一种基于荧光粉转换单色光技术开发智慧照明光源

一种基于荧光粉转换单色光技术开发智慧照明光源

刘仁

开发晶照明（厦门）有限公司，福建厦门，361000

本次项目主要研究一种基于荧光粉转换单色光技术开发的智慧照明光源及其加工工艺和安装工艺。本次研究以氮化铝覆铜基板作为主体，采用光刻技术进行固晶槽的刻蚀，封装基板并不仅仅采用以上材料，也可以选择铝基板或者陶瓷基板等，刻蚀工艺可以采用酸蚀或者刻蚀工艺，固晶槽的界面主要有矩形、型以及梯形等，各个组分的选择均结合实际的加工需求进行调整或者替换，本次研究采用常用的方案进行研究，单色光转换集成光源及其加工工艺更加简单合理，导电胶在组分的配比方面更加合理，通过利用导热导电性较强的固晶胶能够有效提升光源的散热率。本次研究中对芯片的排列形式进行了调整，有效提升光源的发光效率，让出光能够更加均匀。为提升多个芯片在同一块基板上的集成封装稳定性和光品质，加强了对器件光电热耦合效应的研究，对封装工艺的各个细节进行有效分析，提出了横纵双向交叉排布芯片，荧光粉分层涂覆、荧光胶分层固化等优化的方案，能够有效确保光源的出光效率有效提升，光色能够保持一致，有效提升出光稳定性。

总体结构设计

基于荧光粉转换单色光光源模组结构方面主要包括基板、导光杯、多组发光单元、独立导通和关闭开关、芯片。因多组发光单元在基板上的位置各不相同，形成的发光区域通过透镜折射也会产生不同的光束。研究过程中需要结合不同的要求对不同的发光单元进行导通或者关闭，对光束进行有效的调整。以最常见的3档位光源变化为例，基板上进行3组不同发光面积单元的线路链接设置，采用同一正极，三个不同的负极对应档位。为达到单色光转换的效果需要对档位进行不同的组合，即档、档、档三种，如图1所示。当光源模组的不同发光单元进行单色光转换时，接受面上的照射角度和照射范围也会发生改变。

图1 光源模组不同发光单元点亮时照射角度和照射范围

具体实施方式

一种基于荧光粉转换单色光光源模组的加工工艺特征包括：①取氮化铝覆铜基板，剪切成规定的尺寸，在氮化铝覆铜基板表面涂覆光刻胶，下烘烤，曝光显影，形成固晶槽图案，再根据固晶槽图案进行刻蚀，形成固晶槽，在形成固晶槽的覆铜基板表面进行阻焊、钻孔，形成封装基板；②取封装基板，在固晶槽内涂覆固晶胶，胶接芯片，静置，在下固化；③用金线将芯片与封装基板连接，形成电路通路，再在封装基板表面围坝，在围坝内灌入荧光胶，烘烤固化，封装后进行性能检测，得到成品，如图2所示。

图2调光调色集成光源

测试结果分析

将单色可调光光源模组进行封装好之后对光源进行积分球的测试和相关参数的测试，测试的结果能够证明档位在同样电流的状态下具有较高的光效，对比并联连接平分电流的档位要小很多，因此转化热能也较小，因此档位的光效更高一些。因为档位的并联电阻较小，在同样电流量的情况下，其电压为3个档位中最低的。将封装好的单色可调光光源模组配置透镜等相关轨道灯具进行可变光束应用的效果测试，能够明显地得出档位以及档位具有较大的光束叫变化，档位的光束角变化并不明显。档位是最小单元区域的芯片进行工作，周围还有较大区域存在黄色荧光粉，因此光斑周围会出现散射的微弱黄光。档位的芯片全部投入工作当中，能够对所有黄色荧光粉进行激发，光斑对比其他档位更加均匀。S档位对比S+M+L档位的蓝光芯片较少，因此激发的黄色荧光粉与发白光混合的蓝光较少，因此S档位的光为白光偏黄。COB封装的形式是将许多芯片按照特定的排布方式进行固定，为展现出高度集成的效果通常会在一个基板上排布几十个或者上百个芯片，芯片之间并没有较大的间距，如果排布的方式缺乏科学合理的效果则发光时相邻的芯片就会出现互相干扰的情况。目前许多封装厂家都会采用单项排布固晶方式来对芯片进行排布和固定，市面上常见的芯片主要为长方形的外观，这种排布方式可以确保芯片的方向保持一致性，芯片之间无法进行有效的错开，芯片的左右和上下在密集程度方面就会出现不一致的情况，芯片的侧边也会出现射光互相吸收的情况，导致芯片的出光效率无法提升。为了改善芯片固晶排布工艺的不足之处，本次研究对多种横纵双向芯片的排布方式进行了实验和对比，结果证明，对比单项排布的形式，同一行的芯片可以在发光面的边缘位置采用异向中心的排布方式，采用相邻两行芯片上下位置异向的排布方式，通过横纵交叉双向排布的形式能够有效加大芯片之间的间距，有效降低了芯片侧边发光出现相互吸收相互遮挡的情况，有效提升出光效率，如图3所示。

图3 横纵交叉双向排布方式

实验用远光电控温积分球在和环境温度下进行发光测试，采用的光源芯片尺寸为，亮度为，电压档为。

结语

作为新兴产业的半导体照明技术受到了社会各界的高度重视和广泛应用，各个国家立足于国家战略发展方面进行系统部署，加大了对半导体照明技术的研究，不断拓展应用领域，不断扩大市场规模，得到了较为明显的节能减排效果。COB器件封装作为半导体照明产业上下游的产业端节点能够起到承上启下的作用。因此COB封装行业近几年加大了对新材料以及新工艺的研发，新的封装形式和新的封装技术得到了快速的发展，通过综合对比分析能够得出各项技术路线的发展方向都是基于更小的芯片面积承受更大的电流驱动，达到更高光通量的目的。真正实现光谱柔性化和尺寸薄型化的效果，能够为更多下游产品提供更多的发挥和创意空间。COB封装技术能够增加芯片的数量和颜色种类，通过搭配各种荧光粉能够让产品设计在性能、尺寸和光谱方面具有更大的潜力和灵活性，这也是LED照明领域最重要的技术之一。COB封装器件对比传统的分离照明器件发展的时间较短，在产业链的材料设备以及工艺方面仍然处于初级阶段，没有较为丰富的技术工艺经验，存在着光效较低、间光色一致性较差、光品质差、阴阳光斑等问题，同时还存在着散热要求较高以及成本较高等方面的困境。为了解决COB器件面临的困境，业内进行了较多的改善和优化工作，但大部分仍然集中在采用更适合的原材料和具有更高自动化的生产设备，对成品进行分类筛选等，希望能够通过高成本来获得高性能。本次研究基于荧光粉转换单色光

光源模组进行了加工工艺的创新研究，在光源模组的基板上采用不同位置的多组开关独立发光单元来形成不同的发光区域。通过不同发光区域在透镜折射的状态下能够形成不同光束的角度来达到对发光效率的调整。通过不同的发光单元导通或者关闭以及芯片的不同排列形式来形成不同的发光区域，对光束的强度进行有效的调整。在对发光效率进行调整的过程中光源和透镜始终处于最适合的匹配位置，芯片的排列也能够有效降低周边光线互相吸收互相遮挡的情况，让灯具的照射效果和出光率能够达到最佳的状态。未来的研究方向主要为明显调整光束角，降低光斑周围微弱黄光的情况，对设计方案进行进一步的改进和优化，通过实验研究来增加发光单元面积，提升灯具的发光效率和光质量。