新型熒光粉涂敷LED光源COB封裝結構的設計

杜元寶，張耀華，張日光，林 勝

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

引言

隨著LED照明技術、智能控制技術的不斷成熟，我國LED智能照明市場不斷擴大，LED智能照明已成為照明行業的重要發展方向。智能照明利用物聯網技術、有線/無線通信技術、節能控制等，來實現對照明設備的智能化控制，其發光器件是LED光源。因此如何實現LED光源的調光、調色是實現LED智能照明的關鍵。本文針對當前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光、調色COB封裝結構的設計，該結構從設計的思路上能很好地解決傳統COB LED光源顏色單一及調光、調色產品光斑不均勻、顏色一致性差、出光角度不定等問題。

1 新型熒光粉涂敷COB封裝結構的設計

采用新型熒光粉涂敷技術，采用星空的結構設計思想(圖1)，在同一個發光面內實現兩種色溫的變化，且保證光源出光角度的不變。

圖1 新型熒光粉涂覆調光、調色COB設計思想Fig.1 COB design idea of new phosphor coated with dimming and color matching

采用倒裝芯片設計，將兩種色溫所需的LED藍光芯片固晶在同一個基板上，然后利用熒光粉涂敷技術，在低色溫的藍光LED芯片上，進行涂覆，調制需要的色溫，然后進行圍壩和另一個高色溫的點膠(熒光粉和硅膠的混合體)工序，最后進行烘烤、后固化，進而實現了在同一個發光面內實現了兩種色溫的集成，通過外電路的控制可以實現不同色溫的自由切換(圖2、圖3)。

圖2 產品實物圖(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

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

圖4 新型熒光粉涂敷調光、調色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 點膠色坐標分布Fig.6 Dispensing color coordinate

圖7 涂敷COB色坐標分布Fig.7 Coating COB color coordinate

新型熒光粉涂敷調光、調色COB采用360°立體全空間涂覆，熒光體能實現立體均勻覆蓋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，色溫可以精準控制在50 K范圍，點膠工藝相對成熟可以精準控制在3階麥克亞當橢圓范圍內，二者的結合COB調光調色產品的顏色的集中度如圖7所示，同時新結構相對常規COB單色光源可以實現光斑輪廓清晰、均勻，出光角度維持恒定(圖8、圖9)。

圖8 新結構COB暖光光斑Fig.8 Coating COB light source

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

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

2 產品測試及可靠性驗證

將新型熒光粉涂敷調光、調色COB產品兩端色溫實現相對容易，難點在于混光，如何實現均勻混光是關鍵。本文將COB低色溫調制2 700 K，高色溫調制6 500 K，通過外電路調制占空比將光源調制色溫4 000 K，觀察測試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，新型熒光粉涂敷調光、調色COB無論在混光的均勻性還是在光斑的完整性表現很好，而且在光品質上其色彩飽和度和顏色真實度上也非常出色。

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產品，在85 ℃的環境溫度條件下進行老化測試，電流為400 mA,老化時間為6 000 h。測試結果表明產品可靠性能良好。

3 結論

我們設計的新型封裝結構采用了新型熒光粉涂敷技術結合星空排布的設計理念，可以實現同一發光面內不同色溫的自由轉換，色溫可以涵蓋2 700～6 500 K區域。熒光粉涂敷技術可以實現熒光粉的均勻涂覆，可以實現色溫的精準控制，整個產品的顏色一致性得到極大的改進。在光品質方面，產品通過TM-30標準在色彩的飽和度和顏色的真實度方面均表現良好。

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