板上芯片 LED 的兴起

在为新一代个照明设备寻求发挥 LED 在能效、使用寿命和耐用性方面的优势时，照明设计人员直到最近还面临着一些关键性难题。

其中最难克服的就是，需要计算出在产品中使用多少个分立式 LED 才能达到要求的“流明密度”（每单位面积上的光输出），然后在不会占用过多灯泡内空间的前提下，设计一块考虑了该阵列的功率和热要求的电路板。 然后，工程师需要确保这一组 LED 中的每一个 LED 能发出同颜色的光，令客户满意。

现在，我们就有一种更简单的现成解决方案。 LED 制造商为其高功率器件推出一种全新封装产品：板上芯片 (COB) LED 阵列。 在供应这些器件前，LED 制造商就已完成了单个 LED 的匹配工作并设计了适合承载这种“光引擎”的基板。 不仅如此，LED 制造商还能通过 COB LED 阵列充分利用诸如“非接触式荧光粉”等能效增强技术。

本文将回顾市面上的一些 COB LED 阵列，考虑该领域在不久的将来如何发展。

分立式 LED 阵列的缺陷

尽管 LED 性能已显著提高，但在主流照明应用中单一器件仍无法产生足够的输出。 例如，一个 100 W、120 V 白炽灯泡可产生 1,700 lm（能效约为 17 lm/W）。 相比之下，一款常见的 LED，如 OSRAM 的 OSLON SSL 150 器件只产生 136 lm（350 mA、3.1 V、125 lm/W）。 照明设计人员需要一打这样的 OSRAM 器件才能产生大约与这只灯泡相同的输出。

这样就会由于 LED 需要占用空间而带来问题（通常为几个平方厘米）。 而且，将 LED 进行分组以形成阵列也会导致照度、光学、制造方面的各种难题。

优化 LED 阵列的光品质绝非易事。 LED 制造商会对 LED 分类，将其归到具有大致相同的相关色温  (CCT) 和亮度，但又紧密匹配单个器件的“分档”中，以致于用户发现，实现无差异已经变得既成本高昂，又耗费时间。

大型 LED 阵列的另一个问题就是各个器件的老化速度不同。 在一个照明设备中，当许多 LED 的使用寿命还很长时，一些 LED 已经开始变暗，以致客户只好将该照明设备当垃圾处理掉。 最后，装配采用许多 LED 的阵列也不容易，将耗费大量人力，推高成本。 （请参阅 TechZone 中的《LED 封装和能效的发展将提高流明密度》一文。）

消除装配环节

为解决 LED 阵列设计后还需装配的问题，LED 制造商现推出采用 COB LED 阵列形式的模块化解决方案。 这类器件采用陶瓷封装，集成度高。

制造 COB LED 阵列时，不需要 LED 制造商将单个 LED 逐一放到印刷电路板 (PCB) 上或者找人完成这项工作。 COB 封装适合人工装配是这类器件能够简化制造工艺的另一个优势。 COB 可通过环氧树脂胶粘贴或通过机械方式固定到散热器上，无需消耗要大量工程资源。 （请参阅 TechZone 中的《为性能提升、成本缩减而考虑封装》一文。）

Molex 提供的一系列 COB LED 阵列底座 适用于下文介绍的 Bridgelux 和 Cree 产品（图 1）。


图 1：Molex 的 COB LED 阵列底座适用于多家重量级 LED 制造商的产品。

COB LED 阵列除了具有装配优势外还具有一些光学优势。 这种器件通常采用涂有荧光粉的圆片形“单发光面”。 传统的白色 LED 使用蓝色 LED，然后利用荧光粉（由掺杂了稀土元素锫的钇铝石榴石 (YAG) 组成）使蓝色 LED 发出的光发生斯托克斯位移 (Stokes-shift)。 LED 和荧光粉置于同一封装中。

然而多家研究机构宣称，所谓的非接触式荧光粉器件可提升 LED 能效，延长其使用寿命（荧光粉被置于距蓝色 LED 有一些距离的圆片中。在 COB LED 阵列的情况下，作为其单发光面）。 （请参阅 TechZone 中的《非接触式荧光粉可替代白色 LED》一文。）

商用 COB LED 阵列

几家主要 LED 制造商已推出商用 COB LED 阵列系列。 Cree 最近发布了一款命名为 XLamp CXA 解决方案的 COB LED 照明阵列。 该公司宣称，相比以前的阵列，这一突破性技术能使聚光灯的系统亮度翻倍。 据该公司介绍，CXA1520 LED 是该系列的首款发行产品，照明制造商利用该器件可制造亮度.媲美 39 W 陶瓷金属卤化物器件的产品，而功耗还不到后者的一半。

CXA1520 LED 阵列在 33 W（85°C）时可输出 3,478 流明。 该产品的 CCT 值在 2,700 至 5,000 K 之间，显色指数 (CRI) 为 70、80 或 95。

CXA 阵列的发光面均匀，可用于实现定向和非定向照明应用和灯具的设计（图 2）。 该产品采用两步、四步分档颜色一致性，采用 19 mm 光源。


图 2：Cree 的 CXA 阵列的发光表面均匀。

Seoul Semiconductor 也不甘落后，推出了 ZC 系列产品。 据该公司介绍，ZC 系列属于 COB 器件且 LED 不需要进行表面贴装，因此为制造商省去了芯片连接工序，降低了单位成本。

Seoul Semiconductor 称，使用“高反射率铝基板”可增大亮度，延长 LED 使用寿命。 ZC 系列提供 6、10、16 W 版本，据该公司介绍，这些版本可用来依次替代 40、60 W 白炽灯泡和 100 W 筒灯。

ZC 系列的 CCT 为 2,700 - 5,600 K，最小 CRI 为 70 或 80，可输出 2,400 流明（正向电流为 480 mA 时）。 与 Cree 产品类似，Seoul Semiconductor 也为其 ZC 系列的 LED 阵列采用了直径为 19 mm 的均匀发光面。

Bridgelux 用其 ES 矩形阵列 系列（图 3）完善了该产品领域。 该公司称，这些紧凑型高光通量密度光源的光照均匀，不象基于分立式 LED 的解决方案那样会产生模糊或者重影。 最新一代 Luxeon COB LED 阵列可输出 700 - 3,000 流明，典型能效为 90 - 130 lm/W。 这些器件的 CCT 为 2,700 - 5,700 K，CRI 为 70、80 或者 90。


图 3：Bridgelux ES 矩形阵列系列提供 19 mm 版本。

该公司称，这些器件采用直径为 19 mm 是单发光面，减少了系统复杂性，可实现小型化高性价比灯和灯具的设计。 这些器件减小了热阻，因此可使用较小的散热器，或者通过使用较大散热器提升照明系统可靠性。

COB 产品的成长

采用分立式 LED 时需为之设计电路板并进行装配，相比之下，COB LED 阵列的成本优势极大地吸引了照明灯具制造商。 正是这些优势推动着该领域迅猛发展。

根据市场与研究 (Research & Markets) 分析公司提供的数据，COB LED 市场预计在 2013 到 2018 年间会以 40.71% 的年复合增长率 (CAGR) 增长。 该公司称，除了其它多种优势外，不断下降的 LED 的价格也是这一市场增长的主要因素之一。 这种不断增长的需求主要来自主流照明应用。

虽然这一预测数字有些过于乐观，但 COB LED 领域在未来几年中很有可能出现大幅增长。 希望在不久的将来看到更多的 lED 制造商发布产品。