一舉三得：提高COB出光效率、顯色指數(shù)、色溫
文章來源:恒光電器
發(fā)布時間:2015-11-19
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近年來，板上芯片（COB）封裝結構的LED應用快速增長，這是由于COB封裝結構將多個發(fā)光二極管（LED）封裝在一個小面積的平面內，使裝配的燈具外殼更輕便簡潔，3c認證，易于實現(xiàn)二次配光，實現(xiàn)特定的光學分布，恒光電器,照亮您的生活，且具有尺寸小、成本低、利于散熱、出光率高且易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)等優(yōu)點。
目前市場上COB的結構種類眾多，主要結構如圖1所示，在固定完芯片和焊接金線之后，在基板上灌封熒光膠（有的還在熒光膠上點涂硅膠），以保護芯片不受外界環(huán)境影響和提高導熱散熱能力。普通的COB封裝結構表面的硅膠呈平面狀或略微凸起狀，但該結構下，光線在膠體和空氣界面存在嚴重的全反射問題。事實上，照明產(chǎn)品，COB封裝結構表面的硅膠更重要的作用是提高出光效率，實現(xiàn)特定的光學分布。相對于常用的平面結構，醫(yī)院led照明，自由曲面結構可以明顯提高模塊的光萃取，提高出光效率。
實驗
本實驗在傳統(tǒng)COB封裝結構的基礎上計量增加硅膠量，其結構如圖2，隨著硅膠量的增加，硅膠自然凸起，形成自由曲面結構。實驗采用邊加熱邊點膠的方式，提高硅膠固化速度，讓硅膠在重力作用下自然形成自由曲面，車間照明，硅膠無溢出現(xiàn)象。為提高實驗重復性及數(shù)據(jù)可靠性，采用同種工藝及材料制作了3個相同樣品，分別為樣品1、樣品2和樣品3。
實驗采用的基板，其發(fā)光面為圓形，直徑為2 cm。采用12顆大功率藍光LED芯片和2顆大功率紅光LED芯片，其電氣連接如圖3所示。樣品制作時，先采用銀漿將芯片固定在基板上，然后焊接金線，點涂黃色熒光粉膠，最后涂覆硅膠。
結果與討論
圖4為700 mA驅動電流下，3個樣品的光通量隨硅膠量改變時的變化情況。從圖4可以看出，隨著硅膠量的增加，3個LED樣品的平均光通量呈增長趨勢，硅膠從0g增加至1.2g時，樣品1光通量增加了8.68%，樣品2光通量增加了15.28%，樣品3光通量增加了15.65%，這是由于隨著硅膠量的增加，提高了COB出光面的曲度，減少了全反射，超市照明，從而提高了出光效率。從圖中我們還可以看到，當硅膠量從1.2g繼續(xù)增加時，樣品的光通量增速變緩，平均光通量出現(xiàn)減少的現(xiàn)象。這是因為隨著COB出光曲面的提高，已基本將原全反射的光線提取出來，家用照明，當硅膠量繼續(xù)增大時，光提取效率降低，且硅膠對光線的吸收越來越大，因此光通量增速減緩甚至下降。
圖5為樣品1改變硅膠量時的光譜情況，可以看到樣品的光譜含有藍光、黃光及紅光三部分，隨著硅膠量的增加，紅光和黃光部分光譜有一定的增加， led室內照明，但增加不明顯，而藍光部分的光譜增加非常明顯。同樣，從圖6也可以看出，隨著硅膠量的增加，3個樣品光譜中的藍色比值持續(xù)增加。
這是因為所封裝的COB白光LED 是由藍色LED激發(fā)黃色熒光后產(chǎn)生的黃光和混合部分沒激發(fā)的藍光而得。由于熒光膠的折射率比空氣大，因此，光線在兩者界面處會發(fā)生全反射，當沒激發(fā)熒光粉的藍光經(jīng)全反射后回到熒光粉層后，恒光電器,照亮您的生活，LED燈管，可能激發(fā)熒光粉而變成黃光，如圖7中的a光程所示。隨著硅膠量的增加，LED出光面的曲度增加，全反射減少，更多藍光被直接提取出來，如圖7中的b光程所示。因此，隨著硅膠量的增加，樣品光譜中的藍光部分增加最多。從圖7還可以看出，隨著硅膠量的增加，光萃取時的平均光程減少了，降低了硅膠對光線的吸收，有利于提高樣品的光效率。
圖8為700 mA的驅動電流下，３個樣品改變硅膠量時的色溫變化情況。從圖中可以看出，隨著硅膠量增加，３個樣品的平均色溫持續(xù)增加，表明其越趨于冷光源，口碑，圖5和圖6也證實了這一點。
圖9為700 mA的驅動電流下，3個樣品改變硅膠量時的顯色指數(shù)變化情況。從圖８可以看出，隨著硅膠量增加，裝修照明，3個樣品的平均顯色指數(shù)持續(xù)上升。當硅膠量增加到1.4g時，樣品1顯色指數(shù)增加了6.1，裝修照明，樣品2增加了4.6，樣品3增加了5.8。
顯色指數(shù)（CRI）是一個光源與標準光源（例如日光）相比較在顏色辨認方面的一種測量方式。CRI值是通過將測得的LED光譜與指定色樣的光譜相比較，然后通過數(shù)學分析的方法推導計算出來的。通過對顯色指數(shù)的計算表明，調整白光LED的發(fā)光光譜，使之在可見光連續(xù)、均衡，可以改善LED光源的顯色性。如圖7所示的光譜，隨著硅膠量增加，一定范圍內增加藍光組分的比例，使得光譜較為均衡，有利于提高白光LED的顯色性，因此COB白光LED的顯色指數(shù)提高了。
結論
實驗表明，通過在COB封裝結構的白光LED表面適當增加硅膠，使其形成自然曲面結構，可以提高COB白光LED的出光效率和顯色指數(shù)，但同時也增加了色溫。本文通過在補加了紅光LED芯片的COB白光LED 表面增加硅膠量，最終實現(xiàn)了14W COB封裝結構下的白光LED，在電流密度為30 A/cm下，色溫、顯色指數(shù)及光效分別為4900K、82和125 lm/W。
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