CN102074642B - 发光器件封装、照明模块以及照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光器件封装、照明模块以及照明系统。发光器件封装包括：半导体发光器件；半导体发光器件上方的第一包封物；以及第一包封物上方的具有比第一包封物的折射率更大的折射率的第二包封物。

Description

发光器件封装、照明模块以及照明系统
技术领域
本实施例涉及发光器件封装、照明模块以及照明系统。
背景技术
发光器件(LED)包括具有将电能转换为光能的特性的p-n结二极管。通过将周期表的III族元素和V族元素相互组合能够形成p-n结二极管。通过调节化合物半导体的构成比，LED能够展示出各种颜色。
当将正向电压施加给LED时，n层处的电子与p层处的空穴相组合，使得可以产生与导带和价带之间的能带相对应的能量。此能量主要地作为热或者光而被发射，并且LED发射作为光的能量。
氮化物半导体表现出优秀的热稳定性和宽的带隙能量，使得氮化物半导体已经在光学器件和高功率电子器件的领域受到高度关注。特别地，已经开发并且广泛地使用采用氮化物半导体的蓝光、绿光、以及UV光发射器件。
通过将单独的R、G、B光源相互混合，或者通过UV光或者蓝光的泵浦光束(pumpbeam)来转换磷光体(phosphor)，能够实现白光的发光器件(白光LED)。鉴于制造成本、色温的调节、以及发光效率，对磷光体进行转换的方案是有利的。
同时，当通过利用磷光体来实现白光LED时，用作基质的UV光或者蓝光的一部分没有被吸收在磷光体中，而是被提取到外部，并且蓝光或者UV光的剩余部分与磷光体组合以产生具有比基质的光更长的波长的色光。当被提取的光和色光被相互混合时，根据两种光之间的混合的比率来实现展示各种色温的白光LED。
然而，根据现有技术，当应用与磷光体混合的包封物，或者包括包围磷光体的包封物的封装被采用时，由于包封物和作为在最后阶段观察的媒介的空气之间的折射率反差，所产生的光的一部分可能会重新进入芯片。
另外，根据现有技术，由于在自发光过程中，通过磷光体转换的光产生具有全方向特性的光，所以一部分光不得不重新进入芯片。
因此，根据现有技术，如果光被重新进入芯片，由通过芯片中的光吸收所引起的光损失可能会减少发光效率。另外，可能会降低芯片的可靠性。因此，不得不设计防止光重新进入芯片的封装。
发明内容
本实施例提供一种发光器件封装、照明模块以及照明系统，其能够防止从LED的有源层产生的光，和通过将有源层(activelayer)的光和磷光体混合而获得的光重新进入芯片。
根据实施例，发光器件封装包括：半导体发光器件，该半导体发光器件包括第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及被插入在第一和第二导电半导体层之间的有源层；半导体发光器件上方的第一包封物；以及第一包封物上方的具有比第一包封物的折射率更大的折射率的第二包封物。
根据实施例，照明系统包括：衬底，和包括被安装在衬底上的发光器件封装的发光模块。
根据实施例，照明模块包括发光器件封装。
附图说明
图1是示出根据实施例的发光器件的截面图；
图2是示出根据实施例的发光器件封装的一部分的放大图；
图3是示出根据实施例的与发光器件封装的折射率相关的光提取效率的曲线图；
图4至图7是示出根据实施例的发光器件封装的制造工艺的截面图；
图8是示出根据实施例的照明单元的透射图；以及
图9是示出根据实施例的背光单元的分解透视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述根据实施例的发光器件封装、照明模块以及照明系统。
在下面的描述中，将会理解的是，当层(或膜)被称为在另一层或衬底“上”时，其能够直接地在另一层或者衬底上，或者也可以存在中间层。此外，将会理解的是，当层被称为在另一层“下”时，它能够直接地在另一层下，并且也可以存在一个或者多个中间层。另外，还将会理解的是，当层被称为两个层“之间”时，它能够是两个层之间的唯一层，或者也可以存在一个或者多个中间层。
实施例
图1是示出根据实施例的发光器件封装200的截面图，以及图2是示出根据实施例的发光器件封装200的部分A的放大图。
根据实施例的发光器件封装200包括：半导体发光器件120；第一包封物131，该第一包封物131被形成在半导体发光器件120上方；以及第二包封物132，该第二包封物132被形成在第一包封物131上方并且具有大于第一包封物131的折射率。
另外，根据实施例的发光器件封装200可以包括：包括空腔C的封装主体110、被形成在空腔C中的半导体发光器件120、被填充在空腔C的一部分中的第一包封物131、以及被形成在第一包封物131上方的第二包封物132。
根据实施例的发光器件封装200可以被填充有至少两种类型的包封物。
例如，包封物可以包括与半导体发光器件120相接触的第一包封物(E1)131，和与半导体发光器件120隔开的第二包封物(E2)132。在这样的情况下，第一包封物(E1)131的折射率小于第二包封物(E2)132的折射率，并且磷光体P属于第二包封物(E2)132。
根据实施例，因为第二包封物(E2)132的折射率大于第一包封物(E1)131的折射率，所以由于全反射，能够防止来自磷光体P的一部分光重新进入半导体发光器件120中。
根据实施例，第二包封物(E2)132的模型可以是向上凸起的园拱形，而不是平面形状。在这样的情况下，光的数量可以被额外地增加。
根据实施例，具有园拱形的第三包封物133可以被形成在第二包封物132的上方，使得光的数量能够被增加。在这样的情况下，第三包封物133的折射率可以与第二包封物132的折射率相同，或者大于第二包封物132的折射率。
图3是示出根据实施例的与半导体发光器件120的折射率相关的光提取效率的曲线图。
例如，图3示出当第二包封物(E2)132的折射率是1.4，并且光提取图案R的周期是大约1200nm时，表示与第一包封物(E1)131的折射率相关的光提取效率的曲线图。在这样的情况下，半导体发光器件120的折射率可能大约是2.46，但是实施例不限于此。
如图3中所示，根据实施例，当光提取图案R，例如，光子晶体结构被提供在半导体发光器件120的上部处时，如果与半导体发光器件120相接触的第一包封物131的折射率被减少，那么光提取效率增加。这是因为根据光提取图案R的折射率反差来确定光提取效率。
例如，如果第一包封物131的折射率是小于第二包封物132的折射率的1.4，那么可以相对地提高光提取效率。
如果在其中半导体发光器件120的折射率是常数的状态下减少第一包封物131的折射率，那么光提取图案R的衍射效率增加。因此，当第一包封物131的折射率被减少时，由于全反射所以可防止光的重新进入，并且光提取效率能够被提高。
根据实施例的发光器件封装200，以防止从半导体发光器件120的有源层产生的光，和从由有源层的光激励的磷光体P获取的光重新进入LED芯片的方式来设计LED芯片和封装，从而实现高效率的白光LED，并且提高用于LED芯片的可靠性。
在下文中，将会参考图4至图7描述制造半导体发光器件120的方法。
如图4中所示，包括空腔C的封装主体10被形成。封装主体110可以包括硅衬底，但是实施例不限于此。通过蚀刻封装主体10的一部分可以形成空腔C。空腔C可以包括底表面和倾斜的横表面，但是实施例不限于此。
如图5中所示，半导体发光器件120被形成在空腔C中。例如，半导体发光器件120可以被安装在空腔C的底表面上。在这样的情况下，半导体发光器件120可以是水平型发光器件或者垂直型发光器件。
根据实施例，半导体发光器件120可以包括从由GaN、GaAs、GaAsP、以及GaP组成的组中选择的材料。例如，绿光和蓝光LED可以包括GaN(InGaN)，并且黄光和红光LED可以包括InGaAIP，或者AIGaAs。通过改变材料的成分可以实现全色LED。半导体发光器件120可以包括第一导电半导体层、第二导电半导体层、以及第一和第二导电半导体层之间的有源层。
另外，半导体发光器件120可以包括光提取图案R。例如，如图3中所示，根据实施例，诸如光子晶体结构的光提取图案R可以被形成在半导体发光器件120的上部处。
根据实施例，当被形成在半导体发光器件120的表面上的孔或者凹凸图案具有空间周期时，将其称为光子晶体。诸如周期、蚀刻深度、孔尺寸、以及晶格布置的光子晶体的若干参数与光提取效率紧密相关。
根据实施例，光提取图案R可以包括多周期光子晶体结构(未示出)。根据多周期光子晶体结构，较小的周期光子晶体结构被插入在较大的周期光子晶体结构中。
根据实施例，相对于各种入射角，具有各种周期的多周期光子结构保持比具有的一个周期的光子晶体更大的衍射效率。因此，光提取效率能够被提高。
然后，如图6中所示，被填充在空腔C的一部分中的第一包封物131被形成。例如，第一包封物131可以包括硅胶，但是实施例不限于此。根据实施例，第一包封物131可以不包括磷光体P。因此，在第一包封物131中，从半导体发光器件120产生的光没有被转换为具有不同的波长的光，而是穿过第一包封物131。
另外，根据实施例，第一包封物131可以接触半导体发光器件120。
半导体发光器件120的折射率可能大于第一包封物131的折射率。在这样的情况下，由于光提取图案R被形成在半导体发光器件120的上部处，通过光提取图案R，通常将会被完全地反射的光被提取到半导体发光器件120的外部。
其后，如图7中所示，第二包封物132被形成在第一包封物131上方。
第二包封物132被填充在空腔C中，但是实施例不限于此。
第二包封物132可以包括磷光体P。由于通过激励磷光体P来发射的光具有比从半导体发光器件120产生的光更长的波长，所以由于光提取图案R，通过激励磷光体P而发射的光重新进入半导体发光器件120的可能性会增加。因此，磷光体P可以与光提取图案R隔开。
根据实施例，为了通过使用磷光体P来实现白光LED，黄光磷光体(例如，YAG、TAG等等)可以添加到蓝光LED中，或者三色光(红/绿/蓝)磷光体可以被添加到UVLED中。
例如，根据实施例，诸如YAG或者TAG的黄光磷光体可以被添加到蓝光LED中。
另外，在通过将蓝光LED与黄光磷光体进行组合来实现白光LED的方案中，通过将两种类型(黄光+红光)的磷光体或者三种(黄光+红光+蓝光)磷光体添加到蓝光LED中可以实现白光LED。
根据实施例，通过使用两种或者三种类型(R、G、以及B)的磷光体材料可以实现白光LED。因此，磷光体吸收从UVLED发射的所有的UV射线，使得能够发射具有可视射线的整个波长的光，从而实现白光。UVLED显示出优于构成传统的蓝光LED的YAG磷光体的光转换效率。
根据实施例，第二包封物132可以与半导体发光器件120隔开。另外，第二包封物132可以具有大于第一包封物131的折射率。
根据实施例，因为第二包封物132的折射率大于第一包封物131的折射率，所以由于全反射，防止来自磷光体P的一部分光重新进入半导体发光器件120中。
根据实施例，第二包封物132的模型可以是圆拱形而不是平面形状。在这样的情况下，光的数量可以被额外地增加。
根据实施例，具有圆拱形的第三包封物133可以被形成在第二包封物132的上方，使得光的数量能够被增加。在这样的情况下，第三包封物133的折射率与第二包封物132的折射率相同，或者大于第二包封物132的折射率。
根据实施例的发光器件封装200和制造实施例的发光器件封装的方法，以防止从半导体发光器件120的有源层产生的光，和从通过将有源层的光和磷光体P混合而获取的光重新进入LED芯片的方式，来设计LED芯片和封装，从而实现高效率的白光LED，并且提高用于LED芯片的可靠性。
图8是示出根据实施例的照明单元1100的透视图。如图8中所示的照明单元1100是照明系统的示例并且实施例不限于此。
参考图8，照明单元1100包括箱体1110、安装在箱体1110中的发光模块1130、以及安装在箱体1110中以从外部电源接收电力的连接端子1120。
优选地，箱体1110包括具有优秀的散热性能的材料。例如，箱体1110包括金属材料或者树脂材料。
发光模块1130可以包括衬底1132和安装在衬底1132上的至少一个发光器件封装200。
衬底1132包括印有电路图案的绝缘组件。例如，衬底1132包括PCB(印刷电路板)、MC(金属核)PCB、F(柔性)PCB、或者陶瓷PCB。
另外，衬底1132可以包括有效地反射光的材料。衬底1132的表面能够涂有诸如白色或者银色的颜色，以有效地反射光。
至少一个发光器件封装200能够安装在衬底1132上。每个发光器件封装200可以包括至少一个LED(发光二极管)。LED可以包括发射具有红、绿、蓝或者白色的光的彩色LED，和发射UV光的UV(紫外线)LED。
可以不同地布置发光模块1130的LED，以提供各种颜色和亮度。例如，能够布置白光LED、红光LED以及绿光LED以实现高的显色指数(CRI)。
连接端子1120电气地连接至发光模块1130，以将电力提供给发光模块1130。参考图8，连接端子1120具有与外部电源插座螺纹耦合的形状，但是实施例不限于此。例如，能够以插入外部电源或者通过布线连接至外部电源的引脚的形式来制备连接端子1220。
图9是示出根据实施例的背光单元1200的分解透视图。图9中所示的背光单元1200是照明系统的示例，并且实施例不限于此。
根据实施例的背光单元1200包括：导光板1210；发光模块1240，该发光模块1240用于将光提供给导光板1210；反射组件1220，该发射组件1210被定位在导光板2110的下方；以及底盖1230，该底盖1230用于在其中容纳导光板1210、发光模块1240、以及反射组件1220，但是实施例不限于此。
导光板1210漫射光以提供表面光。导光板1210包括透明材料。例如，通过使用诸如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的丙烯酸基树脂、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PC(聚碳酸酯)、COC或者PEN(聚萘二甲酸乙二酯)树脂，能够制造导光板1210。
发光模块1240将光至少提供给导光板1210的一个横向侧，并且用作包括背光单元的显示装置的光源。
发光模块1240能够与导光板1210相邻地定位，但是实施例不限于此。详细地，发光模块1240包括衬底1242和被安装在衬底1242上的多个发光器件封装200，并且衬底1242能够与导光板1210相邻，但是实施例不限于此。
衬底1242可以包括具有电路图案(未示出)的印制电路板(PCB)。另外，衬底1242还可以包括金属核PCB(MCPCB)、或柔性PCB(FPCB)，但是实施例不限于此。
另外，发光器件封装200被布置为使得发光器件封装200的出光表面与导光板1210隔开预定距离。
反射组件1220被布置在导光板1210的下方。反射组件1220将向下行进通过导光板1210的底表面的光朝着导光板1210反射，从而提高背光单元的亮度。例如，反射组件1220可以包括PET、PC或者PVC树脂，但是实施例不限于此。
底盖1230可以在其中容纳导光板1210、发光模块1240、以及反射组件1220。为此，底盖1230具有带有开口的上表面的盒形形状，但是实施例不限于此。
通过使用金属材料或者树脂材料，通过按压处理或者挤压处理能够制造底盖1230。
根据实施例的发光器件封装和照明系统，以防止从半导体发光器件的有源层产生的光，和通过将有源层的光和磷光体P混合而获得的光重新进入LED芯片的方式，来设计LED芯片和封装，从而实现高效率的白光LED，并且提高用于LED芯片的可靠性。
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构、或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中，在各处出现的这类短语不必都表示相同的实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构、或特性时，都认为结合实施例中的其它实施例实现这样的特征、结构或特性也是本领域技术人员所能够想到的。
虽然已经参照本发明的多个示例性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域的技术人员可以想到多个其它修改和实施例都将落入本发明原理的精神和范围内。更加具体地，在本说明书、附图和所附权利要求的范围内的主题组合布置的组成部件和/或布置中，各种变化和修改都是可能的。除了组成部件和/或布置中的变化和修改之外，对于本领域的技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。

Claims (6)

1.一种发光器件封装，包括：
封装体，所述封装体具有空腔；
半导体发光器件，所述半导体发光器件设置在所述封装体的空腔中，并且包括第一导电半导体层、第二导电半导体层、被插入在所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层之间的有源层，以及设置在所述半导体发光器件的上部处的光提取图案；
第一包封物，所述第一包封物包括硅胶，设置在所述空腔中，并且直接接触所述半导体发光器件的光提取图案；
第二包封物，所述第二包封物在所述第一包封物上方，具有比所述第一包封物的折射率大的折射率；以及
第三包封物，所述第三包封物在所述第二包封物上方，具有比所述第二包封物的折射率大的折射率，
其中在所述第一包封物、所述第二包封物以及所述第三包封物当中仅所述第二包封物包括磷光体，
其中所述磷光体与所述光提取图案隔开，
其中所述光提取图案被形成在所述半导体发光器件的表面上，
其中所述第一包封物被设置成包围所述光提取图案，以及
其中所述第二包封物与所述光提取图案隔开。
2.根据权利要求1所述的发光器件封装，其中，所述第一包封物和所述第二包封物被填充在所述空腔的一部分中。
3.根据权利要求1所述的发光器件封装，其中，所述光提取图案包括多周期光子结构，
其中所述半导体发光器件是UV光发射器件，以及
其中所述磷光体是YAG磷光体。
4.根据权利要求1所述的发光器件封装，其中，所述半导体发光器件具有大于所述第一包封物的折射率的折射率。
5.一种照明系统，包括：
衬底，以及
发光模块，所述发光模块包括被安装在所述衬底上的根据权利要求1所述的发光器件封装。
6.一种照明模块，包括：
根据权利要求1所述的发光器件封装。
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