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COB封装在LED灯具优势探讨

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  LED室内照明灯具发展历程及趋势


  LED照明初期是由点缀装饰性光源为主,虽然功率小,价格高,但其可靠性高,控制性强,体积小,所以最先兴起的市场是小夜灯、线条灯等。随着LED照明灯具的逐步发展,在亮化工程辅助照明等公共场合,LED照明灯具渐渐替代了一些传统光源产品。2009年,LED灯具开始在发达国家进入主照明普及,在电费较高,使用时间较长的商业应用场所,LED灯具迅速成为市场的新宠。市场对LED灯具产品有了一定的认可和接受。LED灯具的环保,体积小,高可靠性等其他特性逐渐凸显出来。


  总体来看,随着LED产品质量及性价比的提升,LED照明灯具正朝着替代目前所有其他人造光源的方向迈进。



  目前LED室内照明灯具设计技术难点


  a) 散热技术问题


  与传统光源一样, LED光源在工作期间也会产生热量,其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下,电子和空穴的辐射复合发生电致发光,在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等,最终大概只有30-40%的输入电能转化为光能,其余60-70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。


  一般来说,LED灯具工作是否稳定,品质好坏,与灯体本身散热至关重要, LED灯具结构一般由LED光源连接散热结构、驱动器、透镜组成,因此散热也是一个重要的部分,如果LED不能很好散热、它的寿命也会受影响。市场上的高亮度LED灯的散热,常常采用自然散热,效果并不理想。


  b) 电源驱动技术问题


  由于LED是特性敏感的半导体器件,又具有负温度特性,因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护,从而产生了驱动的概念。LED器件对驱动电源的要求近乎于苛刻,LED不像普通的白炽灯泡,可以直接连接 220V的交流市电。LED是2~3伏的低电压驱动,必须要设计复杂的变换电路,不同用途的LED灯,要配备不同的电源适配器。目前常用驱动电源存在元器件多,使用环境突发因素多,失效几率高、输出特性不稳定,对LED的保护措施不够等现象,且与LED寿命不匹配(电源寿命<20Kh,LED寿命>30Kh),同时好的驱动电源成本太高,占灯具成本的20-40%以上。


  c) 二次配光技术问题


  通常为了使LED芯片发出的光能够更好地输出,得到最大程度地利用,并且在照明区域内满足设计要求,需要对LED光源进行二次光学系统的设计,二次光学设计主要考虑如何把LED光源发出的光线集中到期望的照明区域上,从而让整个系统发出的光能满足设计需要,目前二次光学所使用的基本光学元件主要有透镜和反光杯两种,如何提高灯具出光面的亮度均匀性,减少不舒适的眩光以及如何实现更好的配光曲线,提高光在工作面的利用效率是目前二次配光技术主要要面对的问题


  d) 灯具标准化问题


  目前由于我国缺少针对LED照明产品的统一标准,加上各家企业自身现有的装备设施、各自的工作基础和技术水平发展不均衡,造成了市场上出现的LED照明应用产品种类繁多、性能各异、互换性差,给整个产业的发展提出了严峻挑战,同时也在一定程度上制约了LED照明产业的健康发展。


  COB封装技术如何解决这些技术难点


  a) 缩短热通道,减少降低热阻


  传统封装应用的系统热阻为:芯片-固晶胶-焊点-锡膏-铜箔-绝缘层-铝材。COB封装的系统热阻为:芯片-固晶胶-铝材。COB封装的系统热阻要远低于传统SMD封装的系统热阻,大幅度提高了LED的寿命。



  b) 提升出光均匀度


  传统封装通过将多个分立的器件贴在PCB板上形成LED应用的光源组件,此种做法存在点光,眩光以及重影的问题。而COB封装由于是集成式封装,是面光源,视角大且易调整,减少眩光及出光折射的损失,出光均匀一致。



  c) 增强色温一致性


  一体式封装,可以避免传统光源多个封装器件之间存在色差问题,色度空间分布比较均匀。



  d) 光引擎设计,多功能集成


  COB光源更容易实现电源与驱动一体集成,形成光引擎,将LED光源与LED驱动电路置放于同一片基板将可降低LED照明模组的生产成本,结构更为紧凑,给灯具设计留有更大空间,也避免下游灯具制造端需同时整合光源和电源供应链的风险,可以降低外置电源的设置难度。



  e) 模块化及其标准化


  COB光源的模块化可很好的推动光源和灯具标准化进程,光源模块化可以使产品实现相互的可替换性,解决资源重复投资的问题。更容易实现从功率集成到光、机、电、热功能集成。



  集成光源标准化发展方向是从光源模组到光引擎,最终的光源形式一定以便于拆卸和替换的模组形式来体现的。光源模组与电子器件组合,形成光引擎模块;而功能模块化之后,通过标准连接接口相互连,并逐渐标准化,这是一个必然的趋势。加之LED封装产品上千种规格,种类繁杂,性能各异,互换性兼容性较差,只有集成光源形态最符合标准化趋势的发展。


  LED器件的集成化、标准化其好处,综合分析来主要表现在除了降低了器件综合成本外,并易于进行外观设计,易于形成流线型的设计。更重要的是形式统一、接口标准、兼容互换、便于保障器件性能的一致性。


  COB封装在LED灯具优势


  综述,COB封装形式针对下游灯具领域有如下优势:


  1、缩短热通道,减少降低热阻;


  2、整面出光,提升出光均匀度;


  3、一体封装,增强色温一致性;


  4、光源可集成部分驱动,降低外置电源设计难度;


  5、结构紧凑,便于灯具外观设计;


  6、系统可靠性表现更稳定;


  7、更易实现灯具模块化,便于标准化推广。

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