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陶瓷封装 闽企开启LED产业新时代

导读: 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?

  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。

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