【高工年会·演讲实录】中科芯源：LED专业照明优先考虑配光设计/高可靠性/性价比

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。

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。