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中科芯源叶尚辉:LED专业照明优先考虑配光设计/高可靠性/性价比

2017-01-12 14:55 来源:高工LED 关注度:7722次 字体:   原创申明 投稿
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LED从来不缺新机会、新市场。在2016高工LED年会由炫硕光电冠名的“封装的下一场技术战役”专场,中科芯源常务副总经理叶尚辉为在场嘉宾带来了“K-COB 超高功率COB的应用趋势”的主题演讲。

  LED从来不缺新机会、新市场。在2016高工LED年会由炫硕光电冠名的“封装的下一场技术战役”专场,中科芯源常务副总经理叶尚辉为在场嘉宾带来了“K-COB 超高功率COB的应用趋势”的主题演讲。

中科芯源常务副总经理叶尚辉

  LED进入专业的照明领域,首先要提高光输出和光稳定性。

  在一些特殊大空间的照明领域,也需要对配光提出更高的要求,实现远距离投光有更高的要求。在一些工业照明环境,对于灯具的可靠性也提出了更高的要求。

  比如,广州南站的顶棚站有一些灯已经不亮了,在大的空间难以维护的场合中对LED提出了更高的要求。在传统的防爆灯具方面,也需要更大的功率、更好的防护手段。

  从150瓦、400瓦功率的替换,更高功率的LED替换遇到一些困难。大空间专业照明领域,金卤灯功率超过1KW,在这些应用领域由于空间距离较远,又都是定向照明需求,要求可以提供小角度、远光强的输出。

  这就要求LED更高的亮度、更好的可靠性,我们在做大功率LED的时候,兼顾可靠性管理和光学设计上,我们面临着一些问题,可能有一些矛盾性。

  COB的热分布

  COB封装结构的出现已经有20年了,早期在小功率应用的时候,它的表现关注点在芯片节温控制。

  到了一定的功率,在COB领域从几十瓦做到一百瓦以上的时候,行业有很多专业的分析,芯片节温控制本身可以做到比较理想的范围,但是功率增加、密度增加以后,它的荧光转换的部分发热是不能忽视的。

  如果把功率做大,超过200瓦,它的温度可能超过300度以上,它的热源不在于芯片。

  材料温度特性

  最常见的就是黄变,玻璃化,会开裂。出现蓝光表明芯片没有问题,是荧光转换缺少了黄光部分,所以就出现了蓝光。

  荧光材料特性

  黄光为什么会失效呢?它在超过一定温度的时候,荧光效率急剧下降,荧光粉在200到250度以上带来衰减,不可能恢复到原始状态。

  我们对于150瓦的光源,从结构模拟到实际成品的测试都表现出温度集中在中心的部位,中心点的发热很难导出来,受限于硅胶导热性的限制。

  COB光源热结构分析

  荧光陶瓷是一个陶瓷晶体,从激光陶瓷转换过来的一个技术,在匹配可见光黄光部分,保持原有陶瓷的特性,有很好的导热性、很好的耐温性。

  我们设计了一个封装结构,让荧光部分的热量可以在荧光陶瓷上均衡,同时通过结构的设计把它到导到散热体上。

  我们实际应用的效果,在600瓦的条件下,提取点在105度的时候还能够把荧光面陶瓷的中心温度控制在120度左右。

  光学优势

  解决封装结构的短板就是COB提升光效的一个关键,COB在密度增加以后,间距减小,一般我们现在做高密度的COB,芯片的间距小于1毫米,它的热表现特别明显。

  我们通过改善这种结构,可以让整个光源工作在一个相对较低的温度水平,从荧光转换特性来看,荧光陶瓷在120-150度的范围,可以保持95-98以上的荧光转换的率。

  同时,荧光陶瓷的设计可以很好地跟蓝光芯片光谱匹配,不会造成荧光和光谱太宽,重复激发影响效率。陶瓷通过表面的微结构的设计,可以提高光的输出。最终,我们可以达到160秒/瓦。

  低热阻封装

  还是要考虑芯片节温控制,芯片节温控制是由封装热阻决定的,封装结构上可以对封装热阻进行改善。我们现在可以做到同等条件,热阻可以下降一半。

  同时,越是大功率的光源越需要散热的支撑,需要对中心的热导出有很强的匹配。通过散热器的设计,中心端和末端温差控制在5度,上下温差、中心点温差控制在2度以内。

  最终的效果,在300瓦的条件下,提取点在66度的条件,光源表面最高的温度在120度左右。

  产业化路径

  通过技术转移,我们开发了荧光陶瓷的晶体匹配在LED红外波段,定位在大功率、超高功率COB光源。

  第一代光源截止到2017年1月4日常温老化630天,老化周期超过15120小时。同时提出了85度老化测试,做了两组样本:300瓦的样本和500瓦的样本,目前已经超过7500小时,我们正装芯片+2.1倍的电流条件下做的老化。

  我们做了LM-80测试,80认证的结果可能要到2018年,中间可能要做1万小时以上。同时,光源没有停止,已经做到了1000瓦的稳态输出。

  从材料研发,到白光专利,到无封装结构的专利,我们取得了一系列的成果,同时取得了5项国际PCT的国际专利申请,我们拥有一个完整的专利结构。

  超大功率COB应用在体育应用上有非常明显的优势,体育要求精确的背光、小光衰。环保灯国内的水平止步于120瓦,限制了光源的尺寸,在小尺寸中要超过200瓦目前也是一个比较空白的领域。

  在道路照明中,希望光源灯具的寿命达到8年以上,目前有很多方案在做,一个是光源和电源分离,可以降低维护成本。

  我们的方向,当维护成本高于灯具成本的时候,必然对LED灯具的可靠性提出严格的要求。

  专业照明优先考虑配光设计:小尺寸、大功率;优先考虑高可靠性:长寿命、低光衰;优先考虑性价比:高品质、免维护。


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