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COB封装LED光学性能的6组变量关系

发布时间:2015-12-21 14:36 来源:修大屏 浏览次数:

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。

 

不可不知:COB封装LED光学性能的6组变量关系 1.png

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。

 

不可不知:COB封装LED光学性能的6组变量关系 2.png

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。

 

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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。

 

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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。

 

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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。

 

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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。

 

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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。

 

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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。

 

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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。

 

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3.结论

 

不可不知:COB封装LED光学性能的6组变量关系 11.png

 

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。

 

来源:广东LED