[发明专利]应用于平行光照明的发光二极管

说明书

本发明提供了一种应用于平行光照明的发光二极管，包括发光二极管芯片、热沉以及光学封装体，所述发光二极管芯片的下表面与所述热沉接触，其上表面及四个侧面均为发光表面，所述光学封装体包覆于所述发光二极管芯片外，所述发光表面的部分区域覆盖有抑制光辐射的覆盖层。本发明通过在发光二极管芯片的发光表面的部分区域覆盖抑制光辐射的覆盖层，抑制发光二极管的总辐射通量，使得其他未处理发光表面区域获得极大辐射出射度，该光源将有利于降低平行光发散角，优化平行光的照明设计。

技术领域

本发明涉及一种发光二极管（LED），尤其涉及一种应用于平行光照明的发光二极管。

背景技术

微电子、微机电系统制造都需要应用到曝光机，曝光机中的光学系统是将光源发出的光转换为理想平行光，然后，通过平行光将掩膜上的图形等尺寸转移到掩膜下面的菲林上，再通过刻蚀，将菲林上的图形转移到基片上。在整个制造过程中，平行光的发散角决定了图形从菲林转移到基片的精度，发散角越小，转移的精度越高。

传统的平行光源往往采用体积较大的金属或金属卤化物气体放电灯，其谱线不纯，寿命也较短，运行成本高。近年来，随着发光二极管技术的进步，发光二极管灯珠在发光效率，发光寿命，谱线窄等方面的优势日益突出，正不断取代曝光机中的传统气体放电灯，成为曝光机光源的主流。

伴随着曝光机对精度要求的不断提高，曝光机所要求平行光的发散角越来越小。例如，半发散角由过去的小于2.5°提高到小于0.5°。然而，随着发散角的变小，曝光机光学系统所出射平行光的辐射出射度迅速降低，而无法达到被曝光物所需的曝光要求。单纯对曝光机光学系统进行改进是无法解决该问题的，必须对光源进行优化。

本发明将从曝光机所采用的光源的角度去进一步提高曝光机的性能。为了提高曝光机的光功率，用于曝光机的发光二极管灯珠一般采用大功率型。这种发光二极管往往注重的是转换效率，即在一定的电能输入下，如何获得更高的辐射光功率。这样的发光二极管并不总是有利于曝光机获得更佳性能的平行光，特别在发散角要求极小的平行光源中。

研究表明：某一出射度为M的均匀自发辐射表面的辐射的发散角为某一值，通过光学系统后，其发散角可以降低，但同时出射度必然远小于M。近似地，出射度M下降的速度是发散角下降速度的二次方。自发辐射体一般是余弦发射体，因此，要获得极小发散角的输出光，同时对经过光学系统后的出射度有一定要求，则必然要求作为光源的自发辐射体具有极大的辐射出射度M。

如图1和图2所示，现有技术的曝光机的光源往往采用LED阵列，包括多个LED灯珠101，然后经过扩散匀光板102，构成余弦体二次光源作为其大面积光源。然而，依据以上分析，虽然该二次光源的辐射通量很大，但光源表面的辐射出射度并不高，远小于发光二极管芯片表面的辐射出射度。如前所述，这种辐射出射度低的光源，采用任何光学系统，都不可能获得小的发散角。

既然发光二极管芯片表面具有最大的辐射出射度，那显然，将芯片表面出射的光直接导入光学系统，在保证最后辐射出射度的条件下，理论上可以获得最小的发散角。因此，获得尽可能高辐射出射度的发光二极管是制造极小发散角平行光源的关键。

目前发光二极管的设计重点在如何获得最大的总辐射通量，而不是获得最大辐射出射度，这两者并不总是一致的。当发光二极管芯片每个发光区域都获得最大的辐射出射度，总的辐射通量一定也是最大的。

另一方面，也可以通过缩小发光二极管芯片发光区域，牺牲总辐射通量，在芯片表面的部分区域产生极大的辐射出射度。

发光二极管芯片并不是平面光源，实际上是六面立方体，接触热沉的面不出光，上表面，四个侧面是发光二极管的光辐射的区域。芯片的光辐射通量主要是上表面产生。