CN201754415U - 一种led器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种LED器件，包括芯片和承载芯片的封装平台，芯片上表面的法线与封装平台上表面的法线之间具有15°到165°的夹角，LED芯片上表面的法线与封装平台上表面的法线之间具有15°到165°的夹角，使射向衬底下表面的光直接逸出，从而实现芯片下表面出射光的充分利用，提高了LED芯片的出光效率，与传统方式的蓝光LED芯片相比，出光率提高20％以上。

Description

一种LED器件

技术领域

本实用新型涉及一种LED器件，具体的说，涉及一种非平行封装的LED器件，属于LED芯片制造、封装及LED照明领域。

背景技术

近几年随着世界范围内的节能环保概念兴起，LED芯片技术得到迅猛发展，氮化物半导体LED芯片发光效率提高很快，以蓝光LED芯片作为激发源的白光LED单灯光源效率已达到130流明/瓦以上，已经远远超过了普通节能灯的光效，LED技术开始全面进入通用照明市场；随着LED应用范围的进一步扩大，对LED器件发光效率的要求也越来越高。

如图1所示，现有的蓝光LED芯片11包括：由Al₂O₃晶体材质的蓝宝石、SiC、Si或GaN晶体材料构成的衬底1，GaN半导体缓冲层2，n型Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)半导体层3，GaN/In_yGa_1-yN(0≤y≤1)量子阱结构光发射层4和p型Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)半导体层5，其中，衬底1的厚度为20-450微米，n型半导体结构3可以由一层Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)材料层或多层不同组份的Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)材料层构成，光发射层4可以由一对或多对量子阱结构构成，p型半导体层5可以由一层Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)材料层或多层不同组份的Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)材料层构成，n型半导体层3、光发射层4和p型半导体层5的总共厚度为1-10微米。

在蓝光LED芯片11中，芯片各结构层中朝向衬底1的界面为该层结构的下表面，该层结构中与下表面平行的另一界面为上表面，结构层如果由多层半导体材料构成，则每一层材料的下表面和上表面定义同上，芯片各结构层或多层半导体材料其它方向的界面定义为芯片各结构层或半导体材料层的侧面。LED芯片中光发射层4所发出的光分布在芯片各个方向上，其中射向芯片的上表面和下表面的出射光占了整体发光的75％以上。

如图2所示，目前的LED芯片制造、封装所采用的方式都是将芯片11平行封装在封装平台10上，即芯片11的下表面与封装平台10的表面平行贴合，芯片11的下表面的法线方向与封装平台10表面的法线方向平行，在这种情况下，射向芯片11下表面与封装平台10交界面的光将被封装平台10所遮挡，造成光损失。为有效地利用出射光，减少光损，目前，常用的方法是在芯片11衬底的下表面制作出高反射率的反射镜，将射向衬底下表面的出射光反射后再利用，这一方法虽然可以减小光的损失，但是由于反射镜反射率的限制和反射光在芯片中的损耗，仍然不能达到最佳的效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是针对以上不足，提供一种LED器件，这种LED器件能够充分利用LED芯片衬底方向的出射光，出光效率高。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种LED器件，所述LED器件包括芯片和承载芯片的封装平台，其特征在于：所述芯片上表面的法线与封装平台上表面的法线之间具有15°到165°的夹角。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述封装平台上设有光学平台，芯片设置在光学平台上。

所述芯片上表面的法线与光学平台上表面的法线平行。

所述光学平台上表面的法线与封装平台上表面的法线平行。

所述封装平台上设有第一光学聚光反射腔，第一光学聚光反射腔的内壁上设有第一光学反射膜。

所述封装平台上设有第一凹槽。

所述封装平台上设有第一光学聚光反射腔，第一光学聚光反射腔的内壁上设有第一光学反射膜，第一凹槽设置在第一光学聚光反射腔内。

所述光学平台上设有第二光学聚光反射腔，第二光学聚光反射腔的内壁上设有第二光学反射膜。

所述光学平台上设有第二凹槽。

所述光学平台上设有第二光学聚光反射腔，第二光学聚光反射腔的内壁上设有第二光学反射膜，第二凹槽设置在第二光学聚光反射腔内。

所述第二光学聚光反射腔的截面形状为倒梯形、双曲形、倒锥形、半圆形或折线形。

所述第一光学聚光反射腔的截面形状为倒梯形、双曲形、倒锥形、半圆形或折线形。

所述夹角为90°。

本实用新型采取以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：LED芯片上表面的法线与封装平台上表面的法线之间具有15°到165°的夹角，使射向衬底下表面的光直接逸出，从而实现芯片下表面出射光的充分利用，提高了LED芯片的出光效率，与传统方式的蓝光LED芯片相比，出光率提高20％以上。

凹槽的设置，增强了固定效果。

光学聚光反射腔的设置，使光线的方向性更强。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

附图1是现有技术中矩形蓝光LED芯片的结构示意图；

附图2是传统封装芯片的结构示意图；

附图3是本实用新型实施例1中非平行封装LED器件的结构示意图；

附图4是本实用新型实施例2中非平行封装LED器件的结构示意图；

附图5是本实用新型实施例3中非平行封装LED器件的结构示意图；

附图6是本实用新型实施例4中LED器件的结构示意图；

附图7是本实用新型实施例5中LED器件的结构示意图；

附图8是本实用新型实施例6中LED器件的结构示意图；

附图9是本实用新型实施例1中LED器件的另一种结构示意图；

附图10是本实用新型实施例2中一种LED器件的另一种结构示意图；

附图11是本实用新型实施例7中LED器件的结构示意图；

附图12是附图11右视图；

附图13是本实用新型实施例8中LED器件的结构示意图；

附图14是本实用新型实施例9中LED器件的结构示意图；

附图15是本实用新型实施例10中LED器件的结构示意图；

附图16是本实用新型实施例11中LED器件的结构示意图；

附图17是本实用新型实施例12中LED器件的结构示意图；

附图18是本实用新型实施例7中LED器件的另一种结构示意图；

附图19是本实用新型实施例8中LED器件的另一种结构示意图；

附图20是本实用新型实施例13中LED器件的结构示意图；

附图21是本实用新型实施例14中LED器件的结构示意图；

附图22是本实用新型实施例15中LED器件的结构示意图；

附图23是本实用新型实施例16中LED器件的结构示意图；

附图24是本实用新型实施例17中LED器件的结构示意图；

附图25是本实用新型实施例18中LED器件的结构示意图；

附图26是本实用新型实施例13中LED器件的另一种结构示意图；

附图27是本实用新型实施例14中LED器件的另一种结构示意图；

附图28是本实用新型实施例19中LED器件的结构示意图；

附图29是本实用新型实施例19中LED器件的另一种结构示意图；

附图30是本实用新型实施例20中LED器件的结构示意图；

附图31是本实用新型实施例20中LED器件的另一种结构示意图。

图中，

1-衬底，2-GaN半导体缓冲层，3-n型Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)半导体层，4-GaN/In_yGa_1-yN(0≤y≤1)量子阱结构光发射层，5-p型Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1)半导体层，6-第一凹槽，7-第一光学反射膜，8-第二光学反射膜，9-电极，10-封装平台，11-芯片，12-光学平台，13-光学平台电极，14-金丝，15-透明区域，16-封装平台电极，17-银胶焊点，18-第一光学聚光反射腔，19-第二光学聚光反射腔，21-第二凹槽。

具体实施例

实施例1，如图3所示，一种LED器件，包括封装平台10，封装平台10的上表面为平面，芯片11固定在封装平台10的上表面，芯片11上表面的法线方向与封装平台10上表面的法线方向夹角为θ，芯片11的电极9与封装平台10的封装平台电极16通过金丝14连接，封装平台电极16与驱动电路连接。

如图9所示，实施例1中非平行封装LED器件的另一种结构，在封装平台10上设置有第一凹槽6，芯片11固定在第一凹槽6内，其余结构与实施例1中LED器件的结构相同，固定效果更好。

实施例2，如图4所示，一种LED器件，包括封装平台10，封装平台10上设有第一光学聚光反射腔18，第一光学聚光反射腔18的截面形状为倒梯形，第一光学聚光反射腔18的内壁上镀有高反射率的第一光学反射膜7，芯片11固定在第一光学聚光反射腔18的底部，芯片11上表面的法线方向与封装平台10上表面的法线方向夹角为θ，芯片11的电极9与封装平台10的封装平台电极16通过金丝14连接，封装平台电极16与驱动电路连接。

如图10所示，实施例2中非平行封装LED器件的另一种结构，在第一光学聚光反射腔18的底部设置有第一凹槽6，芯片11固定在第一凹槽6内，其余结构与实施例2中LED器件的结构相同，固定效果更好。

实施例3，如图5所示，一种LED器件，第一光学聚光反射腔18的截面形状为双曲形，其余的结构与实施例2中LED器件的结构相同。

实施例4，如图6所示，一种LED器件，第一光学聚光反射腔18的截面形状为倒锥形，其余的结构与实施例2中LED器件的结构相同。

实施例5，如图7所示，一种LED器件，第一光学聚光反射腔18的截面形状为半圆形，其余的结构与实施例2中LED器件的结构相同。

实施例6，如图8所示，一种LED器件，第一光学聚光反射腔18的截面形状为折线形，其余的结构与实施例2中LED器件的结构相同。

实施例1至实施例6中，夹角θ可以在15°到165°之间变化，封装平台10可以但不限于各种铝、铜、氧化铝陶瓷、PA、塑料单独或混合制作而成，封装平台10用来与外电路连接，起固定、导热、导电和连接作用。

实施例3-实施例6中，也可以在光学聚光反射腔的底部设置凹槽，芯片11固定在凹槽内，固定效果更好。

将实施例1至实施例6中LED器件与传统封装的LED器件进行对比试验，采用球形积分仪测定出光功率，得到的出光功率增幅(％)数据如下表：

从以上数据可以看出，LED器件的出光功率增幅随夹角从15°到90°逐渐增加，随夹角从90°到165°逐渐减小，在90°时最高；设置第一光学聚光反射腔18后，LED器件的出光功率增幅与设置第一光学聚光反射腔18前的出光功率增幅差别不大，但是设置第一光学聚光反射腔18后，LED器件出射光的方向性更好。

实施例7，如图11、图12所示，一种LED器件，包括芯片11、封装平台10和透明的光学平台12，封装平台10的上表面为平面，芯片11平行粘接在光学平台12的透明区域15中，光学平台12放置在封装平台10上，光学平台12用蓝宝石导热光学透明材料制成，芯片11上表面的法线方向与光学平台12表面法线方向平行，芯片11上表面的法线方向与封装平台10表面的法线方向夹角为θ，芯片11上设有电极9，光学平台12的两侧分别设有光学平台电极13，光学平台电极13和电极9之间连接有金丝14，封装平台10的两侧分别设有封装平台电极16，光学平台电极13与封装平台电极16通过银胶焊点17焊接，封装平台电极16与驱动电路连接。

如图18所示，实施例7中非平行封装LED器件的另一种结构，在封装平台10上设置有第一凹槽6，光学平台12固定在第一凹槽6内，其余结构与实施例7中LED器件的结构相同，固定效果更好。

实施例8，如图13所示，一种LED器件，包括芯片11、封装平台10和透明的光学平台12，封装平台10上设有第一光学聚光反射腔18，第一光学聚光反射腔18的截面形状为倒梯形，第一光学聚光反射腔18的内壁上镀有高反射率的第一光学反射膜7，光学平台12放置在封装平台10的第一光学聚光反射腔18的底部，光学平台12用PA材料制成，芯片11平行粘接在光学平台12的透明区域15中，芯片11上表面的法线方向与光学平台12表面法线方向平行，芯片11上表面的法线方向与封装平台10表面的法线方向夹角为θ，芯片11上设有电极9，光学平台12的两侧分别设有光学平台电极13，光学平台电极13和电极9之间连接有金丝14，封装平台10的两侧分别设有封装平台电极16，光学平台电极13与封装平台电极16通过银胶焊点17焊接，封装平台电极16与驱动电路连接。

如图19所示，实施例8中非平行封装LED器件的另一种结构，在第一光学聚光反射腔18的底部设置有第一凹槽6，光学平台12固定在第一凹槽6内，其余结构与实施例8中LED器件的结构相同，固定效果更好。

实施例9，如图14所示，一种LED器件，第一光学聚光反射腔18的截面形状为双曲形，光学平台12用PC材料制成，其余结构与实施例8中LED器件的结构相同。

实施例10，如图15所示，一种LED器件，第一光学聚光反射腔18的截面形状为倒锥形，光学平台12用蓝宝石导热光学透明材料制成，其余结构与实施例8中LED器件的结构相同。

实施例11，如图16所示，一种LED器件，第一光学聚光反射腔18的截面形状为半圆形，光学平台12用玻璃制成，其余结构与实施例8中LED器件的结构相同。

实施例12，如图17所示，一种LED器件，第一光学聚光反射腔18的截面形状为折线形，光学平台12用PA材料制成，其余结构与实施例8中LED器件的结构相同。

实施例9至实施例12中，也可以在光学聚光反射腔的底部设置凹槽，光学平台12固定在凹槽内，固定效果更好。

实施例7至实施例12中，夹角θ可以在15°到165°之间变化，封装平台10可以但不限于各种铝、铜、氧化铝陶瓷、PA，塑料等材料单独或混合制作而成，光学平台12还可以用其它光学透明材料或导热光学透明材料制成，封装平台10用来与外电路连接，起固定、导热、导电和连接作用。

将实施例7至实施例12中，以上LED器件与传统封装的LED器件进行对比试验，采用球形积分仪测定出光功率，得到的出光功率增幅(％)数据如下表：

从以上数据可以看出，LED器件的出光功率增幅随夹角从15°到90°逐渐增加，随夹角从90°到165°逐渐减小，在90°时最高；设置第一光学聚光反射腔18后，LED器件的出光功率增幅与设置第一光学聚光反射腔18前的出光功率增幅差别不大，但是设置第一光学聚光反射腔18后，LED器件出射光的方向性更好。

实施例13，如图20所示，一种LED器件，包括封装平台10，封装平台10上设有光学平台12，光学平台12用碳化硅制成，光学平台12的法线方向与封装平台10的表面法线方向平行，芯片11设置在光学平台12上，芯片11上表面的法线方向与光学平台12表面的法线方向夹角为θ，芯片11上设有电极9，封装平台10上设有封装平台电极16，封装平台电极16和芯片电极9之间连接有金丝14，封装平台电极16与驱动电路连接。碳化硅的导热系数超过150W/m·K，LED芯片产生的热将会被迅速地导向光学平台底面，从而降低芯片的工作温度；同时LED衬底与碳化硅光学平台热膨胀系数相近，热应力匹配，有利于延长LED芯片使用寿命。

如图26所示，实施例13中非平行封装LED器件的另一种结构，在光学平台12上设置有第二凹槽21，芯片11固定在第二凹槽21内，其余结构与实施例13中LED器件的结构相同，固定效果更好。

实施例14，如图21所示，一种LED器件，包括封装平台10，封装平台10上设有光学平台12，光学平台12用氧化硼制成，光学平台12的法线方向与封装平台10的表面法线方向平行，光学平台12上设有第二光学聚光反射腔19，第二光学聚光反射腔19的截面形状可以为倒梯形，第二光学聚光反射腔19的内壁上镀有高反射率的第二光学反射膜8，芯片11设置在第二光学聚光反射腔19的底部，芯片11上表面的法线方向与光学平台12表面的法线方向夹角为θ，芯片11上设有电极9，封装平台10上设有封装平台电极16，封装平台电极16和电极9之间连接有金丝14，封装平台电极16与驱动电路连接。氧化硼的导热系数超过150W/m·K，LED芯片产生的热将会被迅速地导向光学平台底面，从而降低芯片的工作温度；同时LED衬底与氧化硼光学平台热膨胀系数相近，热应力匹配，有利于延长LED芯片使用寿命。

如图27所示，实施例14中非平行封装LED器件的另一种结构，在第二光学聚光反射腔19的底部设置有第二凹槽21，芯片11固定在第二凹槽21内，其余结构与实施例14中LED器件的结构相同，固定效果更好。

实施例15，如图22所示，一种LED器件，第二光学聚光反射腔19的截面形状为双曲形，光学平台12用氮化硅制成，其余结构与实施例14中LED器件的结构相同。

实施例16，如图23所示，一种LED器件，第二光学聚光反射腔19的截面形状为倒锥形，光学平台12用铝制成，其余结构与实施例14中LED器件的结构相同。

实施例17，如图24所示，一种LED器件，第二光学聚光反射腔19的截面形状为半圆形，光学平台12用玻璃制成，其余结构与实施例14中LED器件的结构相同。

实施例18，如图25所示，一种LED器件，第二光学聚光反射腔19的截面形状为折线形，光学平台12用蓝宝石制成，其余结构与实施例14中LED器件的结构相同。

实施例15至实施例18中，也可以在光学聚光反射腔的底部设置凹槽，芯片11固定在凹槽内，固定效果更好。

实施例13至实施例18中，夹角θ可以在15°到165°之间变化，封装平台10可以但不限于各种铝、铜、氧化铝陶瓷、PA，塑料等材料单独或混合制作而成，光学平台12还可以用但不限于硅、铜、硼或其化合物碳化硅、氮化硅、氧化硼等导热材料单独或混合制成，还可以用但不限于PA、PC等光学透明材料或导热光学透明材料制成，封装平台10用来与外电路连接，起固定、导热、导电和连接作用。

将实施例13至实施例18中LED器件与传统封装的LED器件进行对比试验，采用球形积分仪测定出光功率，得到的出光功率增幅(％)数据如下表：

从以上数据可以看出，LED器件的出光功率增幅随夹角从15°到90°逐渐增加，随夹角从90°到165°逐渐减小，在90°时最高；设置第二光学聚光反射腔19后，LED器件的出光功率增幅与设置第二光学聚光反射腔19前的出光功率增幅差别不大，但是设置第二光学聚光反射腔19后，LED器件出射光的方向性更好。

实施例19，如图28所示，一种LED器件，包括封装平台10，封装平台10上设有第一光学聚光反射腔18，第一光学聚光反射腔18的截面形状为倒梯形，第一光学聚光反射腔18的内壁上镀有高反射率的第一光学反射膜7，第一光学聚光反射腔18的底部设有光学平台12，光学平台12用PC材料制成，其余结构与实施例13中LED器件的结构相同，芯片完全位于封装平台10上的第一光学聚光反射腔18中。

如图29所示，实施例19中非平行封装LED器件的另一种结构，在第一光学聚光反射腔18的底部设置有第一凹槽6，光学平台12固定在第一凹槽6内，其余结构与实施例19中LED器件的结构相同，固定效果更好。

实施例20，如图30所示，一种LED器件，包括封装平台10，封装平台10上设有第一光学聚光反射腔18，第一光学聚光反射腔18的截面形状为倒梯形，第一光学聚光反射腔18的内壁上镀有高反射率的第一光学反射膜7，第一光学聚光反射腔18的底部设有光学平台12，光学平台12用玻璃材料制成，其余结构与实施例14中LED器件的结构相同。

如图31所示，实施例20中非平行封装LED器件的另一种结构，在第一光学聚光反射腔18的底部设置有第一凹槽6，光学平台12固定在第一凹槽6内，第二光学聚光反射腔19的底部设置有第二凹槽21，芯片11固定在第二凹槽21内，其余结构与实施例20中LED器件的结构相同，固定效果更好。

实施例19、实施例20中，夹角θ可以在15°到165°之间变化，封装平台10可以但不限于各种铝、铜、氧化铝陶瓷、PA，塑料等材料单独或混合制作而成，光学平台12还可以用但不限于硅、铜、硼或其化合物碳化硅、氮化硅、氧化硼等导热材料单独或混合制成，还可以用但不限于PA、PC等光学透明材料或导热光学透明材料制成，封装平台10用来与外电路连接，起固定、导热、导电和连接作用。

将实施例19、实施例20中LED器件与传统封装的LED器件进行对比试验，采用球形积分仪测定出光功率，得到的出光功率增幅(％)数据如下表：

从以上数据可以看出，LED器件的出光功率增幅随夹角从15°到90°逐渐增加，随夹角从90°到165°逐渐减小，在90°时最高；设置第一光学聚光反射腔18后，LED器件的出光功率增幅与设置第一光学聚光反射腔18前的出光功率增幅差别不大，但是设置第一光学聚光反射腔18后，LED器件出射光的方向性更好。

本实用新型所使用的光学聚光反射腔的截面形状除了实施例所使用的倒梯形、双曲形、倒锥形、半圆形或折线形等形状外，还可以是但不限于抛物线形、曲线形等具有光学聚光效果的图形

实施例14至实施例18及实施例20中，也可以在光学平台12上腐蚀出反射腔点阵，点阵间通过电路连接，然后将LED芯片置于点阵中各反射腔，从而形成多芯片照明模组或模条。

以上实施例中，反射膜可以由但不限于对可见光具有高反射率的铝、银等金属材料通过热蒸发、电子束蒸发、溅射等方法制作，或用具有不同折射率的二氧化硅、硅、氟化镁等材料通过通过热蒸发、电子束蒸发、溅射等方法制作DBR高反射膜，制作DBR高反射膜时也可以加入铝、银等高反射率金属以提升反射谱谱宽。

Claims (13)

1.一种LED器件，所述LED器件包括芯片(11)和承载芯片(11)的封装平台(10)，其特征在于：所述芯片(11)上表面的法线与封装平台(10)上表面的法线之间具有15°到165°的夹角。

2.如权利要求1所述的一种LED器件，其特征在于：所述封装平台(10)上设有光学平台(12)，芯片(11)设置在光学平台(12)上。

3.如权利要求2所述的一种LED器件，其特征在于：所述芯片(11)上表面的法线与光学平台(12)上表面的法线平行。

4.如权利要求2所述的一种LED器件，其特征在于：所述光学平台(12)上表面的法线与封装平台(10)上表面的法线平行。

5.如权利要求1-4其中之一所述的一种LED器件，其特征在于：所述封装平台(10)上设有第一光学聚光反射腔(18)，第一光学聚光反射腔(18)的内壁上设有第一光学反射膜(7)。

6.如权利要求1-4其中之一所述的一种LED器件，其特征在于：所述封装平台(10)上设有第一凹槽(6)。

7.如权利要求6所述的一种LED器件，其特征在于：所述封装平台(10)上设有第一光学聚光反射腔(18)，第一光学聚光反射腔(18)的内壁上设有第一光学反射膜(7)，第一凹槽(6)设置在第一光学聚光反射腔(18)内。

8.如权利要求4所述的一种LED器件，其特征在于：所述光学平台(12)上设有第二光学聚光反射腔(19)，第二光学聚光反射腔(19)的内壁上设有第二光学反射膜(8)。

9.如权利要求4所述的一种LED器件，其特征在于：所述光学平台(12)上设有第二凹槽(21)。

10.如权利要求9所述的一种LED器件，其特征在于：所述光学平台(12)上设有第二光学聚光反射腔(19)，第二光学聚光反射腔(19)的内壁上设有第二光学反射膜(8)，第二凹槽(21)设置在第二光学聚光反射腔(19)内。

11.如权利要求8或10所述的一种LED器件，其特征在于：所述第二光学聚光反射腔(19)的截面形状为倒梯形、双曲形、倒锥形、半圆形或折线形。

12.如权利要求5所述的一种LED器件，其特征在于：所述第一光学聚光反射腔(18)的截面形状为倒梯形、双曲形、倒锥形、半圆形或折线形。

13.如权利要求1所述的一种LED器件，其特征在于：所述夹角为90°。

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