Top管反射腔出光效率探讨.docx
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Top管反射腔出光效率探讨
Top管反射腔出光效率探讨
目前,常用的3.5*2.8*1.9mm的top管,反射腔是一个圆锥型的反射腔,反射腔深度为0.85mm,顶面开口圆半径为1.2mm,底面圆半径约为0.8mm。
本文主要从形状,尺寸,张角等方面,对top管反射腔进行全面的分析,为下一步设计出一款效率更高的反射腔作准备。
分析是在光学软件tracepro中进行,发光芯片设置为一个0.3mm*0.3mm*0.1mm,发光面设置为lambertian发光,光通量为2lumens。
反射腔的内反射面属性设置为反射率70%吸收率30%。
发光芯片距离反射腔底部距离为0.05mm,模拟银浆厚度。
检测体设置为一个1000mm*1000mm*20mm的长方体,选用1000mm*1000mm为测试面,测试面距离发光面为50mm。
一反射腔探讨
1.1反射腔锥体形状分析
在原反射腔尺寸下,分别检测模拟底面形状不同的反射锥体,分析效果
1.1.1圆锥
设置一圆锥,底面圆半径为0.8mm,顶面圆半径为1.2mm,高度为0.85mm,圆锥以材料coc填充,coc对0.461um波长的光的折射率为1.53419.
下面是外形图,照度图和candela光强分析图
2θ1/2x=100°y=100°效率为63.85%
1.1.2椭圆锥
设置一椭圆锥,底面椭圆短半径为0.5mm,长半径为0.8mm,顶面椭圆短半径半径0.75mm,长半径为1.2mm,高度为0.85mm,椭圆锥以材料coc填充。
下面是外形图,照度图和candela光强分析图
2θ1/2x=140°y=110°效率为60.04%
1.1.3方锥
设置一方锥,底面正方形变长为0.8mm,顶面正方形1.2mm,高度为0.85mm,方锥以材料coc填充。
下面是外形图,照度图和candela光强分析图。
2θ1/2x=128°y=128°效率为56.53%
通过以上对比,考虑到体积不同等因素,不同形状的锥体的出光效率都基本相同。
锥体形状不同,直接影响的是出光的光强分布。
1.2反射锥母线变化分析
普通的圆锥反射腔,其母线是一直线。
下面,通过固定圆锥反射腔的底面圆半径0.8mm,顶面圆半径1.2mm,深度0.85mm,通过改变母线的形状,探讨其对出光效率的影响。
1.2.1直线
2θ1/2x=100°y=100°效率为63.85%
1.2.2圆弧
2θ1/2x=120°y=120°效率为58.78%
1.2.3抛物线
2θ1/2x=84°y=84°效率为50.4%
由以上模拟结果可以看出,直线母线,也就是圆锥形状得反射腔得出光效率是最好得。
同时,从加工工艺上考虑,加工圆锥形状反射腔也是最简单得,精度易于控制。
1.3反射腔深度分析
下面将以圆锥腔为例,固定圆锥底面圆半径为0.5mm,顶面圆半径1.2mm,改变反射腔深度,探讨反射腔深度对光强的影响。
1.3.1深度0.85mm
2θ1/2x=84°y=84°效率为59.9%
1.3.2深度0.75mm
2θ1/2x=100°y=100°效率为63.09%
1.3.3深度为0.65mm
2θ1/2x=126°y=126°效率为71.02%
可见,深度越低,光强的效率越高。
同时,由于反射腔深度变小,其光强的半角值也增大,最值减小。
1.4反射腔底面圆半径分析
通过固定圆锥腔顶面圆半径1.2mm,高度0.85mm,改变底面圆半径,探讨开口张角值对光强效果的影响。
1.4.11.2mm圆柱
2θ1/2x=100°y=100°效率为38.97%
1.4.21.0mm
2θ1/2x=120°y=120°效率为49.44%
1.4.30.8mm
2θ1/2x=100°y=100°效率为63.85%
底面圆半径越小,张角越大,出射光的效率越高。
1.5反射腔内表面反射率分析
增大反射腔那表面的反射率,可以在提高出光效率。
下面是反射腔那表面反射率为70%和90%的出光效果的对比。
反射率70%效率63.85%
反射率80%71.15%
反射率90%效率81.36%
1.6封装树脂填充度分析
上述分析都是假定封装树脂能刚好与反射杯顶面密合。
实际情况中,在封装树脂时候,其交界面的形状可能是凹面或凸面,这时,由于交界面曲度的变化而改变了出射光线的出射角,对出射光的光强分布和出光效率有一定的影响
下面分别模拟凹面与凸面对出射光的影响。
1.6.1半径为3mm的球形凹面
半径为3的球形凹面
2θ1/2x=90°y=90°效率66.39%
将表面改为半径为3的球形凹面后,可以看出效率有了明显的提升,同时半角值略有减小。
1.6.2半径为2mm的球形凹面
半径为2的球形凹面
2θ1/2x=85°y=85°效率68.55%
增大了表面弧度后,效率有更大的提高。
半角值减少的比较缓慢。
接下来再使用凸面改变出射表面。
1.6.3半径为1.2mm的半球凸面
半径为1.2的半球凸面
2θ1/2x=90°y=90°效率80.8%
可以看出其效率比平面的出射面有了很大的提高。
1.6.4半径为2mm的球冠凸面
半径为2的球冠表面
2θ1/2x=100°y=100°效率72.845%
增大球面半径再进行比较,可以看出由于球面弧度的减小,其效率也同时下降,与凹面的规律一致,半角值略有增大。
通过上面改变出射表面形状的比较,可以看出通过改变出射面为凹凸球面可有效提高发射效率。
并可以看出对这两种球面来说,弧度越大,其效率提高越大。
由于凸面可以改变弧度的空间更大,所能高的效率也明显较大。
1.7小结
在反射腔中,光损耗的原因大概有三方面:
1反射腔内反射面的吸收。
2反射腔内填充的coc环氧树脂吸收。
3由于从光密介质coc传播到光疏介质空气,部分光线在反射腔顶面发生全反射传播回反射腔内而造成的损失。
对于反射腔那反射面的吸收,可以在材料和工艺方面进行改善。
通过减少反射腔的深度,可以减少光线在反射腔内的传播距离,减少coc对光的吸收。
通过调整反射腔的顶面圆或底面圆半径,增大反射腔的张角,以减小光线经过反射腔反射后到达反射腔顶面的角度,减少光发生全反射的比率。
同时,树脂灌封程度也一定程度上影响出光效率和形状。
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