LED燈絲的光學性能分析

李洪旭+孫超+孫元暉+史加旭+何夢倫

摘 要：三維發光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光。采用積分球測試系統，測試在10mA電流驅動下，分別在點亮瞬間及穩態對燈絲的正反兩面不同位置進行亮度及色溫測試。結果表明，穩態時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到一致是改進的重點。

關鍵詞：LED燈絲；電流；亮度；色溫

引言

發光二極管（LED）具有環保、節能、光效高、性能穩定、以及使用壽命長等眾多優點。近年來，隨著價格的不斷降低，發光亮度的不斷提高，半導體光源在照明領域中展現出了廣泛的應用前景。根據報道，高校的實驗室水平已經可以達到100Lm/W以上的光效，另外，產品的可靠性也在飛速提高，功率型LED的光衰減壽命可達到數萬小時[1]。

LED燈絲的核心技術在于多顆芯片之間相互串聯，大大縮短了互連長度，減小了互連線電阻、電感，極大地改善了封裝的光學性能。芯片中產生的熱量直接通過焊料凸點傳輸到封裝基板，能夠有效提升LED燈絲的可靠性。文中主要對倒裝燈絲的正反面不同位置的色溫及亮度進行試驗研究。

1 實驗

將倒裝芯片通過ASM-DB860固晶機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。倒裝芯片選用藍光LED芯片，其主波長范圍為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，對其進行光電色參數測量，測試設備為遠方LED光色分析測試系統V2.00。根據所得數據繪制出色溫、光通量的變化趨勢圖。

2 分析與討論

2.1 亮度測試

采用10mA電流驅動，分別在點亮瞬間及穩態對燈絲的正反兩面不同位置進行亮度、色溫的測試。

如圖所示，大多數LED光源瞬態光通量低于穩態，由于穩態下，基板溫度高于瞬態測試溫度，故其光通量表現為下降，相反，當燈絲達到穩定狀態后光亮度高于瞬態，說明低電流驅動下燈絲表面溫度低，未達到光源光衰減幅度。

2.2 色溫測試

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現。

3 結論

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立體發光燈絲反面光亮度僅達到正面光亮度的20%-30%，同一發光面上中間光亮度高于兩端光亮度，為提高光學均勻性使得燈絲統一發光面發光均勻，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。

穩態時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到一致也是改進的重點，由于燈絲色溫與熒光粉膠水的濃度和涂覆的體積相關，可從兩個方面改進：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，從而達到正反面色溫相同的目的。

參考文獻

[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.