CN1581521A - 一种发光芯片及发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光芯片及发光二极管，其中该发光芯片包括：散热基板，具绝缘及散热特性；P极电极，形成于散热基板上，该P极电极的一端为接着部，另一端为金属导线接着部；N极电极，形成于散热基板上，该N极电极的一端为接着部，另一端为金属导线接着部；发光层，其下平面与该P极电极以及该N极的接着部相结合，该P极电极及该N极电极的金属导线接着部的底面并与该基板相结合，且结合后，该散热基板、该P极电极及该N极电极的该金属导线接着部外露于该发光层底部。由于该发光芯片具有高度的散热特性，所以可使由用制作的发光二极管能被更有效及广泛地应用，且其电极的设计可使发光芯片的发光面积不会受到遮蔽，而达到全面积发光的效果。

Description

一种发光芯片及发光二极管
技术领域
本发明涉及一种发光芯片，可应用于作为发光二极管的光源，尤其涉及一种以绝缘性及散热性良好的材质作为发光层的散热基板，使整个发光芯片本身即具有高度的散热特性。
背景技术
早在70年代就已经有发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)的发明，其对人类的生活形态产生了极大的影响。几十年来，人们仍不断地努力，希望能发明出更具实用性的高效光源，然而由于在许多关键技术上存在瓶颈，一直无法突破，故将该技术应用在日常照明上确实存在许多问题，例如，亮度的提高、产品的寿命问题。近几年来，由于人们在这些技术领域上取得了许多重大突破，使得LED的应用面更为广泛。
LED与传统光源相比较具有许多优势，包括体积小、发光效率佳、寿命长、操作反应速度极快、可靠度高、不易破损、可制成体积极小、可绕式或可数组式的组件，且无热辐射与水银等有毒物质的污染。
目前LED的制造技术已具有一定的成熟度，亮度也已提高到一定的程度，已应用的范围包括：汽车仪表板、液晶显示板背光源、室内照明、扫描仪与传真机光源...等领域。未来的开发目标在于制作出耗电量低，可大量节省能源的高效率与高亮度的发光二极管。
参阅图1所示，图1中所示为现有发光芯片10的结构，其主要由基层101、发光层102及电极103所组成。请参阅图2，其最常见的应用即是将整个发光芯片10固定于支架201的凹槽2011中，再以金属导线203、204分别连接到支架201及202使其处于导通状态，通常再用环氧树脂施以封装后即成为发光二极管20。
以发光的效率而言，发光二极管中的发光芯片所能承受的功率占重要的因素，高功率发光芯片的应用，可使单颗发光二极管的亮度往上提升，进一步而言，可有效地增加发光二极管的应用范围，例如应用于照明。故，如何提高发光芯片的功率是提高发光二极管亮度的一大课题。而功率的提高，首先要克服的问题，即在于发光芯片在电流导通后，其所产生的工作温度提高该如何排除或降低？综观前述技术中所揭露的资料可以发现，多数的发光二极管其有关散热的设计多于进行封装时完成，即在进行封装作业时外接具有散热功能的散热器，例如，台湾专利(公告第518775号)“液冷式发光二极管及其封装方法”中即有相关的技术公开，以及台湾专利(公告第508833号)“直冷式发光二极管”亦有相关技术的揭露，此类的散热设计旨在利用外加式的散热设计，例如外加气密罩以填充液体或气体等方式，使发光二极管在电流导通后所产生的工作温度得以借助此散热设计而发散，进而使工作温度不会过高，使发光二极管能承受高功率的应用而不会产生光衰减的现象，以确保其应用性，然而，外加的设计虽可达到散热的目的，但也增加了其封装时的加工程序，且外加式的散热设计在封装时能否有效地结合，则势必成为质量检测过程的另一种负担。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高散热、高效率的发光芯片，以保证其在工作时能承受高功率应用的需要。
本发明的另一目的在于提供一种可全面积产生光源的发光芯片，以增加发光芯片的可应用范围。
为了实现上述目的，本发明提供了一种发光芯片，其主要由发光层、电极所组成，并且以绝缘性及散热性良好的陶瓷材质作为发光层的基板，使发光芯片本身即具有高度的散热特性，借以提高发光芯片的作用功率，可使发光芯片能被更有效及广泛的应用，又，其电极的设计可使发光芯片的发光面积不会受到遮蔽，而达到全面积发光的特性。
为了使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下面特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明。
附图说明
图1是现有的发光芯片平面示意图。
图2是现有的发光二极管结构示意图。
图3是本发明结构示意图。
图4是本发明上视平面示意图。
图5是本发明的较佳实施例(一)。
图6是本发明的较佳实施例(二)。
图7是本发明的较佳实施例(三)。
图8是本发明的较佳实施例(四)。
图9是本发明的较佳实施例(五)。
图10是本发明的较佳实施例(六)。
图11是本发明的较佳实施例(七)。
其中，附图标记：10(30)-发光芯片，101-基层，102-发光层，103(104)-电极，20(40、50、60、70、80)-发光二极管，201(202、401、402、501、502、701、702、801、802)-支架，203(204、403、404、503、603、604、703、704、803、804)-金属导线，30-发光芯片，301-发光层，302-P极电极，3021、3031-接着部，3022(3032)-金属导线接着部，303-N极电极，304-散热基板，305-萤光体层，306-混光层，4011-凹槽，405(505、605、705、805)-环氧树脂
具体实施方式
敬请参阅图3，图3中所示为本发明发光芯片30，其主要由一发光层301、一组电极(P极电极302、N极电极303)及一散热基板304组成，发光层301的材质一般为以GaN(氮化镓)为主，或以As、GaP、磷砷化镓(GaAsP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铝镓铟(AlGaInP)等组成，在制作时可依将来所欲产生的不同色光而选择。例如，可产生红光的发光层、可产生绿光的发光层或可产生紫外光的发光层等；一P极电极302及一N极电极303，两电极各具有一端为接着部(3021、3031)，另一端则为金属导线接着部(3022、3032)，其中，两电极的接着部(3021、3031)与发光层301的下平面结合，并形成通路；又，两电极的金属导线接着部(3022、3032)底面则与一散热基板304接着，接着完成后，两电极的金属导线接着部(3022、3032)与散热基板304均外露在发光层301外(请参照图4)，以方便将来在封装时金属导线的连结；当发光层301、P极电极302、N极电极303以及散热基板304完成结合后，即形成一个发光芯片30(请再参照图3)；完成结合后的发光芯片30，经对其两电极施以适当的电压导通后，则可产生发光，而其所发的光颜色则会因其发光层301材质的不同，而产生不同颜色的光，例如以氮化镓(GaN)为材质的发光层可产生蓝色的光。
由以上说明可知，本发明发光芯片30其结构的组成，主要是利用电压使两电极产生导通后，以电能转换成光能的原理，使发光层301得以产生光源，而其中利用绝缘性及散热性良好的材质作为发光层的基板(亦即散热基板304)，主要是应用其绝缘且高散热的特性，当两电极受电压导通后，可致使发光层301产生发光，而此时发光层301及两电极302、303的温度(工作温度)即会开始上升，亦即整个发光芯片30的工作温度会上升；随着应用的不同，许多电子式装置需要高功率的光源，而高功率的运作，意味着工作温度会相对提高，若无法有效地将其工作温度降低，则发光的效应会产生衰减(光衰减)的现象，而本发明则是利用散热基板304具有绝缘具高散热的特性，使整个发光芯片30工作温度的热能可以通过电极的传导，并顺着散热基板304散出，以达到最快速散热的效果，相对达到提高发光芯片30的功率，其中，适用此散热基板的材质有陶瓷材料、氧化铝以及氮化铝，或由其二种以上混合而成的化合物基板。
再请参照图4，如图中所示为本发明发光芯片30的上视图，由图中可看出，整个发光层301的上平面有别于现有的发光芯片，因其电极(302、303)位置的设计，故整个发光层301的上平面不会受到遮蔽，亦即当发光层301产生发生时，其整个上平面可作全面积的发光，可使整体的发光效率更为提高。
敬请参阅图5，而随着应用的不同，亦可另行加工，使发光层301所发的光源激发其它的无机萤光体材料，以产生不同颜色的光，图中所示，即为利用本发明发光芯片30激发无机萤光体材料的实施例(一)。如图所示，本发明发光芯片30的发光层301的表面，涂布了一层萤光体层305，此萤光体层305为无机的萤光体材料所组成，其作用在于利用发光芯片30的发光层301所发出的光源，照射到涂布于发光层301表面的萤光体层305，同时激发出另一波长的光，再借助涂布包覆的作用，使发光层301的光与另一波长的光产生混光后再行散出，而达到发射出不同颜色光的目的；制造者可因与不同的需求，而选择适当的无机萤光体材料，例如可以氮化系为材质的发光层，搭配铝石榴石型萤光粉(yttuium aluminum garnet；YAG)，则可使发光芯片发光后，产生白色光源。
敬请参阅图6，图6中所示为本发明的一较佳实施例(二)，其是在发光芯片30的发光层301上涂布有一层混光层306，此种混光层是由散射体微粒、萤光体微粒及扩散体微粒混合而成；其散体微粒的材质约为石英、玻璃或其它高分子透光性材料所构成；扩散体微粒为钛氧钡、氧化钛、氧化硅之中任一种或其共同组成；萤光体微粒则为无机的萤光体材料所组成；本实施例亦利用发光层301所产生的光源照射混光层306，使混光层306中物质被激发出不同的波长，并在混光层306内产生混光后，再行散出。
请参阅图7，图7中所示为本发明的一较佳实施例(三)，其是将本发明发光芯片应用于发光二极管中，如图所示，将本发明发光芯片30接着于支架401的凹槽4011中，其接着方式可利用金属接着或利用含高浓度金层的粘剂使发光芯片30与凹槽4011的底部接着，接着完成后再施以打线的加工程序，使金属导线403及404可分别连结于发光芯片30的两电极302及303与支架401及402之间，以完成通路状态，打线完成，再用环氧树脂405施以封装作业，封装完成即如图中所示的发光二极管；以本发明发光芯片30安装于支架后所成的发光二极管，其具有高散热的特性，主要原因在于，当发光二极管被施以电压导通后，发光芯片的发光层即产生光源，此时工作温度即开始上升，而工作温度并无法有效地从外覆的环氧树脂405散出，对现有的发光二极管而言，只能仰仗其它外加的散热装置，而本发明发光芯片30因是以高散热的陶瓷为基板，且由电极(302、303)连结于发光层301与散热基板304间，故发光层301及电极(302、303)因工作温度升高所产生的热能即能借助电极(302、303)的传导，顺着散热基板304发散而出，又，散热基板304与支架(401、402)间是以金属接着，故热能的传递无虞，所以，以本发明发光芯片30所制成的发光二极管40具有高散热的特性，相对的亦即提高了其作用时所能承受的功率。
敬请参阅图8，图8中所示为本发明的另一较佳实施例(四)，如图所示，其为一发光二极管50的结构，其是应用本发明发光芯片30接着于支架501的凹槽5011中，其接着方式可利用金属接着或利用含高浓度金层的粘剂使发光芯片30与凹槽5011的底部接着，接着完成后再施以打线的加工程序，使金属导线503及504可分别连结于发光芯片30的两电极302及303与支架501及502之间，以完成通路状态，打线完成，并在凹槽5011中覆盖一层萤光体层305，使整个发光芯片30均被完整包覆于凹槽中，再用环氧树脂505施以封装作业，封装完成即如图中所示的发光二极管50；其主要目的在于利用发光芯片30的发光层301所发出的光源，照射到覆盖于发光层301表面的萤光体层305，同时激发出另一波长的光，再借助涂布包覆的作用，使发光层301的光与另一波长的光产生混光后再行散出，而发射出不同颜色的光；制造者可因与不同的需求，而选择适当的无机萤光体材料以调制出不同颜色的光，例如可以氮化系为材质的发光层，搭配铝石榴石型萤光粉(yttuium aluminumgarnet；YAG)，则可使发光后产生白色光源。
敬请参阅图9，图9中所示为本发明的另一较佳实施例(五)，如图所示，其为一发光二极管60的结构，其系应用本发明发光芯片30接着于支架601的凹槽6011中，其接着方式可利用金属接着或利用含高浓度金层的粘剂使发光芯片30与凹槽6011的底部接着，接着完成后再施以打线的加工程序，使金属导线603及604可分别连结于发光芯片30的两电极302及303与支架601及602之间，以完成通路状态，打线完成，并在凹槽6011中覆盖一层混光层306，使整个发光芯片30均被混光层306完整包覆在凹槽中，再用环氧树脂605施以封装作业，封装完成即如图中所示的发光二极管60；本实施例亦利用发光层301所产生的光源照射混光层306，使混光层306中物质被激发出不同的波长，并在混光层306内产生混光后，再行散出。
敬请参阅图10，图10中所示为本发明的另一较佳实施例(六)，如图所示，其为一发光二极管70的结构，其是应用本发明发光芯片30，且其表面涂布有一层无机萤光体材料(如图5叙述)，并将此发光芯片30接着在支架701的凹槽7011中，其接着方式可利用金属接着或利用含高浓度金属的粘剂使发光芯片30与凹槽7011的底部接着，接着完成后再施以打线的加工程序，使金属导线703及704可分别连结在发光芯片30的两电极302及303与支架701及702之间，以完成通路状态，打线完成，再用环氧树脂705施以封装作业，封装完成即如图中所示的发光二极管，其主要目的在于利用发光芯片30的发光层301所发出的光源，照射到涂布于发光层301表面的萤光体层305，同时激发出另一波长的光，再借助涂布包覆的作用，使发光层301的光与另一波长的光产生混光后再行散出，而发射出不同颜色的光；故，制造者可因与不同的需求，而选择适当的无机萤光体材料以调制出不同颜色的光，例如可以氮化系为材质的发光层，搭配铝石榴石型萤光粉(yttuium aluminum garnet；YAG)，则可使发光后产生白色光源。
敬请参阅图11，图11中所示为本发明的另一较佳实施例(七)，如图所示，其为一发光二极管80的结构，其是应用本发明发光芯片30，且其表面涂布有一层混光层(如图6叙述)，并将此发光芯片30接着于支架801的凹槽8011中，其接着方式可利用金属接着或利用含高浓度金层的粘剂使发光芯片30与凹槽8011的底部接着，接着完成后再施以打线的加工程序，使金属导线803及804可分别连结于发光芯片30的两电极302及303与支架801及802之间，以完成通路状态，打线完成，再用环氧树脂805施以封装作业，封装完成即如图中所示的发光二极管；本实施例是利用发光层301所产生的光源照射混光层306，使混光层806中物质被激发出不同的波长，并在混光层806内产生混光后，再行散出。
综上所述可知，本发明所示的发光芯片实施后，至少可产生如下优点：
由电极作为导体将发光层因工作温度所产生的热能作有效的散热，使热能快速发散至散热基板，再由散热基板的高散热特性，将热散发及传导出去，有效地提高发光芯片的散热效率，相对扩大了发光芯片所能承的高功率应用。
P-N电极设计在发光层下平面，可使光遮蔽降至最低，发光层上平面可产生全面积的发光，使光损耗减少。
P-N及陶板外露在发光层外围的设计，可使固定芯片时的加工可方便地进行，且打线时，打线机器不会直接接触到发光层，有效地保持了发光层的完整性，确保发光层不会因打线机的撞击而受损。
以上所述内容，仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡依本发明主要构思的设计精神所作的均等变化与修饰，皆为本发明专利权利要求书所求的保护范围所涵盖。

Claims (21)

1、一种发光芯片，包括：
一散热基板，具绝缘及散热特性；
一P极电极，形成于散热基板上，该P极电极的一端为接着部，另一端为金属导线接着部；
一N极电极，形成于散热基板上，该N极电极的一端为接着部，另一端为金属导线接着部；
一发光层，其下平面与该P极电极以及该N极的接着部相结合，又，该P极电极及该N极电极的金属导线接着部的底面并与该基板相结合，且结合后，该散热基板、该P极电极及该N极电极的该金属导线接着部外露于该发光层底部。
2、根据权利要求1所述的发光芯片，其特征在于，该P极电极及该N极电极可与电流导通，且该发光层的主发光面为该发光层的上平面。
3、根据权利要求1所述的发光芯片，其特征在于，该发光层为GaN(氮化镓)、GaAs、GaP、磷砷化镓(GaAsP)、砷化铝镓(AlGaAs)或磷化铝镓铟(AlGaInP)其中一种或二种以上混制而成。
4、根据权利要求1所述的发光芯片，其特征在于，该发光层表面涂布有一萤光体层。
5、根据权利要求4所述的发光芯片，其特征在于，该萤光体层为铝石榴石型萤光粉(YAG)。
6、根据权利要求1所述的发光芯片，其特征在于，该发光层表面涂布有一混光层，该混光层由散射体微粒，萤光体微粒及扩散体微粒，混合而成。
7、根据权利要求1所述的发光芯片，其特征在于，该散热基板为陶瓷、氧化铝、氧化铝化合物、氮化铝或氮化铝化合物。
8、一种发光二极管，其特征在于，包括：
一发光芯片，该发光芯片由一散热基板、一组P-N极电极及一发光层结合而成，结合后该散热基板位于最底层，该P-N极电极则介于该散热基板及该发光层的下平面之间，又，该P极电极及该N极电极的一端为金属导线接着部，且，该金属导线接着部与该散热基板结合后，外露于该发光层底部；
一组支架，该支架具有一凹槽，可使该发光芯片以该散热基板的底部固定于该凹槽中，该支架底部为一插脚；
一P极导线，连结于该发光芯片的P极电极的该金属导线接着部与该支架的P极；
一N极导线，连结于该发光芯片的N极电极的该金属导线接着部与该支架的N极；以及
一环氧树脂将上述各构件封装包覆，封装完成后，该支架的该插脚外露以方便连接电流导通。
9、根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，该P极电极及该N极电极与电流导通后，该发光芯片的主发光面为该发光层的上平面。
10、根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，该发光层为GaN(氮化镓)、GaAs、GaP、磷砷化镓(GaAsP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铝镓铟(AlGaInP)其中一种或二种以上混制而成。
11、根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，该发光芯片的该发光层表面覆盖有一萤光体层，且将整个该发光芯片完整覆盖。
12、根据权利要求11所述的发光二极管，其特征在于，该萤光体层为铝石榴石型萤光粉(YAG)。
13、根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，该发光芯片的该发光层表面覆盖有一混光层，且该混光层将整个该发光芯片完整覆盖，又该混光层由散射体微粒，萤光体微粒及扩散体微粒，混合而成。
14、一种发光二极管，其特征在于，包括：
一发光芯片，该发光芯片由一散热基板、一组P-N极电极及一发光层结合而成，结合后该散热基板位于最底层，该P-N极电极则介于该散热基板及该发光层的下平面之间，又，该P极电极及该N极电极的一端为金属导线接着部，且，该金属导线接着部与该散热基板结合后，外露于该发光层底部；
一萤光体层，涂布于该发光层表面；
一组支架，该支架具有一凹槽，可使该发光芯片以该散热基板的底部固定于该凹槽中，该支架底部为一插脚；
一P极导线，连结于该发光芯片的P极电极的该金属导线接着部与该支架的P极；
一N极导线，连结于该发光芯片的N极电极的该金属导线接着部与该支架的N极；以及
一环氧树脂将上述各构件封装包覆，封装完成后，该支架的该插脚外露以方便连接电流导通，当电流导通后，该芯片所发出的光可激发该萤光体层以产生不同波长的光，并产生混光。
15、根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，该P极电极及该N极电极与电流导通后，该发光芯片的主发光面为该发光层的上平面。
16、根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，该发光层为GaN(氮化镓)、GaAs、GaP、磷砷化镓(GaAsP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铝镓铟(AlGaInP)其中一种或二种以上混制而成。
17、根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，该萤光体层为铝石榴石型萤光粉(YAG)。
18、一种发光二极管，其特征在于，包括：
一发光芯片，该发光芯片由一散热基板、一组P-N极电极及一发光层结合而成，结合后该散热基板位于最底层，该P-N极电极则介于该散热基板及该发光层的下平面之间，又，该P极电极及该N极电极的一端为金属导线接着部，且，该金属导线接着部与该散热基板结合后，外露于该发光层底部；
一混光层，涂布于该芯片表面；
一组支架，该支架具有一凹槽，可使该发光芯片以该散热基板之底部固定于该凹槽中，该支架底部为一插脚；
一P极导线，连结于该发光芯片的P极电极的该金属导线接着部与该支架的P极；
一N极导线，连结于该发光芯片的N极电极的该金属导线接着部与该支架的N极；以及
一环氧树脂将上述各构件封装包覆，封装完成后，该支架的该插脚外露以方便连接电流导通，当电流导通后，该芯片所发出的光可激发该混光层以产生不同波长的光，并产生混光。
19、根据权利要求18所述的发光二极管，其特征在于，该P极电极及该N极电极与电流导通后，该发光芯片的主发光面为该发光层的上平面。
20、根据权利要求18所述的发光二极管，其特征在于，该发光层为GaN(氮化镓)、GaAs、GaP、磷砷化镓(GaAsP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铝镓铟(AlGaInP)其中一种或二种以上混制而成。
21、根据权利要求18所述的发光二极管，其特征在于，该混光层由散射体微粒，萤光体微粒及扩散体微粒，混合而成。
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