中心議題：
- 色溫可調(diào)LED的封裝技術
- 色溫可調(diào)LED的性能測試
LED 以其優(yōu)良的性能結(jié)合智能控制系統(tǒng)，被越來越多地應用于室內(nèi)外照明場合，但同時也對其色溫、顯色指數(shù)等色度指標提出了新的要求。為了應對這種挑戰(zhàn)，設計了一種新型的色溫可調(diào)LED，利用大功率LED芯片結(jié)合金屬基板封裝出了色溫可調(diào)的暖白光高顯色指數(shù)LED樣品，對其發(fā)光光譜、色溫和顯色指數(shù)隨電流的變化進行了測試，發(fā)現(xiàn)LED 的光譜有三個峰值，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(shù)可從68 增加到90 以上，能夠滿足室內(nèi)照明的要求。將這種色溫可調(diào)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、無眩光，熱阻小等特點，特別適合用于筒燈等室內(nèi)照明場合。
1 引言
自從藍光LED 被發(fā)明以來，人們開始研發(fā)各種大功率白光LED封裝技術，希望白光LED能夠取代傳統(tǒng)的照明光源。目前市場上白光LED 生產(chǎn)技術主要分為兩大主流，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(zhuǎn)換為雙波長或三波長白光，此項技術稱之為熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED;第二類則為多芯片型白光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(qū)動電路復雜，且三種芯片的老化衰減不一致，長期工作會導致色溫偏移。
2 色溫可調(diào)LED的封裝
LED 的封裝技術實際上是借鑒了傳統(tǒng)的微電子封裝技術，但LED 有其獨特之處，又不能完全按照微電子封裝去做。整個LED 封裝工藝主要包括封裝原料的選取、封裝結(jié)構(gòu)的設計、封裝工藝的控制以及光學設計與散熱設計，概括來講就是熱- 電- 機-光（T.E.M.O.），如圖1 所示，這是LED封裝的關鍵技術。
圖1 LED 封裝關鍵技術傳統(tǒng)的多芯片集成封裝多是將LED 芯片按照一定的規(guī)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、銅基覆銅板價格低廉而被廣泛應用，但它們也有固有的缺點。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(shù)極低，成為電路板的導熱瓶頸，導致電路板整體的導熱系數(shù)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，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。為了解決上述問題，開發(fā)了一種LED封裝結(jié)構(gòu)，在鋁基覆銅板的固晶位置開設窗口，需要焊線的位置放置焊盤，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芯片置于穿過窗口的區(qū)域上，這樣可大大提高LED的散熱性能。
LED 的結(jié)構(gòu)設計是關系封裝出的產(chǎn)品是否能夠滿足使用要求的基礎，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(shù)大于25W/m.K），通過引線鍵合、涂熒光粉、固化等工藝完成整體封裝。
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3 色溫可調(diào)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(diào)LED 的光譜圖，從圖中可以看出，隨著紅光LED 電流的變化（從0 到450mA），LED 的相對光譜也會隨之變化，LED 的光譜有三個峰值，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(diào)LED 的色區(qū)分布隨紅光LED 電流的變化，表1 列出了色溫可調(diào)LED 的光學性能參數(shù)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5 000K,在冷色溫BIN區(qū)，隨著紅光LED電流的逐漸增加，LED模塊的色溫會呈現(xiàn)一個連續(xù)的變化，從冷光5 000K到暖光3 375K,同時LED 的顯色指數(shù)會逐漸升高，最高可達90 以上，完全能夠滿足照明場所對顯色指數(shù)的要求。
集成封裝的LED,由于工作電流較大，工作時產(chǎn)生大量的熱量，積聚在pn 結(jié)內(nèi)部的熱如不及時傳導出去，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、波長紅移、正向壓降等。圖5 所示為色溫可調(diào)LED的應用效果，將封裝好的色溫可調(diào)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(xù)點亮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℃），說明色溫可調(diào)LED 具有良好的散熱性能。
4 結(jié)論
本文介紹了一種新型的色溫可調(diào)LED，利用大功率LED 芯片結(jié)合金屬基板封裝出了色溫可調(diào)的暖白光高顯色指數(shù)LED樣品，測試了LED的光譜性能、色溫、顯色指數(shù)隨驅(qū)動電流的變化，結(jié)果顯示，LED色溫可在3300K到5000K連續(xù)變化，顯色指數(shù)可達90以上，同時具有優(yōu)良的散熱性能，完全能夠滿足照明場所對色溫以及顯色指數(shù)的要求，具有廣闊的應用前景。
