由于LED结构的特殊性,可供测量的实体参数较少,只有其环氧树脂柱面和半球面的几何参数可较准确得到。环氧树脂里面的LED芯片、反光碗的形状和位置都是无法准确测量的,但所有参数对封装结构的计算机辅助设计是可以实现的,并且在开模之前很容易确定上述环氧树脂封装和反光碗及芯片的位置和形状参数。依靠遗迹光线可得到该封装模型的空间亮度分布,而通过改变这些参数进行模拟,可实现优化设计的目的。
将LED的环氧树脂封装结构拆解为顶部的二次曲面和周围的柱面,几何形状和大小由总高度、外径、内径和二次曲面常数c决定,其材质同样由对应材料的折射率确定。对应的二次曲面通式为
F(x,y,z)=α11x2+α22y2+α33z2+2α12xy+2α23yz+2α11zx+2α14x+2α24y+2α34z+α44 (2)
采用矩阵形式可表述为
F(x,y,z)=[x,y,z,1]A[x y z 1]T (3)
式中,A为系数矩阵,A唯一确定了空间二次曲面的形式,本文模型设ai,j≡c,则二次曲面由常数c唯一确定。
LED封装的计算机模型设计及其坐标系示意所示,三维坐标的原点均在环氧结构的顶部,xy平面在结构的底平面上。其中的经纬线所在球面为光能接收面。
同样,发光芯片的几何参数与位置也需要确定。我们采用正方形芯片,用深度、边长来决定,深度即为离开外壳顶部的距离,也就是反射碗碗底平面所在的位置。