【技术文章】基于新一代OBF-X的经济型光模块设计

原文：《New Generation of OBF-X for Economical Light Module法》

作者：Kung Tony, Chen Yan, Bao KeFeng, Zhou Hui

编译：缪雯卿，郭雨欣

指导：林燕丹

简介：使用高光学效率LED是实现经济高效的前照灯设计的主要方法之一。新一代OBF-X系列不仅是最新的高效LED，还具有低热阻、高对比度和高鲁棒性的优点。本研究将使用OBF-X系列2个芯片、3个芯片和4个芯片LED，结合无散热片的概念和反射器的光学设计，实现低系统成本的前照灯模块设计。

高光学效率LED

在前照灯市场上，对经济型前照灯的需求持续增长。高光学效率LED可以减少LED芯片的使用数量，采用较低的驱动电流，从而节省前照灯中机械部件的成本，并且仍然满足前照灯的光学需求。因此，高效LED一直是经济型前照灯持续发展的关键。本研究讨论了基于新一代汽车LED OBF-X设计的经济型前照灯光学模块。

OBF-X的特点

在汽车应用中，OBF系列在高亮度LED市场上一直具有低热阻、高对比度和低杂散光等优点。因此，OBF系列成为市场上最引人注目的LED系列。最早的OBF系列的亮度在1安培时为335流明，具有高性能UX3芯片并优化了芯片尺寸，在最新一代OBF-X之前，OBF-S的输出电流为395流明，输出电流为1安培，最新一代OBF-X达到更高效的光学效率，即在1安培时为460流明，其外观如图1所示。

图1 OBF-X系列LED外观

OBF-X的功能如下所示：

（1）最新无槽芯片技术，便于光学设计；

（2）适用于无散热器前照灯；

（3）由于电介质涂层，角度辐射的颜色非常均匀；

（4）OBF-X与铝金属芯板兼容；

（5）OBF-X的高性能为减小散热器尺寸或将其从前照灯设计中移除提供了可能性；

（6）由于黑色封装材料和TiO2浇铸，对比度大于1:200。

光学模块

本文使用OBF-X 2、3和4芯片LED设计了三个照明模块，如图2所示，该模块由以下部分组成：

（1）LED；

（2）MCPCB组件；

（3）铝板。

图2 OBF-X系列2、3和4芯片的光模块外观

光学设计

1、近光OBF-X 2芯片

在OBF-X 2芯片光模块中添加了两个反射器，以评估光学性能，如图3所示。

图3 带反射镜的OBF-X 2芯片光模块

近光分布由底部和点反射器组成。两个反射器如图4和图5所示。在光学模拟中，在1A驱动电流下，光通量设置为782 lm（热流明）。

图4 OBF-X 2芯片光模块的基础反射器

图5 OBF-X 2芯片光模块的点反射器

OBF-X 2芯片光模块的模拟近光灯强度分布如图6所示。

图6 OBF-X 2芯片光模块的模拟近光光强分布

最大发光强度约为44.7 Kcd，可实现±41度的宽范围。模拟的白光分布如图7所示。此外，表1是带有光学反射器的OBF-X 2芯片光模块的光学性能模拟。

图7 OBF-X 2芯片光模块的模拟白光分布

表1 带反射器的OBF-X 2芯片光模块的光学性能汇总

2、OBF-X 3芯片远光灯模块

将反射器添加到OBF-X 3芯片光模块，以评估光学性能。远光分布由图8所示的反射器构成。在光学模拟中，在1A驱动电流下，光通量设置为1147 lm（热流明）。

图8 OBF-X 3芯片远光灯模块反射器

OBF-X 3芯片光模块的模拟远光光强分布如图9所示。

图9 OBF-X 3芯片光模块的模拟远光光强分布

最大发光强度约为81.7 Kcd，宽范围为±12度。模拟的白光分布如图10所示。此外，具有光学反射器的OBF-X 3芯片光模块的光学性能模拟结果如表2所示。

图10 OBF-X 3芯片光模块的模拟白光分布

表2 带反射器的OBF-X 3芯片光模块的光学性能汇总

3、OBF-X 4芯片近光灯模块

在OBF-X 4芯片光模块中添加了反射器，以评估光学性能。近光分布由图11所示的反射器构成。在光学模拟中，在1A驱动电流下，光通量设置为1513 lm（热流明）。

图11 OBF-X 4芯片近光灯模块反射器

OBF-X 4芯片光模块的模拟远光光强分布如图12所示。

图12 OBF-X 4芯片光模块的模拟近光光强分布

最大发光强度约为56.0 Kcd，可实现±35度的宽范围。模拟的白光分布如图13所示。此外，表3是带有光学反射器的OBF-X 4芯片光模块的光学性能模拟。

图13 OBF-X 4芯片光模块的模拟白光分布

表3 带反射器的OBF-X 4芯片光模块的光学性能汇总

热学设计

由于热学要求，使用OBF-X 2、3和4芯片设计的三个光模块在MCPCB的尺寸上进行了优化。在80摄氏度的恶劣环境温度和1安培的驱动电流下，热模拟结果表明，2个芯片的工作温度为137.0摄氏度，3个芯片的温度为144.7摄氏度，4个芯片的运行温度为146.5摄氏度。表4给出了详细的模拟结果，图14显示了三个模块的模拟温度分布。

表4 三个光模块热模拟结果表

图14 三个光模块的模拟热分布图

总结与展望

基于OBF-X的高光效率优势，本文使用了具有成熟光学设计和制造工艺的反射器，并优化了MCPCB尺寸，使用了少量的LED芯片，可以减少专用的热学模块，实现了新一代经济型光模块。通过提高LED光学效率、减少散热器的尺寸和使用的芯片数量，使前照灯的成本降低。如果可以使用具有单个串联和单个降压-升压的驱动器，则将具有更好的成本竞争力。