具有均匀光照场的LED封装透镜设计.pdf

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1、第32卷第2期2010年4月光学仪器OPTICALINSTRUMENTSV01．32．No．2April，2010文章编号：1005—5630(2010)02—0045—04具有均匀光照场的LED封装透镜设计*夏勋力，余彬海，麦镇强(佛山市国星光电股份有限公司，广东佛山528000)摘要：据LED器件的结构特征定义LED光学模型，求得均匀光照场的LED封装透镜的截面曲线方程，运用龙格一库塔法(Runge-Kuttamethod)求解方程并在MatLab中使用多项式拟合获得相关数据，分析数据并根据LED制造的工艺条件修正数据，在Tracepro光学软件中建模仿真得到希望的LED

2、光源模型及封装透镜数据，获得目标的均匀光照场。关键词：LED；均匀光照场；封装透镜；仿真中图分类号：TN312．8文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005-5630．2010．02．010DesignonLEDencapsulationlenswithhomogenouslightfieldXmXunli，ⅢBinhai，MAIZhenqiang(FoshanNationstarOptoeleetronicsCO．，Ltd，Foshan528000，CNm)Abstract：Inthispaper，anopticalmodelofLEDlenswasdef

3、inedaccordingtotheLEDstructure，andthenasectionalcurveequationofLEDencapsulationlensforhomogenouslightfieldwasobtained．SomerelativedatawereobtainedthroughsolvingtheequationabovebyRunge-KuttamethodandapolynomialfittingbyMatLab．Modifieddatawasderivedbyanalyzingthedataaboveandtheconditionofmaki

4、ngLEDs．TheexpectingLEDsourcemodelwasobtainedfrommodelingsimulationbyTraceproandthenthedataofencapsulationlenswasextractedandthetargetinghomogeneouslightfieldwasobtained．Keywords：LED；homogenouslightfield；encapsulationlens；simulation引言近年来，大功率LED技术获得高速发展，商业化的白光大功率LED发光效率已达100lm／w，LED正逐步进入通用照明领

5、域。在许多情况下，人们希望一个指定的被照明区域照度均匀并有足够的照度，研究LED的光学模型，根据目标光场的均匀照度技术要求，设计特定的LED封装透镜光学结构，可较好地改善LED光源的照明效果，提高LED半导体照明的应用水平。1LED封装光学模型LED器件主要由LED芯片、支架、封装树脂等组成，封装树脂将支架、芯片等材料包封固化为一整体。LED封装光学模型及光路图见图1。d为透镜厚度，透镜折射率为，z，空气折射率为1。设芯片在A点，光线AB与光轴Z夹0角，B点是0角光线在透镜中的光出射点，B点坐标(2z，Y：)，Y、Z轴是距离为L。收稿日期：2009-09—17作者简介：夏勋力

6、(1965一)，男，湖北武汉人，高级工程师，学士，主要从事LED器件及半导体照明技术方面的研究。·46·光学仪器第32卷的目标光场坐标轴。据光度学基本定义：光源在口角方向的发光强度j口=拳／n，n一该方向立体角，乒一该立体角内的光通量。故有邮=J口如，设LED芯片光源出光为朗伯分布，则有Io—Lcos0(Z轴方向光强为I。)，对应0角的立体角n所发射的光通量[1’2]：广nr口西=I厶d0=I2兀Lsinoeos0d0(1)’J0J0立体角微分dO=27【sinod0，同样据照度基本定义E=d(。／ds，设目标光场照度分布函数为E(y)，则在L距离的目标光场接收屏上对应0角的

7、立体角n所需接收到的光通量为[1’2]：ry乒=IE(y)27cydy(2)J0E(3，)一照度分布函数，理想状态下，透镜无吸收，无反射及散射，则光源立体角n发出的光通量等于目标屏上对应Y半径的圆圈内所接收的光通量，据式(1)、式(2)，有能量平衡方程如下：图1LED光路图Fig．1DiagramofLEDlightpathl。E(y)2nydy=I．27cLsinocosod0(3)假设LED透镜设计的目的是要求光线通过透镜后在目标屏上各点的照度E(y)为一定值E0，即接受屏照度均匀。考虑到一定的出光