本成果的研究源于中国科学院知识创新工程重要方向项目“高效低成本 LED 室内照明封装技术研发及其应用”（KJCX2-EX-H07）、福建省科技重大专项“高效、低成本室内照明LED 关键材料与技术研发”（2010HZ0005）与中科院院地合作项目“低成本高效高稳定性白光LED 照明技术”（DBSH-2011-024）。

本成果主要应用于LED 照明领域，尤其在室内照明领域。该成果的适用范围为LED 球泡灯、LED 日光灯条、LED 筒灯、LED 射灯以及新型LED 面板灯等。该成果主要涉及LED封装领域材料及技术集成创新。

该成果的技术原理主要分为以下几个方面：

1） 新材料在改进型 MCOB 集成封装技术中的应用。

a．光学陶瓷薄膜Al 基板

在Al 基板上镀制金属氧化物与非金属氧化物高反射率光学薄膜，该材料提高了MCOB封装光源的光效与稳定性，同时通过对薄膜叠层结构的光学特性进行理论模拟与优化，得到结构简单、反射率高且性能稳定的SiO2 和TiO2 叠层结构，极大地降低了光学薄膜基板的生产成本。2012 年应用光学陶瓷薄膜Al 基板生产的LED 球泡灯与日光灯条的年产量分别达到100 万盏与50 万盏，产品最高光效分别可以达到153 lm/W 与154 lm/W，显色指数分别达到80 与70 以上。由于使用该基板的产品耐压测试符合美规标准/CSA：1250V/0.5mA/3s，所以其产品主要面向美国、加拿大与南美洲国家。同时该基板技术已经申请了多项专利。

b. Al2O3 复合陶瓷基板

利用Al2O3 陶瓷作为MCOB 封装基板具有以下优势，（1）陶瓷和芯片都是Al2O3 氧化铝材料，膨胀系数相近，不会因温度变化引起晶粒开焊，导致衰减与死灯，保证了芯片的稳定性。（2）耐压4000V 以上，耐高压安全性好。匹配非隔离电源降低灯具成本。（3）陶瓷平面光源有较强的ESD 保护功能。但由于一般的Al2O3 陶瓷的热导率为10-15 W?m-1?K-1，表面可见光区反射率为70%，不能满足MCOB 封装对于散热与高光效的要求，需要对Al2O3陶瓷材料进行改性研究，使其满足MCOB 封装对于基板热导率与反射率的要求。

目前已经建成了成套生产型陶瓷烧结设备，由陶瓷粉体制备到陶瓷成型与烧结工艺，全程采用严格的质量体系控制，达到最大日产2 万片直径20mm 复合陶瓷基板的生产能力。2012 年应用Al2O3 复合陶瓷基板生产的LED 球泡灯与日光灯条的年产量均达到50 万盏，产品最高光效分别达到149 lm/W 与141 lm/W，显色指数分别达到80 与70。由于该产品达到欧盟标准EN60598-1:2000 中介电强度的RI 级，且由于Al2O3 复合陶瓷基板的制造成本较光学陶瓷薄膜Al 基板的略高，所以使用Al2O3 复合陶瓷基板的产品主要面向欧盟与一些高端市场。该基板技术已经申请了多项专利。

c. 透明陶瓷基板及荧光材料

针对LED 芯片4π立体角的发光角度，研制了用于MCOB 封装的透明陶瓷基板。该透明陶瓷为Ce:YAG 陶瓷，采用等离子高温球化制粉、液态高压精密成型并结合超高温超高真空烧结的方法制备成功可见光区透过率达到83%的透明陶瓷材料（YAG 陶瓷的理论透过率为83.8%）。并以此材料为封装基板，制备成功双面透明陶瓷封装的MCOB 封装光源。由于Ce:YAG 透明陶瓷本身就为荧光材料，蓝光LED 芯片发出的光透过该陶瓷可形成白光，从而省去了荧光粉的调配与使用。同时由于Ce:YAG 陶瓷较荧光粉具有更好的结晶度、透光率与热稳定性，从而可大幅提高LED 封光源的光效与热稳定性。目前该双面封装光源的光效已经达到261 lm/W，为目前LED 光源光效的全球领先水平。

目前该基板材料作为一种储备技术还处在进一步研发阶段，还存在一些亟待解决的技术问题，如产品的色温色坐标一致性不佳、基板生产成本较高、光源与灯具不匹配等问题。以上问题随着光源设计、材料制备与生产管控技术的进一步优化与完善，相信可以得到很好的解决。该基板技术已经申请了多项发明专利与实用新型专利。

2）对现有LED 灯具制造技术的创新，采用改进型MCOB 集成封装技术（目前采用光学陶瓷薄膜Al 基板的改进型MCOB 封装整灯光衰为3000 小时6.23%，而采用Al2O3 复合陶瓷基板的改进型MCOB 封装整灯实现了3000 小时零光衰。应用MCOB 封装技术已经实现年产LED 球泡灯150 万盏、LED 日光灯条100 万盏，同时采用自动测试补粉技术保证了产品的光色一致性。该封装结构已经申请了多项专利。

3）改进型MCOB 集成封装技术的计算机仿真分析与优化利用计算机仿真分析与辅助设计，可以极大地提高MCOB 集成封装结构的研发效率，节约了研发成本。尤其在在核心材料研究方面，用光学仿真分析与热仿真结果指导LED 封装关键材料研究。在特定的封装结构中可通过仿真得到该结构所需的各种材料的热导率与温场分布，从而有目的地制备热导率达到要求的陶瓷薄膜基板材料。

a. 光学仿真与模拟，应用光学设计软件Tracepro 对MCOB 集成封装技术中的各反射杯的深度及拔模角度等各项参数进行分析优化，从而提升出光效率并减小不同折射率介质之间的菲涅尔损耗。从而有效地提高了MCOB 封装光源的光效，同时降低了LED 灯具的制造成本。

b. 热仿真与优化设计，LED 灯具结构的热管理优化首先利用SolidWorks 软件进行封装结构与灯具结构的前期建模，并应用有限元分析软件Ansys 进行稳态热分布计算，并结合matlab 计算出热阻后将结构最优化。仿真过程中将计算数据与实验数据进行比对，从而对仿真环境及参数进行优化，使仿真结果更具有指导意义。

另外，使用有限元仿真热分析指出封装结构中的瓶颈，从而指导Al2O3 复合陶瓷材料制备，使材料制备做到有的放矢，节约材料研发成本，提高材料研发效率。利用仿真与优化设计，还对LED 灯具的整体散热结构与外形进行了分析与优化，降低LED 照明产品热阻与成本，提高了产品的可靠性与稳定性。

c. 芯片与荧光粉匹配分析。目前的白光LED 技术主要是通过蓝光与荧光粉的调配来获得。对相同的白光要求（色温、色坐标与显色性）可以有多种的荧光粉调配方案，其对光效的影响也很大。利用光学与色度学原理，根据不同荧光粉的发射与激发谱，对不同荧光粉调配方式进行了系统的计算，该计算结果可以很好地用来指导荧光粉的选取与调配，从而大大节约了研发与生产成本，并且通过对最优方案的选取，可以有效提高LED 封装光源的光效与显色指数。

成果创新性：

（1）率先设计并采用高反射率光学陶瓷薄膜Al 基板作为MCOB 封装基板材料，彻底解决银膜黄化难题，突破了绝缘导热屏障，提高了反射率，简化了封装结构，提高了光效，有效降低了成本。

（2）率先采用Al2O3 复合陶瓷基板MCOB 封装技术，实现了高漫反射与高导热、高抗电击穿性、高可靠性等优势特性的结合，有效提高了光源品质。

（3）率先采用荧光透明陶瓷体进行MCOB 封装，显著提高了光源可靠性和光效，无需荧光粉和封装胶，显著减化了封装结构，降低了成本。并首次使用了双面出光的封装结构，在低电流驱动下实现了全球最高光源光效261lm/W。

（4）改进型MCOB 技术集成形成低成本、高效率LED 光源封装与灯具技术，并产业2014 化。新增产值8000 万元。改进型MCOB 封装技术集成三年实现总产值5 亿元。

成果独占性：

由于改进型MCOB 封装技术相较传统技术，在灯具制造过程中简化了SMT 工艺，极大的降低了其产业化过程中的投资成本，同时对于已投产的LED 封装厂，利用现有的生产设备就可进行技术升级，而不用购置新的生产设备。

成果盈利性：

使用改进型MCOB 光源，光源1600 lm 方案成本较常规MCOB 方式可降低45.3%，较SMD 方式可降低58.6%，光源1800 lm 方案成本可分别降低44.4%与65.5%，光源2000 lm方案成本可分别降低46.2%与54.6%。

成果持续性：

福建物构所现有职工580 人，其中：中科院院士5 人(含兼职3 人)，研究员64 人，副高68 人，博导/硕导62 人，引进中科院“百人计划”27 人，国家杰出青年基金获得者13人。是国家硕士（含工学硕士）、博士学位授予单位，并设有博士后流动站。在学博士生143人、硕士生185 人、在站博士后14 人。福建物构所自建所以来就开展了光电功能晶体材料的研究，经过四十多年不懈努力，形成了在国际学术界上有较大影响力的两大优势学科：结构化学和光电功能晶体材料。建所以来，福建物构所获得220 项科技成果和奖励，其中问鼎国家科技三大奖及中科院科技进步特等奖15 项、中国发明专利金奖2 项。目前，福建物构所建立了结构化学国家重点实验室、国家光电子晶体材料工程技术研究中心、中科院光电材料化学与物理重点实验室、中科院煤制乙二醇与相关技术重点实验室（筹）、福建激光技术集成与应用工程技术研究中心、福建纳米材料重点实验室、福建纳米材料工程实验室等科技创新平台，并培植了福晶科技股份有限公司、通辽金煤化工有限公司、福建创鑫科技有限公司、福建中科华宇科技发展有限公司、福建中科万邦光电科技和青岛海泰光电科技等十多个高科技企业。

在半导体照明研究方面，福建物构所立足于晶体生长和结构设计的优势，在中国科学院知识创新工程重要方向项目、福建省科技厅重大专项的支持下，在新型高散热光学设计陶瓷基板、封装设计、新型高效陶瓷荧光体、新型透明导电电极、GaN 薄膜量子结构的MBE 同质外延生长、以及高质量蓝宝石衬底单晶生长方面均取得了一系列的技术创新与突破，制造出具有国际自主知识产权的、高效、低成本LED 器件。

2007 年中国科学院福建物质结构研究所（海西研究院）就由LED 封装基板材料与结构入手开始布局于LED 封装技术研发，成功开发了用于LED 封装基座的透明YAG 陶瓷与凹面镜形封装基座（发明专利申请号：201110244382.9、201110244459.2 与实用新型专利号：ZL 2011 2 0310431.X、ZL 2011 2 0310428.8）。2009 年开始与福建万邦光电科技有限公司开展技术合作与转让。2010 年在中科院重要方向项目、福建省科技重大专项以及中科院院地合作项目的支持下，重点开展了“低成本高效率改进型MCOB（Modified, Multifunction, Multiple-Cup, and Multiple Chip On Board--MCOB）封装材料及技术集成”的研究，并于2010

年与福建省万邦光电科技有限公司合作承担了“低成本高效高稳定性白光LED 照明技术”的研发，将科研成果与产业化紧密结合。至2012 年底已经为万邦光电科技有限公司实现了新增产值8000 万元、新增利润1000 万元、新增税800 万元的经济效益。应用改进型MCOB封装技术集成三年实现总产值5 亿元。

成果先进性：

a．使用改进型MCOB 封装技术有效地提高LED 球泡灯，日光灯管的光效与散热能力并降低了整灯的生产成本。采用普通光电转换效率为40%的小功率芯片与光学陶瓷薄膜Al基板，实现LED 球泡灯整灯光效153.37 lm/W，显色指数82.8，LED 日光灯条整灯光效154.72lm/W，显色指数70.2。应用同样工艺与芯片，采用Al2O3 复合陶瓷基板，实现LED 泡灯整灯光效149.97 lm/W，显色指数82.5，LED 日光灯条整灯光效141.2 lm/W，显色指数69.8。

b．应用于改进型MCOB 封装技术的光学陶瓷薄膜Al 基板，可见光区反射率大于96%，整灯3000 小时光衰6.32%，直径20mm 基板最大日产量可达2 万片。

c．应用于改进型MCOB 封装技术的Al2O3 复合陶瓷基板，可见光区反射率90.6%，热

导率33.7W?m-1?K-1，材料结构与化学特性稳定，耐压特性达到4000V/mm，整灯3000 小

时零光衰，直径20mm 基板最大日产量可达2 万片。

d．透明YAG 陶瓷的可见光透过率达到83%（YAG 透明陶瓷理论透过率83.8%），采用

透明YAG 陶瓷的双面封装光源光效达到261 lm/W。

e．采用MCOB 封装技术，实现LED 球泡灯、日光灯管最大日产2 万盏的产业化生产

能力。光源成本35 元/1000 lm，LED 球泡灯成本4 元/W，LED 日光灯管成本为60 元/12W。

f．应用光学陶瓷薄膜Al 基板实现年产100 万盏LED 球泡灯与50 万盏LED 日光灯管，为公司实现新增产值5000 万元，新增利润650 万元，新增税500 万元。应用Al2O3 复合陶瓷基板实现年产50 万盏LED 球泡灯与50 万盏LED 日光灯管，为公司实现新增产值3000万元，新增利润350 万元，新增税300 万元。应用改进型MCOB 封装技术集成三年实现总产值5 亿元。

成熟度：大批量

市场分析：

对于半导体照明技术而言，在全球禁用白炽灯所带来的巨大照明市场商机和低碳经济节能政策的带动与牵引下，LED 进入室内照明已势在必行。据DIGITIMES Research 分析师分析，全球LED 球泡需求量将由2012 年的5.96 亿只，大幅成长至2013 年的25 亿只;路灯方面，由于中国大陆、美国、欧洲于各主要城市已推动示范工程，预估LED 路灯将由2011 年的220 万盏，增至2013 年的980 万盏，将再带动未来数年LED 照明渗透率提升。全球主要国家LED 照明政策推动下，LED 发光效率显著提升。预计LED 照明价格每年将有20%-30%下跌空间；照明用LED 需求量2011 年至2015 年年复合增长率将达97.4%,将高于大尺寸LCD用LED 背光的62.6%；预计LED 照明市场规模于2013 年将达314 亿美元，于整体照明市场渗透率首度突破10%,达10.6%。

LED 照明市场今天之所以吊足了大家的胃口，吸引了这么多人的关注，原因不外乎以下三方面，第一，它的市场够大;第二，今年底或明年初，LED 照明市场的元年就将来到，亦即LED 照明灯具占总体照明灯具的比例将超过10%;第三，与白炽灯、荧光灯和节能灯市场基本上被GE、飞利浦和OSRAM 等少数几家供应商垄断不同，今天这些大灯具供应商生产的LED 照明灯具只占全部灯具市场的10%左右，亦即LED 照明市场还不是一个垄断市场。同时全球每天3000 万只白炽灯的市场空缺将由LED 灯来填补，因此每年LED 室内照明市场份额将高达400 亿美元。

针对LED 封装而言，2010 年增长率超过了50%，超过了80 亿美金，到2014 年，LED市场的复合年增长率将超过30%，金额超过200 亿美金。据Display Search 的最新报告显示，由于 LED 芯片功率提升和成本缩减，每台液晶电视背光所使用LED 器件将相应减少，预计到2014 年 LED 照明应用将取代液晶电视背光应用成为LED 应用主流。

商业模式分析：

我国有3000 至6000 多家LED 相关企业，今年又有8 家LED 公司上市。近期我国政府实行LED 节能补贴22 亿元，重点扶持20-30 家重点企业，国内外投资也纷纷涌入LED领域，但由于上游芯片产业投资过热导致产能过剩，以及LED 封装技术逐渐成为技术竞争的焦点，LED 领域的投资逐渐向中下游过渡。

营销状况：

通过技术转让的方式与福建省万邦光电科技有限公司合作进行技术产业化。至2012年底已经为万邦光电科技有限公司实现了新增产值8000 万元、新增利润1000 万元、新增税800 万元的经济效益。应用改进型MCOB 封装技术集成三年实现总产值5 亿元。

成立中科芯源光电科技有限公司，公司目前正在进行MCOB，TC-COB 等技术的产业化及市场营销。