刘登飞，罗建华，朱 俊，陈慧挺

（1.中山火炬职业技术学院 光电信息学院，广东 中山 528436；2.东洋工业（广东）有限公司，广东 中山 528437）

前言

LED（light emitting diode，发光二极管）由于具有光效高、速度快、驱动电流低、空间小、结构坚固且可使用时间长等优点[1]，得到了迅速的发展。COB（chip on board，板上芯片）封装器件是一种多芯片集成板上封装，作为表面组装技术的最新发展，COB 封装技术进一步提高了电子组件的组装密度，降低成本，缩小和减轻电子组件的体积和重量，它是LED 目前的主流封装形式器件[2]。

可变光束角COB 光源模组由于其出光角度可调，被广泛应用。但是传统的可变光束角COB 光源模组是通过拉伸灯具的透镜，改变透镜与COB 光源的相对距离来实现灯具光束角的变化[3]，此结构在调整透镜距离时破坏了光源的最佳匹配位置，光束穿透力下降，光斑不均匀，照射效果不佳。本文对可变光束角COB 光源模组进行创新研究，对COB 光源模组提出了一种不需要通过拉伸灯具透镜来改变光束角的新方法。

1 可变光束角创新设计

创新设计的可变光束角COB 光源模组，包括基板，基板上形成有导光杯，导光杯上设有多组发光单元，多组发光单元的导通与关闭相互独立，发光单元包括多个在导光杯上依次设置的LED 芯片。由于多组发光单元分别位于基板的不同位置，其形成的发光区域在透镜的折射下将呈现出不同的光束角度。使用过程中根据需要使不同的发光单元导通或关闭，形成不同的发光区域，实现灯具光束角的调整。

图1 COB 光源模组三档位不同发光区域面积

以典型的3 档位光源输出光型的变化及角度变化为例，在基板上设计3 组不同发光面积的区域单元线路链接，以共正极链接，三个负极分别对应S 档位、M 档位和L 档位。为了达到多组发光单元发光区域的变化从而实现光束角的变化，需要档位的恰当不同组合，所以第一个小发光区域，为S 档位，第二个中等发光区域，为S+M 档位，第三个最大发光区域，为S+M+L 档位，如图1 所示。

当COB 光源模组点亮不同发光单元从而改变不同的发光区域时，在接收面上被照射的角度和被照射的范围也发生不同范围的变化，如图2 所示。

图2 COB 光源模组不同发光单元点亮时照射角度和照射范围

对COB 光源模组配驱动恒流源750mA 和多位开关，连接线路示意图如图3、4、5 所示。当只有开关S 闭合时，对应发光单元区域的芯片导通工作（如图3 填充区域），对应输出光型面积为Φ1。此时光束角小，输出光强高。

图3 S 档位

当多位开关S 和M 闭合时，对应发光单元区域的芯片导通工作（如图4 填充区域），并联连接电流平分，灯具功率不变。灯具对应输出光型面积为Φ2，此状态一般为初始（默认）状态，光束角及照射范围居中。

图 4 S+M 档位

当多位开关S、M 和L 闭合时，对应发光单元区域的芯片导通工作（如图5 填充区域），并联连接电流平分，灯具功率不变。灯具对应输出光型面积为Φ3，此时相对Φ1、Φ2 对应的工作芯片增加数倍，光效高。

图5 S+M+L 档位

2 测试结果分析

将可变光束角COB 光源模组封装（采用倒装芯片、共晶焊、围坝和统一配比荧光粉胶点胶工艺涂覆）好后，对光源先进行积分球测试其相关参数。测试结果表明S+M+L 档位在相同的电流情况下光效相对较高点，因为并联连接平分电流比S 档位小的多，转化成热能也相对少些，所以S+M+L 档位光效高些。如图6（a）所示。由于S+M+L 档位并联电阻最小，所以在相同电流情况下，其电压是最低的。如图6（b）所示。

将封装好的可变光束角COB 光源模组，再配置透镜等制作成轨道灯具，然后进行可变光束角应用效果测试，如图7 所示。从图中可以很明显的看到S 档位和S+M+L档位的光束角变化较大，S+M 档位光束角居中。由于S 档位只是最小单元区域芯片工作，其周围更大区域还存在着黄色荧光粉，所以其亮光斑周围还有散射的微弱黄光，而S+M+L 档位的全部芯片都在工作，能正常激发所有黄色荧光粉，其光斑均匀许多。而S 档位相对于S+M+L 档位发光的蓝光芯片较少，与激发的黄色荧光粉混合发白光的蓝光偏少，所以S 档位发出的白光偏黄。

图6 COB 光源模组三档位关系图

图7 COB 光源模组切换档位点亮效果图

3 结束语

本文针对可变光束角COB 光源模组进行了创新研究。在光源模组基板上的不同位置设计多组开关独立的发光单元，形成不同的发光区域，不同的发光区域在透镜的折射下将呈现出不同的光束角度。使用过程中通过使不同的发光单元导通或关闭，形成不同的发光区域，实现灯具光束角的调整。本创新方案在调节光束角度的过程中，光源与透镜的相对位置固定，始终处于最佳匹配位置，灯具的出光率和照射效果均维持在最佳状态。为了让光束角的变化更加的明显，同时避免光斑周围存在明显的微弱黄光，还需要改进这种设计方案，通过初步实验研究增大发光单元面积可以大大改善效果。