色溫可調LED的封裝與性能

LED以其優(yōu)良的性能結合智能控制系統，被越來(lái)越多地應用于室內外照明場(chǎng)合，但同時(shí)也對其色溫、顯色指數等色度指標提出了新的要求。為了應對這種挑戰，設計了一種新型的色溫可調LED,利用大功率LED芯片結合金屬基板封裝出了色溫可調的暖白光高顯色指數LED樣品，對其發(fā)光光譜、色溫和顯色指數隨電流的變化進(jìn)行了測試，發(fā)現LED的光譜有三個(gè)峰值，色溫可從5000K變化到3300K,涵蓋了冷色光到暖色光的范圍，顯色指數可從68增加到90以上，能夠滿(mǎn)足室內照明的要求。將這種色溫可調的LED應用于筒燈，測試了其發(fā)光效果和散熱性能，表明LED具有發(fā)光面均勻、無(wú)眩光，熱阻小等特點(diǎn)，特別適合用于筒燈等室內照明場(chǎng)合。

　　1引言

　　自從藍光LED被發(fā)明以來(lái)，人們開(kāi)始研發(fā)各種大功率白光LED封裝技術(shù)，希望白光LED能夠取代傳統的照明光源。目前市場(chǎng)上白光LED生產(chǎn)技術(shù)主要分為兩大主流，第一為利用熒光粉將藍光LED或紫外LED所產(chǎn)生的藍光或紫外光分別轉換為雙波長(cháng)或三波長(cháng)白光，此項技術(shù)稱(chēng)之為熒光粉轉換白光LED;第二類(lèi)則為多芯片型白光LED,經(jīng)由組合兩種(或以上)不同色光的LED組合以形成白光。第一種方法可得到中高色溫的白光，對于暖色溫顯色性較差。為了解決這一問(wèn)題，通常加入紅色熒光粉，但紅色熒光粉的激發(fā)效率較低，導致整體光效偏低。

　　第二種方法需要分別給三種芯片供電，驅動(dòng)電路復雜，且三種芯片的老化衰減不一致，長(cháng)期工作會(huì )導致色溫偏移。

　　2色溫可調LED的封裝

　　LED的封裝技術(shù)實(shí)際上是借鑒了傳統的微電子封裝技術(shù)，但LED有其獨特之處，又不能完全按照微電子封裝去做。整個(gè)LED封裝工藝主要包括封裝原料的選取、封裝結構的設計、封裝工藝的控制以及光學(xué)設計與散熱設計，概括來(lái)講就是熱-電-機-光(T.E.M.O.)，如圖1所示，這是LED封裝的關(guān)鍵技術(shù)。

　　圖1LED封裝關(guān)鍵技術(shù)傳統的多芯片集成封裝多是將LED芯片按照一定的規則固定在電路板上，如鋁基覆銅板、陶瓷電路板等，由于鋁基覆銅板、銅基覆銅板價(jià)格低廉而被廣泛應用，但它們也有固有的缺點(diǎn)。它們通常由電路層(銅箔層)、導熱絕緣層和金屬基層壓合而成，但導熱絕緣層的導熱系數極低，成為電路板的導熱瓶頸，導致電路板整體的導熱系數只有1.5W/m.K左右。陶瓷電路板導熱性能好，但存在成本高、不宜加工、脆性較大等缺點(diǎn)，并且在LED器件整體成本中占的比重較高，其應用也受到了限制。為了解決上述問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種LED封裝結構，在鋁基覆銅板的固晶位置開(kāi)設窗口，需要焊線(xiàn)的位置放置焊盤(pán)，將一塊與鋁基覆銅板形狀一樣的鋁板貼于鋁基覆銅板之下，將LED芯片置于穿過(guò)窗口的區域上，這樣可大大提高LED的散熱性能。

　　LED的結構設計是關(guān)系封裝出的產(chǎn)品是否能夠滿(mǎn)足使用要求的基礎，本文設計的LED主要包括：

　　封裝基板、藍光LED芯片、紅光LED芯片和黃綠色熒光粉，封裝基板由鋁基覆銅板和鋁板組成，如圖2所示。

　　良好的封裝工藝是決定器件性能、可靠性和壽命的關(guān)鍵。本文采用的方法為：封裝基板采用具有高導熱率的鋁基覆銅板和鋁板，芯片粘接在鋁板上，LED芯片采用功率型W級正裝芯片，芯片與封裝基板采用高導熱的銀膠粘接(導熱系數大于25W/m.K)，通過(guò)引線(xiàn)鍵合、涂熒光粉、固化等工藝完成整體封裝。

　　3色溫可調LED的性能測試

　　圖3為采用遠方HASS-2000高精度快速光譜輻射計測量得到的色溫可調LED的光譜圖，從圖中可以看出，隨著(zhù)紅光LED電流的變化(從0到450mA)，LED的相對光譜也會(huì )隨之變化，LED的光譜有三個(gè)峰值，分別在450nm、550nm和628nm,暖色溫的發(fā)光效率大于68lm/W,冷色溫的發(fā)光效率達到87lm/W。

　　圖4列出了色溫可調LED的色區分布隨紅光LED電流的變化，表1列出了色溫可調LED的光學(xué)性能參數隨紅光LED電流的變化，可以看出，紅光LED不加電流的情況下，LED的色溫為5000K,在冷色溫BIN區，隨著(zhù)紅光LED電流的逐漸增加，LED模塊的色溫會(huì )呈現一個(gè)連續的變化，從冷光5000K到暖光3375K,同時(shí)LED的顯色指數會(huì )逐漸升高，最高可達90以上，完全能夠滿(mǎn)足照明場(chǎng)所對顯色指數的要求。

　　集成封裝的LED,由于工作電流較大，工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，積聚在pn結內部的熱如不及時(shí)傳導出去，將導致器件溫度升高，溫度對LED的性能產(chǎn)生重要的影響，如色溫變化、波長(cháng)紅移、正向壓降等。圖5所示為色溫可調LED的應用效果，將封裝好的色溫可調LED模塊安裝到100mm筒燈上，紅光LED加上不同的電流，得到筒燈的發(fā)光效果。筒燈連續點(diǎn)亮30min后，測試筒燈上散熱器溫度為38℃，鋁基覆銅板上的溫度為38.5℃(室溫25.2℃)，說(shuō)明色溫可調LED具有良好的散熱性能。

　　4結論

　　本文介紹了一種新型的色溫可調LED,利用大功率LED芯片結合金屬基板封裝出了色溫可調的暖白光高顯色指數LED樣品，測試了LED的光譜性能、色溫、顯色指數隨驅動(dòng)電流的變化，結果顯示，LED色溫可在3300K到5000K連續變化，顯色指數可達90以上，同時(shí)具有優(yōu)良的散熱性能，完全能夠滿(mǎn)足照明場(chǎng)所對色溫以及顯色指數的要求，具有廣闊的應用前景。