CN102386290A

CN102386290A - 发光二极管封装结构

Info

Publication number: CN102386290A
Application number: CN2010102666930A
Authority: CN
Inventors: 洪梓健; 沈佳辉
Original assignee: Rongchuang Energy Technology Co ltd; Zhanjing Technology Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Rongchuang Energy Technology Co ltd; Zhanjing Technology Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-21

Abstract

一种发光二极管封装结构，其包括一基板、形成于基板上的三发光芯片及分别位于至少二发光芯片的光路上的至少二荧光粉层，每一发光芯片包括一第一N型半导体层、一P型半导体层及一位于P型半导体层及N型半导体层之间的发光层，任一发光芯片的发光层面积与其最终出射光在三发光芯片的混光中所占的比重成正比。本发明的发光二极管封装结构的电路结构较为简单，可节省整体成本。

Description

发光二极管封装结构

技术领域

本发明涉及一种二极管封装结构，特别是指一种发光二极管封装结构。

背景技术

发光二极管凭借其高光效、低能耗、无污染等优点，已被应用于越来越多的场合之中，大有取代传统光源的趋势。

业界常采用发光二极管通过混光方式产生光学特性适当的光线以实现照明或者调节气氛目的，例如，为产生出日常照明所需之白光，目前业界通常采用两种混光方法：一种是蓝光芯片与黄色荧光粉搭配的方式；另一种是红色芯片+蓝光芯片+绿光芯片搭配的方式。然而，前一种混光方式由于仅有两种颜色的光参与混合，导致最终合成的白光演色性(color rendering index)不足，特别是红光的频谱范围尤其缺乏。后一种混光方式中由于三种芯片的发光效率各有不同，特别是绿光芯片的发光效率远低于其他两种芯片的发光效率(绿光芯片的发光效率为红光芯片发光效率的1/3，为蓝光芯片发光效率的1/6)。然而，为合成理想的白光，绿光所占的比重又必须达到最大。因此在设计发光二极管时必须通过电流的调配来调节各芯片的出光强度，使最终混光不致出现偏色现象。显然，为各芯片调配相应的电流将使发光二极管的电路结构较为复杂，导致整体成本较高。

发明内容

提供一种低成本的多波段混光的发光二极管封装结构。

一种发光二极管封装结构，其包括基板、形成于基板上的三发光芯片及位于该三个发光芯片中的至少两个的光路上的至少二荧光粉层，该至少二发光芯片发出的光通过该至少二荧光粉层后产生不同波段的光，每一发光芯片包括第一N型半导体层、P型半导体层及位于P型半导体层及N型半导体层之间的发光层，其特征在于：任一发光芯片的发光层面积与其最终出射光在三发光芯片出射光的混光中所占的强度比重成正比。

发光二极管封装结构将发光芯片的发光层面积设计为与其最终出射光在混光中所占的比重成正比，即是说，最终出射光在混光中所占比重越大，发光层面积相对来说也就越大。由于发光强度与发光面积成比例关系，因此发光层面积越大的发光芯片所具有的光强也就越大，从而使最终出射光在混光中的比值越高，以混合出理想的光线。由于仅需改变各发光芯片的发光层面积就可达到所需的混光，而无需借助特殊的电路结构来调节各发光芯片的电流，因此发光二极管封装结构的电路相对简单，成本低，有利于产业的推广应用。

下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明第一实施例的发光二极管封装结构的剖面图。

图2为图1的发光二极管封装结构的俯视图。

图3为本发明第二实施例的发光二极管封装结构的剖面图。

图4为本发明第三实施例的发光二极管封装结构的剖面图。

主要元件符号说明

基板 10

第一发光芯片 20

N型半导体层 22、32、42、80

P型半导体层 24、34、44

发光层 26、36、46

第二发光芯片 30

第三发光芯片 40

第一荧光粉层 50

第二荧光粉层 60

第三荧光粉层 70

具体实施方式

请参阅图1-2，示出了本发明第一实施例的发光二极管封装结构。该发光二极管封装结构包括一层基板10及生长于基板10上的三发光芯片20、30、40。该基板10可由蓝宝石、硅、碳化硅等合适的生长材料所制成。该三发光芯片20、30、40包括一第一发光芯片20、一第二发光芯片30及一第三发光芯片40。该三发光芯片20、30、40是由连续生长于基板10上的一N型半导体层22、32、42、一P型半导体层24、34、44及一位于P型半导体层24、34、44及N型半导体层22、32、42之间的发光层26、36、46通过蚀刻等方法横向截断而成，由此，每一发光芯片20、30、40均包括一N型半导体层22、32、42、一P型半导体层24、34、44及一位于P型半导体层24、34、44及N型半导体层22、32、42之间的发光层26、36、46。该P型半导体层24、34、44、N型半导体层22、32、42及发光层26、36、46的制造材料优选为GaN，以发出紫外波段范围的光线。该第二发光芯片30的发光层36面积大于第三发光芯片40的发光层46面积，并小于第一发光芯片20的发光层26面积，优选地，该第一发光芯片20、第二发光芯片30及第三发光芯片40的发光层26、36、46面积比值为6∶3∶1。该第一发光芯片20上涂有一第一荧光粉层50，第二发光芯片30上涂有一第二荧光粉层60，第三发光芯片40上涂有一第三荧光粉层70。该第一荧光粉层50为一掺杂有绿色荧光粉颗粒的封胶层，第二荧光粉层60为一掺杂有红色荧光粉颗粒的封胶层，第三荧光粉层70为一掺杂有蓝色荧光粉颗粒的封胶层。该绿色荧光粉可由SrAl₂O₄、SrGa₂S₄、(Zn，Cd)S及YBO₃，Y2SiO₃等材料所制成；红色荧光粉可由SrS、Sr₂Si₅N₈及Gd₂O₂S等材料所制成；蓝色荧光粉可由ZnS、Sr₅(PO₄)Cl及BaMgAl₁₀O₁₇等材料所制成。通常而言，采用三基色合成的白光中所需绿光比重最大，红光次之，蓝光最少。另一方面，由于发光芯片20、30、40的发光强度与其发光层26、36、46面积成正比关系，即发光层26、36、46面积越大，其发光强度越大，因此第一发光芯片20的发光层26面积最大，以使经过绿色的第一荧光粉层50转换成的绿光的强度达到最大，第三发光芯片40的发光层46面积最小，以使经过蓝色第三荧光粉层70转换成的蓝光的强度最小，面积居中的第二发光芯片30发出的紫外光经红色的第二荧光粉层60转换之后所产生的红光强度介于二者之间。由此，各发光芯片30、30、40的最终出射光中绿光所占的比重最大，红光次之，蓝光最少，从而合成较为理想的白光。特别地，由于白光中绿光、红光及蓝光的强度比重在6∶3∶1时能达到良好的混光效果，因此第一发光芯片20、第二发光芯片30及第三发光芯片40的发光层26、36、46面积也优选为6∶3∶1。经由此种发光层26、36、46面积差异化设计，各发光芯片20、30、40发出的光经各自的荧光粉层50、60、70转换后得到的最终出射光可以预定的比重混合，从而使合成的白光接近日光的效果。

如图3所示，可以理解地，该三发光芯片20、30、40由于是由连续生长的P型半导体层24、34、44、N型半导体层22、32、42及发光层26、36、46截断而成，在确保发光层26、36、46面积满足上述条件的情况下，三发光芯片20、30、40还可共用一N型半导体层80，即仅截断P型半导体层24、34、44及发光层26、36、46而保留N型半导体层80，同样能起到上述较佳的混光作用。

图4示出了本发明另一实施例的发光二极管封装结构，与前一实施例不同的是，其各发光芯片20、30、40的发光层26、36、46所发出的光线位于蓝光波长范围内。由于本身即可发出蓝光，因此第三发光芯片30未配备蓝色的第三荧光粉层70。第一发光芯片20发出的最终出射光为经过第一绿色荧光粉层50转换之后的绿光，第二发光芯片30发出的最终出射光为经过第二红色荧光粉层60转换之后的红光，第三发光芯片40发出的最终出射光则为未经过荧光粉转换的初始蓝光。由于第一发光芯片20、第二发光芯片30及第三发光芯片40的发光层26、36、46面积呈递减变化，因此各发光芯片20、30、40的最终出射光中绿光的比重最大而蓝光的比重最小。特别地，第一发光芯片20、第二发光芯片30及第三发光芯片40的发光层26、36、46面积比也优选为6∶3∶1。

由于是通过各发光芯片20、30、40的发光层26、36、46面积的分配来对各发光芯片20、30、40的输出光强进行调节，从而最终混合出较为理想的白光。相比于传统技术中通过复杂的电路结构来调节各发光芯片的电流的方法，发光二极管封装结构的电路结构极为简单，无需为每个发光芯片20、30、40单独调配特定的电流，可有效降低生产成本，有利于业界的推广应用。

此外，由于发光二极管封装结构的各发光芯片20、30、40是直接生长在同一基板10上的，相比于传统技术中的采用不同的多芯片封装的发光二极管而言，可有效防止各发光芯片20、30、40之间间距不易控制而导致占用体积过大的问题，更有利于缩减发光二极管的尺寸。

可以理解地，由于不同材料的荧光粉对于不同波长的发光芯片20、30、40的光的转换效率也不尽相同，因此各发光芯片20、30、40的发光层26、36、46面积还可进一步根据各自的荧光粉层50、60、70的光转换效率进行调整，以使最终混合出的白光更接近实际需求。设定第一荧光粉层50对于第一发光芯片20的光转换效率为E₁，第二荧光粉层60对于第二发光芯片30的光转换效率为E₂，第三荧光粉层70对于第三发光芯片40的光转换效率为E₃，混合白光中绿光、红光及蓝光的比重为I₁∶I₂∶I₃，那么在综合考量荧光粉光转换效率及白光中各颜色所占的比重，第一发光芯片20、第二发光芯片30及第三发光芯片40的发光层面积比值应优选为I₁E₂E₃∶I₂E₁E₃∶I₃E₁E₂。举例而言，假定E₁＝70％；E₂＝60％；E₃＝75％，且I₁∶I₂∶I₃＝6∶3∶1，那么第一发光芯片20、第二发光芯片30及第三发光芯片40的发光层26、36、46面积比值大致应为6.4∶3.8∶1。此外，对于未使用荧光粉的发光芯片40而言，其光转换效率应为100％，对应到后一实施例中的第三发光芯片40，其E₃应当为1。

上述实施例以产生理想白光为例，可以理解地，本发明的发光二极管封装结构也可以根据照明、调节气氛或演色性需要通过调节上述发光芯片的面积而产生其他色温的光线。

Claims

1.一种发光二极管封装结构，其包括基板、形成于基板上的三发光芯片及位于该三个发光芯片中的至少两个的光路上的至少二荧光粉层，该至少二发光芯片发出的光通过该至少二荧光粉层后产生不同波段的光，每一发光芯片包括第一N型半导体层、P型半导体层及位于P型半导体层及N型半导体层之间的发光层，其特征在于：任一发光芯片的发光层面积与其最终出射光在三发光芯片出射光的混光中所占的强度比重成正比。

2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：该三发光芯片为第一发光芯片、第二发光芯片及第三发光芯片，该三发光芯片均生长于该基板上。

3.如权利要求2所述的发光二极管封装结构，其特征在于：至少二荧光粉层包括对应于第一发光芯片的第一荧光封层及对应于第二发光芯片的第二荧光粉层，第一荧光粉层包含绿色的荧光粉，第二荧光粉层包括红色的荧光粉。

4.如权利要求3所述的发光二极管封装结构，其特征在于：该三发光芯片为蓝光发光芯片。

5.如权利要求3所述的发光二极管封装结构，其特征在于：至少二荧光粉层还包括对应第三发光芯片的第三荧光粉层，该第三荧光粉层包括蓝色的荧光粉。

6.如权利要求5所述的发光二极管封装结构，其特征在于：该三发光芯片为紫外发光芯片。

7.如权利要求1至6任一项所述的发光二极管封装结构，其特征在于：第一发光芯片、第二发光芯片及第三发光芯片的发光层面积逐渐减小。

8.如权利要求7所述的发光二极管封装结构，其特征在于：第一发光芯片、第二发光层芯片及第三发光层芯片的发光层面积比为6∶3∶1。

9.如权利要求4所述的发光二极管封装结构，其特征在于：第一荧光粉层的光转换效率为E₁，第二荧光粉层的光转换效率为E₂，混光中绿光、红光及蓝光所占比重为I₁∶I₂∶I₃，第一发光芯片、第二发光芯片及第三发光芯片的发光层面积比为I₁E₂∶I₂E₁∶I₃E₁E₂。

10.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其特征在于：第一荧光粉层的光转换效率为E₁，第二荧光粉层的光转换效率为E₂，第三荧光粉层的光转换效率为E₃，混光中绿光、红光及蓝光所占比重为I₁∶I₂∶I₃，第一发光芯片、第二发光芯片及第三发光芯片的发光层面积比值为I₁E₂E₃∶I₂E₁E₃∶I₃E₁E₂。

11.如权利要求1至6任一项所述的发光二极管封装结构，其特征在于：该三发光芯片的P型半导体层、N型半导体层及发光层彼此断开。

12.如权利要求1至6任一项所述的发光二极管封装结构，其特征在于：该三发光芯片的P型半导体层及发光层彼此断开，N型半导体层连接为一整体。