COB LED降低成本、節(jié)約能耗的原理和方法
LED在許多方面都勝過傳統(tǒng)照明光源，包括更高的能效、更長的使用壽命和更小的體積。然而，成本問題卻一直令許多照明設(shè)計工程師感到頭疼，這也是為什么LED制造商要繼續(xù)創(chuàng)新，提升規(guī)模經(jīng)濟的關(guān)鍵原因。板上芯片（COB）光源模塊是有助于降低成本的最新封裝方法之一。在這種模塊中，LED芯片采用半導體芯片形式，既無外殼，也不用連接，只需直接安裝到PCB上或者更通俗地講，安裝到基材上。而且，這種封裝形式還帶來了許多相關(guān)優(yōu)勢，如設(shè)計更靈活、配光更好、制造工藝更簡單等。
設(shè)計人員希望認真考慮是否在其新一代照明設(shè)計中使用COB LED還有其他的原因。在市場研究公司（Researchand Markets）最近提供的報告中分析人員指出，COB LED屬于廣域光源發(fā)射器（因此，可用于高速公路和路燈照明）具有三大優(yōu)勢：更好的混色、更好的照明效果和低熱阻要求。該公司分析人員指出，這些COBLED還能實現(xiàn)更高的功率密度、更高效的散熱性能且僅需更小的板空間，因此能很好地適合廣泛的通用照明應用。
現(xiàn)在，讓我們來檢驗幾種COB LED產(chǎn)品，包括Bridgelux的Vero、Sharp的Zenigata和Cree的CXA產(chǎn)品，看這些產(chǎn)品如何能在節(jié)約能耗、降低成本的同時簡化照明設(shè)計。
Bridgelux（Livermore，CA）去年推出了高性能Vero系列COB LED陣列（圖1）：標稱光通量120lm/W，最小平均光通量110lm/W。據(jù)報道，這項改進使其比前代產(chǎn)品節(jié)能約11%。該系列采用四面發(fā)光（LES）配置，工作溫度范圍寬。此外，Vero陣列提供兩個SDCM（顏色匹配標準偏差）和三個SDCM顏色控制選項，用以實現(xiàn)高精度色彩控制和均勻光照。
圖1：BridgeluxVero系列提供70、80、90和97 Décor CRI選擇。（暖白光光譜為3000K 80 CRI，自然白光為4000K 80 CRI，冷白光為5000K 70 CRI。承蒙Intellident提供數(shù)據(jù)）。
據(jù)Bridgelux介紹，高精度色彩控制“通過在臨近光源之間實現(xiàn)更高的一致性和均勻性來提升光照質(zhì)量”。另外，Vero系列超過了美國加利福尼亞能源委員會關(guān)于照明燈具的R9要求。
據(jù)Bridgelux介紹，基于3000K、80CRI配置且采用標稱電流驅(qū)動的所有外形系數(shù)器件，其平均輸出性能為120lm/W。但是，設(shè)計人員如采用低電流驅(qū)動可實現(xiàn)高達140lm/W的輸出性能。
此外，Vero平臺還通過板載連接器端口實現(xiàn)了即插即用連接，能讓照明制造商進行無焊電氣連接、簡易安裝，因此有助于簡化制造工藝。具體優(yōu)勢包括低成本、快速面市、更低的庫存要求。
以下為主要技術(shù)規(guī)格：
流明輸出性能范圍為240-16400流明
CCT在2700-5000K之間可選
CRI可選70、80、90和97CRIDecor產(chǎn)品
三個SDCM標準用于實現(xiàn)2700K至4000KCCT，并提供兩個SDCM選擇
可在高達2倍額定電流驅(qū)動下可靠地工作
放射狀芯片提升了流明密度和光束控制能力
熱隔離式焊盤
無焊接連接器端口，具有即插即用連接和現(xiàn)場升級功能
標志和2D條形碼位于產(chǎn)品上側(cè)
其它優(yōu)勢包括可兼容大量標準驅(qū)動器（350mA電流增量值）和光學元件，能使設(shè)計更靈活，選擇范圍更廣，因此可縮短開發(fā)周期、降低成本、減少煩人的庫存問題。
來自Sharp Electronics Corp.的Zenigata COB技術(shù)也能簡化設(shè)計。該系列模塊包括三種變體：Mega、Mini和Petite Zenigata。Sharp的設(shè)計將金屬基材換為陶瓷基材，據(jù)該公司介紹，這種材料的“散熱性能最佳且無變色”。這就是說，能一直保持恒定的流明輸出，但無色彩變化。均勻的LES簡化了光學設(shè)計，同時又提升了各種不同應用中的光照質(zhì)量。
下面詳細介紹Sharp COB模塊。
Mega Zenigata 50-80W模塊節(jié)能性好，專用于高功率照明應用。據(jù)報道，高亮LED可消除一個照明燈具中多個LED周圍的光源不均勻問題。這些模塊僅允許一個燈具中使用一個LED，既節(jié)省空間，又消除了光照不均勻問題。Mega Zenigata系列的封裝尺寸為20×24，包括高CRI和低CRI兩種模塊且最低CRI性能分別為90和80。這些COBLED可用于室內(nèi)外照明，包括建筑照明、聚光燈、射燈、嵌入式筒燈、場地和物體照明。
Sharp針對中等尺寸產(chǎn)品應用提供15W Mini Zenigata COB系列，該系列采用圓形8mm LES，可以簡化鏡頭和反射片設(shè)計。據(jù)Sharp介紹，Mini Zenigata LED的封裝為15x12x1.6mm，表面積約為Mega產(chǎn)品的三分之一并能減小發(fā)光區(qū)域。應用包括室內(nèi)、室外照明、建筑照明、閱讀燈、移動照明、信號和標志燈以及場地和物體照明。
在低功耗產(chǎn)品方面，4-6W的Petite Zenigata COB LED（圖2）專門用于要求更小鏡頭的應用，如小型聚光燈或者軌道燈。這些LED采用8x12mm小型封裝、4mm LES。使用9.6V產(chǎn)品時，可在MR16燈（通常需要12V）中采用降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，而更高電壓（40V）的部件可簡化線路電壓GU10燈泡的驅(qū)動器設(shè)計。這些LED可用于需要鏡頭極其緊湊的設(shè)計中，包括MR16替換燈、GU10替換燈、小型軌道燈、小型投射燈、吊燈、小型閱讀燈和小型強光燈。高CRI系列（最低CRI90）可產(chǎn)生300-395流明亮度。
圖2：Sharp Petite Zenigata COB LED采用8x12mm小型封裝、4mm LES。使用9.6V產(chǎn)品時，可在MR16燈（通常需要12V）中采用降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，而更高電壓（40V）的部件可簡化線電壓供電型GU10燈泡的驅(qū)動器設(shè)計（承蒙Sharp提供數(shù)據(jù)）。
CreeInc.（Durham，NC）最近在推出85°C時超過11，000流明的CXA 3070 LED陣列，進一步擴大了其CXA系列陣容。該高光輸出LED陣列旨在簡化設(shè)計、降低系統(tǒng)總成本，在85°C時輸出達到134lm/W并提供70-95之間的CRI選擇。該系列LED在85°C下經(jīng)過特征化和分檔，支持ANSI白光和Easy White色溫（2700K-5000K）。
CXA 3070 LED陣列具有高流明輸出和高能效，可達到8000至超過10000流明的系統(tǒng)性能。也就是說，該產(chǎn)品可用于如高棚燈和陶瓷金屬鹵化物替換燈等高流明輸出應用中。
該供應商提供的CXA3070陣列（下文圖3）相對光通量值指的是：CXA3070在給定條件下穩(wěn)定工作時的測量值與分檔期間光通量測量值的比值（TJ=85°C、1925mA條件下的脈沖測量值）。
例如，在TC=25°C、IF=1300mA穩(wěn)定狀態(tài)下，相對光通量比值為80%（如圖表所示）。如過CXA3070 LED在分檔期間的測量值為8500lm，則能在TC=25°C、IF=1300mA的穩(wěn)定工作狀態(tài)下輸出6800lm（8500*0.8）。
圖3：相對光通量值的確定依據(jù)為：CXA3070在給定條件下穩(wěn)定工作時的測量值與分檔期間的光通量測量值之比（TJ=85°C、1925mA條件下測得的脈沖測量值）（承蒙Cree提供數(shù)據(jù)）。
Cree CXA3070陣列的關(guān)鍵規(guī)格：
支持在2700K、3000K、3500K、4000K和5000KCCT條件下進行四階、二階EasyWhite分檔。
支持在4000K和5000KCCT條件下進行ANSI白光分檔
最小CRI可選70或者80
正向電壓：38.5V
85°C分檔和特征化
最大驅(qū)動電流：2800mA
115°視角、均勻色度分布
頂部焊接連接
總而言之，成本將是照明工程師始終要面對的大問題，但隨著LED的平均售價降低，COB LED將會越來越被設(shè)計人員接受，因為他們發(fā)現(xiàn)這些器件極具潛力，擁有更好的節(jié)能效果、更強的靈活性以及更好的光分布，最終讓照明系統(tǒng)制造商和最終用戶受益。
來源：半導體照明網(wǎng)
