晶片直接封裝 (COB) LED 如何在照明設計中降低成本並節能

LED 相較於傳統光源，具有眾多優勢，包括更高的能源效率、更長的壽命以及更小的尺寸。 不過，成本是讓照明設計師為難的因素之一，也是 LED 製造商持續創新以增加規模經濟的主要原因。 晶片直接封裝 (COB) 光源模組是有助於降低成本的最新封裝解決方案之一。在此方案中，LED 晶片採用半導體晶片的型式，並且未經過包覆或連接，而是直接安裝到 PCB 或基板上。 此封裝樣式也提供幾種相關優點，例如更高的設計彈性、更佳的光分布以及更簡單的製程。

還有其他因素致使設計人員認真考慮在下一個設計中採用 COB LED。 在 Research and Markets 的近期報告中，分析師指出 COB LED 屬於寬域光發射器（因此亦可用於高速公路和路燈），具有三項主要優點：更佳的混色、更好的照明效果以及更低的熱阻需求。 此外，分析師亦表示，這些 COB LED 提供更高的功率密度、更高效率的散熱以及更低的板空間需求，因此非常適合多種一般照明應用。

我們現在就來查看幾個 COB LED 的實例，包含 Bridgelux 的 Vero™、Sharp 的 Zenigata 以及 Cree 的CXA 產品，瞭解這些元件如何簡化照明設計、節能和降低成本。

Bridgelux（美國加州 Livermore）於去年推出 Vero 系列 COB LED 陣列（圖 1），具備高效能光效：120 lm/W（標稱值）、110 lm/W（最小平均）。 相較於前代產品，此效能提升達到約 11％ 的節能效果。 此系列提供四種光發射平面 (LES) 配置，並且能在寬廣的電流範圍內操作。 此外，Vero 陣列提供兩個顏色匹配標準偏差 (SDCM) 和三個 SCDM 顏色控制選項，提供高度顏色控制準確性和一致的照明。


圖 1：Bridgelux 的 Vero 系列提供的 CRI 選項包括 70、80、90、97 Décor。 （暖白光的光譜為 3,000 K 80 CRI、中性白光為 4,000 K 80 CRI、冷白光為 5,000 K 70 CRI。 資料由 Bridgelux 提供）。

Bridgelux 表示：「更精密的顏色控制能在鄰近光源下提供更佳的一致性和均勻性，藉此提升照明品質。」 此外，Vero 系列超越加州能源委員會針對泛光燈和燈具所制訂的 R9 規範。

Bridgelux 表示，120 lm/W 的光效規格是在任何尺寸下基於 3,000 K、80 CRI 配置，標稱電流下驅動的平均效能。 不過，採用更低電流驅動時，可以達到高達 140 lm/W 的光效。

Vero 平台具有板載連接器連接埠，提供隨插即用連接能力，能讓照明製造商進行免焊式電氣連接並輕鬆安裝，有助於簡化生產流程。 優點包含降低成本、加速上市以及減少庫存需求。

重要規格如下：

• 光輸出效能範圍介於 240 至 16,400 流明
• CCT 選項介於 2,700 至 5,000 K
• CRI 選項包含 70、80、90 以及 97 CRI Decor 產品
• 2,700 K 至 4,000 K CCT 的三項 SDCM 標準和兩個 SDMC 選項
• 能在高達兩倍額定驅動電流下可靠操作
• 徑向晶片樣式能提升照明密度和光束控制能力
• 熱隔離式焊墊
• 免焊式連接器連接埠提供隨插即用連接性和現場升級能力
• 產品頂端標示和二維條碼

其他優點包括相容於多種標準驅動器（350 mA 增量）和光學元件，因此提供更高設計彈性和更多選項，藉此縮短產品開發週期、降低成本，並減少庫存麻煩。

另一個達到簡化設計的實例是 Sharp Electronics Corp. 的 Zenigata COB。Zenigata 系列模組提供三種款式：Mega、Mini、Petite Zenigata。 Sharp 的設計採用陶瓷而非金屬基板，該公司表示能藉此提供「最佳散熱能力且不會變色」。 意指具有低顏色偏移，並在時間改變下提供一致的光輸出。 一致的 LES 能在多種應用中簡化光學設計，並且提升照明品質。

接著再讓我們更深入瞭解 Sharp COB 模組。

Mega Zenigata 50 至 80 W 模組的節能特點適合高功率照明應用。 高亮度 LED 能消除泛光燈使用多重 LED 所造成的一致性問題。 這些模組能讓燈具採用單一 LED，除了能解決一致性問題，還能節省空間。 Mega Zenigata 系列採用 20 × 24 mm 封裝尺寸，提供高 CRI 和一般 CRI 兩種模組，最低效能分別為 90 CRI 和 80 CRI。 這些 COB LED 可用於室內和戶外照明應用，包括建築照明、聚光燈、嵌燈、筒燈、區域和物體照明以及高強度照明。

針對中型尺寸產品應用，Sharp 提供 15 W Mini Zenigata COB 系列，具有圓形 8 mm LES，能簡化鏡片和反射器的設計。 Sharp 提供的資料顯示，Mini Zenigata LED 採用 15 x 12 x 1.6 mm 封裝尺寸，表面積為 Mega 產品的三分之一，發射區域也有所縮減。 應用包含室內和戶外照明、建築照明、閱讀燈、聚光燈、行動照明、吊燈、招牌和號誌燈以及區域和物體照明。

針對低瓦數產品，Petite Zenigata 的 COB LED（圖 2）介於 4 至 6 W，專為需要較小鏡片的應用所設計，包含小型聚光燈或軌道燈座。 這些 LED 提供 8 x 12 mm 和 4 mm LES 的小型封裝尺寸， 此 9.6 V 產品能在 MR16 燈具中使用降壓式 DC/DC 轉換器（一般需要 12 V），更高電壓的 40 V 零件能針對線路電壓 GU10 燈具簡化驅動器設計。 這些 LED 適用於需採用超小型鏡片的設計，包含 MR16 替換燈、GU10 替換燈、小型軌道燈、小型聚光燈、吊燈、小型閱讀燈以及小型補強燈。 高 CRI 系列（最低 90 CRI）提供 300 至 395 流明亮度。


圖 2：Sharp 的 Petite Zenigata COB LED 提供 8 x 12 mm 和 4 mm LES 小型封裝。 此 9.6 V 產品能在 MR16 燈具中使用降壓式 DC/DC 轉換器（一般需要 12 V），更高電壓的 40 V 零件能針對線路電壓 GU10 燈具簡化驅動器設計（資料來源：Sharp）。

Cree Inc.（美國北卡羅萊納州 Durham）推出 CXA3070 LED 陣列，擴充 CXA 系列，能在 85°C 下提供超過 11,000 流明。 此高光輸出 LED 陣列的目標在於簡化設計並降低總系統成本，能在 85°C 下提供每瓦 134 流明和 70 至 95 CRI 選項。 這些 LED 在 85°C 分類和分檔，提供 ANSI White 和 EasyWhite 的色溫（2,700 K 至 5,000 K）。

CXA3070 LED 陣列提供高流明輸出和高光效，系統效能達到 8000 至 10,000 以上流明。 意指能用於超高流明輸出的應用，例如高天井燈和陶瓷金屬鹵素替換燈。

供應商提供的 CXA3070 陣列（以下圖 3）相對光通量是 CXA3070 在特定條件下以穩態操作的量測值除以分檔時通量量測值的比率（TJ = 85°C、1,925 mA 時的脈衝量測）。

舉例而言，在 T_C = 25°C、I_F = 1,300 mA 的穩態操作下，相對光通量比率為 80％，如表格所示。 CXA3070 LED 在分檔時量測值為 8,500 lm，將會在 T_C = 25°C、I_F = 1,300 mA 的穩態操作下提供 6,800 lm (8,500 * 0.8)。


圖 3：相對光通量基於 CXA3070 在特定條件下以穩態操作的量測值除以分檔時通量量測值的比率（1,925 mA、TJ = 85°C 時的脈衝量測）（資料來源：Cree）。

Cree 的 CXA3070 陣列重要規格包括：

• 提供 2,700 K、3,000 K、3,500 K、4,000 K 以及 5,000 K CCT的四階和二階 EasyWhite 分檔
• 提供 4,000 K 和 5,000 K CCT ANSI 白光分檔
• 提供最小 70 和 80 CRI 選項
• 順向電壓：38.5 V
• 85°C 的分檔與特性
• 最大驅動電流：2,800 mA
• 115° 視角、均勻的色度曲線
• 頂端焊接式連接

總之，成本一向是照明設計人員的一大考量。 但隨著 LED 的平均售價降低，設計人員瞭解這些裝置能提供更佳的節能效果、更高的設計彈性以及更好的光分布，COB LED 的採用率將持續增加，照明系統製造商和最終使用者都將受益。