近年來，人們對LED的出光效率和出光的效果進行了大量的研究和改進。有研究機構做出了六邊形的LED芯片，實踐中在光學性能、出光效率和成本上比傳統的LED芯片有較大的優勢。因此利用TracePro仿真軟件對不同形狀的LED芯片進行模擬，并通過對比驗證仿真結果的正確性和仿真方法的可行性。仿真結果表明，六邊形芯片的LED模型在光線扭曲和暗點的問題上比傳統芯片的LED模型得到了明顯的改善，照度均勻性得到明顯的增強，光能的輸出效率上也有一定的提高。對比兩種芯片的LED模型在當下比較常見的封裝模式下的光學性能，結果表明六邊形芯片的LED模型在光強或均勻度上都要好于正方形芯片的LED模型。

　　近年來LED得到了快速的發展，人們對環保節能的綠色光源給予了更多的研究，高的出光效率和良好的散熱特性是將來LED芯片發展的兩個必然趨勢，提高芯片的出光效率是解決光源大功率化和可靠性的根本。為了在出光效率和效果上能有更大的改進，人們在不同襯底上制作LED芯片，或采用一些新的設計思路、工藝結構和制備方法等，以提高它的出光效率。LED芯片形狀通常為方形，方形芯片所產生的束剖面與光學設計中使用的圓形鏡片的圓形切面結合時失配比較大，封裝后容易產生光束扭曲和暗點。近來，Verticle公司推出六角LED芯片，以期提高出光效率，在實踐中，其光學性能、出光效率和成本上比傳統的LED芯片有所改進。因此，采用Tracepro軟件，對六角形LED芯片進行仿真模擬，通過與傳統的正方形LED芯片比較，了解其出光特性及其效率的提高程度。

1、模擬方案

　　通過TracePro軟件建立LED的物理模型、設置合理的光源參數、選擇合適的系統材料和表面性能參數，分析LED模型的各表面光強分布和光線數量等參數。先設定LED芯片的光源，由光源的入射參數確定每一束光攜帶的能量，發射點位置則是在某一平面隨機產生。某一光束與系統內表面的吸收、反射或折射是隨機的，若光束被漫反射表面反射，其反射方向亦隨機，所有這些隨機性行為符合物理定律的概率模型來描述和確定。在計算中，跟蹤記錄每一束光的行蹤直到它被吸收或者逸出系統，然后再跟蹤下一束光線，通過跟蹤大量的光束，將結果平均就可以確定在透鏡表面發出的光線數量，從而確定LED模型的光學性能。真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為比起傳統的方法，Tracepro在建立顯示系統的原型時，時間上和成本上要大大減少。

　　首先對LED模型進行適當的簡化;然后利用TracePro軟件對LED模型進行仿真模擬，設定發光面光源、功率、追蹤光線數;再對器件的折射率和吸收系數進行設定，在透鏡的上方建立一個觀察表面，最后進行光線追蹤模擬。

2、結構模型

　　圖1(a)是一個簡單封裝的LED模型，最下方是一個正四棱柱的底座，在上面是一個正方形的LED芯片，用標準的圓形透鏡進行封裝。由于比較不同芯片形狀對出光效果的影響，所以需要定義相同材質，透鏡的材質定義為環氧樹脂。

　　類似的再建立另外一個除了芯片的形狀，其他都和圖1一模一樣的LED 模型，如圖1(b)所示，LED芯片換成一個面積和正方形芯片一樣的六角形芯片。兩個模型的底座、芯片和透鏡的材質都定義成相同的，這樣兩個模型模擬比較的時候變量只有芯片的形狀，然后對兩個LED模型的發光面進行光源定義，在透鏡的上方建立與透鏡底座半徑大小相當的圓形觀察表面，進行模擬比較分析。

圖1　正方形和六角形LED芯片模型

　　由于芯片上表面射出的光線占總光線的絕大部分，且光線射出滿足Lambertian分布。因此，該表面發光強度空間分布可表示為：

　　式中，IN為發光面在法線方向的發光強度，Ii為和法線成任意角度i方向的發光強度。且該發光表面各個方向的亮度是一個常量：

　　這樣，在平面孔徑角為i的立體角范圍內發出的光通量可表示為：

3、結論

　　利用TracePro軟件對不同形狀芯片的LED模型進行光學仿真模擬，結果表明在傳統LED芯片中所出現的光線扭曲和暗點的問題上，六邊形LED芯片模擬出來的結果有得到明顯的改善，照度均勻性得到明顯的增強，光能的輸出效率也有一定的提高。在成本方面一片外延片能生產的六邊形芯片數量比生產出的同樣尺寸的四邊形芯片的數量多，具有較大優勢。針對常見的幾種封裝模式的LED模型，模擬結果發現，在Lamp　LED 的所有系列中六邊形LED芯片的模型在光強上均要比正方形LED芯片模型的光強強度有所增強，在SMD LED的模型中，由于芯片外殼非常近，光線的損耗非常的小，兩種不同芯片模型的光強基本相同，但是六邊形芯片模型的照度均勻性要比正方形芯片模型的要好，光束的扭曲度也有所下降，中心區域照度分布比較集中。

　　封裝高度對均勻度具有很大的影響，隨著高度的上升均勻度大幅上升，但在邊高比L：R =3時，均勻度基本不再上升，達到了一個極限值。通過對各模型的均勻度比較可以得出，正多邊形的芯片，邊數越多越接近圓形鏡片的圓形切面，均勻度越好。但由于許多專利和技術的限制，目前六邊形LED芯片并沒有得到廣泛的應用，但是隨著科學技術的發展，六邊形LED芯片在未來也許會得到廣泛的應用。