中国科学院福建物质结构研究所于2007年开始LED封装材料与结构研发,借助已有的材料学研究基础,开展了LED封装材料与结构的基础研究、应用研究,完成了具有自主知识产权的中试技术和大规模产业化技术,包括:LED封装用光学陶瓷薄膜Al基板制备技术、Al2O3复合陶瓷基板制备技术、YAG透明荧光陶瓷制备技术以及改进型MCOB(多功能、多杯、多芯片、改进型COB)集成封装结构,拥有由封装结构到封装材料制备全套流程的核心技术.共申请专利60件,其中发明专利21件,授权4件;实用新型专利36件,授权34件;外观专利3件,授权3件,这些技术经过实践应用证明是实用和可行的. 自2009年开始,中科院福建物质结构研究所与福建万邦光电科技有限公司合作,共同开展了MCOB封装材料与结构产业化制造技术的研发,并于2012年实现了2.5英寸光学陶瓷薄膜Al基板与Al2O3复合陶瓷基板最大日产量2万片,MCOB封装LED球泡灯与日光灯条最大日产量2万盏的生产能力.同时于2012年全年实现年产150万盏LED球泡灯与100万盏LED日光灯条,为企业实现新增产值8000万元,新增利润1000万元,新增税800万元.三年总产值5亿元.灯具产品的光效已经达到国际领先水平,而价格却只有市场同类产品的30%. 全套材料制备与封装工艺技术流程中包括以下自主创新的核心工艺技术: (1)光学陶瓷薄膜Al基板制备技术 在普通抛光的Al基板上,首次通过应用光学增反膜的原理利用金属氧化物TiO2与非金属氧化物SiO2的交错叠层结构,运用传输矩阵法与平面波展开法计算并优化了两种叠层材料的分布方式与厚度,制备成功可见光区反射率大于96%的高反射率光学薄膜.同时建成了成套生产型磁控溅射镀膜系统,保证了光学陶瓷薄膜Al基板产品的质量的可靠性、稳定性与一致性应用光学陶瓷薄膜Al基板生产的LED球泡灯与日光灯条产品最高光效分别可以达到153lm/W与154lm/W,显色指数分别达到80与70以上. (2)Al2O3复合陶瓷基板制备技术 通过对Al2O3材料特性、陶瓷烧结添加剂与烧结工艺的研究,利用流延法制备叠层结构的复合陶瓷并结合优化的陶瓷烧结工艺与烧结添加剂,使Al2O3复合陶瓷的热导率达到30W·m-1·K-1,与Al2O3单晶热导率相当,同时保证可见光区反射率90%以上.并由热分析的结果可知热导率为30W·m-1·K-1的Al2O3复合陶瓷基板已经完全可以满足LED芯片对于散热的要求.应用Al2O3复合陶瓷基板生产的LED球泡灯与日光灯条产品最高光效分别达到149lm/W与141lm/W,显色指数分别达到80与70. (3)YAG透明荧光陶瓷 透明陶瓷采用共沉淀制粉、冷等静压成型并固相真空烧结的方法制备.目前已经成功制备出了用于白光LED封装的YAG透明荧光陶瓷材料,在材料性能上,透明荧光陶瓷的可见光透过率已经接近最高理论透过率-83.8%,荧光转换的外量子效率达到95%以上,与商用荧光粉效率相当.通过晶体场调制和不同稀土掺杂已经可以实现YAG透明荧光陶瓷荧光发光的不同波长调制以及封装光源的显色性与色温调制.利用双面出光的封装结构与荧光陶瓷材料进行的MCOB封装,光源光效已经达到261 lm/W,是目前LED光源光效的世界领先水平. (4)改进型MCOB封装技术 目前采用光学陶瓷薄膜Al基板的MCOB封装整灯光衰为3000小时6.23%,而采用Al2O3复合陶瓷基板的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. (5)封装结构的计算机仿真分析与优化技术 光学仿真与模拟,应用光学设计软件对MCOB集成封装技术中的各反射杯的深度及拔模角度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.热仿真分析与设计主要用于新型灯具散热结构设计同时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.芯片与荧光粉匹配分析,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.