COB封装LED光学性能的6组变量关系

　　近年来，在LED器件系列中的COB(chip on board)系列应用高速增长。LED COB(chip on board)封装是指将LED芯片直接固定在印刷线路板(PCB)上，芯片与线路板间通过引线键合进行电气连接的LED 封装技术。其可以在一个很小的区域内封装几十甚至上百个芯片，最后形成面光源。

　　与点光源封装相比，COB面光源封装技术具有价格低廉(仅为同芯片的1/3左右)、节约空间、散热容易、发光效率提高、封装工艺技术成熟等优点。由于发光效率高及制造成本低廉，COB封装LED光源受到很多封装企业的热捧。

　　而对于一个产品的好坏，最主要在于其色温、光通量及光效。对于大功率COB封装，其封装结构、电流的大小、以及散热性能都会影响LED的光学性能。

　　有一部分人对COB不同封装工艺和材料做研究，但并没有对电流和点亮时间做深入研究。文中对3并10串的COB封装进行了研究，测试在不同电流下，以及点亮不同时间下的数据，通过数据分析影响光学性能的因素。

　　1.实验

　　1.1 产品制备

　　将LED 通过扩晶、点银浆、固晶、烘干、绑定后的试样如图1所示。再通过色温的要求来上注适量的荧光粉。检测通过软件ZWL3907来测试其色温，完成后再烘烤固化，如图2所示。

　　1.2 测试方法

　　采用中为补粉机(0.5 m 大积分球)如图3 所示。对不同电流以及点亮不同时间的样品进行光色测试。不同电流通过对软件测试设置调制，分别为500 mA、600 mA、700 mA、800 mA、900 mA进行测试，点亮不同时间通过用恒流源分别点亮1 min、5 min、10 min，在点亮的时候需要用散热器(如图4)进行散热，否则会烧毁。

　　2. 分析与讨论

　　将两个色温在3000 K 左右的样品放入大积分球，同时将电流分别设置为500 mA、600 mA、700 mA、800 mA、900 mA，测试得到的色温、光通量和光效，结果如表1所示。

　　图5 是光通量随着电流变化规律。分别由1 777.232 升高到2 995.216、1 599.196升高到2 952.519，升高68.532%、84.625%,可发现，上升趋势急剧，说明电流的改变对光通量有着显著的变化。

　　图 6是光效随着电流变化的规律。不难发现，光效却在急剧下降，分别由原来114.37下降到98.89，由107.51 下降到96.79，降低了13.535%、9.971%。由于其电流增大，产品发热量增加，产生的热量无法有效导出，导致光效降低。但电流在限定电流参数的条件下增加，光通量会显著升高。由两组数据结果更能证明，电流的大小直接影响LED光学性能。

　　图7 是色温随着电流变化的规律。当电流由500 mA 上升到900 mA，两个样品的色温分别从2 967 上升到3 017、从2 970 上升到3 048，升高了1.685%、2.626%，上升趋势较缓慢，但电流的改变对色温还是有直接的影响。

　　将恒流源设置到V=35 V，I=600 mA，并点亮样品，分别点亮1 min、5 min、10 min 后放入大积分球测量，测试得到的色温、光通量和光效，结果如表2。

　　图8是光通量随电流的变化规律。光通量分别降低1.474%、4.855%、7.493%;2.073%、3.859%、7.793%，随着点亮时间越长其下降量越大。

　　图 9是光效随电流的变化规律。从图中不难发现，光效也在下降，其光效分别降低2.527% 、4.617%、6.671%;2.171%、4.903%、7.579%，随着点亮的时间越长，其光效下降量逐渐增大。由于使用时间越长，电流保持不变，LED芯片产生大量热量，热量在芯片内部聚集，导致了芯片出光效率的下降。当热阻较大时，由于PN结温度上升，在正向电流在某值时，光通量将趋于饱和，随后逐渐下降。结果表明，点亮的时间直接影响LED光学性能。

　　电流在600 mA、电压在35 V保持不变，点亮时间分别从0~1 min、0~5 min、0~10 min，从图10可以观察出色温随电流的变化规律，其两个样品的色温分别上升0.537% 、1.209% 、2.384% ;0.369% 、1.104%、2.943%，趋势较缓慢，其点亮时间越长，色温变化越大。

　　3. 结论

　　采用COB封装的LED，通过对其光通量、色温、光效以及光谱能量分布图分析，控制电流逐渐升高会导致色温逐渐升高，光通量也随着电流的变大而升高，但相反光效却在逐渐降低。

　　控制电流不变，通过点亮时间延长会导致色温逐渐增加，同时，光通量逐渐降低，光效也相对降低。

　　若要大量生产COB封装的LED产品，必须解决其散热问题，由于在基板上固定了许多晶体，而且距离特别相近，如果电流超过限定参数或者使用时间过长会导致 LED 芯片产生大量热量，并且热量在芯片内部聚集，热阻较大，由于PN结温度上升，光通量会逐渐降低，光效也会相对降低。所以改变材料、改变芯片位置、改变总体结构来增加散热能力会使LED有更长的寿命，更出色的光效。