中科芯源:專注熒光陶瓷,新型國產光電材料的自主之路
2024-05-16 16:37 中科芯源

很長時間以來,高校和研究院所的科研成果轉化一直是個(ge) 難題。許多專(zhuan) 利在申請注冊(ce) 之後,就“養(yang) 在深閨人未識”,真正實現從(cong) 專(zhuan) 利技術到產(chan) 業(ye) 轉化的寥寥無幾。

正是在這樣的背景下,福建中科芯源於(yu) 2013年成立,由董事長張修強掛帥,與(yu) 中科院海西研究院的科學家合作,探索熒光陶瓷材料在LED領域的技術攻關(guan) 、產(chan) 品開發和生產(chan) 應用。

從(cong) 實驗室到規模化量產(chan) ,並不是一條容易走的路。

依托中國科學院海西研究院軍(jun) 轉民技術——透明熒光陶瓷LED在智慧照明上的創新應用,中科芯源研製出全球首個(ge) 千瓦級K-COB光源及光源模組,具有較高的吸收係數及折射率,且透明性好、硬度高、耐腐蝕、耐高溫,並由此成為(wei) 全球首家通過美國倍科實驗室單顆600W大功率COB LM-80認證的企業(ye) 。

曆經10多年,中科芯源逐漸成長為(wei) 將科研成果成功轉化的典型案例。如今,中科芯源的產(chan) 品已經廣泛應用於(yu) 全球多個(ge) 領域,從(cong) 亞(ya) 運會(hui) 訓練場到韓國體(ti) 育館場,從(cong) 印度洋漁場到西班牙工廠,都能看到中科芯源大功率熒光陶瓷LED燈具發出穩定而明亮的光。

以中科芯源在業(ye) 內(nei) 數一數二的技術實力為(wei) 依托,獲得“最佳LED光源照明技術創新獎”、中國照明“金手指獎”、“弘光重大專(zhuan) 項(科技成果轉移轉化重點專(zhuan) 項)”“福建省領軍(jun) 團隊”等多個(ge) 獎項,並在2023年榮獲“福建省專(zhuan) 精特新中小企業(ye) ”稱號。

這背後,有中科芯源研發團隊數年來的不懈奮鬥和精益求精,也有董事長張修強和擔任首席科學家的中國科學院院士洪茂椿對熒光陶瓷為(wei) 傳(chuan) 統LED升級帶來巨大機會(hui) 的清醒認知和篤定。

創業(ye) 公司靠資本砸錢迅速成長的時代已經遠去了,中科芯源展現出另一種實現發展的路徑——踩準趨勢的頂尖人才深耕行業(ye) ,穩紮穩打,讓科研成果一步步實現商業(ye) 化落地,真正解決(jue) 困擾行業(ye) 多年的難題,讓照明行業(ye) 的產(chan) 業(ye) 升級朝前邁出一大步。

01

產(chan) 研結合,替換千瓦級傳(chuan) 統照明

能耗低、壽命長的普通LED燈具早已走進千家萬(wan) 戶,但在大功率照明領域,LED對傳(chuan) 統照明的替代進展並不如人們(men) 想象中順利。

具體(ti) 而言,這與(yu) LED光源材料的性能相關(guan) ,也跟光源封裝技術有關(guan) 。當功率超過200W時,LED光源密度封裝就會(hui) 遇到技術瓶頸——在較小的發光麵積集成更多芯片卻難以解決(jue) 光源熱管理問題,因此難以製造出大功率的LED燈。

以2015年日本西鐵城電子展出的500W LED照明產(chan) 品為(wei) 例,這是當時全球最大單顆COB的LED燈具,用傳(chuan) 統的熒光膠封裝,大功率化產(chan) 生的熱量無法高效散發,導致有機膠易老化、發光不穩定、使用壽命短等實際問題。

更重要的是,即便我國是世界第一大照明電器生產(chan) 國和第二大照明電器出口國,LED行業(ye) 內(nei) 通用的熒光膠封裝技術專(zhuan) 利卻掌握在國外企業(ye) 手中。缺乏自主創新,技術受製於(yu) 人,由此導致產(chan) 品檔次低、成本高、利潤率低,國內(nei) LED照明行業(ye) 整體(ti) 陷入“內(nei) 卷”狀態。

換句話說,在大功率LED照明領域,同樣存在著卡脖子技術。

實際上,早在2003年,洪茂椿院士就開始考慮如何突破國外的專(zhuan) 利壁壘。長達10年的時間裏,他帶領課題組成員傾(qing) 盡全力,在軍(jun) 用激光陶瓷材料基礎上進行改良,獲得了可以在LED領域應用的熒光陶瓷材料。

一個(ge) 有突破性的科研成果,想要真正轉化成變革性的產(chan) 品,並不是一個(ge) 容易的過程。中科芯源常務副總林曉告訴創業(ye) 伟徳综合体育:“在實驗室裏,隻要做出一個(ge) 產(chan) 品,就算成功了。但在生產(chan) 線上,要能同時做出100個(ge) 成品才算合格。”

中科芯源科研團隊最初的設想是,先從(cong) 小功率LED燈具開始用陶瓷材料做替代。但在實際應用過程中,他們(men) 發現這麵臨(lin) 著技術和市場的雙重挑戰。

技術層麵,陶瓷材料的散熱特性在小功率產(chan) 品上並沒有得到很好的利用,光效、色溫等參數也沒能體(ti) 現出優(you) 勢。另一方麵,由於(yu) 陶瓷工藝原因,應用在小功率產(chan) 品成本無法降低,所以在市場上難以取得突破。

“當時碰到了各種各樣的問題,甚至懷疑是不是我們(men) 的方向走錯了?”回憶彼時公司的處境,林曉仍然感慨萬(wan) 千。

直到2016年,中科芯源的研發有了新突破。他們(men) 意識到,陶瓷的散熱性和光轉換效率在大功率燈具中可以得到充分發揮,解決(jue) 了傳(chuan) 統大功率LED因散熱困難導致封裝材料易失效、光源壽命短的世界性難題。

這一點在公司研發的600W LED產(chan) 品中得到了驗證。盡管當時市場對於(yu) 一家初創公司能否解決(jue) 行業(ye) 難題持有懷疑態度,中科芯源仍然堅持自己的方向,在600W光源的基礎上,進一步研發了800W、1000W乃至1200W的產(chan) 品。這些產(chan) 品能夠在極小的麵積內(nei) 實現高密度的光輸出,展現了陶瓷材料在大功率照明中的獨特優(you) 勢。

隨後,中科芯源研製出的全球首個(ge) 千瓦級K-COB光源及光源模組,使得其成為(wei) 全球首家通過美國倍科實驗室單顆600W大功率COB LM-80認證的企業(ye) 。

至此,中科芯源突破了高質量熒光陶瓷規模化製備、COB封裝光源高效散熱、LED整燈精準配光等關(guan) 鍵技術,擁有從(cong) 材料製備到封裝工藝的完整自主知識產(chan) 權,實現了變革性的超大功率白光LED封裝技術,獲得了多項PCT國際發明專(zhuan) 利及國內(nei) 專(zhuan) 利授權,突破了國外專(zhuan) 利壁壘,總體(ti) 技術水平居國際領先。

截至目前,熒光 粉的專(zhuan) 利仍在國外企業(ye) 手中,中國企業(ye) 想做熒光粉,必須向國外企業(ye) 購買(mai) 專(zhuan) 利。而陶瓷是真正的國產(chan) 化材料,理想效果下,當陶瓷材料普及之後,就可以改變國內(nei) LED行業(ye) 的內(nei) 卷現狀。從(cong) 這個(ge) 角度看,中科芯源也解決(jue) 了大功率LED領域的卡脖子問題。

02

日積跬步,終將成為(wei) 行業(ye) 引領者

在將陶瓷材料推向市場的過程中,中科芯源又遇到了新的挑戰。在市場布局上,中科芯源的策略頗有些曲線救國的意味。

因為(wei) 傳(chuan) 統散熱器無法與(yu) 陶瓷光源達成匹配,導致熱量分布不均,影響了產(chan) 品的穩定性和可靠性。為(wei) 解決(jue) 這一問題,中科芯源開始自主設計大功率燈具,包括探照燈、體(ti) 育場館燈和機場燈等。通過做燈具,提高客戶對陶瓷材料應用在照明領域的認可度,繼而打開更大的市場。

目前,中科芯源的燈具產(chan) 品線涵蓋了六大模塊,包括海洋照明、體(ti) 育照明、港機照明、工業(ye) 照明、道路照明和景觀照明。這些產(chan) 品不僅(jin) 滿足了市場的多樣化需求,也體(ti) 現了中科芯源在不同領域的技術實力和創新能力。

相對傳(chuan) 統燈具,中科芯源的熒光陶瓷燈具有零光衰、實現零光衰、高節能、長穩定、多配光等多種優(you) 勢。

以標準足球場的場館燈為(wei) 對比,需要306盞1000W的傳(chuan) 統SMD燈具,而中科芯源隻用270盞1000W的COB燈具。除了節能,中科芯源還能讓燈具綜合造價(jia) 降低,因為(wei) 大功率燈具一般需要較高的燈杆懸掛,而COB燈具重量更輕,其燈杆及燈杆基座的重量也都可以降低,從(cong) 而將整體(ti) 成本降低。

另一方麵,中科芯源早在2017年就開始向海外市場拓展,東(dong) 南亞(ya) 、日韓、歐美市場都能看到中科芯源大功率燈具的身影。目前,在東(dong) 南亞(ya) 市場,中科芯源主要提供工廠燈和大功率投光燈的光源,以滿足當地市場對高效節能照明產(chan) 品的需求;在歐美市場,則注重提供高端光源類產(chan) 品,如定製化的影視燈光源,滿足這些市場對高品質照明產(chan) 品的追求;在韓國市場,主要提供體(ti) 育場館燈具。

2023年,中科芯源的營收達到接近一個(ge) 1億(yi) ,其中絕大部分是由燈具產(chan) 品貢獻的。但在中科芯源的規劃裏,陶瓷材料會(hui) 在未來幾年成為(wei) 公司的主要營收來源,預計明年會(hui) 占到整體(ti) 營收的30%以上,後年則會(hui) 達到60%以上。

這一預期實現的信心來自中科芯源目前重點布局的汽車燈具板塊。據介紹,市麵上現有的汽車燈具大多采用熒光玻璃製造。由於(yu) 熒光玻璃在工藝和特性上的一些限製,熒光玻璃的生命周期為(wei) 2-3年,熒光陶瓷替代熒光玻璃將是接下來趨勢。

2022年底,國內(nei) 領先的LED企業(ye) 之一國星光電找到了中科芯源,希望能共同開發汽車燈具的新項目。在此之前,國星光電已嚐試過用藍寶石、熒光玻璃燈等多種材料來做車燈光源,但這些材料的性能參數始終與(yu) 歐司朗(OSRAM)的同類型產(chan) 品相去甚遠。

在深入研究後,中科芯源的第一個(ge) 陶瓷汽車燈樣品在性能上已經達到了歐司朗70%的水平,而且其樣品成本更低、尺寸更小。此後,中科芯源和國星光電確定了基本的合作方案。

從(cong) 那時起,中科芯源不斷探索陶瓷在汽車領域的應用,將汽車照明作為(wei) 公司重點布局方向。目前,中科芯源正在和比亞(ya) 迪、江西晶能等四家頭部汽車光源分裝廠商合作,做技術匹配,隻要匹配成功,這些廠商做完車規認證,那麽(me) 合作就達成了。

每個(ge) 應用在汽車上的光學元器件,都必須通過國家的汽車規級認證。這一認證需要三個(ge) 月到半年時間。今年4月9日,中科芯源與(yu) 國星光電合作的熒光陶瓷光源器件應用在HUD上正式通過國家汽車規級認證。

“接下來,我們(men) 的陶瓷材料在市場占有率上會(hui) 大幅提升。汽車燈材料市場估算有10億(yi) 規模,預計我們(men) 能在三年內(nei) 占到市場的30%左右,實現3億(yi) 營收規模。”林曉表示。

這些數據背後,顯示出中科芯源的野心——成為(wei) LED大功率照明的引領者。“我們(men) 真正對標的企業(ye) 是歐司朗。我們(men) 目前很多指標已經跟歐司朗非常接近甚至超過歐司朗。這也是我們(men) 董事長最初創業(ye) 的情懷。”

資本方麵,中科芯源至今已經完成3輪融資:2017年獲得上海東(dong) 方證券的首輪融資;2021年獲得寧波科泓產(chan) 業(ye) 的投資;2023年又獲得了福州高新區管委會(hui) 的新一輪融資。

今年下半年到明年上半年,中科芯源計劃完成第4輪融資。林曉提到,一是考慮到汽車廠商的賬期問題,需要增加流動資金來應對;其次,需要資金購買(mai) 設備,建設自動化流水生產(chan) 線。

“伟徳综合体育福州獨角獸(shou) 加速器的輔導讓我們(men) 在思維上更加開闊。我們(men) 也希望,中科芯源能成為(wei) 真正意義(yi) 上的伟徳综合体育企業(ye) ”。林曉表示。對於(yu) “伟徳综合体育企業(ye) ”的解釋其實有很多,憑借領先科研成果對產(chan) 業(ye) 進行變革並打破國外在某領域的主導地位,無疑是其中非常硬核的一種。

 

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