新型荧光粉涂敷LED光源COB封装结构的设计

杜元宝，张耀华，张日光，林 胜

(1.宁波升谱光电股份有限公司，中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江 宁波 315000；2.中国科学院大学，北京 100049)

引言

随着LED照明技术、智能控制技术的不断成熟，我国LED智能照明市场不断扩大，LED智能照明已成为照明行业的重要发展方向。智能照明利用物联网技术、有线/无线通信技术、节能控制等，来实现对照明设备的智能化控制，其发光器件是LED光源。因此如何实现LED光源的调光、调色是实现LED智能照明的关键。本文针对当前COB LED光源器件的颜色单一问题[1-11]，提出了一种新型荧光粉涂敷调光、调色COB封装结构的设计，该结构从设计的思路上能很好地解决传统COB LED光源颜色单一及调光、调色产品光斑不均匀、颜色一致性差、出光角度不定等问题。

1 新型荧光粉涂敷COB封装结构的设计

采用新型荧光粉涂敷技术，采用星空的结构设计思想(图1)，在同一个发光面内实现两种色温的变化，且保证光源出光角度的不变。

图1 新型荧光粉涂覆调光、调色COB设计思想Fig.1 COB design idea of new phosphor coated with dimming and color matching

采用倒装芯片设计，将两种色温所需的LED蓝光芯片固晶在同一个基板上，然后利用荧光粉涂敷技术，在低色温的蓝光LED芯片上，进行涂覆，调制需要的色温，然后进行围坝和另一个高色温的点胶(荧光粉和硅胶的混合体)工序，最后进行烘烤、后固化，进而实现了在同一个发光面内实现了两种色温的集成，通过外电路的控制可以实现不同色温的自由切换(图2、图3)。

图2 产品实物图(2并12串X2 3014芯片)Fig.2 The real product(3014 LED chip)

图3 荧光粉涂敷示意图Fig.3 Schematic diagram of coating

由于产品采用倒装芯片设计，可以省去焊线工艺，提高了产品的抗压性(图4)，另一方面采用荧光粉涂敷工艺，可以实现荧光粉的精准涂覆(图5)，产品的色温一致性可以得到很大程度的提高(图6)，并可实现不同色温的自由切换，出光角度保持恒定。

图4 新型荧光粉涂敷调光、调色COB工艺流程Fig.4 The process of phosphor coated with LED light source COB

图5 涂敷效果Fig.5 Coating effect

图6 点胶色坐标分布Fig.6 Dispensing color coordinate

图7 涂敷COB色坐标分布Fig.7 Coating COB color coordinate

新型荧光粉涂敷调光、调色COB采用360°立体全空间涂覆，荧光体能实现立体均匀覆盖LED芯片表面，在色温的一致性、出光效果都具有非常好的效果，色温可以精准控制在50 K范围，点胶工艺相对成熟可以精准控制在3阶麦克亚当椭圆范围内，二者的结合COB调光调色产品的颜色的集中度如图7所示，同时新结构相对常规COB单色光源可以实现光斑轮廓清晰、均匀，出光角度维持恒定(图8、图9)。

图8 新结构COB暖光光斑Fig.8 Coating COB light source

图9 常规COB单色光斑Fig.9 Conventional COB light source

图10 新型荧光粉涂敷LED光源COB调光轨迹Fig.10 New phosphor coated with LED light source COB dimming path

2 产品测试及可靠性验证

将新型荧光粉涂敷调光、调色COB产品两端色温实现相对容易，难点在于混光，如何实现均匀混光是关键。本文将COB低色温调制2 700 K，高色温调制6 500 K，通过外电路调制占空比将光源调制色温4 000 K，观察测试COB光源的情况(图11)。

图11 新型荧光粉涂敷LED光源COB 4 000 K测试光谱Fig.11 Test spectrum of new phosphor coated with LED light source COB 4 000 K

如图12和表1所示，新型荧光粉涂敷调光、调色COB无论在混光的均匀性还是在光斑的完整性表现很好，而且在光品质上其色彩饱和度和颜色真实度上也非常出色。

表1 新型荧光粉涂敷LED光源COB 4 000 K的参数Table 1 Parameters of new phusphor coated with LED light source COB 4 000 K

图12 新型荧光粉涂敷LED光源COB 4 000 K 光通量及色坐标衰减情况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，我们将混光后的4 000 K产品，在85 ℃的环境温度条件下进行老化测试，电流为400 mA,老化时间为6 000 h。测试结果表明产品可靠性能良好。

3 结论

我们设计的新型封装结构采用了新型荧光粉涂敷技术结合星空排布的设计理念，可以实现同一发光面内不同色温的自由转换，色温可以涵盖2 700～6 500 K区域。荧光粉涂敷技术可以实现荧光粉的均匀涂覆，可以实现色温的精准控制，整个产品的颜色一致性得到极大的改进。在光品质方面，产品通过TM-30标准在色彩的饱和度和颜色的真实度方面均表现良好。

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