项目名称： 低色漂全光谱LED照明用整体解决方案

Low color drift full spectrum LED lighting overall solution

申报单位： 江苏博睿光电有限公司

综合介绍或申报理由：

半导体照明是采用LED芯片激发荧光粉产生白光的一种新型照明技术，是第三代半导体中最具代表性且率先得到推广应用的技术之一，更是“十三五”发展规划的战略发展重点。荧光粉是LED照明光源中唯独能够同时提供光色转换和光效提升的关键材料，直接决定了白光LED的光效、色温、显色指数乃至使用寿命，是关乎LED照明器件性能高低的卡脖子材料之一。国际LED产业一线大厂长期布局荧光粉技术。2018年，日本NIMS在美建立的专利联盟正式启动了以荧光粉为核心手段的专利绞杀策略，企图遏制我国半导体照明产业的发展。

当前，全球半导体照明技术正在步入从量变向质变转换的发展阶段。在此背景下，最求具有连续光谱结构的全光谱照明光源由于兼具优异的色彩还原能力和人本照明的健康属性，对于促进人类照明体验质的飞跃和改善健康都具有深远的意义，已然成为业界共同关注的焦点和热点。

但自2018年以来，为了满足未来照明需求，各类全光谱解决方案被陆续推出。但是结合光效、成本及产业配套等各方面因素来看，基于蓝光芯片的全光谱照明方案（显色指数Ra>96,R1~R15>90）最有可能在未来2~3年实现普及推广，这已逐渐成为业内共识。但是该方案在实际应用中却存在非常明显的色漂问题，具体表现在两个方面，一方面冷热态色漂大，尽管在冷态时显指可以达到要求，但在一旦达到工作状态，芯片节温上升导致显色指数下降，特别R9、R11、R12等特殊显色指数会降至85左右，难以满足应用需求；一方面，长期老化色漂严重，随着工作时间延长，亮度下降的同时，色漂严重也是制约其推广应用的重要制约因素之一。

前期的研究结果表明，荧光粉的光效及其抗劣化性能是影响全光谱照明光源的关键因素。因此围绕如何提升全光谱荧光粉的光效，及其在高温高湿以及长期辐照环境下的化学稳定性，是攻克这一难题的关键所在。

作为国内半导体照明荧光粉龙头企业，博睿光电积极布局低色飘全光谱解决方案荧光粉的研发，在配方多元组分联控技术及光谱的宽幅精控技术、超高温高压多级氮化合成技术、梯度结构提升耐久性技术等关键技术方面取得重要突破，低色漂全光谱照明白光LED所需的全色系荧光粉的系列综合应用性能已达到甚至超越进口同类产品的水平，处于国际领先水平。

主要技术参数：

（1）全色温段（2700~6500K），实现全光谱白光LED，显色指数Ra≥96，R1~R15≥90。

（2）采用本方案的全光谱白光LED，105℃工作时光效降幅（相对于25℃）≤13%，色漂降幅小于1%，冷热态ΔRi≤1.2。

（3）采用项目全色系荧光粉制成的白光LED，经1000h老化后的长期老化色漂光效降幅≤5~6%，色漂幅度≤7‰。

与国内外同类产品或同类技术的比较情况：

为了更清晰的说明本方案的技术优势，下面以目前市售的其他厂家全光谱方案作为对照组，以我司在2019年推出的低色漂全光谱解决方案Fbright与之从冷热态色漂和长期老化色漂两个方面进行对比。

（1）基本光色参数情况

在显色相同的情况下，FBright方案封装的全光谱白光LED的光通量及显色对比情况明显优于照组方案，具体性能指标见表1。

（2）冷热态色漂的改进效果

图1（a）（b）分别显示了对照组方案在冷热态的光谱以及Ri值的变化情况。如图1（a）可以清晰的看出， 当LED灯珠进入热态后，光谱出现明显变化，而且这种变化覆盖率从500nm至650nm。图1（b）显示的对照组在冷热态时的Ri值清晰的显示，普通显值R1~R8都发现了明显下降，特殊显值中对应饱和红色的R9出现明显下降。表明红粉出现了一定程度的劣化。

图2（a）（b）分别显示了FBright方案在冷热态的光谱以及Ri值的变化情况。如图2（a）所示，FBright方案进入热态后，从500~700nm范围内的光谱基本与冷态重合，而仅仅是在480~500nm波段出现了变化，主要是由于热态，芯片峰波长红移，导致与蓝绿光光谱的强度叠加，使得485nm附近波段强度有所提高。FBright方案在冷热态时的普通显值R1~R8降幅小幅收窄，而特殊显色指数改进明显，特别是R10、R11降幅得到有效改善，达到了行业内认可的全光谱Ri＞90的标准。

（3）长期老化色漂

通过对比两组灯珠在经历1000小时后的光谱变化情况以及Ri值，以期说明FBright方案在抗老化色漂方面的技术优势。对比FBright和对照组在老化前后的光谱差异，可以看出两方案在老化前后的光谱变化趋势是一致的，但是在变化幅度方案存在一定差异，即FBrigh方案的变化幅度相对更小（图4和5）。

如图6所示，通过与对照组对比ΔRi的大小，可以非常清晰的看出FBright方案在长期老化后，ΔRi有所改善，尤其是在关键的R9、R10、R11等特殊显值方面，降幅得到明显改善。

经济评价分析：

全光谱照明产品实现的商用化，必将对现有常规显指的照明产品形成了第二次全面升级换代，预计未来3~5年，全光谱荧光粉将继续保持20%以上的增长率。以荧光粉在LED照明中的成本占比约在3~5%进行测算，届时仅国内全光谱LED荧光粉的市场规模将达到1亿元以上，考虑到国际市场的需求规模，全球总规模可能达到2~3亿元左右。

我司在2019年推出的低色漂全光谱解决方案现已实现量产及批量出货，但是目前总体规模尚小，月出货量达到300kg以上。随着全光谱技术的不断进步和完善，以及在国际国内已经构建起来的销售网络，后续将会迎来大幅度的增长，为公司发展提供了新的支撑。预计未来3-5年，我司推出的低色漂全光谱解决方案将引领相关技术和产业领域发展，充分发挥资本市场的平台优势以及自身专业优势，通过自主开发、外延扩张等方式，促进生物、医疗、军工等新型高端产业的融合发展，推动国内乃至动全球上游元器件，中游封装，下游产品应用的协同发展，为宏观经济的平稳运行注入了新动力，为未来的全球规模增长提供更多的稳健渠道。

技术及工艺创新要点：

前期的研究结果表明，荧光粉的光效及其抗劣化性能是影响全光谱照明光源的关键因素。因此围绕如何提升全光谱荧光粉的光效，提升其在高温高湿以及长期辐照环境下的化学稳定性，是攻克这一难题的关键所在。

博睿光电前期在国家“863”及江苏省成果转化基金等项目的资助下，在LED荧光粉关键共性技术研究及产业化方面取得长足进步，现已发展成为产品体系最全、销售规模最大、市场覆盖范围最广的一家全球性LED荧光粉专业公司。自2014年起，在科技部中小企业技术创新基金等项目的支持下，公司国内知名高校院所，开展低色漂全光谱照明用荧光粉整体解决方案的联合攻关，历时近三年的研究开发，在低色漂全光谱照明白光LED所需的全色系荧光粉的系列关键技术上取得了重要突破。

系统集成荧光粉的配方设计、元素掺杂及新型合成技术，成功设计并开发出波段覆盖420~670nm的全光谱照明用新型高光效全系列荧光粉，产品体系覆盖铝酸盐、硅酸盐、氮氧化物等多个体系，并通过基质多元联控及量产条件下组份精调技术，实现对荧光粉发射光谱的宽幅精调。

（1）配方多元组分联控技术及光谱的宽幅精控技术。通过对荧光粉阴阳离子基团的内部置换、激活剂离子、多元稀土共掺等关键因素对光谱结构、光转换效率的协同作用机制的探索，成功开发出基于蓝光芯片的全色系荧光粉。其中包括BSON蓝绿粉、硅酸盐CMSL蓝绿粉、LYAGG黄绿粉以及CASN红粉等。

通过碱土金属-Eu离子-P-Cl的联合调控，对CMSL蓝粉实现光谱的大调节，实现峰波长在450nm-480nm连续可调；通过Eu离子-N/O比和碱土金属的联合调控，实现峰波长为490-500nm可调的高效BSON蓝绿粉；依靠激活剂离子Ce含量—Lu/Y比—Al/Ga比的协同联控，首次使得LYAGG在原有520nm短波极限波长基础上实现蓝移突破，使峰波长降至500nm；CASN红粉则通过对Eu含量—Sr/Ca比—N/O比的联调开发出高效650-670nm深红粉（图7、图8）。

（2）超高温高压多级氮化合成技术。成功开发出适用于铝酸盐和氮化物的新型多级高压固相合成技术，实现对荧光粉晶粒形核和生长的可调可控，大幅提升了荧光粉的颗粒均匀度、结晶度，有效提升了荧光粉晶体的结构刚度；同时配合热循环过程的优化设计，获得高结晶度的烧成产物，量子转换效率高达90%以上，热猝灭性能也得以显著改善。

其中，针对LYAGG黄绿粉开发出超高温合成技术，配合助熔剂的精细调节，实现高结晶度荧光粉的合成，热猝灭特性显著改善。针对氮氧化物荧光粉开发的超高压多级气氛保护压力配合的热循环合成工艺，通过协同控制反应原料的N-O比例以及保护气氛的高纯度N2的保护压力，可以对BSON和CASN荧光粉的激活剂离子Eu2+/Eu3+比例控制在90%以上、O/N比例降低至5%以内。同时配合热循环过程的优化设计，获得高结晶度的烧成产物，量子转换效率高达95%以上。

（3）梯度结构提升耐久性技术。LED照明及显示器件中，荧光粉必须承受超高功率密度光辐照和强烈的热冲击，其抗辐照/热劣化特性不足将会严重制约LED的使用寿命。本项目结合原料配比调控、超高温下晶体生长控制技术及原位表面改性技术，在业内首次制备出具有优异抗劣化性能的梯度结构荧光粉，通过在荧光粉晶粒表面构建厚度约10nm的纳米扩散阻挡层（图10），有效阻止了荧光粉内部激活剂离子在高温下的氧化和高温水汽侵蚀，缓解了荧光粉长期光衰及色漂问题。同时，梯度结构表面的构建可增强荧光粉颗粒与应用环境介质的反应活性，改善界面接触热特性，高密度蓝光辐照下荧光膜层温升显著降低。

图11为本项目研制的全光谱LED荧光粉和商用全光谱LED荧光粉在蓝光激发下的1000h老化数据，可见低色漂全光谱解决方案系列荧光粉老化具有明显优势。

（4）全光谱调制技术。通过荧光粉组合设计和激发光谱结构调控，成功解决荧光粉间再吸收导致的光谱变形和光效损失问题，并创新利用特定荧光粉体系间的再激发实现光谱的二次调节，有效兼顾全光谱结构和高光效的双重需求。如图12所示，全光谱方案Ra达到95以上，R9-R15全部达到90以上。

实际运用案例和用户评价意见：

低色漂全光谱解决方案全面打破了国际巨头的技术垄断，不仅得到了国内上市公司的肯定，而且陆续通过了多家国际一线大厂的认可。经客户测试评估，与国外同类进口产品对比，在显色指数、发光效率、光色一致性以及使用寿命等方面均处于国际领先，长期性能优异，综合性价比优势突出，解决了冷热态色漂问题，为客户节省了千万元的采购成本，并取得了显著效益。

某国内领先的LED照明上市企业使用了低色漂系列的荧光粉方案应用在COB光源上，用以解决在光源点亮过程中产生的高热量导致色飘过大问题。通过方案改善，色坐标降低幅度减少28%，由此达到了热态情况下COB光源颜色变化不大的良好效果，促进了该企业新产品的开发，很好的支撑了新产品研发的需求，真正为支撑我国稀土功能材料产业发挥重要作用。

某专业从事LED封装的高新技术企业使用了低色漂全光谱方案系列的荧光粉应用在暖白色温LED灯丝灯上，用以解决在LED灯丝灯点亮使用过程中所产生的高热量导致的色坐标偏移过大和亮度维持率低的问题。其中色坐标降低幅度减少15%，亮度维持率从原来的88.5%提升90%，很好的改善了灯丝灯的应用问题，节省数近百万元的荧光粉采购成本。

某中国电子信息百强企业使用了该方案系列的荧光粉应用在正白全光谱贴片光源上，用以解决在光源点亮过程中的显色指数降低的过大问题。通过方案改善，显色指数Ra降幅从原来2.2降至0.5，色坐标降低幅度减少21%，由此达到了热态情况下显色指数仍然高于97的良好效果。节约了时间成本同时，完成了用于通用照明及液晶背光的海尔、创维、康佳、京东方、风行电视等国内知名企业订单，取得了显著的经济和社会效益。

获奖、专利情况：

公司作为苏南国家自主创新示范区“瞪羚企业”、近年来也屡获殊荣。2016年被评为江苏省企业知识产权管理标准化示范先进单位，2017年度获评江苏省“最具成长性高科技企业”，2018年获江苏省科学技术进步二等奖1项，南京市科学技术进步二等奖1项等各类奖项，江苏省高新技术产品3项。

到目前为止，公司已围绕低色飘全光谱方案系列荧光粉授权专利14件（3项PCT专利陆续获欧、美、日等授权）。

申报单位介绍：

江苏博睿光电有限公司成立于2009年9月，注册资本1250万元。专业从事高端稀土发光材料的研发及产业化，是国内研发实力最强、销售规模最大的LED荧光粉专业公司，已成长为国内第一、全球前三的LED荧光粉专业公司

公司为“国家高新技术企业”、苏南国家自主创新示范区“瞪羚企业”、江苏省企业知识产权管理标准化示范先进单位、国家半导体照明工程研发及产业联盟成员单位；获评2017年度省“最具成长性高科技企业”、18年度“江宁区最具创新力企业”、2018年度“江宁高新区高端制造产业创新突破奖”；连续三年荣获江宁高新区“纳税大户”； 获江苏省科学技术进步二等奖1项，南京市科学技术进步二等奖1项。

公司近三年的年研发投入超过2000万元，建有江苏省工程技术研究中心、博士后科研工作站等；先后承担了国家发改委和国家科技部重大专项计划、江苏省成果转化计划等，对推动我国LED荧光粉技术和产业从跟跑、并跑到部分领跑发挥了重要作用。

公司研发团队2012年获“江苏省创新团队”，现拥有国家“万人计划”，科技部创新创业人才，江苏省创新创业人才，江苏省“333工程”中青年领军人才，江苏省“333工程”中青年学术技术带头人，江苏省博士集聚计划，南京市顶尖专家等人才专家。

近年来公司对高性能荧光粉技术进行了研究和探索。成功开发出基于蓝光和紫光芯片激发的高光效高信赖性全色系荧光粉，打破了国外垄断；尤其是当前备受关注的超高显色、全光谱照明整体解决方案上率先取得重要突破。为支撑下游照明应用产业的提档升级提供重要的材料支撑。

与此同时，公司积极进行专利布局，构建专利池，为全面进军国际市场做好充分准备。目前公司拥有以LED荧光粉为代表的高端稀土发光材料有效发明专利67件，其中包括45件中国发明专利授权，3项PCT专利分别在欧、美、日、韩等国获得国家授权9件（本申报材料中1:2抵算6件发明专利），2件台湾发明专利授权， 13件国内发明专利申请，以及1项PCT申请处于国际阶段。

目前在海外市场，公司相继与Philips、OSRAM、Lumileds和韩国的Samsung、Seoul Semiconductor、日本TOYODA以及台湾地区的Everlight、Lextar等几乎所有国际一线LED企业实现合作。国内市场，公司与以国星光电、兆驰光电、鸿利智汇、木林森等为代表的所有上市封装企业实现合作，高端客户占有率达90%，市场占有率达50%。博睿光电已真正发展成为国内唯一一家成功打入多家国际一线企业的中资全球性荧光粉专业厂商。

产品图片：