CN102130270A - 白光led发光装置 - Google Patents

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Abstract

一种白光LED发光装置，包括LED芯片、反射衬底、基座、帽层、第一引脚与第二引脚，其中，所述反射衬底位于LED芯片下方，其面向LED芯片的一侧形成有锥形反射凹坑，所述锥形反射凹坑的开口区域位于LED芯片下方，所述LED芯片悬置于所述锥形反射凹坑上，所述LED芯片远离反射衬底的一面涂覆有荧光材料；所述基座用于承载反射衬底与LED芯片，反射衬底嵌于基座中，基座与第二引脚直接相连；所述LED芯片、反射衬底以及基座均为帽层所覆盖，所述帽层面向LED芯片的一侧呈半球状；所述LED芯片包含有第一电极与第二电极，所述第一电极通过金属导电丝连接至第一引脚，所述第二电极通过导电胶与基座电连接并由第二引脚引出。

Description

白光LED发光装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体的，本发明提供了一种白光LED发光装置。
背景技术
发光二极管(LED)是响应电流而被激发从而产生各种颜色的光的半导体器件。这种LED与荧光灯等传统发光器件相比具有诸多优点，诸如更长的使用寿命、更低的驱动电压、更高的耐反复电源切换能力等。因此，市场对这种LED的需求正逐渐增长。
由于LED发光只限于红、蓝、黄以及绿等基本颜色。为得到白色的LED照明光源，本领域发展了多种获得白光的技术方案，公告号为CN100438026C的中国专利中就公开了一种白光LED发光装置。所述白光LED发光装置包含有三个分别发射红光、绿光、蓝光的发光芯片、散热基座以及封装体。所述三个发光芯片分别发出的红光、绿光及蓝光在封装体内混合后即可发出白光。
业界还研发出另一类型的白光LED发光装置。申请号为US5998925的美国专利即公开了一种通过将蓝光LED芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起的白光LED发光装置。如图1所示，所述白光LED发光装置100包括蓝光LED芯片102、帽层104以及基座105a。所述蓝光LED芯片102安装在基座105a上，并被帽层104所覆盖，所述蓝光LED芯片102的两极分别通过基座105a及引线103与第一引脚106及第二引脚105b相连，同时其面向帽层104的表面涂覆有含Ce3+的YAG荧光粉。所述蓝光LED芯片102发射蓝光，而帽层104上的荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光。蓝光LED芯片102发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，即可得到白光。通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温在3500-10000K的各色白光。
然而，由于基座底部的反射效率较低，这种白光LED发光装置的出光效率偏低。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种白光LED发光装置，所述白光LED发光装置具有较高的出光效率。
为解决上述问题，本发明提供了一种白光LED发光装置，包括反射衬底、基座、帽层、第一引脚与第二引脚，其中，
所述反射衬底位于LED芯片下方，所述反射衬底面向LED芯片的一侧形成有锥形反射凹坑，所述锥形反射凹坑的开口区域位于LED芯片下方，所述LED芯片悬置于所述锥形反射凹坑上，所述LED芯片远离反射衬底的一面涂覆有荧光材料；
所述基座用于承载反射衬底与LED芯片，所述反射衬底嵌于基座中，所述基座与第二引脚直接相连；
所述LED芯片、反射衬底以及基座均为帽层所覆盖，所述帽层面向LED芯片的一侧呈半球状；
所述LED芯片包含有第一电极与第二电极，所述第一电极通过金属导电丝连接至第一引脚，所述第二电极通过导电胶与基座电连接并由第二引脚引出。
可选的，所述LED芯片为蓝光LED芯片，所述蓝光LED芯片采用氮化镓材料形成，所述氮化镓材料包含有P型掺杂层、量子阱有源层以及N型掺杂层。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：在基座中嵌入了包含有锥形反射凹坑的反射衬底，所述反射衬底及其中的锥形反射凹坑使得从LED芯片发射向基座的光线可以反射出去，从而提高了出光效率。
附图说明
图1是现有技术白光LED发光装置的剖面结构示意图；
图2是本发明白光LED发光装置一个实施例的剖面结构示意图；
图3是本发明白光LED发光装置一个实施例的俯视示意图；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术部分所述，在现有技术的白光LED发光装置中，基座底部的反射效率较低，这导致所述白光LED发光装置的出光效率偏低。
本发明的发明人发现，对于形成所述LED芯片的衬底，其通常采用蓝宝石材料、硅等晶体材料，所述晶体材料具有良好的反射性能。若采用所述晶体材料在LED芯片与基座间形成用于反射光线的反射衬底，则可以有效提高LED发光装置的出光效率。同时，对于所述反射衬底，可以在其面向LED芯片的方向上设置锥形反射凹坑，所述锥形反射凹坑也可以提高光线反射，进而使得整个LED发光装置的出光效率进一步提高。
基于上述发现，发明人提供了一种白光LED发光装置，所述白光LED发光装置通过设置所述反射衬底使得出光效率有效提高。
参考图2，示出了本发明白光LED发光装置一个实施例的剖面结构。所述白光LED发光装置包括：LED芯片201、反射衬底203、基座207、第一引脚209、第二引脚211以及帽层217，其中，
所述LED芯片201采用蓝光LED芯片，其包含有第一电极202与第二电极204；其中，所述第一电极202表面涂覆有荧光材料，例如YAG荧光粉。所述蓝光LED芯片采用氮化镓外延层形成，所述氮化镓外延层包含有P型掺杂层、量子阱有源层以及N型掺杂层，P型掺杂区即为所述第一电极202，N型掺杂区即为所述第二电极204。
所述反射衬底203位于LED芯片201下方，所述反射衬底203面向LED芯片201的一侧形成有锥形反射凹坑205，所述锥形反射凹坑205的开口区域位于LED芯片201下方并占据反射衬底203的部分区域。所述LED芯片201的边缘搭载于反射衬底203上，而所述LED芯片201的大部分区域则悬置于所述锥形反射凹坑205上。在具体实施例中，所述反射衬底203采用蓝宝石材料、硅、碳化硅等材料构成。
所述基座207用于承载反射衬底203与LED芯片201，所述反射衬底203嵌于基座207中并露出一侧的表面；在具体实施例中，所述基座207采用铜、铝等金属材料构成。
所述第一引脚209与第二引脚211位于基座207两侧，其中，所述第一引脚209通过金属导电丝213与LED芯片201的第一电极202电连接，所述第二引脚211与基座207直接相连，所述基座207通过导电胶215与LED芯片201的第二电极204电连接。
在具体实施例中，所述第一引脚209与第二引脚211采用与基座207相同的金属材料构成，例如铜、铝等。在将LED芯片201放置于基座207中之后，采用金丝球焊或铝丝球焊方式将所述金属导电丝213连接至第一引脚209与第一电极202，并在基座209与LED芯片201间涂覆导电胶215，使得所述基座209与LED芯片201电连接，所述导电胶215为导电银胶、导电铝胶、导电银铝胶等。
所述LED芯片201、反射衬底203以及基座207均为帽层217所覆盖，所述帽层217面向LED芯片201的一侧呈半球状，所述半球状结构的帽层217可以较好的会聚光线；在具体实施例中，所述帽层217采用树脂材料构成，在保护LED芯片201的同时提高光线透出率。
当所述LED芯片201两端电极上加载驱动电压而发射蓝光后，LED芯片201第一电极202表面的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出不同颜色的光线，例如黄色光、红光与绿光、黄光与红光、黄光与绿光。所述LED芯片201发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉激发出的光混合，即可得到白光。通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温在3500-10000K的各色白光。
图3是本发明白光LED发光装置一个实施例的俯视示意图。如图3所示，所述反射衬底203位于基座207中，所述反射衬底203中形成有锥形反射凹坑205，所述锥形反射凹坑205占据反射衬底203露出的部分区域，所述锥形反射凹坑205外的反射衬底203用于承载LED芯片。
依据具体实施例的不同，所述反射衬底203上可以包含有一个以上的锥形反射凹坑；所述锥形反射凹坑205沿LED芯片装配方向的截面为倒三角形，所述锥形反射凹坑205斜面与承载LED芯片的承载面的夹角(图2中的角a)为35度至55度。
接下来，结合图2对本发明白光LED发光装置的工作原理进行说明。
如图2所示，LED芯片201的两端电极分别通过第一引脚209与第二引脚211加载驱动电压。在该实施例中，所述第一电极202与第一引脚209相连，所述第二电极204与第二引脚211相连，相应的，在所述第一引脚209上加载正电压，在所述第二引脚211上加载负电压。在所述驱动电压的驱动下，所述LED芯片201正常工作，发射光线。
所述LED芯片201发射的光线是无特定指向性的，即向空间各个方向传播。按照相对于反射衬底203的方向，所述LED芯片201发射的光线可以分为两个方向，即分别为远离反射衬底203的方向与射向反射衬底203的方向：
对于向远离反射衬底203方向传播的光线220，其被帽层217的半球形区域会聚后发射出去；而对于向反射衬底203方向传播的光线221，由于所述锥形反射凹坑205及反射衬底203表面的反射，光线在反射后会重新向远离反射衬底203的方向传播。同时，由于所述LED芯片201为透明材料，因此，所述反射后的光线仍可以透过LED芯片201并继续向发光装置的外部传播。
可以看出，相较于现有技术的白光LED发光装置，本发明采用的反射衬底中包含有锥形反射凹坑，所述锥形反射凹坑与反射衬底将射向基座的光线反射回去，这部分光线得以重新利用，从而使得封装后的LED芯片的出光效率有效提高。
对于本发明白光LED发光装置中的LED芯片与反射衬底，在实际应用中，可以采用键合方式实现这两个部件的连接。
特别的，对于LED芯片，其通常采用在蓝宝石衬底外延氮化镓等半导体材料的方法形成，所述用于形成LED芯片的蓝宝石衬底可以作为反射衬底使用。相应的，这种结构的LED芯片及反射衬底结构的制作方法可以包括：
在所述蓝宝石衬底上形成LED管芯结构；
将所述LED管芯结构从蓝宝石衬底上分离；
采用各向异性腐蚀的方法在所述蓝宝石衬底上形成锥形反射凹坑；
将所述LED管芯结构与蓝宝石衬底键合；
将所述蓝宝石衬底划片，形成LED芯片。
在划片后，每个LED芯片均与对应的反射衬底相连接，所述LED芯片及反射衬底即可同时装入基座中。
可以看出，依上述加工步骤形成的LED芯片及反射衬底有效利用了形成LED管芯结构的蓝宝石衬底，还提高了LED芯片封装后发光装置的出光效率。
本发明的白光发光装置在基座中嵌入了包含有锥形反射凹坑的反射衬底，所述反射衬底及其中的锥形反射凹坑使得从LED芯片发射向基座的光线可以反射出去，从而有效提高了出光效率。
应该理解，此处的例子和实施例仅是示例性的，本领域技术人员可以在不背离本申请和所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，做出各种修改和更正。

Claims (9)

1.一种白光LED发光装置，其特征在于，包括LED芯片、反射衬底、基座、帽层、第一引脚与第二引脚，其中，
所述反射衬底位于LED芯片下方，所述反射衬底面向LED芯片的一侧形成有锥形反射凹坑，所述锥形反射凹坑的开口区域位于LED芯片下方，所述LED芯片悬置于所述锥形反射凹坑上，所述LED芯片远离反射衬底的一面涂覆有荧光材料；
所述基座用于承载反射衬底与LED芯片，所述反射衬底嵌于基座中，所述基座与第二引脚直接相连；
所述LED芯片、反射衬底以及基座均为帽层所覆盖，所述帽层面向LED芯片的一侧呈半球状；
所述LED芯片包含有第一电极与第二电极，所述第一电极通过金属导电丝连接至第一引脚，所述第二电极通过导电胶与基座电连接并由第二引脚引出。
2.如权利要求1所述的白光LED发光装置，其特征在于，所述LED芯片为蓝光LED芯片，所述蓝光LED芯片采用氮化镓材料形成，所述氮化镓材料包含有P型掺杂层、量子阱有源层以及N型掺杂层，所述P型掺杂层作为LED芯片的第一电极，N型掺杂层作为LED芯片的第二电极。
3.如权利要求2所述的白光LED发光装置，其特征在于，所述荧光材料为含YAG荧光粉。
4.如权利要求3所述的白光LED发光装置，其特征在于，所述YAG荧光粉为含Ce3+的荧光粉。
5.如权利要求1所述的白光LED发光装置，其特征在于，所述导电胶为导电银胶、导电铝胶或导电银铝胶。
6.如权利要求1所述的白光LED发光装置，其特征在于，所述反射衬底采用蓝宝石材料、硅、碳化硅形成。
7.如权利要求1所述的白光LED发光装置，其特征在于，所述锥形反射凹坑的表面形成有抗反射层。
8.如权利要求1所述的白光LED发光装置，其特征在于，所述反射衬底中形成有一个以上的锥形反射凹坑。
9.如权利要求1所述的白光LED发光装置，其特征在于，所述锥形反射凹坑斜面与承载LED芯片的承载面的夹角为35度至55度。
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