LED燈絲的光學(xué)性能分析

李洪旭+孫超+孫元暉+史加旭+何夢(mèng)倫

摘 要：三維發(fā)光LED燈絲的核心是在保證正反面光通量的前提下，獲得比較均勻的正反面發(fā)光。采用積分球測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試在10mA電流驅(qū)動(dòng)下，分別在點(diǎn)亮瞬間及穩(wěn)態(tài)對(duì)燈絲的正反兩面不同位置進(jìn)行亮度及色溫測(cè)試。結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)時(shí)燈絲正反面的色溫均勻度為0.321，因此如何提高正反面色溫差距使得正反面色溫基本達(dá)到一致是改進(jìn)的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：LED燈絲；電流；亮度；色溫

引言

發(fā)光二極管（LED）具有環(huán)保、節(jié)能、光效高、性能穩(wěn)定、以及使用壽命長(zhǎng)等眾多優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著價(jià)格的不斷降低，發(fā)光亮度的不斷提高，半導(dǎo)體光源在照明領(lǐng)域中展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。根據(jù)報(bào)道，高校的實(shí)驗(yàn)室水平已經(jīng)可以達(dá)到100Lm/W以上的光效，另外，產(chǎn)品的可靠性也在飛速提高，功率型LED的光衰減壽命可達(dá)到數(shù)萬小時(shí)[1]。

LED燈絲的核心技術(shù)在于多顆芯片之間相互串聯(lián)，大大縮短了互連長(zhǎng)度，減小了互連線電阻、電感，極大地改善了封裝的光學(xué)性能。芯片中產(chǎn)生的熱量直接通過焊料凸點(diǎn)傳輸?shù)椒庋b基板，能夠有效提升LED燈絲的可靠性。文中主要對(duì)倒裝燈絲的正反面不同位置的色溫及亮度進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)

將倒裝芯片通過ASM-DB860固晶機(jī)固定于印有銀線路的白陶瓷基板上，陶瓷基板的尺寸為60mm×1.2mm×0.38mm，芯片的尺寸為8mil×20mil。倒裝芯片選用藍(lán)光LED芯片，其主波長(zhǎng)范圍為450-455nm，額定電壓為3.1-3.2V。熒光粉采用威士波爾的YAG-4。分別選取封裝后的合格燈絲5條，對(duì)其進(jìn)行光電色參數(shù)測(cè)量，測(cè)試設(shè)備為遠(yuǎn)方LED光色分析測(cè)試系統(tǒng)V2.00。根據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制出色溫、光通量的變化趨勢(shì)圖。

2 分析與討論

2.1 亮度測(cè)試

采用10mA電流驅(qū)動(dòng)，分別在點(diǎn)亮瞬間及穩(wěn)態(tài)對(duì)燈絲的正反兩面不同位置進(jìn)行亮度、色溫的測(cè)試。

如圖所示，大多數(shù)LED光源瞬態(tài)光通量低于穩(wěn)態(tài)，由于穩(wěn)態(tài)下，基板溫度高于瞬態(tài)測(cè)試溫度，故其光通量表現(xiàn)為下降，相反，當(dāng)燈絲達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后光亮度高于瞬態(tài)，說明低電流驅(qū)動(dòng)下燈絲表面溫度低，未達(dá)到光源光衰減幅度。

2.2 色溫測(cè)試

正反面色溫值越接近越好，LED燈絲的色溫是由熒光粉的混合濃度及涂覆的熒光粉膠體的體積共同決定的，色溫隨熒光粉混合濃度的降低而升高，隨表面涂覆的膠體體積的增加而降低。因此，改變色溫大小提高燈絲色溫均勻度可通過改變熒光粉膠體混合濃度及增加或減少涂覆膠體體積兩種方法來實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)論

采用倒裝LED芯片，通過錫膏焊接方法將芯片焊接于白陶瓷基板上制備出的LED立體發(fā)光燈絲反面光亮度僅達(dá)到正面光亮度的20%-30%，同一發(fā)光面上中間光亮度高于兩端光亮度，為提高光學(xué)均勻性使得燈絲統(tǒng)一發(fā)光面發(fā)光均勻，可以嘗試改變燈絲基板線路排布，減小兩端芯片間距加大中間芯片間距，達(dá)到兩端亮度與中間亮度的差距縮小的目的，從而提高光均勻性。

穩(wěn)態(tài)時(shí)燈絲正反面的色溫均勻度為0.321，故如何提高正反面色溫差距使得正反面色溫基本達(dá)到一致也是改進(jìn)的重點(diǎn)，由于燈絲色溫與熒光粉膠水的濃度和涂覆的體積相關(guān)，可從兩個(gè)方面改進(jìn)：嘗試改變背面熒光粉膠水的配比，通過正反面涂覆的熒光粉膠水濃度不同來改變色溫從而達(dá)到色溫一致的效果；由于反面色溫低于正面，可嘗試改變背面涂覆熒光粉膠水的量，使得反面涂覆的熒光粉膠水盡量薄提高反面色溫，從而達(dá)到正反面色溫相同的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]Nadarajah Narendran，Yimin Gu.Life of LED-based w hite lightsources[J].IE EE J. Disp lay Tech no logy，2005，1（1）：167-171.