第一期 | 李炳乾：COB光源的發(fā)展趨勢(shì)

專欄作者：李炳乾

五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院教授

中山市光圣半導(dǎo)體科技有限公司創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)

在LED封裝領(lǐng)域，COB是Chip on Board的縮寫，是一種將LED芯片直接貼在基板上的集成面光源技術(shù)。采用COB技術(shù)的LED光源，芯片直接散熱到基板，承受熱功率密度高；芯片密集排列，光功率密度高；單一發(fā)光體尺寸小，非常適合于對(duì)光源尺寸有嚴(yán)格要求的商業(yè)照明領(lǐng)域。相比于單個(gè)芯片封裝LED器件，COB封裝多芯片、多焊點(diǎn)、高功率密度也導(dǎo)致了封裝工藝難度出現(xiàn)了指數(shù)級(jí)的增加。可以說(shuō)COB光源一方面是商業(yè)照明應(yīng)用的翹楚，另一方面也是LED封裝領(lǐng)域王冠上的明珠。

光源的主要功能就是照明，對(duì)于LED要在照明的前提下加個(gè)限制——節(jié)能，因此COB光源發(fā)展的第一個(gè)階段也是在追求光效，由于COB光源使用的金屬基線路板或者陶瓷基板反射率不如鍍銀支架，較低的反射率疊加多芯片之間光的互相吸收，COB光源發(fā)光效率要低于SMD器件30%以上，后來(lái)鏡面鋁基板的導(dǎo)入解決了反射率問(wèn)題，但是多芯片的互相吸收仍然使得COB光源光效低于分立器件。隨著芯片外量子效率和熒光粉光轉(zhuǎn)換效率提高，COB光源的發(fā)光效率達(dá)到產(chǎn)業(yè)接受的“甜蜜點(diǎn)”——100lm/W，這個(gè)甜蜜點(diǎn)的到來(lái)比分立器件組裝的光源晚了2-3年。

在追求光效的時(shí)代，白光LED主要是由藍(lán)光芯片+YAG黃粉的光譜組成，顯色指數(shù)一般在70左右，色溫也以5000-6000K為主。隨著芯片和熒光粉技術(shù)的發(fā)展，LED光效有了大于甜蜜點(diǎn)的“余量”，這個(gè)余量為提高COB光源光質(zhì)提供了可能。通過(guò)添加紅粉、青綠粉、短波黃粉，甚至于采用多波長(zhǎng)藍(lán)光芯片，COB光源的顯色指數(shù)由70增加到80、85、90、95、98甚至于現(xiàn)在顯色指數(shù)100的COB光源也不是什么困難。在這個(gè)過(guò)程中，也產(chǎn)生了0（低）藍(lán)光的護(hù)眼光源、 豬肉燈、蔬菜燈、珠寶燈等等很多滿足特殊需要的“特殊色點(diǎn)”光源。

圖1 一種高光效、高顯指COB光源的實(shí)物圖

不同的場(chǎng)景下，改變光源的色溫可以帶來(lái)更好的照明體驗(yàn)。在空間沒(méi)有限制的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)變色溫是件很容易的事情，只要將高低色溫的器件混合封裝、分別驅(qū)動(dòng)就可以了。COB光源的色溫改變也是這樣的思路，將COB光源中的芯片分成兩組，分別涂覆不同種類和濃度的混合熒光粉，使兩組芯片產(chǎn)生不同色溫的白光。改變兩組芯片的電流大小，可以讓光源發(fā)出不同色溫的白光。COB光源尺寸小，發(fā)光之后看不出兩種不同色溫的發(fā)光點(diǎn)，而是一個(gè)均勻的發(fā)光面，這是COB光源的優(yōu)點(diǎn)，但是尺寸小，也給調(diào)色COB光源的制作造成了不小的困惑。經(jīng)過(guò)多年的摸索，針對(duì)不同的芯片結(jié)構(gòu)，人們發(fā)明并改進(jìn)了印刷、噴涂、熒光片等幾種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了COB光源中不同種類熒光粉的定域、定量涂覆。

對(duì)調(diào)色COB光源中兩種色溫?zé)晒饽z的種類和配比進(jìn)行優(yōu)化，可以在整個(gè)變色范圍均達(dá)到高顯指和高光效。圖2是光圣半導(dǎo)體提供的現(xiàn)在的一款變色COB光源高色溫和低色溫的光譜曲線，這款光源的熒光粉進(jìn)行了優(yōu)化，在3000-6000K變色的過(guò)程中，任何一個(gè)色溫下，顯色指數(shù)都可以達(dá)到95以上，其中人們非常關(guān)心的R9指數(shù)也都大于80。

圖2 一款可調(diào)色溫COB光源高、低色溫光譜曲線

色溫可調(diào)拓展了COB光源的應(yīng)用領(lǐng)域，但是得到的顏色在色域圖中只能出現(xiàn)在高、低色溫色坐標(biāo)點(diǎn)連線上。在商業(yè)照明領(lǐng)域，采用不同色坐標(biāo)的照明光源，可以更加突出不同顏色的商品視覺(jué)效果，滿足人們的審美需求，從這個(gè)角度講，僅有色溫調(diào)節(jié)還是不夠的，在這種情況下，具有色域調(diào)節(jié)能力的COB光源就應(yīng)運(yùn)而生了。

圖3是光圣半導(dǎo)體研發(fā)的一款色域可調(diào)COB光源，在這款光源中，除了有高、低色溫的白光（圖中中心區(qū)域），還在周邊集成封裝了紅、綠、藍(lán)三種單色光LED芯片，COB光源具有了5種可以單獨(dú)調(diào)節(jié)亮度的發(fā)光單元：暖白、冷白、紅、綠、藍(lán)。改變這五組發(fā)光單元的驅(qū)動(dòng)電流或者占空比，可以實(shí)現(xiàn)COB光源的全色域調(diào)節(jié)。