光線從表面平坦透明材料透過空氣的光取出效率可以利用圖13作說明。對折射率n>1的環氧樹脂等透明材料，與折射率n=1的空氣界面而言，從透明材料入射的光線，它的入射角比臨界角ψc(從法線的角度)更大時，入射光會全反射再折返透明材料側，入射角比臨界角ψc更小的光線，會以部份入射能量反射折返，其它則通過空氣側，如果換成三次元方式，頂角為ψc時只有碗杯內側的光線可以取出至外部。

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　　圖14(a)是傳統SMD封裝的斷面圖，如圖所示從LED芯片取出朝碗杯內直接放射的光線(光線1)可以穿透空氣側，不過碗杯外的直接放射光線(光線2，3)不是過碰到白色樹脂的擴散反射面，就是在空氣與環氧樹脂之間的界面全反射。

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　　理論上內部結構的反射率為100%，透明樹脂的吸收應該是零 ，如果忽略芯片的吸收 ，無限次反復進行反射 ，從封裝的光取出效率也應該是100%，然而實際上透明樹脂會吸收，反射率也不可能100%，加上導線架的加工面與芯片旁的銀膠表面反射率都不盡理想，因此要提高封裝的光取出效率，盡量以少次數高效率反射成為重要課題。

　　此處針對碰撞到白色樹脂反射面的光線進行探討。一次的擴散反射只能取出碗杯內側的反射成份，此時碗杯整體可以充分應用的反射面角度，比水平面測定的臨界角θc(=90°-ψc)更小。此處假設透明環氧樹脂的折射率為1.53，θc= cos-1 (1/1.53)=49°戚A亦即反射面的角度低于49°戮氶A就可以有效應用碗杯內的光線，大幅改善光取出效率，以上是O2PERA結構的基本動作原理。

　　如上所述傳統SMD型LED的封裝，基于導線與芯片固定作業性考慮，內部結構具備充分的空間裕度，　　其結果反而造成芯片周圍的金屬導線架大幅露出，擴散反射面的角度則高達70°憤D常陡峭，該結構下的擴散反射面本身的面積非常少，碗杯只有一半面積可以應用。

　　此外金屬導線架的反射率與表面材質、加工程度有依存關系，然而基于成本考慮無法作鏡面加工，使得傳統SMD型LED的封裝內部結構一直未被優化，結果造成光取出效率遭受具大折損。因此研究人員應用O2PERA技術開發SMD型LED。

　　O2PERA型SMD LED優先維持與傳統SMD型LED封裝的互換性，設計上未改變外形尺寸，只緩和內部擴散反射面的角度，因此實際上即使受到外形尺寸與LED芯片大小Die bonding的限制，O2PERA仍然可以實現比490臨界角更小的反射面角度。不過內側的全反射面整體的角度一旦緩和時，wire bond(second)的空間有消失之虞，所以設計上必需預留最小wire bonding空間，在狹窄位置精密控制wire bond用capillary，是實現O2PERA型SMD LED的關鍵技術。

　　實際上考慮封裝材料的反射率、穿透率以及wire bonding空間，依此進行光學仿真分析，證實可以提高30%左右的亮度與光束。如上所述采用不同于傳統固定觀念，配合光學設計與精密的生產技術，可以提高SMD型LED的光取出效率。

　　圖15是利用O2PERA-SMD封裝提高亮度的實例，LED芯片本身具有分布不均問題，因此盡力使用相同質量的芯片進行統計比較，本實例使用波長為589nm黃光LED，實現平均值34%左右的亮度提升效果，該值與學模擬分析結果幾乎一致。

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