CN105845813B - 一种led发光器件及led光源 - Google Patents

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Abstract

本发明具体公开了一种LED发光器件及LED光源，该LED发光器件包括垂直结构的LED芯片，该LED发光器件还包括有一上基板和下基板，所述上基板和下基板扣合形成一个LED容纳腔将LED芯片包围在其内；所述LED芯片的P电极通过下基板上设置的P电极引出电路引出；所述LED芯片的N电极与上基板上布设的N电极连接层电连接，N电极连接层通过LED容纳腔侧壁上设置的引导线路连接至下基板引出；所述上基板和下基板的封装连接处都采用无机材料连接，所述上基板为透明基板。本发明不仅寿命更长，而且其LED的出光损失也更小。

Description

一种LED发光器件及LED光源
技术领域
本发明属于LED技术领域，具体涉及一种采用全无机材料封装的LED发光器件及LED光源。
背景技术
LED具有体积小，驱动电压低，发光效率高，寿命长等优点，已经在很多的照明及装饰产品中使用。而能发出紫外光的LED，随着发光效率的提升，在固化，鉴别，探测，杀菌，消毒等领域的应用也很多。
现有的大功率紫外光LED，其封装依旧不能避免使用有机材料，长期使用过程中，有机材料在紫外光照射下老化变质，造成密封性差，透过性差，影响产品的使用。
而且现有的垂直结构LED封装结构，如图1所示，N电极22和P电极23分别位于LED芯片21的上、下两侧，做引线键合时一般将P电极23通过焊锡层24与下基板27上的电极层26相连接，N电极通过金线25与电极层26电连接。由于金线25比较细，需要在LED芯片21及金线25上面封盖透明基板28，一般为石英玻璃基板，作为紫外光的透出窗口和芯片及金线的保护层。
石英玻璃基板与下基板之间，一般通过胶黏剂粘结完成密闭封装，整个封装结构比较大，芯片之间不能紧密排列，紫外光能量密度比较低，满足不了一些对小体积和高能量密度有要求的用途。
同时，由于金线的拱起高度，该石英玻璃基板跟芯片的发光层之间有几毫米的距离，紫外光尤其是深紫外光在经过空气时有较大衰减。而且，石英玻璃基板与下基板之间一般通过胶黏剂粘结完成密闭封装，胶黏剂这类有机材料在紫外线的作用下很容易老化，从而使得基板与下基板连接失效进入水气等直接影响LED芯片寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种LED发光器件及LED光源，其不仅能够实现全无机材料封装，而且其LED的出光损失也更小。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种LED发光器件，该LED发光器件包括垂直结构的LED芯片，该LED发光器件还包括有一上基板和下基板，所述上基板和下基板扣合形成一个LED容纳腔将LED芯片包围在其内；所述LED芯片的P电极通过下基板上设置的P电极引出电路引出；所述LED芯片的N电极与上基板上布设的N电极连接层电连接，N电极连接层通过LED容纳腔侧壁上设置的引导线路连接至下基板引出；所述上基板和下基板的封装连接处都采用无机材料连接，所述上基板为透明基板。
进一步的，所述下基板上设置有表面电极和底部电极，表面电极通过基板通孔与底部电极连接，LED芯片的P电极通过与表面电极连接，进而将P电极导引至底部电极；所述上基板设置有透明导电层，LED芯片的N电极与上基板的透明导电层相连接，透明导电层通过下基板侧壁的表面电极连接至下基板的底部电极，从而将LED芯片的N电极从上往下引出。
进一步的，所述上基板和下基板通过金属焊料实现无机密封连接。
进一步的，在所述透明导电层下还设置有一导电线路连接层。
进一步的，所述下基板上设置有表面电极和底部电极，表面电极通过基板通孔与底部电极连接，LED芯片的P电极通过与表面电极连接，进而将P电极导引至底部电极；所述上基板上直接设置有一导电线路连接层，LED芯片的N电极与上基板的导电线路连接层相连接，导电线路连接层通过下基板侧壁的表面电极连接至下基板的底部电极，从而将LED芯片的N电极从上往下引出。
进一步的，所述导电线路连接层在芯片正上方呈长条形，导电线路连接层还分布在上基板的四周。
进一步的，所述上基板为透明上基板，在上基板上设置有相互连通的透明导电层和导电线路连接层，透明导电层与LED芯片的N电极连接，导电线路连接层通过一导电柱连接到下基板的表面电极；所述上基板和下基板之间通过绝缘边框围闭形成LED容纳腔。
进一步的，所述上基板为透明上基板，所述上基板上设置有相互连通的透明导电层和导电线路连接层，透明导电层与LED芯片的N电极连接，导电线路连接层通过一导电柱连接到下基板的表面电极；所述上基板和下基板之间通过金属边框围闭形成LED容纳腔，金属边框与下基板上的表面电极之间设置有绝缘层。
进一步的，该LED发光器件包括多颗相同连接结构的LED芯片。
一种LED光源，包括前述任一项所述的LED发光器件，在所述LED发光器件外连有驱动其工作的电源电路或控制电路。
本发明省略了金线结构，巧妙地将LED芯片的N电极通过上基板布线的方式从侧边导引至下基板引出，可以使得上基板与LED芯片之间紧密贴合，二者间距变得更小，从而大大降低了LED芯片的出光损失。
不仅如此，本发明采用上基板和下基板扣合形成一个LED容纳腔，这种结构在布线引导N电极的同时可以在上下基板边缘布设无机连接线路，比如四周采用金属连接层通过焊锡封装。因此，采用本发明结构很容易实现上、下基板之间用全无机材料的封装，进而改变有机封装老化的问题，使得本发明结构更加牢固可靠。而且，本发明整个封装结构因为没有金线弧度的影响，体积可以变得更紧凑，有利于LED小型化应用。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图；
图2是本发明实施例1的结构示意图；
图3是本发明实施例2的结构示意图；
图4是本发明实施例3的俯视图意图；
图5是图4的A轴线剖视图；
图6是图4的B轴线剖视图；
图7是本发明实施例4的结构示意图；
图8是本发明实施例4上基板的结构示意图；
图9是本发明实施例5的结构示意图；
图10是本发明实施例6的结构示意图。
图中：
21、LED芯片 22、N电极
23、P电极 24、焊锡层
25、金线 26、电极层
27、下基板 28、透明基板
101、LED芯片 102、N电极
103、P电极
104、上基板 105、透明导电层
106、导电线路连接层 107、芯片连接层
108、下基板 109、底部电极
110、表面电极 111、连接层
112、导电柱 113、绝缘边框
114、绝缘层 115、金属边框
116、波长转换层
具体实施方式
为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。
实施例1
如图2所示，本实施例公开了一种LED发光器件，该LED发光器件包括LED芯片101、上基板104和下基板108，上基板104和下基板108扣合形成一个LED容纳腔，将LED芯片101包围在其内。图中，下基板的剖视图为U型结构，并不代表对本发明的限制，等效结构还可以为上基板为倒U形结构，下基板为平板结构，这种简单的改变都是本发明的保护范围。
其中，LED芯片101为垂直结构的紫外LED芯片，其芯片发光波长范围为240-420nm，芯片N电极102和芯片P电极103分别位于芯片的上、下两侧，芯片N电极102的材料为Cr-Au镀层，芯片P电极103的材料为AuSn合金层。
其中，下基板108为氮化铝陶瓷基板，其上的表面电极110通过基板通孔与底部电极109相连，表面电极110和底部电极109的主要材料均为导电金属层。LED芯片101的P电极103通过连接层111与表面电极110连接，进而将P电极导引至底部电极109。下基板108上与P电极103连接部分的表面电极110和底部电极109就构成P电极引出电路。
其中，上基板104为透明的石英玻璃基板，其一表面设置有透明导电层105，透明导电层的主要材料为ITO。LED芯片101的N电极102通过芯片连接层107与上基板104的透明导电层105相连接，芯片连接层107的材料为Au凸点。透明导电层105通过连接层111和下基板108侧壁的表面电极110连接至下基板108的底部电极109，从而将LED芯片101的N电极从上往下引出，侧壁的表面电极110为本发明所谓的LED容纳腔侧壁上设置的引导线路。
其中，上基板104和下基板108的连接层111与下基板的表面电极110相连，连接层111的主要材料为焊锡，从而完成LED芯片的电路连接和无机密封。
需要说明的是附图仅仅是为了方便识别和理解才将LED芯片和上基板的间距画这么大，本发明实际结构中LED芯片101与上基板104之间的N电极102与芯片连接层107非常薄，两者几乎没有间隙。因为没有了金线，二者是直接连接，芯片连接层的高度很小，故由LED芯片与上基板之间间隙带来的光损失也会减少。整个封装结构因为没有金线弧度的影响，体积也可以变得更紧凑。
同时，该实施例实现了垂直结构LED芯片在上、下基板之间用全无机材料(表面电极110、连接层111和透明导电层105)的封装，不会受紫外光的影响，从而使得基板与下基板连接更加可靠。
实施例2
如图3所述，本实施例也公开了一种LED发光器件，其主体结构与实施例1相同，其不同在于：本实施为了提高电气连接性能，在透明导电层105下还设置了一层导电线路连接层106，导电线路连接层106的主要材料为Ti-Au镀层。
实施例3
如图4、图5、图6所示，本实施公开了一种具有四颗垂直结构LED芯片的结构示意图；本实施例在实施例2基础上重复设置了四个相同的LED芯片。
如图4所示，透过上基板看到有四颗并排的LED芯片201，图5是图4A轴线剖视图，即是其中一颗LED芯片的纵向剖视图，由附图5和附图3比较可知，二者结构完全相同，附图中仅仅是为了区别多颗情况做出了不同的标识，比如附图3中是单颗LED的情况，图中101表示LED芯片，附图5为了区别就将LED芯片标识为了201，比如202表示芯片的N电极，比如203表示芯片的P电极，其它的结构表示依次类推，不在一一累述。
图6是图4的B轴线剖视图，即是四颗芯片同时被横向剖的示意图，四颗芯片从左到右依次并排，每颗芯片的N电极下引电路结构图就是图5。
本实施例仅仅公开四颗LED芯片的结构，并不代表对本发明LED芯片数量的限制，其仅仅是示意性说明多颗LED芯片的原理。
本实施例根据实际需要制作不同颗的LED芯片，使得本发明应用更加广泛。
实施例4
图7为垂直结构LED芯片封装结构示意图，图8为上基板表面结构俯视图。本实施例与实施例二近似，其结构的不同之处在于：
本实施例省略了透明导电层105，导电线路连接层106直接制备在上基板104上，其主要材料为Ni-Au镀层；芯片N电极102通过芯片连接层107与导电线路连接层106相连，芯片连接层107的主要材料为AuSn合金。本实施例中，导电线路连接层106直接就充当了本发明的N电极连接层。
如图8所示，为了防止导电线路连接层106遮挡LED出光，导电线路连接层106在芯片正上方呈长条形，两个点的芯片连接层107分别对应图7中与N电极102相连的两个点。当然，导电线路连接层106在上基板104上还分布在四周以实现上下基板的封装连接，连接层111的主要材料为锡膏，这种连接不仅牢固而且还能免受紫外光的影响。
实施例5
图9为本实施例的又一种垂直结构LED芯片封装结构示意图。本实施例与实施例一近似，其结构的不同之处在于：
上基板104为透明的陶瓷基板，其一表面设置有透明导电层105，透明导电层的主要材料为ZnO透明导电薄膜；导电线路连接层106制备在上基板104和透明导电层105上，其主要材料为Cr-Au镀层；芯片N电极102通过芯片连接层107连接到透明导电层105上，芯片连接层107的材料为AuSn合金；下基板108为表面已进行绝缘处理的金属基板，表面电极110制备在其绝缘表面上，表面电极110的主要材料为导电金属层；表面电极110上制备有导电柱112，导电柱112的主要材料为Cu；芯片P电极103与表面电极110之间，导电线路连接层106与导电柱112之间，均通过连接层111进行连接，连接层111的材料为锡膏；绝缘边框113用于连接上下基板，从而实现对LED芯片的密封，绝缘边框113的主要材料为封接玻璃；表面电极110有一部分延伸至绝缘边框113的外部，用于和外部驱动电路进行连接。
实施例6
如图10所示，本实施例与实施例5近似，其结构的不同之处在于：
LED芯片101为发射蓝光的垂直结构LED芯片；上基板104为透明的蓝宝石基板，其一表面设置有透明导电层105，透明导电层105的主要材料为ITO透明导电薄膜，其另一表面设置有波长转换层116，波长转换层116的主要材料为荧光粉；导电线路连接层106制备在上基板104和透明导电层105上，其主要材料为Ag镀层；芯片N电极102通过芯片连接层107连接到透明导电层105上，芯片连接层107的材料为AuSn合金；下基板108为陶瓷基板，表面电极110制备在其中一个表面上，表面电极110的主要材料为导电金属层；表面电极110上制备有导电柱112和绝缘层114；芯片P电极103与表面电极110之间，导电线路连接层106与导电柱112之间，均通过连接层111进行连接，连接层111的材料为锡膏。
金属边框115，用于连接导电金属层106和绝缘层114，从而实现对LED芯片的密封，金属边框115的主要材料为膨胀合金；表面电极110有一部分延伸至绝缘层114与金属边框115的外部，用于和外部驱动电路进行连接。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种LED发光器件，该LED发光器件包括垂直结构的LED芯片，其特征在于：
该LED发光器件还包括有一上基板和下基板，所述上基板和下基板扣合形成一个LED容纳腔将LED芯片包围在其内；
所述LED芯片的P电极通过下基板上设置的P电极引出电路引出；
所述LED芯片的N电极与上基板上布设的N电极连接层电连接，N电极连接层通过LED容纳腔侧壁上设置的引导线路连接至下基板引出；
所述上基板和下基板的封装连接处都采用无机材料连接，所述上基板为透明基板；
所述下基板上设置有表面电极和底部电极，表面电极通过基板通孔与底部电极连接，LED芯片的P电极通过与表面电极连接，进而将P电极导引至底部电极；
所述上基板上直接设置有透明导电层，在所述透明导电层下还设置有一导电线路连接层，LED芯片的N电极与上基板的导电线路连接层相连接，导电线路连接层通过下基板侧壁的表面电极连接至下基板的底部电极，从而将LED芯片的N电极从上往下引出，所述导电线路连接层的主要材料为Ti-Au、Ni-Au、Cr-Au或Ag镀层。
2.根据权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于：
所述上基板和下基板通过金属焊料实现无机密封连接。
3.根据权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于：
所述导电线路连接层在芯片正上方呈长条形，导电线路连接层还分布在上基板的四周。
4.一种LED发光器件，该LED发光器件包括垂直结构的LED芯片，其特征在于：
该LED发光器件还包括有一上基板和下基板，所述上基板和下基板扣合形成一个LED容纳腔将LED芯片包围在其内；
所述LED芯片的P电极通过下基板上设置的P电极引出电路引出；
所述LED芯片的N电极与上基板上布设的N电极连接层电连接，N电极连接层通过LED容纳腔侧壁上设置的引导线路连接至下基板引出；
所述上基板和下基板的封装连接处都采用无机材料连接；
所述上基板为透明上基板，在上基板上设置有相互连通的透明导电层和导电线路连接层，透明导电层与LED芯片的N电极连接，导电线路连接层通过一导电柱连接到下基板的表面电极；所述导电线路连接层的主要材料为Ti-Au、Ni-Au、Cr-Au或Ag镀层；
所述上基板和下基板之间通过绝缘边框围闭形成LED容纳腔。
5.一种LED发光器件，该LED发光器件包括垂直结构的LED芯片，其特征在于：
该LED发光器件还包括有一上基板和下基板，所述上基板和下基板扣合形成一个LED容纳腔将LED芯片包围在其内；
所述LED芯片的P电极通过下基板上设置的P电极引出电路引出；
所述LED芯片的N电极与上基板上布设的N电极连接层电连接，N电极连接层通过LED容纳腔侧壁上设置的引导线路连接至下基板引出；
所述上基板和下基板的封装连接处都采用无机材料连接；
所述上基板为透明上基板，所述上基板上设置有相互连通的透明导电层和导电线路连接层，透明导电层与LED芯片的N电极连接，导电线路连接层通过一导电柱连接到下基板的表面电极；所述导电线路连接层的主要材料为Ti-Au、Ni-Au、Cr-Au或Ag镀层；
所述上基板和下基板之间通过金属边框围闭形成LED容纳腔，金属边框与下基板上的表面电极之间设置有绝缘层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的LED发光器件，其特征在于：
该LED发光器件包括多颗相同连接结构的LED芯片。
7.一种LED光源，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的LED发光器件，在所述LED发光器件外连有驱动其工作的电源电路或控制电路。
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