新型熒光粉涂敷LED光源COB封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

杜元寶，張耀華，張日光，林 勝

(1.寧波升譜光電股份有限公司，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，浙江 寧波 315000；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

引言

隨著LED照明技術(shù)、智能控制技術(shù)的不斷成熟，我國LED智能照明市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，LED智能照明已成為照明行業(yè)的重要發(fā)展方向。智能照明利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、有線/無線通信技術(shù)、節(jié)能控制等，來實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的智能化控制，其發(fā)光器件是LED光源。因此如何實(shí)現(xiàn)LED光源的調(diào)光、調(diào)色是實(shí)現(xiàn)LED智能照明的關(guān)鍵。本文針對(duì)當(dāng)前COB LED光源器件的顏色單一問題[1-11]，提出了一種新型熒光粉涂敷調(diào)光、調(diào)色COB封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)的思路上能很好地解決傳統(tǒng)COB LED光源顏色單一及調(diào)光、調(diào)色產(chǎn)品光斑不均勻、顏色一致性差、出光角度不定等問題。

1 新型熒光粉涂敷COB封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

采用新型熒光粉涂敷技術(shù)，采用星空的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想(圖1)，在同一個(gè)發(fā)光面內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩種色溫的變化，且保證光源出光角度的不變。

圖1 新型熒光粉涂覆調(diào)光、調(diào)色COB設(shè)計(jì)思想Fig.1 COB design idea of new phosphor coated with dimming and color matching

采用倒裝芯片設(shè)計(jì)，將兩種色溫所需的LED藍(lán)光芯片固晶在同一個(gè)基板上，然后利用熒光粉涂敷技術(shù)，在低色溫的藍(lán)光LED芯片上，進(jìn)行涂覆，調(diào)制需要的色溫，然后進(jìn)行圍壩和另一個(gè)高色溫的點(diǎn)膠(熒光粉和硅膠的混合體)工序，最后進(jìn)行烘烤、后固化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)發(fā)光面內(nèi)實(shí)現(xiàn)了兩種色溫的集成，通過外電路的控制可以實(shí)現(xiàn)不同色溫的自由切換(圖2、圖3)。

圖2 產(chǎn)品實(shí)物圖(2并12串X2 3014芯片)Fig.2 The real product(3014 LED chip)

圖3 熒光粉涂敷示意圖Fig.3 Schematic diagram of coating

由于產(chǎn)品采用倒裝芯片設(shè)計(jì)，可以省去焊線工藝，提高了產(chǎn)品的抗壓性(圖4)，另一方面采用熒光粉涂敷工藝，可以實(shí)現(xiàn)熒光粉的精準(zhǔn)涂覆(圖5)，產(chǎn)品的色溫一致性可以得到很大程度的提高(圖6)，并可實(shí)現(xiàn)不同色溫的自由切換，出光角度保持恒定。

圖4 新型熒光粉涂敷調(diào)光、調(diào)色COB工藝流程Fig.4 The process of phosphor coated with LED light source COB

圖5 涂敷效果Fig.5 Coating effect

圖6 點(diǎn)膠色坐標(biāo)分布Fig.6 Dispensing color coordinate

圖7 涂敷COB色坐標(biāo)分布Fig.7 Coating COB color coordinate

新型熒光粉涂敷調(diào)光、調(diào)色COB采用360°立體全空間涂覆，熒光體能實(shí)現(xiàn)立體均勻覆蓋LED芯片表面，在色溫的一致性、出光效果都具有非常好的效果，色溫可以精準(zhǔn)控制在50 K范圍，點(diǎn)膠工藝相對(duì)成熟可以精準(zhǔn)控制在3階麥克亞當(dāng)橢圓范圍內(nèi)，二者的結(jié)合COB調(diào)光調(diào)色產(chǎn)品的顏色的集中度如圖7所示，同時(shí)新結(jié)構(gòu)相對(duì)常規(guī)COB單色光源可以實(shí)現(xiàn)光斑輪廓清晰、均勻，出光角度維持恒定(圖8、圖9)。

圖8 新結(jié)構(gòu)COB暖光光斑Fig.8 Coating COB light source

圖9 常規(guī)COB單色光斑Fig.9 Conventional COB light source

圖10 新型熒光粉涂敷LED光源COB調(diào)光軌跡Fig.10 New phosphor coated with LED light source COB dimming path

2 產(chǎn)品測(cè)試及可靠性驗(yàn)證

將新型熒光粉涂敷調(diào)光、調(diào)色COB產(chǎn)品兩端色溫實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，難點(diǎn)在于混光，如何實(shí)現(xiàn)均勻混光是關(guān)鍵。本文將COB低色溫調(diào)制2 700 K，高色溫調(diào)制6 500 K，通過外電路調(diào)制占空比將光源調(diào)制色溫4 000 K，觀察測(cè)試COB光源的情況(圖11)。

圖11 新型熒光粉涂敷LED光源COB 4 000 K測(cè)試光譜Fig.11 Test spectrum of new phosphor coated with LED light source COB 4 000 K

如圖12和表1所示，新型熒光粉涂敷調(diào)光、調(diào)色COB無論在混光的均勻性還是在光斑的完整性表現(xiàn)很好，而且在光品質(zhì)上其色彩飽和度和顏色真實(shí)度上也非常出色。

表1 新型熒光粉涂敷LED光源COB 4 000 K的參數(shù)Table 1 Parameters of new phusphor coated with LED light source COB 4 000 K

圖12 新型熒光粉涂敷LED光源COB 4 000 K 光通量及色坐標(biāo)衰減情況Fig.12 Light flux and color coordinate attenuation of new phosphor coated with LED light source COB 4000 K

在可靠性方面，我們將混光后的4 000 K產(chǎn)品，在85 ℃的環(huán)境溫度條件下進(jìn)行老化測(cè)試，電流為400 mA,老化時(shí)間為6 000 h。測(cè)試結(jié)果表明產(chǎn)品可靠性能良好。

3 結(jié)論

我們?cè)O(shè)計(jì)的新型封裝結(jié)構(gòu)采用了新型熒光粉涂敷技術(shù)結(jié)合星空排布的設(shè)計(jì)理念，可以實(shí)現(xiàn)同一發(fā)光面內(nèi)不同色溫的自由轉(zhuǎn)換，色溫可以涵蓋2 700～6 500 K區(qū)域。熒光粉涂敷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)熒光粉的均勻涂覆，可以實(shí)現(xiàn)色溫的精準(zhǔn)控制，整個(gè)產(chǎn)品的顏色一致性得到極大的改進(jìn)。在光品質(zhì)方面，產(chǎn)品通過TM-30標(biāo)準(zhǔn)在色彩的飽和度和顏色的真實(shí)度方面均表現(xiàn)良好。

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