阿拉丁网-千瓦级K-COB诞生 中科芯源实现透明荧光陶瓷革命性突破

2016年广州国际照明展览会上的中科芯源展位

  核心提示:LED封装，是指将发光芯片密封在封装体内。虽然我国已是世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国，由于研发滞后，国内的LED照明企业几乎是跟随与引进国外的封装技术，缺乏自主创新，技术受制于人，由此导致产品档次低、成本高、利润率低。

 近日，中科院海西研究院（中科院福建物构所）宣布成功研制千瓦级大功率LED照明光源，这项拥有完全自主知识产权的技术，以荧光陶瓷替代目前的LED核心材料荧光胶，取得重大技术突破，从而将重构光电产业生态。

 今年6月，在2016年广州国际照明展览会上，一个功率达1000瓦的LED光源成为展会焦点：数十个光源芯片被封装在一个直径仅5厘米的陶瓷发光面上。这样的光源封装技术，是谁的杰作？

 它出自中科院海西研究院。2013年，为推动荧光陶瓷产业化，由福建物构所以技术出资，联合社会资本成立福建中科芯源有限公司，成为海西研究院唯一的LED技术转移基地和产业化平台。今年1月，该院利用自主研发的荧光陶瓷白光大功率封装技术，解决了LED大功率照明普遍存在的热管理困难及封装材料失效难题。

 据悉，目前LED行业内通用的是荧光胶封装技术。当功率超过200W时，LED光源密度封装就会遇到技术瓶颈——在较小的发光面积集成更多芯片却难以解决光源热管理问题，因此难以制造大功率的LED灯。即使是处于国际领先水平的日本知名企业，产品只能做到200W以下，极限值也不超过500W。也正因此，当前的LED灯应用主要局限在普通照明领域。

 中国LED产业面临专利壁垒

 “从2003年起，我们所就开始考虑如何突破国外的专利壁垒。”中科院福建物构所洪茂椿院士在接受记者采访时表示。

  洪茂椿口中的专利壁垒，是指目前全球LED领域的技术和专利，有一半以上被美、日、德等发达国家所占有。全球已形成以日本的日亚化工和丰田合成、美国的克里和通用电器、德国的欧司朗为专利核心的技术竞争格局。它们已在全球，尤其是中国部署了专利网。而我国的LED产业处于幼小阶段，产业技术水平低。

  中科芯源表示，目前我国生产的LED灯具，使用的各种光源都采用蓝光芯片+荧光硅方案实现白光，此项技术方案受到国外封装技术专利的制约，出口市场受限，而且由于荧光硅胶易老化会引起光衰。“这导致我国80%左右的LED产品集中在景观照明、交通信号灯等应用市场，较少涉及汽车照明、大屏幕等高端产品，常规产品市场正变成红海。因此，我国LED产业要想取得长远发展，必须突破国外专利的层层包围。

  在这一背景下，海西研究院试图通过大功率LED光源封装技术突围，改变我国LED产业建立在沙滩上的现状。据介绍，中科芯源拥有自主研发的透明荧光陶瓷材料烧结设备、高度保密的配方、独特封装工艺技术，拥有从装备、配方、到封装工艺全链条技术的完全自主知识产权。目前这项技术已完成4项PCT申请，30余项国内发明专利授权已实现全球专利布局。

自主研发千瓦级LED光源

用陶瓷做封装材料，海西研究院是如何想到的？

 “我们所的固体激光材料研究在国际上一直领先。受激光材料研究启发，我们就想到使用激光陶瓷作为LED封装材料。”洪茂椿告诉记者，从2007年开始，研发人员凭借激光陶瓷的技术基础进行工艺改进，使透明荧光陶瓷实现更为优异的导热性能和发光特性。

   中科芯源研发的陶瓷封装技术，具有导热率高、耐高温、耐腐蚀、抗热冲击性好等特点。不仅可以做到光源面积小，还能实现很好地散热。目前中科芯源已成为全球首个生产1000瓦光源模组的企业。这一研发使LED进入大功率照明市场，进而实现对传统照明的全替代成为可能。

  在中科芯源的展示厅，记者看到了那盏成功封装1000W光源的LED灯，整块光源芯片面积只比1元钱硬币大一点。而中科芯源生产的600W光源模组此前已应用于北京2018年北京冬奥会训练场馆照明，替代2000W金卤灯。

近两年，LED市场和技术的不断发展变化，COB成为各LED封装企业的必争之地，国际大厂更企图以高品质高光效的COB产品拉开与国内企业的差距，抢占大份额市场。据相关数据显示，COB在我国封装产品的总体份额已超过7%，被广泛用于路灯、直下式背光、射灯和其他高亮度应用设备的高功率LED，其需求量将从2014年的185亿颗增至2017年的270亿颗，年复合成长率将达13%。

　　以往的荧光粉加硅胶材料的LED光源，功率超过100W就会遇到技术瓶颈，LED应用市场也因此局限在普通照明领域，而我们通过材料的创新，可以做到1000W的功率，将带动LED照明进入工业、港口码头、机场等大功率应用市场。　　福建中科芯源有限公司是由中科院海西研究院(中科院物质结构所)及福建省企业与企业家联合会牵线搭桥成立的。作为中科院海西研究院(中科院物质结构研究所)唯一的LED技术转移基地和产业化平台，中科芯源依托中科院实现技术创新，挑战1000瓦级COB技术(即“K-COB技术”)极限。

材料创新突破当荧光陶瓷遇上LED

　　材料创新，便是通过透明荧光陶瓷材料来改造LED光源，从材料的源头进行突破，再加上特殊的工艺和结构，进而研发出了1000W的超大功率LED光源。这是我国LED产业技术的一次革命性突破，从陶瓷材料烧结设备、高度保密的配方，到独特封装工艺技术，中科芯源已经实现了全链条技术，并拥有完全自主知识产权，在国际进行专利布局。

　　中科芯源的大功率LED光源能够实现产业化，首要条件还是基础研究做得到位，在材料领域实现突破。凭借激光陶瓷的技术基础，进行工艺改进，获得性能优异且稳定的LED发光效率与发光性能，并实现透明荧光陶瓷规模化生产。荧光陶瓷拥有更为优异的导热性能和发光特性。

500W灯具老化实验室

　　在大功率的条件下，透明荧光陶瓷材料还具有更高的稳定性和可靠性。其具有导热率高、耐高温、耐腐蚀、抗热冲击性好等特点。在光学领域，要求是功率越大、面积越小;从散热来讲，要求面积越大，散热越好，这两件事情其实是矛盾的，要把他们同时做好很困难。而我们的光源就可以很好地解决这一问题，原因就在于我们材料的特殊性，结合独特的封装结构，就可以做到即便面积很小，也可以很好散热。

　　据介绍，使用大功率LED照明产品平均节电率在70%左右，碳排放量也会明显减少，未来将有很大的潜在市场，具有很高的经济效益和社会效益。

　　最新数据更新显示，2014年金卤灯产量约为9000万只，总功率约为1080万千瓦，如通过透明荧光陶瓷封装LED灯全部实现替代，将节电756万千瓦，而三峡电站的总装机容量不过2240万千万。

   K-COB引领千瓦级照明新市场

　　可以说，正是材料和结构的双突破，才造就了LED光源行业的这一次大突破。从100W到1000W，几十年前、甚至几年前，都是很多人不可想象的技术突破，而今天，物构所和中科芯源做到了。

　　透明荧光陶瓷材料最显著的特点就是可实现大功率密度封装，如何实现，还必须开发独特的封装导热结构。传统荧光胶LED封装技术只能实现200WLED光源，而中科芯源目前已成为全球首个生产1000W光源模组的企业，使LED进入大功率照明市场，进而实现对传统照明的全替代成为可能。

　　目前，中科芯源生产的600W光源模组已应用于北京2018年北京冬奥会训练场馆照明，替代2000W金卤灯。在中科芯源的展示厅里，大功率的陶瓷芯片，1000W的芯片只比1块钱硬币大一点，而以往的150WLED光源就和常规家里的吸顶灯一样大了。

这是中国LED产业技术的一次革命性突破。从陶瓷材料烧结设备、高度保密的配方，到独特封装工艺技术，中科芯源已经实现了全链条技术，并拥有完全自主知识产权，并于今年6月完成了全球专利布局。

　　据介绍，K-COB技术具有四大开创性优势：核心技术由中科院技术转化、核心材料采用透明荧光陶瓷、拥有白光专利和低热阻封装结构专利、核心部件实现光热一体化光源模组等。当下，我国LED产业缺乏有效专利保护，出口市场面临专利壁垒等，严重影响产业竞争力。如使用透明荧光陶瓷材料封装LED光源技术改造传统LED 产业，将改变产业建立在沙滩上的现状。

在成功研发出1000W及以上光源模组后，技术上我们将实现LED对传统照明的全替代。而接下来，中科芯源将通过加强与传统灯具厂商、LED下游灯具厂商的合作，贯通产业链上下游，用新技术改造提升企业，做大做强我们国内的LED产业。