摘要:总结用
CAD 软件对 LED 封装结构进行模拟的一般步骤,建立实际 LED 封装产品的
模型并模拟其光学特性,通过实例提供了一些设计经验。
关键词:
LED 封装结构;光学模拟
1 介绍
计算机辅助设计
(CAD)正大量地渗入到工程和产品设计中,为降低成本、提高效率发挥
着重要的作用。新兴的半导体照明产业,亦应分享科技进步带来的实惠。传统的光学设计方
法中,繁杂的计算及精密的实验、调试使做出理想的产品变得相当困难;陆续涌现的光学设
计辅助软件,为工程设计人员减轻劳动、缩短设计周期和提高设计质量提供了有效的支持。
可做光学设计的
CAD 软件有诸如 CODE V、OSLO、ZEMAX、TRACEPRO 及 ASAP 等,
本文就
LED 封装中的光学设计,采用 TRACEPRO 作为辅助设计软件,对现有产品进行光
学模拟,并用于新产品的光学设计。
2 模拟步骤
2.1 绘制 3D 结构图
使用
Solidworks、Pro/E 等软件,根据被模拟 LED 封装产品的结构尺寸,精确画好并导
入
TRACEPRO 中。或使用软件自带的绘图功能,绘制结构简单的图形。一般而言,支架、晶
片、透镜分开成单体以便于设置属性及调整相对位置。晶片可以是简化的模型,可用一个长
方体替代。需要注意的是,各个单体间的相对位置比较重要,应尽量与实际的一致。
2.2 设置属性
需要设置属性的有:碗杯(如果是平台也需设置)的表面属性,通常表面设置为
mirror 或根据实际自行定义;晶片的发光属性,包括 Flux、光线追迹数量和发光的角度分布
等;透镜(或填充胶)的材料属性,主要是折射率和透光率。若这些属性能够贴近现实中物
料的属性,则对一般的
LED 封装设计而言,这些属性已经能够模拟得比较准确了。
2.3 光线追迹及结果分析
在远场处设置、选择一平面去观察光学模型的
Far field pattern,包括发光强度分布
(
Candela 图)及出光效率等数值。
3
LED 封装产品的光学模拟实例
在
LED 封装产品的光学模拟中,绘制精密尺寸的 3D 图、获取并设定准确的属性是取得
良好模拟效果的保证。
3.1 雷曼某大功率 LED 的模拟
雷曼某款大功率
LED 结构如图 1 所示,其蓝光灯仔的发光角度为 120°。
(1)根据其尺寸、结构,分别绘制晶片、支架碗杯、胶体(填充碗杯,一般情况下为平
杯),并设定了
0.02mm 的底胶高度(即长方体底面与支架碗杯底的距离),见图 2。
(2)设定属性:碗杯表面均设定为 70%吸收的 Table 类型表面属性,胶体部分折射率
1.54、透光率 95%,晶片发光表面为 Flux(Absorptance)及 140°的发光角度。