意见（修订版）》，南昌将深耕LED芯片制造和封装，打造以硅衬底LED为特色、以蓝宝石衬底LED为基础的“南昌光谷”。高新区重点打造硅衬底LED全产业链集群，经开区重点发展基础材料、芯片封装和终端应用环节，其他区县重点发展配套缺链环节，力争2026年全市LED产业规模达到500亿元。（朱 磊）