随着LED半导体照明技术的发展，LED光源的亮度和流明密度已成为制约其大规模应用的主要障碍。体积小，光通量大、发光均匀的集成式LED多芯片封装光源越来越受到行业和市场重视。传统封装方法制成的集成光源主要采用平面封装基板作为芯片载体，这种封装结构中，芯片发出的光线很大一部分在到达封装胶体——空气界面时会发生全反射，并在封装胶体层内上下反复传播，最后被芯片、胶体或基板吸收，光源出光效率较低；同时传统光源主要以“点胶”方式进行荧光粉涂覆，荧光粉涂层控制精度低，光色品质有待提升；另外集成LED光源属于大面积扩展光源，甚至体光源，利用点光源设计的透镜或反射杯难以实现均匀照明配光效果；最后随着集成度的不断提高，尤其是三维封装的出现，由芯片加载至集成光源的热流密度已远远超过金属铝或铜的传导极限，集成光源面临巨大的散热挑战。本文针对以上集成LED光源设计与制造中出光效率低、光色品质差、配光难以及热流密度大等亟待解决的关键技术难题，围绕多芯片平面、三维立体等新型光源封装结构，研究了图形化封装基板（PLS）强化出光、脉冲分层保形荧光粉涂层白光技术在集成式封装光源中的应用；运用具有能量反馈函数的扩展光源透镜（EFFL）算法实现高集成度LED光源自由曲面透镜与反射杯配光设计；提出平面及三维相变封装结构，解决集成光源超大热流密度输送难题。其主要研究内容包括：（1）集成式LED多芯片封装结构设计在介绍集成式LED多芯片平面封装制造流程的基础上：1）进一步分析传统LED平面封装结构在出光方面的不足之处，采用图形化封装基板对集成光源进行强化出光设计，深入讨论基板图形结构出光机理，从理论模型上推导出利于集成光源出光的最优结构参数通用表达式，并利用蒙特卡洛光线追迹仿真对理论模型进行论证，在获得理论与仿真一致结论的基础上，利用机械微钻加工工艺，在封装基板表面制造出倒锥型强化出光结构，验证图形化封装基板对集成光源的强化出光作用；2）研究LED集成光源白光技术，结合保形荧光粉涂覆工艺与分层荧光涂层工艺的优点，对比分析了保形混合荧光粉结构与分层荧光粉结构的出光特性，及其在集成光源中的应用；3）在集成式平面光源结构的基础上，提出新型LED三维封装结构，对该封装结构的发光效率与空间强度分布特性进行测试表征。（2）基于自由曲面的集成式LED多芯片封装配光设计在了解照明系统对光源配光要求及配光设计方法的基础上：1）建立点光源自由曲面照明模型，求解曲面轮廓偏微分方程，建立自由曲面透镜实体模型，分析点光源配光设计与集成式扩展光源配光设计的差异来源，改进自由曲面设计方法，提出具有能量反馈函数的扩展光源透镜算法（EFFL算法）；2）以具体配光需求为实例，详细介绍EFFL算法配光过程，设计并制造出满足集成式扩展光源照明要求的自由曲面一次塑封透镜，并对透镜配光性能进行测试；3）最后我们拓展EFFL算法的应用范围，针对LED多芯片三维封装发光特性，设计并制造出满足三维立体光源配光要求的自由曲面反射器，对反射器配光性能进行测试。（3）集成式LED多芯片相变封装散热设计通过分析集成式封装光源热控的制约因素，1）进行LED多芯片平面与三维光源相变封装散热设计，建立核心部件——相变热沉热阻理论模型，研究相变热沉结构参数与光源工作温度、热沉总热阻间的变化关系，优化相变热沉结构设计；2）对集成式LED光源封装层级进行散热模拟，分析光源内部芯片间温度差异及整体封装热阻，验证相变封装散热效果；3）制造出满足多芯片封装要求的平面及三维光源相变热沉，对热沉散热性能进行测试。（4）集成式LED多芯片封装光源系统应用基于照明系统对LED多芯片封装的实际需求，研究集成式LED光源在大功率照明灯具中的应用：包括：1）集成式LED多芯片封装光源系统在工矿灯中的应用；2）集成式LED多芯片封装光源系统在汽车前大灯中的应用。