陣列式微型透鏡封裝多芯片COB LED的光學仿真設計及應用

林 丞

(1.廈門大學 物理學博士后流動站，福建 廈門 361005；2.廈門華聯(lián)電子有限公司，福建 廈門 361006)

引言

LED已經(jīng)成為新一代固態(tài)照明光源，具有低能耗、快速響應、長壽命、環(huán)境保護等方面的優(yōu)點[1-3]。近年來，大功率多芯片COB LED因其具有更高的封裝密度、更好的熱穩(wěn)定性、更大的發(fā)光角度和可定制化設計等優(yōu)點，已經(jīng)成為工業(yè)設計生產(chǎn)的重要趨勢之一[4-6]。但是COB LED多為平面設計，較大角度的光線易在平面上發(fā)生全反射，難以取出，因此其取光率較低。此外，多芯片串并聯(lián)形成的電路其復雜性更高，某顆芯片或金絲出現(xiàn)問題，就會導致整體產(chǎn)品失效，使其可靠性下降。為了提高LED取光率，主要通過提高LED內(nèi)量子效率與外量子效率。目前已報道了對芯片級的技術(shù)改進(即提高內(nèi)量子效率)，如對芯片出光面進行倒金字塔型[7]、圖形化紋理[8]、光子晶體[9]和陣列半球化處理[10]等工藝，可大幅提高芯片的取光率。而提高外量子效率主要通過合理的透鏡設計和優(yōu)化的封裝結(jié)構(gòu)得以實現(xiàn)。針對COB LED，除提高芯片的內(nèi)量子效率外，目前主要的方案是采用新的封裝結(jié)構(gòu)與新的透鏡設計，以改善光分布和提高光線利用率。現(xiàn)已報道了非成像光學的自由曲面透鏡[11]、半球透鏡[12]、微透鏡陣列[13]、陣列式連體透鏡[14]等對LED取光率的提高和光線分布的改善。陣列式透鏡的研究多集中于微米級透鏡，加工方法包括激光微加工法[15]、灰階光罩法[16]、壓印法[17]、微液滴發(fā)[18]、等離子刻蝕[19]等，但這些方案目前均難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。……