基于柔性LED球泡灯的光热电性能探讨.docx

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基于柔性LED球泡灯的光热电性能探讨

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【摘要】本文对螺旋柔性LED灯丝的加工工艺进行研究，对灯丝的光热性能进行测试，从而更好地为研发和生产提供参考。

【关键词】柔性LED球泡灯；光热电；性能

发光二极管(LED)是新一代光源，将其用于照明，可以节省电力消耗。白光LED近年来发展迅速，已广泛应用于信号、显示、汽车照明、景观照明等领域。随着白炽灯的逐步禁用，LED灯丝灯因其仿古的造型获得一些怀旧人群的追捧。市场上的LED灯丝通常被设计成直条状，封装在泡壳内，然而这种LED硬灯丝无法设计出圆滑多变的造型或在有限的内部空间要求更大输入功率的灯泡，此外灯泡的功率往往会受灯丝长度的限制，散热性能也会受到影响。目前，大多数光热电性能的研究多数集中在刚性、不易弯曲的LED硬灯丝上，而有关柔性灯丝光热电性能的报道很少。柔性LED灯丝的芯片串联或并联发光时，可以呈现出多角度、多层次立体均匀发光的特点，且在样式上更受大家的喜爱，在加工工艺上更加便利。本文制备的螺旋柔性LED灯丝采用倒装芯片，利用平面涂覆技术，保持了螺旋柔性LED灯丝的色度、亮度的均匀一致性，改变了现有荧光粉涂层的形状和工艺，使芯片表面的荧光粉层厚度均匀化。

1实验

1.1样品制备

本文提出制备的新型螺旋柔性LED球泡灯如图1所示。通过固晶机将94颗倒装芯片均匀地固定分布在直径为26mm的螺旋树脂基板上;倒装芯片的几何尺寸规格为200μm×510μm×150μm，芯片内部的p-n结将一部分的电能转化为光能。因为芯片环绕一周均匀分布，所以灯丝的发光较为均匀。采用SY-6021硅胶A，SY-6021硅胶B，Lu3Al5O12:Ce荧光粉，粒子直径为13μm，发射波长530nm，(Sr，Ca)AlSiN3:Eu荧光粉B，发射波长640nm和C荧光粉(Sr，Ca)AlSiN3:Eu，发射波长628nm，质量比分别为硅胶A∶硅胶B∶荧光粉A∶荧光粉B为52∶13∶12∶1.12。额定电压为135V，对螺旋树脂基板双面点胶。分别取封装后合格的灯丝，封装成图1所示的灯泡。

1.2测试方法

采用远方积分球BM-7测量此螺旋柔性LED球泡灯的光通量、色温和色坐标，计算出光效。将螺旋柔性LED灯泡正负极用积分球中的夹具夹住，置于积分球中心。将光纤伸入积分球，固定好光纤。将恒流源与积分球连接，输入电压电流点亮LED。LED发射的光经积分球内部白色漫反射层，漫反射一部分光线通过积分球表面的通光孔径光纤传输到微型多通道光谱仪，光谱仪采集的数据通过USB接口发送到计算机进行处理和显示。

采用结温测试仪LED-T300对这种柔性LED球泡灯进行相同功率下pn结温度测量和热阻以及球泡灯表面温度的测量。用紫外线照射光敏胶将热敏电阻固定在泡壳表面中心位置。放进结温测试仪对应的烤箱进行定标。定标完成后将灯泡取出连接在结温测试仪相应位置，在相应定标文件下，利用恒流源输入不同电流驱动，测量不同功率下的结温和热阻变化。

为了探究灯丝发光的光分布情况，我们做了关于灯泡光分布均匀性实验。在黑暗的情况下，利用远方照度计BM-7对准点亮后的灯泡，照度计镜头对准灯泡，保持恒定的距离，以相同角度间隔均匀放置12个位置，测试记录光强。

2结果与分析

2.1光谱图

将被测灯泡样品放入远方积分球，点击精确光谱仪开始测试，点亮样品灯泡测试得到样品的光通量、色温和色坐标。用获得数据可以绘制得到该种螺旋柔性灯泡的光谱图如图2所示，可见随着驱动电流变大，蓝光LED的峰值波长的光谱强度明显增大，半高宽增加，峰值波长未发生明显的蓝移或红移现象，说明这种灯泡的性能稳定。

2.2发光效率的变化

连续测同类样品5组取平均值可得到灯泡样品的光通量随电流变化如图3所示。图3说明这种柔性灯泡的光效呈现出随电流先上升后下降的变化趋势，随着电流的增大，光效先增大，后下降，下降的斜率逐渐增大，下降速度变快。在10mA附近时，发光效率达到最大值，电能转化为光能的效率最大。这是一种与散热无关的“效率骤降”现象，即随着驱动功率密度的增加，发光效率会快速衰减。

根据相关数据可知，LED灯丝从瞬态到稳态时，光通量下降了7.5%，这是因为灯丝在从瞬态到达稳态的过程中，结温升高，LED的电光转换效率降低。所以，当输入相同的功率时产生的可见光的量减少，光通量也相应减少。然而，光通量只下降了7.5%，说明在泡壳内封入流动性较强的氦气有助于加强传热和散热，降低结温，减少发光效率的降低，使电能转化为热能的量减少。灯泡从瞬态到稳态的过程中，色温少许上升，这是因为荧光粉的热猝灭效应大于芯片，热辐射的温度大于芯片的温度。荧光粉的吸收散射特性、粒径分布及荧光粉涂层的形状对LED色温角空间分布具有直接影响。

2.3