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。
中科芯源常务副总经理兼技术总监叶尚辉介绍说，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。”叶尚辉表示。
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。
叶尚辉告诉记者，他们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。
节能，是LED照明产品公认的特点。大功率LED照明产品，同样能明显减少用电量和碳排放量，平均节电率可达70％左右。“以300W透明荧光陶瓷封装LED工矿灯替代1000W金卤灯为例：1000W金卤灯约2000元，使用寿命约为1年，LED灯价格按金卤灯的2倍即4000元测算，寿命至少5年。如实现替换以每天使用10小时测算，1年即可收回成本，5年可节电1.2万千瓦时。”叶尚辉说。
串起上下游助推产业发展
为加快这一技术的应用推广，中科芯源已联合全国电源、散热、合同能源管理等上游企业，组建产业技术联盟，进行协同创新。目前与大功率荧光陶瓷LED匹配的电源、散热等联盟厂商已开发出相应产品，产业联盟同时开始向下游应用企业输出完整的产品技术解决方案。
“我们会根据LED下游灯具厂商的需求，基于荧光陶瓷及其封装技术，为其开发系列产品解决方案，并输出技术和科技服务。”叶尚辉表示，荧光陶瓷封装技术相较传统技术，在灯具制造过程中简化了贴片与回流焊工艺，可以大大降低其产业化过程中的投资成本。“对于已投产的LED封装厂，利用现有的生产设备就可进行技术升级，不用再购置新的生产设备。”比如，中科芯源正与传统金卤灯、高压钠灯生产企业合作，为其提供荧光陶瓷封装高功率LED光源模组。
这样便利的技术改造，让中科芯源的产品开始走向全国。济南坤锐光学科技有限公司是一家专业生产LED路灯透镜、工矿灯透镜、隧道灯透镜等产品的照明企业，是中科芯源技术战略联盟的合作成员之一，公司利用中科芯源的全新光源封装技术，正在开发新的透镜产品。致力智能化照明整体解决方案的福建省两岸照明节能科技有限公司，是中科芯源的用户，公司目前正在计划利用中科芯源的产品，打造公用照明的样板。
2015年初，中科芯源与中科院半导体研究所、中科院物质结构研究所、中科院工程热物理所、长春希达电子技术有限公司签订“璀璨行动”的五方协议，达成配合开发、生产、销售大功率集成透明荧光陶瓷COB光源及其灯具的合作。
“福建LED产业上游芯片企业以三安为龙头，下游应用有鸿博光电、福日照明、厦门信达等。如再有荧光陶瓷封装核心技术的广泛应用，则上中下游可形成技术相互支撑，产业链协同合作，必将使我省的LED产业发展迈入新时代。”中科院物构所合作发展处处长张云峰表示。