0　引言

　　发光二极管被认为是取代白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的新型光源。但目前LED 要

　　大量应用于日常照明还需要解决很多问题，提高LED 取光效率是其中之一。为解决此问题，一方面需要提高芯片光效、封装材料的折射率与稳定性，另一方面则需要提出新的封装结构与新的透镜设计以改善光分布和提高光线利用率。

　　LED 封装中硅胶透镜的尺寸和形貌直接影响封装的取光效率，因此，使用新型透镜提高LED 取光效率成为LED 封装的研究热点之一。为了提高LED 取光效率，透镜设计有两种途径：一方面，由于任何光学材料都存在一定的光吸收，故采用更小的透镜尺寸可提高取光效率;另一方面，在透镜形貌上，大量研究表明通过合理的光学设计可提高取光效率和改善照明效果。目前已报道了非成像光学的自由曲面透镜、半球透镜、微透镜阵列、阵列式连体透镜等对LED 取光效率的提高和光线分布的改善。

　　目前对阵列式透镜的研究多集中于微米透镜，其尺寸为10～100μm，加工方法包括激光微加工法、灰阶光罩法、压印法、微液滴发、等离子刻蚀等，其加工难度较大，尚不具备规模化生产的条件，不利于应用推广。

　　本文从亚毫米级透镜阵列出发，针对0.5～0.9mm 尺寸的圆锥、半椭球和半圆球硅胶透镜阵列进行仿真。讨论了不同透镜、尺寸对LED 取光效率与光分布的影响。该类透镜设计采用传统的灌胶脱模工艺，可与灌封胶实现一体封装，具有批量应用的潜力。

　　1　LED 与透镜模型的建立

　　LED 模型采用5630TOPLED 作为模板，5630是贴片LED 的一种封装规格，属于中型功率灯珠，规格尺寸为5.6mm×3.0mm×0.9mm，以尺寸命名。5630灯珠具有寿命长、散热好、光效高等特点。主要应用于LED 照明产品，如LED 球泡灯、LED日光灯和LED 面板灯等。模型示意图如图1所示，利用建模软件进行建模，主要包括芯片、支架、灌封胶等。透镜模型有3种类型：阵列式圆锥、半椭球和半圆球，同样利用建模软件建立并与之前5630LED进行组合，形成最终模型，如图2所示。

　　2　光学模拟与分析

　　TracePro是目前应用十分广泛的光学设计和仿真软件，许多阵列透镜的光学仿真研究工作都依据此软件开展。本研究采用TracePro对设计的模型进行光学仿真实验。将设计的封装LED 光源结构转成sat文件导入软件之中，设置芯片光通量，定义表面属性、材料属性，具体设置如下：

　　整体模型不考虑电性能、温度、湿度等环境影响;(2)表面光源设置：设置芯片上表面为发光面，出射光线200000条，朗伯型分布，光通量为100lm，主波长0.5μm;(3)表面属性设置：反光面设置为镜面，即反射率为94.9%。支架其余部分属性设置为散射;(4)材料设置：灌封胶与透镜都设置为硅胶，折射率为1.41。