CN102931307B - 一种led器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED器件，采用三维芯壳球体结构，包括：芯部三维导电模块，及其上的一条引线；芯部三维导电模块外表面依次包裹有P(N)型纳米半导体薄膜层、N(P)型纳米半导体薄膜层、透明导电薄膜层和玻璃薄膜层；透明导电薄膜层上连接有一条导线，该导线延伸到玻璃薄膜层外部。本发明的LED器件，可实现出射面在360度范围的各位置上沿轴向的出射光，即出射角均为90°，从而在整个器件表面各点得到相同且最大的发光强度和均匀的色温分布；采用纳米半导体薄膜材料和涂覆玻璃薄膜层用以封装和保护，避免传统工艺导致器件尺寸的显著增加，使器件趋于质轻小巧化，有利于器件向集成化方向发展。

Description

一种LED器件

技术领域：

本发明涉及电子照明器件领域，具体是一种涉及LED的发光器件。

背景技术：

发光二级管(Lightemittingdiode，简称LED器件)是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED器件的半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，多数载流子为空穴；另一端是N型半导体，多数载流子为电子。当电流作用于这个PN结的时候，电子就会被推向P区，空穴被推向N区，由于能级势垒，电子或空穴到达P区或N区，再发生电子和空穴的复合，以光子形式发出能量。

与普通白炽灯、节能灯、三基色荧光灯相比，LED器件具有更长的寿命和更高的光效。但是，LED器件的造价昂贵使其不能够深入千家万户，并且散热问题是该领域的一大瓶颈。因此，制备低成本和散热性能良好的LED器件，是使LED照明技术其能够得到广泛应用的关键。

目前的LED器件多数为片状，只能向前侧一定角度内发射光照射，由于单个出光面比较窄，不能满足大照射范围的需要，因此高亮度LED器件通常是将LED大规模集成在线路板上，采用排列的方式来达到扩大照射面积及提高亮度的目的。然而，即使能使亮度增加，却也没法扩大足够的照射面积，因而局限了LED器件的使用范围，多能作为装饰性灯具。同时，LED器件的视角和照度特性决定了必须采用多头的组合，通过增加LED器件数量来增加面积反而增加了成本，增加了大量热量的产生和聚集，并且由于照射角的限制使得LED器件的发光强度和色温不均匀，降低了发光效率。另外，有些LED器件具有不集中的出光方向，顶面和侧面也会发光，但是，在LED器件的电极制备和封装结构中，并没有很好的考虑除顶部之外发出的光线，这些光线大都被周围障碍物吸收而损失掉。因此，需要一种能够实现全方位高强度发射，色温均匀，并且质轻、体积小的LED器件器件，从而降低成本、改善色温，并有利于高亮度和集成化。

在专利JP1163398(A)中，涉及一种LED器件和制备方法，N型半导体结为球体，P型半导体结是由P型半导体薄膜层包裹在N型半导体结外面，然后对整个球体LED器件底部进行切割，切割位置镀上金属作为电极，最终形状为半球体。此LED器件，由于底部电极的制备，而将球体切割成半球体，不能使LED器件发出所有的光线，也就是说一部分光线被遮挡或吸收而损失掉；而且该底部电极的制备需切割P、N型半导体结来制备电极接触位置，切割会对P、N型半导体结造成损伤，降低器件的性能；对LED器件的保护封装方法仍采用传统方法，不利于器件的轻质小型化。

发明内容：

为解决上述难题，克服上述现有技术存在的不足，本发明提出一种LED器件，旨在制备轻量、小巧的LED器件，采用纳米半导体薄膜材料制备PN结以及采用涂覆法制备玻璃薄膜封装层，避免传统工艺导致器件尺寸的显著增加和大量热量的聚集的弊端，克服现有LED器件散热问题。

本发明的另一个目的是将LED器件的结构从传统的二维形式转换为三维结构，使LED器件的在整个出射面的出射光线始终沿轴心方向，使整个器件的色温分布均匀，减少热量的产生，提高散热面积，降低制造成本。

本发明的一种LED器件，所使用的芯部三维导电模块为球体。

本发明的一种LED器件，用于LED器件的芯部三维导电模块的结构可以包括内外两层，也可以只有一层。对于包括内外两层的芯部三维导电模块，其中，内层材料可以是任意材料，并且在内层材料上覆盖有外层导电膜。

本发明的一种LED器件，在芯部三维导电模块外表面紧密覆盖着N或P型纳米半导体薄膜层和透明导电薄膜层，降低器件重量，使得制备出的器件具有轻量小巧型特点。

本发明的一种LED器件，最外层采用涂覆法在器件外表面覆盖一层玻璃薄膜层用以封装整个LED器件，减少晶体内光吸收，增加出光量，并且减小了器件尺寸，为制备微型化器件创造了条件。

本发明的一种LED器件，所述P或N型纳米半导体薄膜层、所述N或P型纳米半导体薄膜层、所述透明导电薄膜层各自具有一通孔；所述P或N型纳米半导体薄膜层、所述N或P型纳米半导体薄膜层、所述透明导电薄膜层的通孔相互对准；

所述玻璃薄膜层具有两个具有一定间距的通孔，所述玻璃薄膜层的一个所述通孔与所述P或N型纳米半导体薄膜层、所述N或P型纳米半导体薄膜层、所述透明导电薄膜层的通孔相对准；

所述芯部三维导电模块的所述引线穿过所述P或N型纳米半导体薄膜层、所述N或P型纳米半导体薄膜层、所述透明导电薄膜层、和所述玻璃薄膜层的通孔；所述透明导电薄膜层上的所述导线穿过所述玻璃薄膜层的通孔。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种LED器件，该LED器件使用芯部三维导电模块做为衬底和电极，三维结构的LED器件和最外层的玻璃薄膜层的涂覆封装技术相结合，使得LED器件的整个出射面的出射光线始终沿轴心方向，并且由于玻璃薄膜层减少了晶体内吸收，从而保证了整个LED器件的出射面在0-360°范围的各个位置上的出射光强度相同并且最大，打破传统LED器件照射角的限制；不需要反射层，在整个出光面上无光衰减，也即照射角达180°，克服现有窄发射角度、发射角度不均一和色温不均匀的缺点，降低热量的聚集，加快散热，从而得到均匀分布的色温。并且可以实现LED器件形状的多样性，提高了器件使用的灵活性和适应复杂结构的能力。本发明采用纳米半导体薄膜层和玻璃薄膜层，从而达到简化制备工艺，节约成本，制备出轻量、小巧结构的器件，加速热量的发散的目的。

下面将结合附图和具体实施例来对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是本发明的一优选实施例的LED器件的主视剖面示意图

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的，以下结合实施例并配合附图详细予以说明。

请参阅图1，图1是本发明的一个优选实施例的LED器件的主视剖面示意图。

本发明的一个优选实施例的一种LED器件包括：

芯部三维导电模块1、带绝缘皮的导线2、P或N型纳米半导体薄膜层3、N或P型纳米半导体薄膜层4、透明导电薄膜层5、玻璃薄膜层6、导线7。

本发明的三维导电模块1可以为球体。为了便于说明，本实施例中采用芯部三维导电模块1为球体的实施例予以详细说明本发明的技术内容和有益效果，并不用于限制本发明。

本发明的芯部三维导电模块1为金属球体，材料可以是金属铜，也可以是金属铝；带绝缘皮的导线2与芯部三维导电模块1连接并引伸到玻璃薄膜层6外部；P或N型纳米半导体薄膜层3包裹在三维导电模块1外表面，并与其紧密接触；N或P型纳米半导体薄膜层4包裹在P或N型纳米半导体薄膜层3外表面，并与其紧密接触；透明导电薄膜层5包裹在N或P型纳米半导体薄膜层4外表面，并与其紧密接触；导线7一端与透明导电薄膜层5紧密接触，另一端引伸到玻璃薄膜层6外部；玻璃薄膜层6包裹在透明导电薄膜层5外表面，并与其紧密接触。

P或N型纳米半导体薄膜层3、N或P型纳米半导体薄膜层4、透明导电薄膜层5各自具有一通孔；P或N型纳米半导体薄膜层3、N或P型纳米半导体薄膜层4、透明导电薄膜层5的通孔相互对准；

玻璃薄膜层6具有两个具有一定间距的通孔，玻璃薄膜层6的一个通孔与P或N型纳米半导体薄膜层3、N或P型纳米半导体薄膜层4、透明导电薄膜层5的通孔相对准；

芯部三维导电模块1的引线2穿过P或N型纳米半导体薄膜层3、N或P型纳米半导体薄膜层4、透明导电薄膜层5、和玻璃薄膜层6的通孔；透明导电薄膜层5上的导线7穿过玻璃薄膜层6的通孔。

本实施例中，可以但不限于采用化学溶液方法进行外延生长，也可以采用溶胶涂覆法把P或N型纳米半导体薄膜层3和N或P型纳米半导体薄膜层4依次逐层制备。

本实施例中，可以但不限于采用溶胶凝胶涂覆法将透明导电薄膜层5和玻璃薄膜层6依次逐层制备。

特别的，带绝缘皮的导线2是连接在芯部三维导电模块1上，并从芯部三维导电模块1穿透到玻璃薄膜层6外部。其中，带绝缘皮的导线2的直径小于1000微米。该带绝缘皮的导线2直径越小，对LED器件的发射光线影响越小，从而力求360°范围的全方位发射。因此，在本发明中的带绝缘皮的导线2和导线7直径均小于1000微米。

P或N型纳米半导体薄膜层3、N或P型纳米半导体薄膜层4、透明导电薄膜层5和玻璃薄膜层6的厚度均小于1000微米。这样可以减轻LED器件的，减小LED器件的体积，有利于器件的集成化。

本发明LED器件在通电使用时，导线7将透明导电薄膜层5与外部电源连接。

带绝缘皮的导线2和导线7外接电极，分别接电源的负(正)、正(负)极，形成正向回路，在一定的正向偏压下，将LED器件导通，从而使得光线沿整个LED器件的各个方向向外发射，实现360°范围内大角度发射，器件表面各点的发射光线均垂直与表面出射，达到相同的发射强度，使色温趋向于均匀，提高LED器件的单位面积的亮度。而且，由于LED器件采用薄膜层逐层包裹，使器件趋于质轻、小巧，使得器件便于集成化。

上述所列的优选的实施例是非限制性的，对于本领域的技术人员来说，在不偏离本发明的范围，进行的各种改进和变化，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种LED器件，采用三维芯壳结构，其特征在于，包括：

芯部三维导电模块以及引线，作为LED器件的一个芯部电极；所述引线为带绝缘皮的导线，是从所述芯部三维导电模块引出到所述LED器件外部；

位于所述芯部三维导电模块外表面的具有第一种掺杂类型的纳米半导体薄膜层；

位于所述具有第一种掺杂类型的纳米半导体薄膜层外表面的具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层；所述第二种掺杂类型与所述第一种掺杂类型相反；

位于所述具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层外表面的透明导电薄膜层；

位于所述透明导电薄膜层外表面的玻璃薄膜层，作为封装层；

在所述的透明导电薄膜层上连接一条导线，该导线延伸到玻璃薄膜层外部；其中，所述芯部三维导电模块依次被所述的具有第一种掺杂类型的半导体薄膜层、所述的具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述透明导电薄膜层、所述玻璃薄膜层紧密包裹；

所述引线和所述导线的直径均小于1000微米；所述的具有第一种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述透明导电薄膜层和所述玻璃薄膜层的厚度均小于1000微米；

所述具有第一种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述透明导电薄膜层各自具有一通孔；所述具有第一种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述透明导电薄膜层的通孔相互对准；

所述玻璃薄膜层具有两个具有一定间距的通孔，所述玻璃薄膜层的一个所述通孔与所述具有第一种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述透明导电薄膜层的通孔相对准；

所述芯部三维导电模块的所述引线穿过所述具有第一种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层、所述透明导电薄膜层、和所述玻璃薄膜层的通孔；所述透明导电薄膜层上的所述导线穿过所述玻璃薄膜层的通孔。

2.根据权利要求1所述的LED器件，其特征在于：所述芯部三维导电模块，其形状为球体。

3.根据权利要求2所述的LED器件，其特征在于：所述的芯部三维导电模块，可以是内外壳核两层，也可以只是一核。

4.根据权利要求3所述的LED器件，其特征在于：所述的芯部导电模块是内外壳核两层的，其中核的材料可以是任意材料，壳层为导电薄膜。

5.根据权利要求1所述的LED器件，其特征在于：所述的具有第一种掺杂类型的纳米半导体薄膜层和所述的具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层，均是由一维的具有晶体取向性的纳米材料构成的。

6.根据权利要求1所述的LED器件，其特征在于：所述的玻璃薄膜层是采用涂覆法在整个器件外表面涂覆一层玻璃薄膜得到的。

7.根据权利要求1所述的LED器件，其特征在于：所述具有第一种掺杂类型的纳米半导体薄膜层为P型纳米半导体薄膜层，所述具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层为N型纳米半导体薄膜层。

8.根据权利要求1所述的LED器件，其特征在于：所述具有第一种掺杂类型的纳米半导体薄膜层为N型纳米半导体薄膜层，所述具有第二种掺杂类型的纳米半导体薄膜层为P型纳米半导体薄膜层。