0　引言

　　發(fā)光二極管被認(rèn)為是取代白熾燈、熒光燈、高壓氣體放電燈的新型光源。但目前LED 要

　　大量應(yīng)用于日常照明還需要解決很多問題，提高LED 取光效率是其中之一。為解決此問題，一方面需要提高芯片光效、封裝材料的折射率與穩(wěn)定性，另一方面則需要提出新的封裝結(jié)構(gòu)與新的透鏡設(shè)計(jì)以改善光分布和提高光線利用率。

　　LED 封裝中硅膠透鏡的尺寸和形貌直接影響封裝的取光效率，因此，使用新型透鏡提高LED 取光效率成為L(zhǎng)ED 封裝的研究熱點(diǎn)之一。為了提高LED 取光效率，透鏡設(shè)計(jì)有兩種途徑：一方面，由于任何光學(xué)材料都存在一定的光吸收，故采用更小的透鏡尺寸可提高取光效率;另一方面，在透鏡形貌上，大量研究表明通過合理的光學(xué)設(shè)計(jì)可提高取光效率和改善照明效果。目前已報(bào)道了非成像光學(xué)的自由曲面透鏡、半球透鏡、微透鏡陣列、陣列式連體透鏡等對(duì)LED 取光效率的提高和光線分布的改善。

　　目前對(duì)陣列式透鏡的研究多集中于微米透鏡，其尺寸為10～100μm，加工方法包括激光微加工法、灰階光罩法、壓印法、微液滴發(fā)、等離子刻蝕等，其加工難度較大，尚不具備規(guī)?；a(chǎn)的條件，不利于應(yīng)用推廣。

　　本文從亞毫米級(jí)透鏡陣列出發(fā)，針對(duì)0.5～0.9mm 尺寸的圓錐、半橢球和半圓球硅膠透鏡陣列進(jìn)行仿真。討論了不同透鏡、尺寸對(duì)LED 取光效率與光分布的影響。該類透鏡設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的灌膠脫模工藝，可與灌封膠實(shí)現(xiàn)一體封裝，具有批量應(yīng)用的潛力。

　　1　LED 與透鏡模型的建立

　　LED 模型采用5630TOPLED 作為模板，5630是貼片LED 的一種封裝規(guī)格，屬于中型功率燈珠，規(guī)格尺寸為5.6mm×3.0mm×0.9mm，以尺寸命名。5630燈珠具有壽命長(zhǎng)、散熱好、光效高等特點(diǎn)。主要應(yīng)用于LED 照明產(chǎn)品，如LED 球泡燈、LED日光燈和LED 面板燈等。模型示意圖如圖1所示，利用建模軟件進(jìn)行建模，主要包括芯片、支架、灌封膠等。透鏡模型有3種類型：陣列式圓錐、半橢球和半圓球，同樣利用建模軟件建立并與之前5630LED進(jìn)行組合，形成最終模型，如圖2所示。

　　2　光學(xué)模擬與分析

　　TracePro是目前應(yīng)用十分廣泛的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真軟件，許多陣列透鏡的光學(xué)仿真研究工作都依據(jù)此軟件開展。本研究采用TracePro對(duì)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行光學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)。將設(shè)計(jì)的封裝LED 光源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)成sat文件導(dǎo)入軟件之中，設(shè)置芯片光通量，定義表面屬性、材料屬性，具體設(shè)置如下：

　　整體模型不考慮電性能、溫度、濕度等環(huán)境影響;(2)表面光源設(shè)置：設(shè)置芯片上表面為發(fā)光面，出射光線200000條，朗伯型分布，光通量為100lm，主波長(zhǎng)0.5μm;(3)表面屬性設(shè)置：反光面設(shè)置為鏡面，即反射率為94.9%。支架其余部分屬性設(shè)置為散射;(4)材料設(shè)置：灌封膠與透鏡都設(shè)置為硅膠，折射率為1.41。