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构建LED封装的最佳光学模型

上传人:刘如松

上传时间: 2011-03-30

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  通过Tracepro仿真验证了(a)结构的LED获取更高光效的结论。(b)和(c)结构的LED,芯片发出的部分光线在硅胶表明形成全反射而返回照射到支架上,经过反射吸收再次射出或再次全反射,形成一定的损失,如图4所示。

  图4 部分光线在胶体表面产生全反射

  目前(a)结构的白光LED通常做法是将荧光粉涂覆于芯片表面,因此仍然可以采用这一模型,(b)和(c)结构的白光通常是将荧光粉混合于整个胶体中,但是在胶体表面仍然存在部分光线在胶体内全反射而无法射出。

  2.1.3 产品优化空间

  ※尺寸优化,带来成本降低。随着LED结构的小型化的发展趋势,以及考虑综合成本,LED器件的密封胶用量也应纳入分析,以(a)为例,当胶体直径足够小的时候,发光体最边缘的处所发出的光将最先产生全反射,这可以有几何光学分析出,如图5所示。

  图5 (a)LED简化结构俯视图

  硅胶折射率为n,发光体最边缘处至中心处距离为m,那么发光体最小半径r可以通过以下推导求出:

  即r=m×胶体折射率时,LED芯片最边缘的部分刚好处于发生全反射的临界点,因此为了保证光线的射出效率,应刚选择r>mn。以折射率1.5为例,分别仿真r=1.0m,1.1m,1.2m……3.5m时的光通量分布,可以得出如下规律,如图6所示:

  图6 (a)LED出射光通量随LED封装胶体尺寸的变化

  由此可见,当球形胶体的半径>折射率数值×m时,LED光通量达到最佳,且基本保持稳定,除了胶体材质本身吸光和界面反射因素以外,芯片所发出的光能够最大程度射出。当球形胶体的半径<折射率数值×m时,随着胶体变小,芯片发出的光发生全反射的部分比例变高,LED器件亮度逐渐降低。分析新一代的功率型封装产品,如XPG、OSLON、REBEL,其胶体部分尺寸也是遵循这一规律,在尽量降低器件封装尺寸的同时,保持硅胶体一定的尺寸,以维持亮度,同时也解释了部分厂家在仿制REBEL结构产品时光通量较低的问题。

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