封装中的光学问题解析

剩余77%的光线比例随H（反光碗上沿到球顶的距离）变化而变化 H（mm） 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 I类光线比例 67% 63% 59% 55% 51% 48% II类光线比例 10% 14% 18% 22% 26% 29%
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
从图中我们可以清晰的看到 H=2.7时 I类光线的比例为55% 中心光强3.5W/sr的主峰几乎 都是由I类光线中心峰值为3.2 的主峰所贡献 中间部分两者相似度极高 这与前面所述结果吻合
距离（mm）
5.7 0
8.2
角度（R2.45 半球） 峰值强度（R2.45 半球）
角度拟合
5.6 9.4
5.5
10.5
5.4
5.3
5.2
5.1
5
4.9
4.8
4.7
4.6
4.5
4.4
4.3
4.2
4.1
4
3.9
3.8
3.7
3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
3.1
3
2.9
2.8
2.7 0
12.3
14.3
16.6
的两个指标之一。
4、辐射亮度 （Radiance) Le 面辐射源在单位体单位时间内从 表面的单位面积上辐射出的能量 单位 W/(sr*m2) 容易与辐射强度搞混
光学概念
5、辐射照度（Irradiance Flux density ) 单位时间内投射到单位面积上的辐射能量 单位 W/m2 mw/cm2 Ee
6、辐射出射度（Radiant exitance）Me
面辐射源在单位时间内从单位面积上辐射 出的辐射能量 单位W/m2
光学概念
7、配光曲线 用于表征光源在空间各个方向的强度分布 一条曲线只表征一个切面的光强分布；旋转对称结构 只需要一条配光曲线 8、光强角 光束角：
CIE 50%光强之间的角度 FWHM 半光强角 H
发射管模型分析——卡点对三类光线比例的影响
• 改变光源与环氧透镜的距离，同时会对I II III 三类光线产生影响 • 卡点距离改变 ， I 类 II类 光线的比例会随着距离不同而改变，Ⅱ类光线可能为0,Ⅰ 类取决于透镜的包络角
本案中III类光线的比例为23%,由反光碗的参数唯一确定，碗杯对芯片的包络角，杯深
Ⅲ类光线经球面后0.66mw/sr 55H（1.25mw/sr 42H) I+III =1.12ms/sr 65H
6、卡点移动后，Ⅲ类光线的角度范围在50~80度 强度在0.3~0.7mw/sr 之间。
I类光线的角度范围在6~140度，强度范围在0.3~28mw/sr（2.4 mw） Ⅱ类光线呈圆环分布，强度范围在0.2mw/sr 以下 角度110度 7、当Ⅰ 类光线的峰值强度＞10倍左右的其他光线时，此时属于小角度应用 其他因素可以被忽略。
不同波长的电磁波（光） 有不同的特性与用途
光学概念
2、辐射通量又称辐射功率（Radiant flux ) (Φe energetic vs Φv vision) 单位时间通过某个截面的辐射能，是以辐射形式发射、传播或接收的功率 单位：W mW 2.1辐射通量VS电功率 能量转换效率 η 剩余部分转换成热量
Step1:了解三类光线的特点
Step2:根据目标配光曲线、找出曲线上三类光线的子配光曲线
Step3:根据碗杯和卡点确认三类光线的比例
设计
Step4:设计或者选择合适的透镜完成样品，如不符重复step2-4
Step4:修改工艺参数使之与目标配光曲线一致
验证
Step3:根据对应的子类光线，验证影响该类光线的工艺参数 Step2:找出差异部分是由哪部分子配光曲线影响
光学概念 总结
辐射强度 角度 50% 10% Ie mw/sr 辐射照度 Ee mw/m2
辐射功率 Ф e mw
配光曲线
峰值波长 半波宽
发射管模型分析
LED发出的光线经过一次封装光学结构可以将光线分为三部分： 光线Ⅰ ，直接射向球面透镜的光线 小角度主要贡献光线 I II III II III
光线Ⅱ，入射到圆柱面的光线 背景光 贡献率低
例：
一款欧司朗红外发射管 If=100mA Vf=1.5V Pi=150mW Φe（Po)=60mW η=60/150=40% 某款光磊3535光源 If=350mA Vf=1.68V Pi=588mW Φe（Po)=300mW η=60/150=51%
2.2对光源有 总辐射通量 、某个角度范围内的辐射通量 、有效辐射通量（有效角度内）
28 32
38.4 44
0.31
49
54
0.4 63 67
角度（度）
60
0.47 0.56
71 75 81
80 0.666 86 90 93 95.6 0.6
0.78
100 0.88
98
99
0.8
107
108 112
1
120
0.965
140
1.2
峰值强度（W/SR)
58
发射管模型分析——III类光线分析
光线Ⅲ，经过反光碗后投射到透镜的光线，贡献率取决与经反光碗后偏离轴线的角度
*三部分的光线比例由反光碗和卡点高度确定
最终的配光曲线由三部分光线线性叠加得到 分析问题时：将配光曲线拆分成三部分，找出每一类光线在配光曲线上的影响
发射管模型分析
1、辐射功率2.4mw 2、+反射杯 均匀分布到180度空间 Ie=0.38mw/sr 光学模型峰值强=0.48mw/sr 角度137H
19.4
20
22
0.23 0.195 25.2
0.165
0.14
0.112
0.093
0.047 0.044 0.042 0.04 0.039 0.037 0.035 0.033 0.062 0.058 0.055 0.052 0.049 0.065 0.07 0.078 0.2
35.5
40 0.395 0.267
IES 10%光强之间的角度 full angle 全角 半角 ±5度 F 30度（50%)、80度（10%） 30H 80F
光学概念
9、峰值波长 λpeak nm um 半波宽 Δλ 50% 42nm 850nm 940nm
10、折射率 光在真空中的传播速率比上在该介质中传播 的速率。 符号为n，n=c/v 10.1、同一种介质中不同波长的光折射率不同，一种波长对应 一个折射率，波长越长折射率越小； 10.2、一束光从真空进入一种介质，频率不变，波长变为该折射率下 的波长； 10.3、常用材料折射率： 硅胶（1.41 1.55），环氧树脂（1.51），PMMA(1.49)
水（1.33） 玻璃K7 (1.52) PC(1.59)
ABS(1.56) HDPE(1.5)
光学概念
11、折射 光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变 折射定律 n1sinθ 1=n2sinθ 2 12、反射 光在传播到不同物质时，在分界面上改变传播方向又返回原来物质中 13、全反射： 光密介质：折射率大的介质 光疏介质：折射率小的介质 光从光密介质向光疏介质传播时，当光线入射角度大于一个临界角时，光线不发生折射 而发生发射，这个临界角叫做布儒斯特角 环氧树脂对空气的布儒斯特角为41.8度
H=2.7mm 初始结构仿真配光曲线
H=2.7mm I类光线仿真配光曲线
I类光线 配光曲线
I+II类光线 配光曲线
22%能量的II类光线贡献
I+II+III 光线 配光曲线 23%能量III类对主 峰有少量贡献 峰值3.5vs3.2
I+II类光线 配光曲线
R2.45半球封装距离对角度和峰值强度影响
34%光线被反射
（90度 深杯） 剩余66%的光线直接射向透镜
3、34%Ⅲ类光线 反射后可以被视作新的光源 峰值强度1.25mw/sr 42H 4、透镜为R2.45mm半球 同时对Ⅰ 类和Ⅲ类两个光源进行作用，受卡点影响
5、当芯片位于球心时 ，66%的光线都为Ⅰ 类光线角度不发生变化 仍为0.48mw/sr 130H
Step1:样品配光曲线与目标配光曲线不一致
封装中的光学问题解析
XXXX-XXXX XXXXXXXX
两类问题：
1、如何描述封装过程中遇到的光学问题、产品的光学 参数、及每个参数的含义？
2、如何设计我们的产品，控制工艺，使得我们产品的光学参数， 能够符合客户的需求？
光学概念
1、光、电磁波和辐射：能量以电磁波的形式向空间传播 光：本质就是电磁波，按照波长进行划分 810℃ 0.4~0.75um 可见光 0.01~0.4um 紫外光 0.75~3um 近红外 * 3~25um 中红外 25~1000um 远红外 人体辐射的红外波长主要集中在8~14um
有效光学配光效率 η =有效辐射通量/总辐射通量
用于表征该配光系统的效率
这个指标对LAMP产品重要性不大，在公司SIE系列产品规格书中为缺省。
光学概念
3、辐射强度（Radiant Intensity) 辐射通量 Ie
点辐射源在某方向上单位立体角内传送的
单位：W/sr mW/sr
这个指标为LAMP产品最重要