LED灯丝的光学性能分析

李洪旭+孙超+孙元晖+史加旭+何梦伦

摘 要：三維发光LED灯丝的核心是在保证正反面光通量的前提下，获得比较均匀的正反面发光。采用积分球测试系统，测试在10mA电流驱动下，分别在点亮瞬间及稳态对灯丝的正反两面不同位置进行亮度及色温测试。结果表明，稳态时灯丝正反面的色温均匀度为0.321，因此如何提高正反面色温差距使得正反面色温基本达到一致是改进的重点。

关键词：LED灯丝；电流；亮度；色温

引言

发光二极管（LED）具有环保、节能、光效高、性能稳定、以及使用寿命长等众多优点。近年来，随着价格的不断降低，发光亮度的不断提高，半导体光源在照明领域中展现出了广泛的应用前景。根据报道，高校的实验室水平已经可以达到100Lm/W以上的光效，另外，产品的可靠性也在飞速提高，功率型LED的光衰减寿命可达到数万小时[1]。

LED灯丝的核心技术在于多颗芯片之间相互串联，大大缩短了互连长度，减小了互连线电阻、电感，极大地改善了封装的光学性能。芯片中产生的热量直接通过焊料凸点传输到封装基板，能够有效提升LED灯丝的可靠性。文中主要对倒装灯丝的正反面不同位置的色温及亮度进行试验研究。

1 实验

将倒装芯片通过ASM-DB860固晶机固定于印有银线路的白陶瓷基板上，陶瓷基板的尺寸为60mm×1.2mm×0.38mm，芯片的尺寸为8mil×20mil。倒装芯片选用蓝光LED芯片，其主波长范围为450-455nm，额定电压为3.1-3.2V。荧光粉采用威士波尔的YAG-4。分别选取封装后的合格灯丝5条，对其进行光电色参数测量，测试设备为远方LED光色分析测试系统V2.00。根据所得数据绘制出色温、光通量的变化趋势图。

2 分析与讨论

2.1 亮度测试

采用10mA电流驱动，分别在点亮瞬间及稳态对灯丝的正反两面不同位置进行亮度、色温的测试。

如图所示，大多数LED光源瞬态光通量低于稳态，由于稳态下，基板温度高于瞬态测试温度，故其光通量表现为下降，相反，当灯丝达到稳定状态后光亮度高于瞬态，说明低电流驱动下灯丝表面温度低，未达到光源光衰减幅度。

2.2 色温测试

正反面色温值越接近越好，LED灯丝的色温是由荧光粉的混合浓度及涂覆的荧光粉胶体的体积共同决定的，色温随荧光粉混合浓度的降低而升高，随表面涂覆的胶体体积的增加而降低。因此，改变色温大小提高灯丝色温均匀度可通过改变荧光粉胶体混合浓度及增加或减少涂覆胶体体积两种方法来实现。

3 结论

采用倒装LED芯片，通过锡膏焊接方法将芯片焊接于白陶瓷基板上制备出的LED立体发光灯丝反面光亮度仅达到正面光亮度的20%-30%，同一发光面上中间光亮度高于两端光亮度，为提高光学均匀性使得灯丝统一发光面发光均匀，可以尝试改变灯丝基板线路排布，减小两端芯片间距加大中间芯片间距，达到两端亮度与中间亮度的差距缩小的目的，从而提高光均匀性。

稳态时灯丝正反面的色温均匀度为0.321，故如何提高正反面色温差距使得正反面色温基本达到一致也是改进的重点，由于灯丝色温与荧光粉胶水的浓度和涂覆的体积相关，可从两个方面改进：尝试改变背面荧光粉胶水的配比，通过正反面涂覆的荧光粉胶水浓度不同来改变色温从而达到色温一致的效果；由于反面色温低于正面，可尝试改变背面涂覆荧光粉胶水的量，使得反面涂覆的荧光粉胶水尽量薄提高反面色温，从而达到正反面色温相同的目的。

参考文献

[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.