1　引言

　　作为固体光源的发光二极管(LED)具有体积小、寿命长、电光效率高、环保节能等诸多优点，被认为是21世纪最有前景的新光源，将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导。到目前为止，LED已经在普通照明、背光照明、道路交通、招牌和显示等领域得到了应用，但将LED应用在功能性照明中还需要解决一些问题，如LED发光效率的提高、大功率灯具中LED的散热以及多颗LED颗粒同时使用时的色差等。提高LED的发光效率对实际应用具有重要意义，目前研究人员主要从材料的角度考虑来提高LED发光效率，有以下两方面途径：一是通过优化衬底和工艺，减少材料位错密度，改进材料质量，提高LED的量子效率;二是优化光学结构设计，采用表面粗化等方法来提高LED的出光效率。

　　封装结构对出光率也有很大影响，设计合适的封装结构有利于光线射出，可以提高LED发光的外量子效率。目前常用的封装结构主要有引脚式封装、平面式封装、表面贴片二极管(SMD)封装、食人鱼封装以及大功率封装等，这些封装的腔体结构都会影响出光率。本文基于现有通用封装的共有特点，提出了一种优化LED封装结构的方法，利用TracePro软件模拟分析了LED封装结构与出光率的关系，从形状、张角、腔体顶面凹凸性等方面对LED封装结构进行了分析，探讨封装结构与出光率的关系。

　　2　LED封装结构的软件模拟

　　LED可发出红、黄、绿、蓝或白光。LED内光学系统由芯片、反射镜和由塑料密封材料制成的光学透镜组成。芯片、反射镜和树脂透镜的几何形状决定了LED的光提取效率和光能量分布，对LED封装结构进行合理的设计可以提高LED的出光率，通过软件模拟的方法可以设计合适的LED封装结构，利用TracePro软件模拟需要以下几步：

　　(1)在TracePro软件中进行LED封装腔体的结构设计，例如设计出3.0mm×2.5mm×1.5mm的LED，在模拟时需要封装腔体的反射腔深度为0.8mm，顶面开口圆半径为1.0mm，底面圆半径约为0.5mm。

　　(2)对LED封装腔体的材料以及对腔体内表面反射率进行定义，LED封装材料可选用折射率为1.5的树脂材料，封装腔的内表面反射率可定为80%，材料吸收率则为20%。

　　(3)对LED发光芯片进行定义，同时进行光线追踪。LED芯片发光面设置为lambertian发光，光通量为1lm。

　　(4)模拟出candela光强分析图并计算出光率，讨论光效与结构的关系。

　　按照以上步骤分析LED封装结构对出光率影响。设置一圆台，底面圆半径为0.5mm，顶面圆半径为1.0mm，高度为0.8mm，图1是LED封装结构的外形图。圆台以材料树脂填充，树脂折射率为1.5。检测体设置为一个底面半径为1000mm，高10mm的圆柱体，测试面为圆面，测试面距离发光面40mm。利用软件模拟得到candela光强分析图(图2)，通过对圆台体LED封装腔体结构的设计与模拟可以得到LED的发光立体角，计算出LED的出光率。用同样的方法可模拟椭圆台体封装腔、方台体封装腔等。