提高LED輝度的方法大致上可分為兩種，分別是增加芯片(chip)本身的發(fā)光量；另一種方法是有效利用芯片產(chǎn)生的光線，增加光線照射至預(yù)期方向的照射量。前者是設(shè)法提高芯片活性層的發(fā)光效率，以及改善芯片形狀增加外部取光效率，或是將芯片大型化利用高密度電流增加發(fā)光量；后者是利用光波控制技術(shù)，亦即利用封裝樹脂形成特殊的光學(xué)結(jié)構(gòu)，使芯片產(chǎn)生的光線照射至預(yù)期的方向。日本OMRON根據(jù)上述構(gòu)想，利用雙反射器(Double Reflection；下簡稱為DR-LED)使LED輝度增加二倍以上。
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的問題點(diǎn)
圖1是傳統(tǒng)LED的結(jié)構(gòu)，一般是用透明環(huán)氧樹脂將led芯片與導(dǎo)線架(lead frame)包覆封裝，封裝后的鏡片狀外形可將芯片產(chǎn)生的光線集中照射至預(yù)期的方向，由于圓柱狀形狀類似炮彈，因此被稱為炮彈型LED。不過傳統(tǒng)炮彈型LED凸鏡狀外形祇能控制狹窄范圍的光線，大角度射出的光線無法折射控制因而成為損失光，也就是說炮彈型LED祇能控制小角度的光線，使得光的利用效率受到很大的限制
DR-LED的結(jié)構(gòu)與動(dòng)作原理
圖2是DR-LED的結(jié)構(gòu)，DR-LED是在傳統(tǒng)炮彈型鏡片部利用環(huán)氧樹脂與空氣的接口形成全反射面，為了使被全反射面全反射的光線朝前方反射，因此設(shè)置反射mirror。芯片前端射出的小角度光線(以下簡稱為前端光)利用與傳統(tǒng)炮彈型相同的鏡片結(jié)構(gòu)，使光線能朝預(yù)定方向射出，炮彈型LED無法控制的大角度損失光則由環(huán)氧樹脂與空氣界面作一次全反射，并由反射mirror再度使光線反射朝預(yù)定方向射出。
此外芯片側(cè)面射出的光線(以下簡稱為側(cè)面光)則利用與傳統(tǒng)炮彈型相同的cup結(jié)構(gòu)作一次反射，接著與前端光一樣利用鏡片部與反射mirror控制，使光線能朝預(yù)定方向射出。由于DR-LED可以控制傳統(tǒng)炮彈型無法收斂的損失光，因此可以大幅提高光的利用效率。
圖2 DR-LED的結(jié)構(gòu)
如上所述DR-LED是利用改良的封裝技術(shù)達(dá)成光波控制目的，因此無芯片種類與發(fā)光色的限制，同時(shí)還可獲得DR光學(xué)效果，藉由該效果可有效利用損失光，使光線能朝預(yù)定的方向射出，其結(jié)果使得DR-LED的亮度比傳統(tǒng)炮彈型LED高2～3倍，這意味著相同亮度時(shí)耗電量祇有1/2～1/3。
值得一提的是利用鏡片與反射mirror的外形設(shè)計(jì)，預(yù)期照射領(lǐng)域的光線強(qiáng)度分布與光束形狀的設(shè)計(jì)自由度相對(duì)提高。此外DR-LED是改良自傳統(tǒng)炮彈型LED，實(shí)際上它祇是增加反射mirror，因此制程上可延用casting mould技術(shù)，具有至量產(chǎn)上的優(yōu)勢。
DR-LED的光學(xué)仿真分析
設(shè)計(jì)DR-LED時(shí)鏡片部位的光線與全反射部位的光線都經(jīng)過一次反射，因此被反射mirr or再次反射的光必需透過模擬分析，才能取得最佳化的鏡片形狀、反射mirror與芯片的相對(duì)位置。不過一般常用的仿真分析軟件，建立上述錯(cuò)綜復(fù)雜的分析模式時(shí)，一旦遇到變更參數(shù)等情況，經(jīng)常需耗費(fèi)漫長的作業(yè)時(shí)間，同時(shí)亦無法獲得詳細(xì)的光線動(dòng)作軌跡數(shù)據(jù)，因此必需開發(fā)專用的仿真分析軟件以克服上述問題。
專用軟件可以輸出有關(guān)光線到達(dá)target的total profile與鏡片部位，以及從全反射面、芯片前端光與側(cè)面光各profile的分析結(jié)果。此外還能同時(shí)從profile數(shù)據(jù)與芯片射出的光線之中，獲得到達(dá)預(yù)定方向的光線百分比的數(shù)據(jù)，亦即光線有效利用率的數(shù)據(jù)。實(shí)際作業(yè)時(shí)會(huì)從上述的輸出與光線軌跡所構(gòu)成的整體profile，依照各要素的光線進(jìn)行個(gè)別分析。由于鏡片形狀、反射mirror形狀與芯片的相對(duì)位置都經(jīng)過最佳化分析，因此DR-LED可實(shí)現(xiàn)極佳的光線有效利用率。
圖3是光線的構(gòu)成要素與光線動(dòng)作軌跡圖；圖4是光線的構(gòu)成要素與profile實(shí)例。圖4①DR-LED的profile與光線有效利用率是將②～⑤的各成份重合求得；②與③是利用芯片與鏡片的相對(duì)位置、鏡片形狀三者關(guān)系求得；④與⑤是利用芯片與反射mirror的相對(duì)位置、反射mirror形狀三者關(guān)系求得。
圖3 DR-LED的光線構(gòu)成要素與光線軌跡圖
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