第一期 | 李炳乾：COB光源的发展趋势

专栏作者：李炳乾

五邑大学应用物理与材料学院教授

中山市光圣半导体科技有限公司创始人、董事长

在LED封装领域，COB是Chip on Board的缩写，是一种将LED芯片直接贴在基板上的集成面光源技术。采用COB技术的LED光源，芯片直接散热到基板，承受热功率密度高；芯片密集排列，光功率密度高；单一发光体尺寸小，非常适合于对光源尺寸有严格要求的商业照明领域。相比于单个芯片封装LED器件，COB封装多芯片、多焊点、高功率密度也导致了封装工艺难度出现了指数级的增加。可以说COB光源一方面是商业照明应用的翘楚，另一方面也是LED封装领域王冠上的明珠。

光源的主要功能就是照明，对于LED要在照明的前提下加个限制——节能，因此COB光源发展的第一个阶段也是在追求光效，由于COB光源使用的金属基线路板或者陶瓷基板反射率不如镀银支架，较低的反射率叠加多芯片之间光的互相吸收，COB光源发光效率要低于SMD器件30%以上，后来镜面铝基板的导入解决了反射率问题，但是多芯片的互相吸收仍然使得COB光源光效低于分立器件。随着芯片外量子效率和荧光粉光转换效率提高，COB光源的发光效率达到产业接受的“甜蜜点”——100lm/W，这个甜蜜点的到来比分立器件组装的光源晚了2-3年。

在追求光效的时代，白光LED主要是由蓝光芯片+YAG黄粉的光谱组成，显色指数一般在70左右，色温也以5000-6000K为主。随着芯片和荧光粉技术的发展，LED光效有了大于甜蜜点的“余量”，这个余量为提高COB光源光质提供了可能。通过添加红粉、青绿粉、短波黄粉，甚至于采用多波长蓝光芯片，COB光源的显色指数由70增加到80、85、90、95、98甚至于现在显色指数100的COB光源也不是什么困难。在这个过程中，也产生了0（低）蓝光的护眼光源、 猪肉灯、蔬菜灯、珠宝灯等等很多满足特殊需要的“特殊色点”光源。

图1 一种高光效、高显指COB光源的实物图

不同的场景下，改变光源的色温可以带来更好的照明体验。在空间没有限制的时候，实现变色温是件很容易的事情，只要将高低色温的器件混合封装、分别驱动就可以了。COB光源的色温改变也是这样的思路，将COB光源中的芯片分成两组，分别涂覆不同种类和浓度的混合荧光粉，使两组芯片产生不同色温的白光。改变两组芯片的电流大小，可以让光源发出不同色温的白光。COB光源尺寸小，发光之后看不出两种不同色温的发光点，而是一个均匀的发光面，这是COB光源的优点，但是尺寸小，也给调色COB光源的制作造成了不小的困惑。经过多年的摸索，针对不同的芯片结构，人们发明并改进了印刷、喷涂、荧光片等几种技术，实现了COB光源中不同种类荧光粉的定域、定量涂覆。

对调色COB光源中两种色温荧光胶的种类和配比进行优化，可以在整个变色范围均达到高显指和高光效。图2是光圣半导体提供的现在的一款变色COB光源高色温和低色温的光谱曲线，这款光源的荧光粉进行了优化，在3000-6000K变色的过程中，任何一个色温下，显色指数都可以达到95以上，其中人们非常关心的R9指数也都大于80。

图2 一款可调色温COB光源高、低色温光谱曲线

色温可调拓展了COB光源的应用领域，但是得到的颜色在色域图中只能出现在高、低色温色坐标点连线上。在商业照明领域，采用不同色坐标的照明光源，可以更加突出不同颜色的商品视觉效果，满足人们的审美需求，从这个角度讲，仅有色温调节还是不够的，在这种情况下，具有色域调节能力的COB光源就应运而生了。

图3是光圣半导体研发的一款色域可调COB光源，在这款光源中，除了有高、低色温的白光（图中中心区域），还在周边集成封装了红、绿、蓝三种单色光LED芯片，COB光源具有了5种可以单独调节亮度的发光单元：暖白、冷白、红、绿、蓝。改变这五组发光单元的驱动电流或者占空比，可以实现COB光源的全色域调节。