COB荧光粉隔离涂覆的光学和热学性质

张静王好仁薛帅夏欢

北京理工大学珠海学院数理学院张静王好仁薛帅夏欢

摘要：COB隔离封装中，隔离距离对光通量及相关色温的影响。实验结果表明，低电流输入条件下，光通量随芯片表而到荧光粉层距离变化是非线性的，当芯片表面到荧光粉层距离为0.8-0.9mm时具有最佳，COB相关色温随着距离的增加呈先下降后上升。

关键词：COB;光通量；结温引言目前现有的COB一般包括多个蓝光LED芯片加上涂覆在该蓝光芯片且具有黄色荧光粉的封装层[1]。目前企业生产COB所使用的硅胶是不良散热体，有实验表明在LED芯片上方胶体温度已经达到了220℃，该温度也是硅胶耐温理论最高温度。

由于热效应导致了荧光粉的量子效率降低，进而影响到整体的发光效率。N.Narendran等人［2］设计了一种新型的LED封装结构，即SPE（scatteredphotonextraction）。这种结构在芯片与荧光粉层之间添加传输介质来将两者隔离，并设计侧面光学器件反射芯片出射光，投射荧光粉面而得到背向反射光。本文采用围坝胶的方法来改变芯片与荧光粉层的隔离距离，测量了白光LED光通量、相关色温、显色指数等光学特性与变化情况，并通过理论模拟和实验来进行热分布测量。

１实验及结果本实验采用的材料芯片参数为20*20mil，波段455-457.5nm，亮度60-65mw，串并联为8P10S.初步试验荧光粉膜采用的是相关色温5700K显指70的英特美的远程荧光粉膜。本文采用的是围坝胶来实现芯片和远程荧光粉膜的距离L。实验过程中，首先制作固好晶且焊好线半成品，考虑到固晶绝缘胶的厚度约为0.01mm，芯片厚度为0.015mm。围坝高度最终实际得到5种不同的高度分别是0.6、0.8、0.9、1.0和1.2mm。

采用低电流进行测试，荧光粉膜的温度不会很高进而测试相关色温、光通量和显色指数随着芯片与荧光粉膜之间距离的关系[3]。实验结果表明，随着芯片与荧光粉膜之间距离的增加，白光LED相关色温先下降后上升。随着距离的增加，白光的光通量先升高后降低的趋势，并且在0.8-0.9mm时，光学参数将会是最优的。实验测量发现LED显色指数随距离变化不明显。

在距离的改变过程中，尽管光源蓝黄比发生了改变，但光谱结构仍以蓝光及黄光为主体。因此显色指数随距离的变化并不明显。

制作不同的样品进行测量。制作远程荧光粉的样品，来进行测量热分布。我们采用的原材料是热电分离的铝基板，芯片串并数7P13S，荧光粉采用的是英特美GAL545和三菱MPR1002，样品1采用现有工艺进行，直接在芯片上方涂覆含有荧光粉的硅胶；样品2采用远程荧光粉结构，在上方涂覆荧光粉硅胶，且下面芯片与中间硅胶的面的距离约为0.8-0.9mm。

2个样品通相同标称电流即1.2A，且硅胶的辐射率为0.9，用红外成像进行分析。通过观察发现，样品1胶体温度较高，主要是由于荧光粉激发部分能量损失造成，造成胶体内部温度升高。样品1胶体表面温度比样品2胶体温度高出15℃，当荧光粉远离芯片时，把热源远离芯片能有效降低芯片的结温，从而提高了产品可靠性及品质。理论上，芯片结温降低10℃，寿命将将减少50%。提高COB产品的可靠性需要产品的散热性能提高。

2结论与传统直接涂覆形式相比，远场隔离封装能够有效地提高荧光粉的效率，进而提高白光发光效率。在低电流输入条件下，测试得到白光LED相关色温随距离的增加而先下降后上升。另外，当芯片表而与荧光粉层的距离为0.8-0.9mm时，光通量达到最大值。在低距离情况下，芯片对荧光粉层表而背向反射和内部散射回封装内部光吸收严重，而且此时的荧光粉利用率低，光通量低。

参考文献：[1]MuellerGO，Mueller-MachR.IlluminationgradewhiteLEDs[J].Proc.SPIE，2003，5187：64-75.[2]NarcndranN，GuY，Frcyssinicr-NovaJPetal.Extractingphosphor-scatteredtoimprovewhiteLEDefficiency[j]Phys.StatusSolidi.A2005.202（6）：R60-R62[3]丘永元等：白光LED荧光粉远场涂覆光学性质[J]半导体光学201233（2）168-170