CN1194424C - 具有透明基板倒装式发光二极管芯片的高亮度发光二极体 - Google Patents

Abstract

一种高亮度发光二极体，包括：一底座基板，一具有透明基板的倒装式发光二极管芯片，一覆盖基板。该覆盖基板中央区域具有一孔，其是用倾斜侧壁围成。该倒装式发光二极管芯片容置于该中央区域的孔中。该底座基板以一中置绝缘区域分隔为两部分，其分别与该发光二极体晶粒的两电极连结。该底座基板是以一高热传导性及高电传导性的物质形成，以利高电流传导及热能散逸。一透明树脂或环氧树脂用以将该中央区域的孔填充，并将该发光二极体晶粒封装。由于光线可以直接穿透射出，或由该发光二极体晶粒反射出，或由该孔的侧壁反射导向后，再由该中央区域的孔射出该覆盖基板，故可以发出高强度的光。

Description

具有透明基板倒装式发光二极管芯片的高亮度发光二极体

技术领域

本发明是有关于一种发光二极体，特别是有关于一种具有倒装式发光二极管芯片的高亮度发光二极体。

背景技术

发光二极体由于耗电量少、体积小、使用寿命长，目前广泛地使用于家电音响的指示灯、行动电话的背光光源、发光二极体看板、汽车第三煞车灯等应用。近几年来由于如磷化铝镓铟(AlGaInP)及氮化铟镓铝(AlGaInN)等新的发光二极体材料被成功开发，使发光二极体的亮度能更进一步提高，因此能够在许多应用上以发光二极体取代传统的白炽灯泡。目前在交通号志灯、汽车尾灯及方向灯等应用上，即可见发光二极体的应用。未来随着发光二极体亮度的提高，更可能进一步取代目前常见的荧光灯管及省电灯泡等照明灯源。

一般发光二极体的操作电流为20毫安，操作电压为2～3.5伏特，每一颗发光二极体的操作功率为40～70毫瓦。亦即，目前效率最佳的发光二极体在40～70毫瓦的操作功率下，所能产生的亮度仅为1～5流明(lumen)的光谱。而通常照明所需的光度约为数千流明，因此，需要集结数百颗发光二极体才能达到照明的要求。从成本或体积大小的观点而言，并不能符合实际的要求。

增加发光二极体的操作电流是为解决其亮度问题的方法之一。举例而言，若能将发光二极体的操作电流提高至100毫安，则其亮度亦能提高5倍。如此，为产生同一亮度照明所需要的发光二极体数量，仅为原先的1/5。

然目前的发光二极体(其构造如图5A及5B所示)在高操作电流下，其亮度不会随着操作电流的增加而等比例地提高，且其使用寿命将受到影响。如图5B所示的传统发光二极体，其底座基板通常采用PC板或氧化铝陶瓷等材料，而该等底座基板材质的导热性不佳。传统发光二极体因散热不良，导致高操作电流会明显降低其使用寿命。如图5A所示的传统发光二极体，其支架是采用Kovar合金或铜金属等材料，然该支架过于纤细亦对其散热性无明显帮助。

发明内容

本发明是用于增加传统发光二极体的光输出功率。本发明的第一目的是提供一新发光二极体结构，用以增加其操作电流。依据上述目的，本发明提供一具有透明基板倒装式发光二极管。其中，一底座基板以一绝缘区域分隔为两部分，该两部分是分别与该发光二极体晶粒的正极与负极连结。该底座基板是以导电性及导热性均佳的物质，用以传导电流并使发光二极体所产生的热能有效散发。

本发明的第二目的是提供一新发光二极体结构，用以防止光线因发光二极体本身吸收而损耗，以达到增加光输出功率的目的。本发明提供一覆盖基板，其中央具有一孔洞，且以一倾斜侧壁围出该孔，该倾斜侧壁向外倾斜，底座基板上的绝缘区域位于该孔的下方。该倒装式发光二极管芯片即位于该覆盖基板中央的孔洞中。该覆盖基板是可以含有一白色高反射率材质，亦可以在该中央孔洞的内壁上被覆一层白色高反射率材质。该中央孔洞是以透明树脂填充，该透明树脂并形成一凸透镜，将该发光二极体晶粒封装并覆盖之。

附图说明

图1为本发明的具有倒装式发光二极管芯片的高亮度发光二极体的较佳实施例的剖视图；

图2为具有氮化铟镓活性层的倒装式发光二极管芯片的剖视图；

图3为发光二极体中活性层所生光线经传递、反射、引导射出覆盖基板中央孔洞的状况；

图4为具有磷化铝镓铟活性层的倒装式发光二极管芯片的剖视图；

图5A为一传统发光二极体构造；

图5B为图5A传统发光二极体的发光二极体晶粒的剖视图。

具体实施方式

为使熟悉该顶技术人士了解本发明的目的、特征及功效，兹藉由下述具体实施例，并配合附图，对本发明详加说明：

图1为本发明的发光二极体的较佳实施例的剖视图。该发光二极体包括一底座基板11，一覆晶型发光二极体晶粒16，一覆盖基板17及一以透明树脂或环氧树脂形成的凸透镜18。其中，底座基板11具有一绝缘区19，其是用以将底座基板11分隔成互不导通的两部分。

底座基板11的上方及下方分别有复数个金属层覆盖的，其是分别标示为金属层12、及金属层13、金属层14、金属层15。其中，金属层12及金属层13分别与透明基板倒装式发光二极管芯片的p极与n极接触，而金属层14及金属层15则与外部电路相连结。底座基板11除固定发光二极体晶粒16外；尚具有导通电流及协助发光二极体晶粒16散热的功能。因此，底座基板11采用的材料必须具有高导电率及高导热率。

金属铜的热传导率为398(W/m-K)，且其导电率甚佳，故为底座基板11的最合适材质之一。金属铝的热传导率为240(W/mK)，亦为底座基板11的最合适材质之一。硅的热传导率虽仅有金属铜的1/3左右，然因其制备容易，故亦为底座基板11的较合适材质之一。

图2为具有透明基板倒装式发光二极管芯片的结构。图2所示的发光二极体晶粒是为一可发出蓝色光的氮化铟镓发光二极体。该发光二极体晶粒包括一蓝宝石基板31、一氮化镓缓冲层32、一n-型氮化镓层33、一氮化铟镓活性层34、一p-型氮化镓层35。其中，氮化铟镓活性层34即为发光二极体的发光层。在此实施例中，氮化铟镓活性层34亦可以为一氮化铝镓铟活性层。

p-型氮化镓层35下方连结一p-型电极层36。在n-型氮化镓层33的下方连结一n-型电极层37。其中，n-型电极层37的面积较小，仅接触到n-型氮化镓层33之一部分。p-型电极层36的面积较大，且可与大部分p-型氮化镓层35接触。P-型电极层36具有极佳的光反射率，其可以反射氮化铟镓活性层34所产生的光。p-型电极层36及n-型电极层37可以藉由类似如金或金锡合金等导电接合剂而与底座基板11的金属层12及金属层13接合。

覆盖基板17可以是一白色具高反射率的材质。覆盖基板17中央具有一孔洞，其大小是足以置入一倒装式发光二极管芯片16。其中，该孔洞内壁呈倾斜，可反射发光二极体晶粒所发出的侧向光。覆盖基板17亦可以采用一吸光材料，此时该孔洞内壁须涂布一层白色具高反射率的光反射层，可达到反射光二极体晶粒所发出的侧向光的效果。如图1所示，覆盖基板17可以藉由一接合层与底座基板11接合。覆盖基板17可以藉由一接合层与底座基板11接合。覆盖基板17的中央孔洞是以树脂或环氧树脂18填充，将发光二极体晶粒16覆盖封装。透明树脂所形成的凸透镜是可以聚射发光二极体晶粒所发出的光，并使得其光线具有指向性。

依据本发明，倒装式发光二极管芯片是采用透明基板。发光二极体所产生的光可以由该透明基板直接穿透出，亦可以由p-型电极层及覆盖基板17中央孔洞内壁反射后再往正面穿透射出。图3显示上述发光二极体中活性层所生光线经传递、反射，射出覆盖基板中央孔洞的状况。上述发光二极体因而可以减少其光线被吸收的比例，而大幅提高其发光效率。

上述底座基板是采用热传导性甚佳的材质。其发光二极体晶粒所产热能因此可以有效散发以增加发光二极体的使用寿命。本发明的发光二极体晶粒的活性发光层与其底座基板的距离相当短，故高操作电流下发光层所产高热，可以快速有效地传导至底座基板散发。因此该发光二极体可以在较高操作电流下运作。

图4显示另一种具有透明基板的倒装式发光二极管芯片的结构。图4所示的发光二极体是为一磷化铝镓铟发光二极体。其发光二极体晶粒包括：一蓝宝石基板51、一p-型磷化铝镓铟下限制层52、一磷化铝镓铟活性层53、一n-型磷化铝镓铟上限制层54、一n-型磷化镓铟或磷化镓铝欧姆接触层55。

n-型磷化镓铟欧姆接触层55下方连结一n-型电极层57。n-型电极层57同时亦可作为一光反射层。p-型电极层56则与p-型磷化铝镓铟下限制层52连结。其中，p-型电极层56的面积较小，仅接触到p-磷化铝镓铟下限制层52的一部分。n-型电极层57的面积较大，且可与大部分n-型磷化镓铟欧姆接触层55接触。p-型电极层56及n-型电极层57可以藉由接合剂与底座基板11的金属层12及金属层13接合。

虽然本发明已以数个较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，凡可作的各种的变动与润饰皆在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种发光二极体，其中包括：

一底座基板，其是以导电性与导热性均佳的材质制成，并以一中置绝缘区域分隔为互不导通的两部分；

覆盖基板，其是粘附于该底座基板上，其中央具有一有孔的区域，且以一倾斜侧壁围出该孔，该倾斜侧壁向外倾斜，底座基板上的绝缘区域位于该孔的下方；

一倒装式发光二极管芯片，其是与该底座基板接合，容置于该中央区域的孔中，该倒装式发光二极管芯片具有一透明基板，该倒装式发光二极管芯片具有阴极和阳极，此两极分别与底座基板的两个互不导通的部分电连接；

一透明物质，其填充于该中央区域的孔中，并将该倒装式发光二极管封装于其内。

2.根据权利要求1所述的发光二极体，其中该覆盖基板是为一白色高反射率物质所形成。

3.根据权利要求1所述的发光二极体，其中该倾斜侧壁以一白色高反射率物质涂布。

4.根据权利要求1所述的发光二极体，其中该透明物质形成一凸透镜。

5.根据权利要求1所述的发光二极体，其中该底座基板为硅材料所形成。

6.根据权利要求1所述的发光二极体，其中该底座基板为铜材料所形成。

7.根据权利要求1所述的发光二极体，其中该底座基板为铝材料所形成。

8.根据权利要求1所述的发光二极体，其中该倒装式发光二极管芯片是为一磷化铝镓铟倒装式发光二极管芯片。

9.根据权利要求1所述的发光二极体，其中该倒装式发光二极管芯片是为一氮化铝镓铟倒装式发光二极管芯片。

10.根据权利要求1所述的发光二极体，其中该倒装式发光二极管芯片是为一氮化铟镓倒装式发光二极管芯片。

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