CN1855557A - 发光二极管及发光二极管芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管及发光二极管芯片。该发光二极管包括一发光二极管芯片、一第一电极端子、一第二电极端子及一透光封装罩，其中该发光二极管芯片包括一反射基板、一发光层、一第一电极及一第二电极。所述第一电极与所述第一电极端子、所述第二电极与所述第二电极端子分别电性连接，所述透光封罩封装所述发光二极管芯片、所述第一电极端子及所述第二电极端子。其中该发光二极管芯片的形状为上面宽、下面窄的立体结构，其剖面为梯形，使光线易于发射出发光二极管外，以降低热量产生，提高出光效率，进而提供高亮度且均匀的发光源。

Description

发光二极管及发光二极管芯片

【技术领域】

本发明涉及一种发光二极管及发光二极管芯片，特别涉及一种通过改变发光二极管芯片的形状，以提升出光效率的发光二极管。

【背景技术】

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是利用半导体材料中的电子、空穴结合时能量带(Energy Gap)位阶的改变，以发光形式，释放出能量，具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点，为日常生活中各种应用设备中常见的元件。发光二极管产品依发光波长分为可见光发光二极管与不可见光(红外线)发光二极管等两类。可见光发光二极管可分为一般发光二极管和高亮度发光二极管，一般发光二极管多用于数字钟、银行汇率看板等室内显示用途，高亮度发光二极管适用于汽车第三煞车灯、交通标志、户外信息看板等户外显示用途；不可见光(红外线)发光二极管应用于信息及通讯产品，如遥控器、红外线无线通讯的讯号发射与接收、自动门及自动冲水装置的感测等。

一般发光二极管的主要元件包括一发光二极管芯片、一芯片基座、电极端子及封固胶体。发光二极管芯片均切刻成长方形或正方形，其驱动电流为低电流，介于15mA～20mA之间，虽然功率消耗低，但亮度不高。为了将发光二极管用在需高亮度的照明系统上，通常会将发光二极管芯片的电子-空穴间能阶提高，或者将发光二极管芯片的尺寸加大，以达到发光的最大极限。但随着发光功率的增加，部分光源会转换成热能，如此会使发光二极管工作温度过高，影响发光效能，而且热能的产生也是一种能源的浪费。

为解决这些问题，一种方法是改良发光二极管的封固胶体，将发光二极管芯片固定承载在一金属支架上，并打上电极接线，之后以混有碳素纳米管粉末的封固胶体，对发光二极管芯片及金属支架进行封固。上述碳素纳米管粉末为类钻石纳米粉末、有机硅烷纳米粉末、SiC纳米管粉末导光导热材料或其混合物。光线透过封固胶体所产生的热量，会被碳素纳米管粉末材料传导散热到发光二极管外。

另一种方法是在发光二极管加上散热模块，并用一热导管将被吸收的热量传送到发光二极管外部，通过外加的散热装置来排除多余的热量，以维持发光二极管在适当的工作温度。

还有一种方法是改善发光二极管芯片承载座与发光二极管芯片间的接触面，经过抛光磨平的步骤，以形成反光良好的反射镜面，透过反射镜面可以增加光源射出发光二极管的几率，进而减少内部热量产生的几率。

目前的方法是在光线已变成热量以后，才利用一种散热机制将多余的热能导出发光二极管外部，但对于发光二极管而言，热量的产生是一种能源效率的浪费，会降低出光效率。而提高反射面的反射率，以减小热量产生的方法，大量的光线仍然会积聚于发光二极管内部，增加热量产生几率，无法有效地解决散热的问题。因此发光二极管的设计，需要能使光线易于发射出发光二极管外，以降低热量产生，提高出光效率，进而提供高亮度且均匀的发光源。

【发明内容】

为提升发光二极管的出光效率，本发明实施例提供一种发光二极管芯片，其包括一反射基板、一发光层、一第一电极及一第二电极。其中反射基板为半导体层，是提供发光层在其上面磊晶生长。发光层为氮化镓系列二极管、量子点(Quantum Dots)或纳米线(Nano Wires)，形成于反射基板上。第一电极部分覆盖于反射层底面；第二电极部分覆盖于发光层顶面。发光层顶面为一发光面，反射基板底面为一反射面，且所述发光面的尺寸大于所述反射面的尺寸。发光二极管芯片的形状，例如为四方体、圆柱体及多面体，其剖面为梯形。

本发明另一实施例提供一种发光二极管，其包括一如上述的发光二极管芯片、一第一电极端子、一第二电极端子及一透光封装罩。其中该发光二极管芯片包括一反射基板，其底面为一反射面、一发光层，其顶面为一发光面、一第一电极，部分覆盖于该反射基板底面及一第二电极，部分覆盖于该发光层顶面，其中所述发光面的尺寸大于所述反射面的尺寸，芯片的形状，例如为四方体、圆柱体及多面体，其剖面为梯形。第一电极端子具有一承载部，该发光二极管芯片置于承载部上，以使第一电极端子与发光二极管芯片的第一电极进行电性连接。第二电极端子，以一导线，电性连接于发光二极管芯片的第二电极。此外透光封装罩，例如为树脂材料，封装保护发光二极管芯片、第一电极端子及第二电极端子，且其顶面凸向发光二极管芯片。

本发明通过发光二极管芯片及发光二极管的光学设计，使得光线能充分地出射到发光二极管外，减少了光线累积在发光二极管内部转化成热量的几率，进而提高出光效率，并提供高亮度且均匀的发光源。

【附图说明】

图1是本发明实施例的发光二极管芯片基本结构的剖面示意图。

图2是本发明实施例的发光二极管芯片的光线折射路径示意图。

图3是本发明实施例的发光二极管基本结构的剖面示意图。

【具体实施方式】

以下将结合附图以若干实施例对本发明作进一步的详细说明，如下：

参见图1，是本发明的第一实施例，为发光二极管芯片基本结构的剖面示意图。本发明所提供的发光二极管芯片10，包括一反射基板11、一发光层12、一第一电极13及一第二电极14。反射基板11为一半导体层，发光层12可以磊晶的方式，形成于反射基板11上。第一电极13位于反射基板11的底部，第二电极14部分覆盖于发光层12上。发光层12的顶面为一发光面121，反射基板11的底面为一反射面111，且发光面121大于反射面111，因此发光二极管芯片10为上面宽，下面窄，剖面形成梯形。

当发光二极管芯片10处于工作状态时，通过加在第一电极13及第二电极14间的电压而形成电场，电子及空穴在电场的驱动下移向发光层12，并于发光层12中相遇，电子与空穴产生再结合后，以直接跃迁或间接跃迁方式，放出光子而发光。产生的光子，部分会直接经由发光面121穿透出，部分会经底部反射面111及发光二极管芯片10侧面反射后，经发光面121穿透出。

发光二极管芯片10的形状可为上宽下窄的四方体，可为上宽下窄的圆柱体，也可为上宽下窄的多面体。一般的发光二极管芯片的上部与下部同宽，因此光子会在底层产生振荡，容易被吸收，而产生热源，降低光学效率。参见图2，是本发明实施例的发光二极管芯片10的光线折射路径示意图，因为发光二极管芯片10为上宽下窄，光子会随着发光二极管芯片10的几何形状改变，顺利地经由发光面121穿透出，因而减少光子震荡几率，降低发热机制，提高出光效率。

上述的发光二极管芯片10，其中的发光层12，可为P型半导体与N型半导体结合的二极管层，例如氮化镓系列二极管。发光层12也可为量子点(Quantum Dots)，发光层12中包含有不同大小的量子点，由于量子禁闭效应(Quantum Confinement Effects)，最小的量子点发出蓝色的光，最大的量子点发出红色的光，利用量子点大小可制作出不同颜色的发光二极管。发光层12也可为P型纳米线(Nono Wires)与N型纳米线的结合，例如一条P型Si纳米线与三条N型分别为GaN，CdS及InP的纳米线交叉，当电压加在Si纳米线时，电流流过交叉点，分别发出蓝色、绿色及红色光。

参见图3，是本发明的第二实施例，为发光二极管基本结构的剖面示意图。本发明实施例的发光二极管，包括一发光二极管芯片10、一第一电极端子20、一第二电极端子30及一透光封装罩40，其中发光二极管芯片10即是采用前述第一实施例的发光二极管芯片10。第一电极端子20，可做成如图3所示的形状，在其顶面有一承载部21，发光二极管芯片10固定贴合于承载部21上，而且发光二极管芯片的第一电极13(参见图1)与第一电极端子20进行电性连接。第二电极端子30透过一导线31与发光二极管芯片的第二电极端14(参见图1)进行电性连接。

透光封装罩40的材质可选用聚酯树脂(Polyester Resins)，如聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate)、聚对叙二甲酸乙二酯(PolyethyleneNaphthalate)；丙烯酸树脂(Acrylic Resins)，如聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate)、改性的聚甲基丙烯酸甲酯(Modified Polymethyl Methacrylate)；氟化树脂(Fluororesins)，如聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride)；氯乙烯树脂(Vinyl Chloride Resins)，如氯乙烯共聚物(Vinyl Chloride Compolymers)等等。透过封装制程将发光二极管芯片10、第一电极端子20及第二电极端子30加以包覆保护。

从发光二极管芯片10射出的光线为向外扩散(参见图2)，配合光线的方向，透光封装罩40发光顶面的形状设计为凸向发光二极管芯片10(参见图3)，如此可将光线集中起来，并消除不均匀的亮点。此外，透光封装罩40的光学设计也可采用一般的设计方式，即发光顶面为凹向发光二极管芯片10的形状(图未示)。

当发光二极管处于工作状态时，第一电极端子20及第二电极端子30，提供发光二极管芯片10不同电压，而在发光二极管芯片10上下二端形成电场，电子及空穴在电场的驱动下产生再结合，以直接跃迁或间接跃迁方式，放出光子而发光。产生的光子穿透出发光二极管芯片10，而后经过透光封装罩40折射后，提供高亮度且均匀的光源。

本发明通过发光二极管芯片的光学设计，使得光线能顺利地射出发光二极管外，减少了光线由于累积在发光二极管内部转化成热量的几率，进而提高了光学效率，并且配合发光二极管芯片，设计顶面凸向发光二极管芯片的透光封装罩，可以集中光线及消除不均匀的亮点。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种发光二极管芯片，其包括：

一反射基板，底部具有一反射面；

一发光层，形成于该反射基板上，且顶部具有一发光面；

一第一电极，形成于该反射面上；

一第二电极，形成于该发光面上；

其特征在于：所述发光面的尺寸大于所述反射面的尺寸。

2.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述的发光二极管芯片的形状为四方体、圆柱体或多面体，其剖面为梯形。

3.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述的反射基板为半导体。

4.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述的发光层为多层半导体组成，包括P型半导体、N型半导体及PN介面。

5.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述的发光层包含不同尺寸的量子点(Quantum Dots)。

6.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述的发光层含有纳米线(Nano Wires)，包括P型纳米线及N型纳米线。

7.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述的第二电极部分覆盖于该发光面上。

8.一种发光二极管，其包括：

一发光二极管芯片，包括一反射基板，底部具有一反射面；

一发光层，形成于该反射基板上，且顶部具有一发光面；

一第一电极，形成于该反射面上；

一第二电极，形成于该发光面上；

一第一电极端子，具有一承载部，上述发光二极管芯片置于该承载部上，且与第一电极电性连接；

一第二电极端子，电性连接于该发光二极管芯片的第二电极；及

一透光封装罩，包覆上述的发光二极管芯片、第一电极端子及第二电极端子，

其特征在于，所述发光面的尺寸大于所述反射面的尺寸。

9.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述的发光二极管芯片的形状为四方体、圆柱体或多面体，其剖面为梯形。

10.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述的反射基板为半导体。

11.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述的发光层为多层半导体组成，包括P型半导体、N型半导体及PN介面。

12.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述的发光层包含不同尺寸的量子点(Quantum Dots)。

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