0　引言

　　發光二極管被認為是取代白熾燈、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定性，另一方面則需要提出新的封裝結構與新的透鏡設計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LED 封裝的研究熱點之一。為了提高LED 取光效率，透鏡設計有兩種途徑：一方面，由于任何光學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設計可提高取光效率和改善照明效果。目前已報道了非成像光學的自由曲面透鏡、半球透鏡、微透鏡陣列、陣列式連體透鏡等對LED 取光效率的提高和光線分布的改善。

　　目前對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、等離子刻蝕等，其加工難度較大，尚不具備規模化生產的條件，不利于應用推廣。

　　本文從亞毫米級透鏡陣列出發，針對0.5～0.9mm 尺寸的圓錐、半橢球和半圓球硅膠透鏡陣列進行仿真。討論了不同透鏡、尺寸對LED 取光效率與光分布的影響。該類透鏡設計采用傳統的灌膠脫模工藝，可與灌封膠實現一體封裝，具有批量應用的潛力。

　　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 的一種封裝規格，屬于中型功率燈珠，規格尺寸為5.6mm×3.0mm×0.9mm，以尺寸命名。5630燈珠具有壽命長、散熱好、光效高等特點。主要應用于LED 照明產品，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進行組合，形成最終模型，如圖2所示。

　　2　光學模擬與分析

　　TracePro是目前應用十分廣泛的光學設計和仿真軟件，許多陣列透鏡的光學仿真研究工作都依據此軟件開展。本研究采用TracePro對設計的模型進行光學仿真實驗。將設計的封裝LED 光源結構轉成sat文件導入軟件之中，設置芯片光通量，定義表面屬性、材料屬性，具體設置如下：

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