CN101859842A - 增加发光效率的发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增加发光效率的发光二极管，该发光二极管包含一个发光二极管芯片及一个设于该发光二极管芯片底部的光学层，该光学层可为一个光层、一个光反射层或一个能量转换层，以增加该发光二极管的发光效率，另还于该发光二极管芯片与该光学层之间设置一个粗化层，以增加发光二极管芯片的表面积，使发光二极管芯片所发出的光线容易进入光学层，更能增加发光二极管的发光效率。本发明能有效的增加发光二极管的发光效率。

Description

增加发光效率的发光二极管

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管，尤指一种增加发光效率的发光二极管。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是由半导体材料所制成的发光元件，元件具有两个电极端子，在端子间施加电压，通入极小的电流，经由电子空穴的结合可将剩余能量以光的形式激发释出，此即发光二极管的基本发光原理。发光二极管不同于一般白炽灯泡，发光二极管是属冷发光，具有耗电量低、元件寿命长、无须暖灯时间及反应速度快等优点，再加上其体积小、耐震动、适合量产，容易配合应用上的需求制成极小或阵列式的元件，目前发光二极管已普遍使用于资讯、通讯及消费性电子产品的指示器与显示装置上，成为日常生活中不可或缺的重要元件。

发光二极管依发光波长分为可见光发光二极管(波长450～680nm)与不可见光发光二极管(波长850～1550nm)两大类。若以其使用的外延层(exprical layer)材料可进一步分为二元化合物(如GaAs、GaSb、GaN等)、三元化合物(如AlxGa1-xAs、AlxGa1-xP、In1-xGaxAs等)、四元化合物(如AlInGaP、InAlGaAs、AlxGa1-xAsyP1-y等)及GaN系化合物四大类。以亮度区分，发光二极管可分为高亮度发光二极管及一般亮度发光二极管两大类。不过由于发光二极管具有指向性，各厂商衡量标准也不一，直接衡量发光二极管光度并无法正确区分出高亮度发光二极管及一般亮度发光二极管。再加上发光二极管发光亮度、发光效率与外延层(epitaxiallayer)材料直接相关，因此以使用外延层材料种类作为区分高亮度发光二极管的标准，高亮度发光二极管是指以四元化合物及GaN系化合物所制成的发光二极管，一般亮度发光二极管是指以GaN系以外二元化合物及三元化合物所制成的发光二极管。

自1968年HP(Hewlett-Packard)开发出全球第一颗商用发光二极管，随着材料与制程的改进，使得发光二极管产品特性有着大幅度的提升，根据Haitz’s定律指出发光二极管所产生的亮度，大致是以每18-24个月提升一倍的轨迹在成长。在亮度成长的同时，产品单价以每十年的价格下降到只有十分之一的趋势下滑。在发光二极管产品价值大幅提升下，近年来高亮度发光二极管的应用领域不断的被开发，除用于户外各种在应用市场持续成长显示器及交通信号灯外，在汽车用光源、可携式产品的LCD显示器背光源亦有亮丽的成绩。分析2003年全球高亮度发光二极管市场，可携式产品为主要的应用市场，其中又以手机的市场占有率最高。近年来由于手机彩色化的比重大幅增加，及照相手机装置闪光灯趋于普遍，对于高单价白光发光二极管的需求大幅增加，使得2003年手机市场在高亮度发光二极管的市占率成长至41％，较2002年成长3％。展望未来全球高亮度发光二极管市场发展，在发光效率及亮度等产品特性不断提升，以及2006年欧盟地区禁用“汞”化学物质、全球能源成本持续提高等经营环境的改变，高亮度发光二极管在照明、汽车及中大型显示器市场中，有机会与现有的光源产品产生明显的替代效果。一般照明市场高亮度发光二极管仍属利基产品照明是人类文明的标志，一如衣食般，首求其应足够，再求其品质。照明不足，光度不够，将会影响工作效率及个人视力正常发展，戕害身心健康。因此本发明提供一种可增加发光效率的发光二极管，以符合发光二极管未来市场发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种增加发光效率的发光二极管，其能有效的增加发光二级管的发光效率。

为解决上述技术问题，本发明的增加发光效率的发光二极管，该发光二极管包含一个发光二极管芯片及一个光学层，光学层设于发光二极管芯片的底部，而光学层可为导光层、光反射层或能量转换层，以增加该发光二极管的发光效率。另还于发光二极管芯片与光学层间设置一个粗化层，以增加发光二极管芯片的表面积，使发光二极管芯片所发出的光线容易进入光学层，更能增加发光二极管的发光效率。

本发明还提供一种增加发光效率的发光二极管，所述发光二极管设置于一个封装结构内，其中该封装结构包含：一个承载座，包含二导脚，并承载该发光二极管，该发光二极管芯片以导线与该二导脚电性连接；以及一个罩体，覆盖于该承载座，其中该罩体还包含一个能量转换层。

前述的增加发光效率的发光二极管，其中该光学层的最小厚度为5um。

前述的增加发光效率的发光二极管，其中还包含：一个粗化层，设于发光二极管芯片与光学层的之间，粗化层的粗化程度是介于0.5nm与150nm之间。

前述的增加发光效率的发光二极管，其中光学层还设有多个热传导通道，这些热传导通道分别填入导热材料。

前述的可增加发光效率的发光二极管，其中还包含：一个选择性反射层，设于该发光二极管芯片之上，并与该光学层相对，选择性反射层为布拉格光栅。

前述的增加发光效率的发光二极管，其中该光学层由旋转涂布、喷墨、电子枪蒸镀、溅镀或网版印刷制作而成。

本发明还提供一种增加发光效率的发光二极管，其包含：一个发光二极管芯片；以及一个光学层，设于该发光二极管芯片的底部，以增加该发光二极管芯片的发光效率，其中该光学层为一个能量转换层，该光学层延伸包覆该发光二极管芯片的侧边。

前述的增加发光效率的发光二极管，其中该能量转换层由旋转涂布、喷墨、电子枪蒸镀、溅镀或网版印刷制作。

前述的增加发光效率的发光二极管，其中设置于一个封装结构内，其中该封装结构包含：一个承载座，包含二导脚，并承载该发光二极管，该发光二极管芯片以导线与该二导脚电性连接；以及一个罩体，覆盖于该承载座。

前述的增加发光效率的发光二极管，其中该光学层的最小厚度为5um。

前述的增加发光效率的发光二极管，其中还包含：一个粗化层，设于该发光二极管芯片与该光学层的之间，该粗化层的粗化程度是介于0.5nm与150nm之间。

前述的增加发光效率的发光二极管，其中能量转换层还设有多个热传导通道，这些热传导通道分别填入导热材料。

前述的增加发光效率的发光二极管，其中还包含：一个选择性反射层，设于该发光二极管芯片之上，并与该光学层相对，该选择性反射层为布拉格光栅。

与以前技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种增加发光效率的发光二极管，于发光二极管芯片的底部设置光学层，光学层如导光层、光反射层或能量转换层，以增加发光二极管的发光效率，还于发光二极管芯片与光学层间设置粗化层，以增加发光二极管芯片的表面积，使发光二极管芯片所发出的光线能有效地射出。

附图说明：

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图2是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图3A是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图3B是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图4A是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图4B是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图5是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图6是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图7是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图8是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图9是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图10是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图11是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图12是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图；

图13是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管的封装结构示意图。

图中标记说明：

1为发光二极管，         10为发光二极管芯片，

12为光学层，            121为热传导通道，

14为粗化层，            16为能量转换层，

161为热传导通道，       18为散热层，

19为选择性反射层，      2为封装结构，

21为承载座，            211为导脚，

22为罩体，              23为能量转换层，

24为导线。

具体实施方式

图1是本发明的一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图1所示，本发明提供一种可增加发光效率的发光二极管，该发光二极管1包含一个发光二极管芯片10及一个光学层12，光学层12设于该发光二极管芯片1的底部，光学层12将增加发光二极管芯片1的发光效率，其中该光学层12可为一个导光层、一个光反射层或一个能量转换层，其中该光学层12的最小厚度为5um。图2是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图，如图2所示，本发明的发光二极管1更包含一个粗化层14，粗化层14设于发光二极管芯片10与光学层12之间，粗化层14的粗化程度是介于0.5nm与150nm之间，如此可有效增加该发光二极管1的表面积，以提升散热效果，并降低该发光二极管芯片10的光线产生全反射的现象，且使光线容易进入光学层12，进而增加发光效率。

图3A和图3B为本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图及本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图所示，本实施例是提供一种可增加发光效率的发光二极管，该发光二极管1是包含一个发光二极管芯片10及一个光学层12，该光学层12设于该发光二极管芯片10的底部，如光学层12是一个导光层，而发光二极管1更包含一个能量转换层16，该能量转换层16设于该发光二极管芯片10与该光学层12之间，或者设于光学层12之下并与该发光二极管芯片10相对(见图3B)，能量转换层16可转换该发光二极管芯片10所发出的光波长，而作为该导光层的该光学层12可导引经能量转换层16转换的光线的方向，以增加该发光二极管1的发光效率。

图4A和图4B为本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图及本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图4A及图4B所示，本实施例提供一种可增加发光效率的发光二极管，本实施例与图3A及图3B中所示实施例不同之处在于：在发光二极管芯片10与能量转换层16之间设有一个粗化层14(如图4A)，或者在发光二极管芯片10与光学层12之间设有粗化层14(如图4B)，其中粗化层14的粗化程度是介于0.5nm与150nm之间，如此更能提升发光二极管1的发光效率。

图5是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图5所示，本实施例是提供一种可增加发光效率的发光二极管，本实施例改进了图4B中所示的实施例，使能量转换层16延伸包覆发光二极管芯片10的侧边，发光二极管芯片10透过作为该导光层的光学层12引导发光二极管芯片10所发出的光线方向，而能量转换层16包覆该发光二极管芯片10的侧边，以提升该发光二极管1的光转换效率。

图6是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图6所示，本实施例提供一种可增加发光效率的发光二极管，本实施例与图5所示实施例中的不同之处在于：能量转换层16设有多个热传导通道161，这些多个热传导通道161中分别设有导热材料(图中未示)，或者在该能量转换层16的底部设有一个散热层18，发光二极管芯片10所产生的热量能透过这些热传导通道161传导至该散热层18进行散热，如此提升发光二极管1的散热效率。本实施例亦可应用于图5所示的实施例中。

图7为本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图7所示，本实施例是提供一种可增加发光效率的发光二极管，发光二极管1是包含一个发光二极管芯片10、一个光学层12及一个能量转换层16，光学层12设于发光二极管芯片10的底部，光学层12是一个光反射层，所以能量转换层16设于光学层12与发光二极管芯片10之间，能量转换层16可转换发光二极管芯片10所发出的光波长，而作为该光反射层的该光学层12可反射经能量转换层16转换的光线的方向，以增加该发光二极管1的发光效率。

图8为本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图8所示，本实施例提供一种可增加发光效率的发光二极管，本实施例与图7的实施例不同之处在于：在该发光二极管芯片10与该能量转换层16之间设有一个粗化层14，粗化层14的粗化程度是介于0.5nm与150nm之间，因粗化层14可增加发光二极管芯片10的表面积，使发光二极管芯片10所发出的光线容易进入能量转换层16，以提升发光二极管1的光转换效率，并经光学层12将经能量转换层16转换的光线反射出去，如此更能提升发光二极管1的发光效率。

图9是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图9所示，本实施例提供一种可增加发光效率的发光二极管，本实施例与图8实施例不同之处在于：该光学层12为光反射层，该光反射层的材料选择高反射导热材料，然后于能量转换层16设有多个热传导通道161，发光二极管芯片10所产生的热能经这些热传导通道161传至光反射层进行散热，而能量转换层16转换发光二极管芯片10所发出的光线，光反射层亦可反射经转换的光线，如此使发光二极管10达到散热及高发光效率的功效。

图10是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图10所示，本实施例是提供一种可增加发光效率的发光二极管，发光二极管1是包含一个发光二极管芯片10、一个粗化层14及一个光学层12，光学层12设于发光二极管芯片10的底部，该光学层12是一个能量转换层，该光学层12是由旋转涂布、喷墨、电子枪蒸镀、溅镀或网版印刷制作而成，该粗化层14设于该光学层12与该发光二极管芯片10之间，该粗化层14的粗化程度是介于0.5nm与150nm之间，该粗化层14可增加该发光二极管芯片10的表面积，并使该发光二极管芯片10所发出的光线容易进入该光学层12进行光转换，有效提升发光二极管1的光转换效率及发光效率。光学层12更可延伸包覆发光二极管芯片10，以提升发光二极管1的光转换效率。

图11是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图11所示，本实施例是提供一种可增加发光效率的发光二极管，本实施例与图10实施例的不同之处在于：该光学层12设置多个热传导通道121，使该发光二极管芯片10所产生的热能经由这些热传导通道121传出，这些热传导通道121可分别设置导热材料(图中未示)，或者该光学层12下方设有一个散热层18，该散热层18与该发光二极管芯片10相对，发光二极管芯片10所产生的热能经由该些热传导通道121传至该散热层18进行散热，以提升该发光二极管1的散热效率。

请参阅图12，是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管示意图。如图所示，本实施例是提供一种可增加发光效率的发光二极管，本实施例与图11实施例不同之处在于：光学层12延伸包覆发光二极管芯片10，并于发光二极管芯片10上设置一个选择性反射层19，选择性反射层19为一个布拉格光栅，可让特定波长的光线通过或被反射，如此发光二极管芯片10所发出的光线经选择性反射层19反射至光学层12进行光转换，经转换的光线将传至选择性反射层19发射出，以提升发光二极管1的光转换效率，进而提升发光二极管1的发光效率。本实施例的选择性反射层19可应用于上述具有能量转换层的发光二极管1中。

图13是本发明的另一个较佳实施例的发光二极管的封装结构示意图。如图13所示，上述图1所提供的发光二极管可设置于一个封装结构2内，封装结构2包含一个承载座21及一个罩体22，承载座21是承载发光二极管1，而承载座21包含二导脚211，该罩体22覆盖于承载座21之上，发光二极管芯片10以导线24与承载座21的二导脚211电性连接，另可于该罩体22内设有一个能量转换层23，以转换该发光二极管1所发出的光波长。而本实施例的发光二极管1可替换为上述实施例所提供的发光二极管，于此不再赘述。

以上通过实施例，对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种增加发光效率的发光二极管，其特征在于，包含：

一个发光二极管芯片；以及

一个光学层，设于所述发光二极管芯片的底部，以增加所述发光二极管芯片的发光效率，所述光学层为一个导光层、一个光反射层及一个能量转换层中任一种。

2.如权利要求1所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管设置于一个封装结构内，所述封装结构包含：

一个承载座，包含二导脚，并承载所述发光二极管，所述发光二极管芯片以导线与所述二导脚电性连接；以及

一个罩体，覆盖于所述承载座，其中所述罩体包含一个能量转换层。

3.如权利要求1所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，所述光学层的最小厚度为5um。

4.如权利要求1所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，还包含：一个粗化层，设于所述发光二极管芯片与所述光学层的之间，所述粗化层的粗化程度是介于0.5nm与150nm之间。

5.如权利要求1所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，所述光学层还设有多个热传导通道，这些热传导通道分别填入导热材料。

6.如权利要求1所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，还包含：一个选择性反射层，设于所述发光二极管芯片之上，并与所述光学层相对，所述选择性反射层为布拉格光栅。

7.如权利要求1所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，所述光学层由旋转涂布、喷墨、电子枪蒸镀、溅镀或网版印刷制作而成。

8.一种增加发光效率的发光二极管，其特征在于，包含：

一个发光二极管芯片；以及

一个光学层，设于所述发光二极管芯片的底部，以增加所述发光二极管芯片的发光效率，其中所述光学层为一个能量转换层，所述光学层延伸包覆所述发光二极管芯片的侧边。

9.如权利要求8所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，所述能量转换层由旋转涂布、喷墨、电子枪蒸镀、溅镀或网版印刷制作。

10.如权利要求8所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管设置于一个封装结构内，其中所述封装结构包含：

一个承载座，包含二导脚，并承载所述发光二极管，所述发光二极管芯片以导线与所述二导脚电性连接；以及

一个罩体，覆盖于所述承载座。

11.如权利要求8所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，所述光学层的最小厚度为5um。

12.如权利要求8所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，还包含：一个粗化层，设于所述发光二极管芯片与所述光学层的之间，所述粗化层的粗化程度是介于0.5nm与150nm之间。

13.如权利要求8所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，所述能量转换层设有多个热传导通道，这些热传导通道分别填入导热材料。

14.如权利要求8所述的增加发光效率的发光二极管，其特征在于，还包含：一个选择性反射层，设于所述发光二极管芯片之上，并与所述光学层相对，所述选择性反射层为布拉格光栅。

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