[发明专利]非正方形LED芯片的组合式封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED芯片封装方法，尤其涉及一种非正方形LED芯片的组合式封装方法。

背景技术

发光二极管是一种固态的光电转化半导体器件，因其高效、环保、节能等众多优点，逐渐替代了传统照明应用领域中的白炽灯与荧光灯，成为第四代新型照明光源。一般LED业者为了达到高亮度、高功率的充分发光效果，均积极开发大尺寸LED芯片产品，在此技术开发过程中也面临许多问题，例如成本过高、芯片内部产生的光线出射到外部过程会严重衰减以致未能达到预期发光效果、芯片内部吸收的光线会被转化产生热能，导致降低使用寿命及性能等；此外，大尺寸LED芯片若要达到高光通量输出、高功率以取代传统照明目标，更需克服抑制温升、确保使用寿命、改善发光效率及发光面的均匀程度等。

将LED应用于通用照明领域的过程中还存在很多的技术壁垒，传统的大功率LED通常采用单颗正方形芯片的发光，配以半球型透镜，尽管可保证高出光效率，但其光型圆形对称分布及光的亮度不均匀性，使其不能被直接应用于特定的照明领域。例如将LED道路照明，要求光源的照明区域为一个照度分布均匀的矩形区域，此时仍利用传统的LED灯，则需要额外配备符合二次光学设计的透镜，其后果是加剧了光损失、增大了LED照明模块体积、增加了设计与生产所用成本。为了避免二次光学设计的所带来的一系列问题，针对目前通用照明领域的LED，仅仅提出了通过光学数值模拟来设计LED透镜，仅通过一次光学设计的LED透镜以达到所需要的矩形或条形的光型需求，目的仅为提升了出光效率、减小体积及节约成本，而未涉及到芯片本身对光型以及亮度分布的影响。

本发明所考虑的对于芯片尺度效应问题：传统的LED封装，尤其是针对小功率型LED，芯片的尺寸远远小于光学设计结构部分，近似认为是点光源发光，此时芯片的形状与大小的差异对出光效果无影响，获得的光型及亮度分布仅受到出光材料及透镜形状与结构的影响；而随着芯片技术不断发展，高功率大尺寸LED芯片的出现(如规格为45mil×45mil的芯片)、以及透镜加工工艺精度的提高、多芯片集成封装技术成熟，若芯片本身规格相对于光学设计结构部分的尺寸相当，此时芯片发光可视为近场效应，由此获得的光型以及亮度分布不仅受到透镜等出光材料的影响，同时也受芯片本身的大小形状的制约。

目前的LED芯片为正方形芯片，而正方形芯片光源所发出的光线通过一次光学设计透镜的准直，获得条状或矩形照明区域，由于正方形芯片本身的影响，必将带来色散以及出光效率的降低；因此现今待解决问题的方式可基于从芯片和一次光学设计透镜的两个角度出发。

发明内容

针对以上缺陷，本发明的目的是提供一种非正方形LED芯片的组合式封装方法，基于芯片和一次光学设计透镜的两个角度出发，通过直接采用非正方形芯片或多芯片组合的模式，利用芯片本身的形状与规格来匹配照明设计要求，同时结合芯片与多芯片组合形状，通过数值模拟以及光学软件的优化，采用一次光学设计透镜来改变LED发光的光场分布，还可降低成本、提高出光的效率。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种非正方形LED芯片的组合式封装方法，其步骤主要包括：

(1)考察特定的通用照明领域对LED光源所提出的设计要求：如道路照明、格栅灯、面光源、背光光源等，需要LED光源获得的照明区域为条状、带状或矩形的均匀光型，据此选取芯片规格或多芯片组合集成封装方式，确定适合特定照明应用的自由透镜的一次光学设计以及芯片与透镜之间的匹配关系；

(2)确定合适规格的芯片或多芯片组合的模式：根据目标光源要求，参考欲获得带状或矩形照明区域大小，选择矩形芯片或多芯片组的规格，其长宽比符合矩形照明区域的要求，范围可任意确定；

(3)根据特定需要在LED芯片上涂覆荧光粉材料。

(4)进行数值模拟与计算，通过光学软件优化来设计一次光学透镜；光学透镜的表面形状与规格由已优化处理的自由曲面构成，光学透镜表面形状依据芯片或光学材料而选取；

(5)一次光学设计透镜与芯片封装：根据LED芯片被固定位置以及芯片的规格与形状，经一次光学设计后的透镜底部存在特定空间，其内表面为经优化处理后的自由曲面，规格与芯片尺寸或多芯片组合模式相同，透镜与芯片单体或芯片组整体封装并作为一个LED单元；一次光学设计透镜，采用全硅胶方式或带光学设计的外壳内灌注硅胶等透明光学材料；若为圆片级封装，可采用直接点胶、注塑等封装形式来成型透镜，其透镜形状可为任意的半球形、类球形或椭圆形。