中科芯源葉尚輝：LED專業(yè)照明優(yōu)先考慮配光設計/高可靠性/性價比

　　LED從來不缺新機會、新市場。在2016高工LED年會由炫碩光電冠名的“封裝的下一場技術戰(zhàn)役”專場，中科芯源常務副總經(jīng)理葉尚輝為在場嘉賓帶來了“K-COB超高功率COB的應用趨勢”的主題演講。

　　中科芯源常務副總經(jīng)理葉尚輝

　　LED進入專業(yè)的照明領域，首先要提高光輸出和光穩(wěn)定性。

　　在一些特殊大空間的照明領域，也需要對配光提出更高的要求，實現(xiàn)遠距離投光有更高的要求。在一些工業(yè)照明環(huán)境，對于燈具的可靠性也提出了更高的要求。

　　比如，廣州南站的頂棚站有一些燈已經(jīng)不亮了，在大的空間難以維護的場合中對LED提出了更高的要求。在傳統(tǒng)的防爆燈具方面，也需要更大的功率、更好的防護手段。

　　從150瓦、400瓦功率的替換，更高功率的LED替換遇到一些困難。大空間專業(yè)照明領域，金鹵燈功率超過1KW，在這些應用領域由于空間距離較遠，又都是定向照明需求，要求可以提供小角度、遠光強的輸出。

　　這就要求LED更高的亮度、更好的可靠性，我們在做大功率LED的時候，兼顧可靠性管理和光學設計上，我們面臨著一些問題，可能有一些矛盾性。

　　COB的熱分布

　　COB封裝結構的出現(xiàn)已經(jīng)有20年了，早期在小功率應用的時候，它的表現(xiàn)關注點在芯片節(jié)溫控制。

　　到了一定的功率，在COB領域從幾十瓦做到一百瓦以上的時候，行業(yè)有很多專業(yè)的分析，芯片節(jié)溫控制本身可以做到比較理想的范圍，但是功率增加、密度增加以后，它的熒光轉(zhuǎn)換的部分發(fā)熱是不能忽視的。

　　如果把功率做大，超過200瓦，它的溫度可能超過300度以上，它的熱源不在于芯片。

　　材料溫度特性

　　最常見的就是黃變，玻璃化，會開裂。出現(xiàn)藍光表明芯片沒有問題，是熒光轉(zhuǎn)換缺少了黃光部分，所以就出現(xiàn)了藍光。

　　熒光材料特性

　　黃光為什么會失效呢?它在超過一定溫度的時候，熒光效率急劇下降，熒光粉在200到250度以上帶來衰減，不可能恢復到原始狀態(tài)。

　　我們對于150瓦的光源，從結構模擬到實際成品的測試都表現(xiàn)出溫度集中在中心的部位，中心點的發(fā)熱很難導出來，受限于硅膠導熱性的限制。

　　COB光源熱結構分析

　　熒光陶瓷是一個陶瓷晶體，從激光陶瓷轉(zhuǎn)換過來的一個技術，在匹配可見光黃光部分，保持原有陶瓷的特性，有很好的導熱性、很好的耐溫性。

　　我們設計了一個封裝結構，讓熒光部分的熱量可以在熒光陶瓷上均衡，同時通過結構的設計把它到導到散熱體上。

　　我們實際應用的效果，在600瓦的條件下，提取點在105度的時候還能夠把熒光面陶瓷的中心溫度控制在120度左右。

　　光學優(yōu)勢

　　解決封裝結構的短板就是COB提升光效的一個關鍵，COB在密度增加以后，間距減小，一般我們現(xiàn)在做高密度的COB，芯片的間距小于1毫米，它的熱表現(xiàn)特別明顯。

　　我們通過改善這種結構，可以讓整個光源工作在一個相對較低的溫度水平，從熒光轉(zhuǎn)換特性來看，熒光陶瓷在120-150度的范圍，可以保持95-98以上的熒光轉(zhuǎn)換的率。

　　同時，熒光陶瓷的設計可以很好地跟藍光芯片光譜匹配，不會造成熒光和光譜太寬，重復激發(fā)影響效率。陶瓷通過表面的微結構的設計，可以提高光的輸出。最終，我們可以達到160秒/瓦。

　　低熱阻封裝

　　還是要考慮芯片節(jié)溫控制，芯片節(jié)溫控制是由封裝熱阻決定的，封裝結構上可以對封裝熱阻進行改善。我們現(xiàn)在可以做到同等條件，熱阻可以下降一半。

　　同時，越是大功率的光源越需要散熱的支撐，需要對中心的熱導出有很強的匹配。通過散熱器的設計，中心端和末端溫差控制在5度，上下溫差、中心點溫差控制在2度以內(nèi)。

　　最終的效果，在300瓦的條件下，提取點在66度的條件，光源表面最高的溫度在120度左右。

　　產(chǎn)業(yè)化路徑

　　通過技術轉(zhuǎn)移，我們開發(fā)了熒光陶瓷的晶體匹配在LED紅外波段，定位在大功率、超高功率COB光源。

　　第一代光源截止到2017年1月4日常溫老化630天，老化周期超過15120小時。同時提出了85度老化測試，做了兩組樣本：300瓦的樣本和500瓦的樣本，目前已經(jīng)超過7500小時，我們正裝芯片+2.1倍的電流條件下做的老化。

　　我們做了LM-80測試，80認證的結果可能要到2018年，中間可能要做1萬小時以上。同時，光源沒有停止，已經(jīng)做到了1000瓦的穩(wěn)態(tài)輸出。

　　從材料研發(fā)，到白光專利，到無封裝結構的專利，我們?nèi)〉昧艘幌盗械某晒瑫r取得了5項國際PCT的國際專利申請，我們擁有一個完整的專利結構。

　　超大功率COB應用在體育應用上有非常明顯的優(yōu)勢，體育要求精確的背光、小光衰。環(huán)保燈國內(nèi)的水平止步于120瓦，限制了光源的尺寸，在小尺寸中要超過200瓦目前也是一個比較空白的領域。

　　在道路照明中，希望光源燈具的壽命達到8年以上，目前有很多方案在做，一個是光源和電源分離，可以降低維護成本。

　　我們的方向，當維護成本高于燈具成本的時候，必然對LED燈具的可靠性提出嚴格的要求。

　　專業(yè)照明優(yōu)先考慮配光設計：小尺寸、大功率;優(yōu)先考慮高可靠性：長壽命、低光衰;優(yōu)先考慮性價比：高品質(zhì)、免維護。