在為新一代個(gè)照明設(shè)備尋求發(fā)揮 LED 在能效、使用壽命和耐用性方面的優(yōu)勢(shì)時(shí)，照明設(shè)計(jì)人員直到最近還面臨著一些關(guān)鍵性難題。

其中最難克服的就是，需要計(jì)算出在產(chǎn)品中使用多少個(gè)分立式 LED 才能達(dá)到要求的“流明密度”（每單位面積上的光輸出），然后在不會(huì)占用過多燈泡內(nèi)空間的前提下，設(shè)計(jì)一塊考慮了該陣列的功率和熱要求的電路板。 然后，工程師需要確保這一組 LED 中的每一個(gè) LED 能發(fā)出同顏色的光，令客戶滿意。

現(xiàn)在，我們就有一種更簡(jiǎn)單的現(xiàn)成解決方案。 LED 制造商為其高功率器件推出一種全新封裝產(chǎn)品：板上芯片 （COB） LED 陣列。 在供應(yīng)這些器件前，LED 制造商就已完成了單個(gè) LED 的匹配工作并設(shè)計(jì)了適合承載這種“光引擎”的基板。 不僅如此，LED 制造商還能通過 COB LED 陣列充分利用諸如“非接觸式熒光粉”等能效增強(qiáng)技術(shù)。

本文將回顧市面上的一些 COB LED 陣列，考慮該領(lǐng)域在不久的將來(lái)如何發(fā)展。

分立式 LED 陣列的缺陷

盡管 LED 性能已顯著提高，但在主流照明應(yīng)用中單一器件仍無(wú)法產(chǎn)生足夠的輸出。 例如，一個(gè) 100 W、120 V 白熾燈泡可產(chǎn)生 1，700 lm（能效約為 17 lm/W）。 相比之下，一款常見的 LED，如 OSRAM 的 OSLON SSL 150 器件只產(chǎn)生 136 lm（350 mA、3.1 V、125 lm/W）。 照明設(shè)計(jì)人員需要一打這樣的 OSRAM 器件才能產(chǎn)生大約與這只燈泡相同的輸出。

這樣就會(huì)由于 LED 需要占用空間而帶來(lái)問題（通常為幾個(gè)平方厘米）。 而且，將 LED 進(jìn)行分組以形成陣列也會(huì)導(dǎo)致照度、光學(xué)、制造方面的各種難題。

優(yōu)化 LED 陣列的光品質(zhì)絕非易事。 LED 制造商會(huì)對(duì) LED 分類，將其歸到具有大致相同的相關(guān)色溫 （CCT） 和亮度，但又緊密匹配單個(gè)器件的“分檔”中，以致于用戶發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)差異已經(jīng)變得既成本高昂，又耗費(fèi)時(shí)間。

大型 LED 陣列的另一個(gè)問題就是各個(gè)器件的老化速度不同。 在一個(gè)照明設(shè)備中，當(dāng)許多 LED 的使用壽命還很長(zhǎng)時(shí)，一些 LED 已經(jīng)開始變暗，以致客戶只好將該照明設(shè)備當(dāng)垃圾處理掉。 最后，裝配采用許多 LED 的陣列也不容易，將耗費(fèi)大量人力，推高成本。 （請(qǐng)參閱 TechZone 中的《LED 封裝和能效的發(fā)展將提高流明密度》一文。）

消除裝配環(huán)節(jié)

為解決 LED 陣列設(shè)計(jì)后還需裝配的問題，LED 制造商現(xiàn)推出采用 COB LED 陣列形式的模塊化解決方案。 這類器件采用陶瓷封裝，集成度高。

制造 COB LED 陣列時(shí)，不需要 LED 制造商將單個(gè) LED 逐一放到印刷電路板 （PCB） 上或者找人完成這項(xiàng)工作。 COB 封裝適合人工裝配是這類器件能夠簡(jiǎn)化制造工藝的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。 COB 可通過環(huán)氧樹脂膠粘貼或通過機(jī)械方式固定到散熱器上，無(wú)需消耗要大量工程資源。 （請(qǐng)參閱 TechZone 中的《為性能提升、成本縮減而考慮封裝》一文。）

Molex 提供的一系列 COB LED 陣列底座 適用于下文介紹的 Bridgelux 和 Cree 產(chǎn)品（圖 1）。

圖 1：Molex 的 COB LED 陣列底座適用于多家重量級(jí) LED 制造商的產(chǎn)品。

COB LED 陣列除了具有裝配優(yōu)勢(shì)外還具有一些光學(xué)優(yōu)勢(shì)。 這種器件通常采用涂有熒光粉的圓片形“單發(fā)光面”。 傳統(tǒng)的白色 LED 使用藍(lán)色 LED，然后利用熒光粉（由摻雜了稀土元素锫的釔鋁石榴石 （YAG） 組成）使藍(lán)色 LED 發(fā)出的光發(fā)生斯托克斯位移 （Stokes-shift）。 LED 和熒光粉置于同一封裝中。

然而多家研究機(jī)構(gòu)宣稱，所謂的非接觸式熒光粉器件可提升 LED 能效，延長(zhǎng)其使用壽命（熒光粉被置于距藍(lán)色 LED 有一些距離的圓片中。在 COB LED 陣列的情況下，作為其單發(fā)光面）。 （請(qǐng)參閱 TechZone 中的《非接觸式熒光粉可替代白色 LED》一文。）

商用 COB LED 陣列

幾家主要 LED 制造商已推出商用 COB LED 陣列系列。 Cree 最近發(fā)布了一款命名為 XLamp CXA 解決方案的 COB LED 照明陣列。 該公司宣稱，相比以前的陣列，這一突破性技術(shù)能使聚光燈的系統(tǒng)亮度翻倍。 據(jù)該公司介紹，CXA1520 LED 是該系列的首款發(fā)行產(chǎn)品，照明制造商利用該器件可制造亮度。媲美 39 W 陶瓷金屬鹵化物器件的產(chǎn)品，而功耗還不到后者的一半。

CXA1520 LED 陣列在 33 W（85°C）時(shí)可輸出 3，478 流明。 該產(chǎn)品的 CCT 值在 2，700 至 5，000 K 之間，顯色指數(shù) （CRI） 為 70、80 或 95。

CXA 陣列的發(fā)光面均勻，可用于實(shí)現(xiàn)定向和非定向照明應(yīng)用和燈具的設(shè)計(jì)（圖 2）。 該產(chǎn)品采用兩步、四步分檔顏色一致性，采用 19 mm 光源。

圖 2：Cree 的 CXA 陣列的發(fā)光表面均勻。

Seoul Semiconductor 也不甘落后，推出了 ZC 系列產(chǎn)品。 據(jù)該公司介紹，ZC 系列屬于 COB 器件且 LED 不需要進(jìn)行表面貼裝，因此為制造商省去了芯片連接工序，降低了單位成本。

Seoul Semiconductor 稱，使用“高反射率鋁基板”可增大亮度，延長(zhǎng) LED 使用壽命。 ZC 系列提供 6、10、16 W 版本，據(jù)該公司介紹，這些版本可用來(lái)依次替代 40、60 W 白熾燈泡和 100 W 筒燈。

ZC 系列的 CCT 為 2，700 - 5，600 K，最小 CRI 為 70 或 80，可輸出 2，400 流明（正向電流為 480 mA 時(shí)）。 與 Cree 產(chǎn)品類似，Seoul Semiconductor 也為其 ZC 系列的 LED 陣列采用了直徑為 19 mm 的均勻發(fā)光面。

Bridgelux 用其 ES 矩形陣列 系列（圖 3）完善了該產(chǎn)品領(lǐng)域。 該公司稱，這些緊湊型高光通量密度光源的光照均勻，不象基于分立式 LED 的解決方案那樣會(huì)產(chǎn)生模糊或者重影。 最新一代 Luxeon COB LED 陣列可輸出 700 - 3，000 流明，典型能效為 90 - 130 lm/W。 這些器件的 CCT 為 2，700 - 5，700 K，CRI 為 70、80 或者 90。

圖 3：Bridgelux ES 矩形陣列系列提供 19 mm 版本。

該公司稱，這些器件采用直徑為 19 mm 是單發(fā)光面，減少了系統(tǒng)復(fù)雜性，可實(shí)現(xiàn)小型化高性價(jià)比燈和燈具的設(shè)計(jì)。 這些器件減小了熱阻，因此可使用較小的散熱器，或者通過使用較大散熱器提升照明系統(tǒng)可靠性。

COB 產(chǎn)品的成長(zhǎng)

采用分立式 LED 時(shí)需為之設(shè)計(jì)電路板并進(jìn)行裝配，相比之下，COB LED 陣列的成本優(yōu)勢(shì)極大地吸引了照明燈具制造商。 正是這些優(yōu)勢(shì)推動(dòng)著該領(lǐng)域迅猛發(fā)展。

根據(jù)市場(chǎng)與研究 （Research & Markets） 分析公司提供的數(shù)據(jù)，COB LED 市場(chǎng)預(yù)計(jì)在 2013 到 2018 年間會(huì)以 40.71% 的年復(fù)合增長(zhǎng)率 （CAGR） 增長(zhǎng)。 該公司稱，除了其它多種優(yōu)勢(shì)外，不斷下降的 LED 的價(jià)格也是這一市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要因素之一。 這種不斷增長(zhǎng)的需求主要來(lái)自主流照明應(yīng)用。

雖然這一預(yù)測(cè)數(shù)字有些過于樂觀，但 COB LED 領(lǐng)域在未來(lái)幾年中很有可能出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。 希望在不久的將來(lái)看到更多的 lED 制造商發(fā)布產(chǎn)品。