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      智能“光”點專欄 | 李炳乾教授:COB光源的發展趨勢

      發布時間:

      2022-12-29 08:27

      COB光源的發展趨勢

      專欄作者:李炳乾教授;五邑大學應用物理與材料學院教授、中山市光圣半導體科技有限公司創始人、董事長

      在LED封裝領域,COB是Chip on Board的縮寫,是一種將LED芯片直接貼在基板上的集成面光源技術。采用COB技術的LED光源,芯片直接散熱到基板,承受熱功率密度高;芯片密集排列,光功率密度高;單一發光體尺寸小,非常適合于對光源尺寸有嚴格要求的商業照明領域。相比于單個芯片封裝LED器件,COB封裝多芯片、多焊點、高功率密度也導致了封裝工藝難度出現了指數級的增加??梢哉fCOB光源一方面是商業照明應用的翹楚,另一方面也是LED封裝領域王冠上的明珠。

      一、光效為王

      光源的主要功能就是照明,對于LED要在照明的前提下加個限制——節能,因此COB光源發展的第一個階段也是在追求光效,由于COB光源使用的金屬基線路板或者陶瓷基板反射率不如鍍銀支架,較低的反射率疊加多芯片之間光的互相吸收,COB光源發光效率要低于SMD器件30%以上,后來鏡面鋁基板的導入解決了反射率問題,但是多芯片的互相吸收仍然使得COB光源光效低于分立器件。隨著芯片外量子效率和熒光粉光轉換效率提高,COB光源的發光效率達到產業接受的“甜蜜點”——100lm/W,這個甜蜜點的到來比分立器件組裝的光源晚了2-3年。

      二、提高光質

      在追求光效的時代,白光LED主要是由藍光芯片+YAG黃粉的光譜組成,顯色指數一般在70左右,色溫也以5000-6000K為主。隨著芯片和熒光粉技術的發展,LFD光效有了大于甜密點的“余量”,這個余量為提高COB光源光質提供了可能。通過添加紅粉、青綠粉、短波黃粉,甚至于采用多波長藍光芯片,COB光源的顯色指數由70增加到80、85、90、95、98甚至于現在顯色指數100的COB光源也不是什么困難。在這個過程中,也產生了0(低)藍光的護眼光源、 豬肉燈、蔬菜燈、珠寶燈等等很多滿足特殊需要的“特殊色點”光源。

      三、色溫可調

      不同的場景下,改變光源的色溫可以帶來更好的照明體驗。在空間沒有限制的時候,實現變色溫是件很容易的事情,只要將高低色溫的器件混合封裝、分別驅動就可以了。COB光源的色溫改變也是這樣的思路,將COB光源中的芯片分成兩組,分別涂覆不同種類和濃度的混合熒光粉,使兩組芯片產生不同色溫的白光。改變兩組芯片的電流大小,可以讓光源發出不同色溫的白光。COB光源尺寸小,發光之后看不出兩種不同色溫的發光點,而是一個均勻的發光面,這是COB光源的優點,但是尺寸小,也給調色COB光源的制作造成了不小的困惑。經過多年的摸索,針對不同的芯片結構,人們發明并改進了印刷、噴涂、熒光片等幾種技術,實現了COB光源中不同種類熒光粉的定域、定量涂覆。

      圖1 一種高光效、高顯指COB光源的實物圖

      對調色COB光源中兩種色溫熒光膠的種類和配比進行優化,可以在整個變色范圍均達到高顯指和高光效。圖2是光圣半導體提供的現在的一款變色COB光源高色溫和低色溫的光譜曲線,這款光源的熒光粉進行了優化,在3000-6000K變色的過程中,任何一個色溫下,顯色指數都可以達到95以上,其中人們非常關心的R9指數也都大于80。

      圖2 一款可調色溫COB光源高、低色溫光譜曲線

      四、百變由你

      色溫可調拓展了COB光源的應用領域,但是得到的顏色在色域圖中只能出現在高、低色溫色坐標點連線上。在商業照明領域,采用不同色坐標的照明光源,可以更加突出不同顏色的商品視覺效果,滿足人們的審美需求,從這個角度講,僅有色溫調節還是不夠的,在這種情況下,具有色域調節能力的COB光源就應運而生了。

      圖3 一款色域可調COB光源實物及各基色光譜曲線

      圖3是光圣半導體研發的一款色域可調COB光源,在這款光源中,除了有高、低色溫的白光(圖中中心區域),還在周邊集成封裝了紅、綠、藍三種單色光LED芯片,COB光源具有了5種可以單獨調節亮度的發光單元:暖白、冷白、紅、綠、藍。改變這五組發光單元的驅動電流或者占空比,可以實現COB光源的全色域調節。

       

       

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