可變光束角COB 光源模組的創(chuàng)新研究*

劉登飛，羅建華，朱 俊，陳慧挺

（1.中山火炬職業(yè)技術學院 光電信息學院，廣東 中山 528436；2.東洋工業(yè)（廣東）有限公司，廣東 中山 528437）

前言

LED（light emitting diode，發(fā)光二極管）由于具有光效高、速度快、驅動電流低、空間小、結構堅固且可使用時間長等優(yōu)點[1]，得到了迅速的發(fā)展。COB（chip on board，板上芯片）封裝器件是一種多芯片集成板上封裝，作為表面組裝技術的最新發(fā)展，COB 封裝技術進一步提高了電子組件的組裝密度，降低成本，縮小和減輕電子組件的體積和重量，它是LED 目前的主流封裝形式器件[2]。

可變光束角COB 光源模組由于其出光角度可調，被廣泛應用。但是傳統的可變光束角COB 光源模組是通過拉伸燈具的透鏡，改變透鏡與COB 光源的相對距離來實現燈具光束角的變化[3]，此結構在調整透鏡距離時破壞了光源的最佳匹配位置，光束穿透力下降，光斑不均勻，照射效果不佳。本文對可變光束角COB 光源模組進行創(chuàng)新研究，對COB 光源模組提出了一種不需要通過拉伸燈具透鏡來改變光束角的新方法。

1 可變光束角創(chuàng)新設計

創(chuàng)新設計的可變光束角COB 光源模組，包括基板，基板上形成有導光杯，導光杯上設有多組發(fā)光單元，多組發(fā)光單元的導通與關閉相互獨立，發(fā)光單元包括多個在導光杯上依次設置的LED 芯片。由于多組發(fā)光單元分別位于基板的不同位置，其形成的發(fā)光區(qū)域在透鏡的折射下將呈現出不同的光束角度。使用過程中根據需要使不同的發(fā)光單元導通或關閉，形成不同的發(fā)光區(qū)域，實現燈具光束角的調整。

圖1 COB 光源模組三檔位不同發(fā)光區(qū)域面積

以典型的3 檔位光源輸出光型的變化及角度變化為例，在基板上設計3 組不同發(fā)光面積的區(qū)域單元線路鏈接，以共正極鏈接，三個負極分別對應S 檔位、M 檔位和L 檔位。為了達到多組發(fā)光單元發(fā)光區(qū)域的變化從而實現光束角的變化，需要檔位的恰當不同組合，所以第一個小發(fā)光區(qū)域，為S 檔位，第二個中等發(fā)光區(qū)域，為S+M 檔位，第三個最大發(fā)光區(qū)域，為S+M+L 檔位，如圖1 所示。

當COB 光源模組點亮不同發(fā)光單元從而改變不同的發(fā)光區(qū)域時，在接收面上被照射的角度和被照射的范圍也發(fā)生不同范圍的變化，如圖2 所示。

圖2 COB 光源模組不同發(fā)光單元點亮時照射角度和照射范圍

對COB 光源模組配驅動恒流源750mA 和多位開關，連接線路示意圖如圖3、4、5 所示。當只有開關S 閉合時，對應發(fā)光單元區(qū)域的芯片導通工作（如圖3 填充區(qū)域），對應輸出光型面積為Φ1。此時光束角小，輸出光強高。

圖3 S 檔位

當多位開關S 和M 閉合時，對應發(fā)光單元區(qū)域的芯片導通工作（如圖4 填充區(qū)域），并聯連接電流平分，燈具功率不變。燈具對應輸出光型面積為Φ2，此狀態(tài)一般為初始（默認）狀態(tài)，光束角及照射范圍居中。

圖 4 S+M 檔位

當多位開關S、M 和L 閉合時，對應發(fā)光單元區(qū)域的芯片導通工作（如圖5 填充區(qū)域），并聯連接電流平分，燈具功率不變。燈具對應輸出光型面積為Φ3，此時相對Φ1、Φ2 對應的工作芯片增加數倍，光效高。

圖5 S+M+L 檔位

2 測試結果分析

將可變光束角COB 光源模組封裝（采用倒裝芯片、共晶焊、圍壩和統一配比熒光粉膠點膠工藝涂覆）好后，對光源先進行積分球測試其相關參數。測試結果表明S+M+L 檔位在相同的電流情況下光效相對較高點，因為并聯連接平分電流比S 檔位小的多，轉化成熱能也相對少些，所以S+M+L 檔位光效高些。如圖6（a）所示。由于S+M+L 檔位并聯電阻最小，所以在相同電流情況下，其電壓是最低的。如圖6（b）所示。

將封裝好的可變光束角COB 光源模組，再配置透鏡等制作成軌道燈具，然后進行可變光束角應用效果測試，如圖7 所示。從圖中可以很明顯的看到S 檔位和S+M+L檔位的光束角變化較大，S+M 檔位光束角居中。由于S 檔位只是最小單元區(qū)域芯片工作，其周圍更大區(qū)域還存在著黃色熒光粉，所以其亮光斑周圍還有散射的微弱黃光，而S+M+L 檔位的全部芯片都在工作，能正常激發(fā)所有黃色熒光粉，其光斑均勻許多。而S 檔位相對于S+M+L 檔位發(fā)光的藍光芯片較少，與激發(fā)的黃色熒光粉混合發(fā)白光的藍光偏少，所以S 檔位發(fā)出的白光偏黃。

圖6 COB 光源模組三檔位關系圖

圖7 COB 光源模組切換檔位點亮效果圖

3 結束語

本文針對可變光束角COB 光源模組進行了創(chuàng)新研究。在光源模組基板上的不同位置設計多組開關獨立的發(fā)光單元，形成不同的發(fā)光區(qū)域，不同的發(fā)光區(qū)域在透鏡的折射下將呈現出不同的光束角度。使用過程中通過使不同的發(fā)光單元導通或關閉，形成不同的發(fā)光區(qū)域，實現燈具光束角的調整。本創(chuàng)新方案在調節(jié)光束角度的過程中，光源與透鏡的相對位置固定，始終處于最佳匹配位置，燈具的出光率和照射效果均維持在最佳狀態(tài)。為了讓光束角的變化更加的明顯，同時避免光斑周圍存在明顯的微弱黃光，還需要改進這種設計方案，通過初步實驗研究增大發(fā)光單元面積可以大大改善效果。