CN202384398U - 一种半导体发光器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种半导体发光器件。它包括基座、设置在基座上的半导体PN结发光芯片、包覆在发光芯片外围的荧光粉层、以及罩设在荧光粉层外围的透光罩壳，其特征在于：还包括包围在荧光粉层外围的光学滤光层，所述的光学滤光层是一种短波反射、长波透射的选择性透反射滤光层，即反射芯片所发射的短波长光、透射从荧光粉层出射的长波长光。本实用新型具有的实质性特点：增设了光学滤光层，截去一部分蓝光，减少蓝光对人眼视网膜的光氧化压力，减少蓝光的光化学损伤，尤其对视网膜有病变的人群，能减小损伤，并提高发光效率；基座上设置一反射层，并与光学滤光层之间形成反射腔，充分激发荧光粉。

Description

一种半导体发光器件

技术领域

本实用新型涉及一种半导体发光器件。

背景技术

LED是一种能够将电能转化为光能的半导体发光器件。LED照明与普通照明用的白炽灯和卤钨灯相比，由于其节能、环保、寿命长、响应快、耐开关冲击、易配光等诸多优点而备受青睐，近年来从夜景照明、液晶电视背光照明，逐步进入普通照明领域。

根据对可见光的研究，要获得白光LED，至少需要多种光谱的混合，如二波长发光（蓝色光+黄色光）或三波长发光（蓝色光+绿色光+红色光）的白光LED。

目前白光LED主要是将发射蓝光的GaN芯片和涂覆其上方的荧光粉层封装在一起制成的。荧光粉在短波蓝光的激发下，会发射出波长更长的黄光，该黄光与直接从荧光粉层中穿透出来的蓝光混合形成了白光。

随着LED越来越多的应用于室内照明，从人体健康上来说更需要高效低色温的LED。为了获得低色温的LED，通常采用红绿荧光粉，并适当控制荧光粉层的厚度，得到高显色性的低色温LED。由于红粉的发光效率比较低，低色温LED的发光效率相对于高色温LED偏低。为了提高白光LED 的发光效率，目前通常采用表面粗化、光子晶体等技术提高芯片的蓝光出光效率。

但是，近几年的研究表明，短波蓝光对人身体的影响不容忽视，尤其是夜间照明和特殊人群的照明。LED的健康性、安全性也成为非常重要的课题。

发明内容

    本实用新型的目的在于提供一种半导体发光器件，增设光学滤光层，截止短波蓝光的大量出射，有利于人体健康，解决短波蓝光对人身体的带来不利影响的问题；同时将截止的短波蓝光反射再次激发荧光粉，提高长波长的出射，提高发光效率。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种半导体发光器件，包括基座、设置在基座上的半导体PN结发光芯片、包覆在发光芯片外围的荧光粉层、以及罩设在荧光粉层外围的透光罩壳，其特征在于：还包括包围在荧光粉层外围的光学滤光层，所述的光学滤光层是一种短波反射、长波透射的选择性透反射滤光层，即反射芯片所发射的短波长光、透射从荧光粉层出射的长波长光。所述的透光罩壳可为树脂。当然，透光罩壳采用其他材质，只要能到达具有透光又能保护荧光粉层、发光芯片等内部组件的效果即可。

目前已有一种将多个LED芯片一起封装在胶水和荧光粉的混合层中，从而增加发射光的折射几率，来提高光的射出效率。而本实用新型所述的一种半导体发光器件（主要为LED）通过在荧光粉层外增设光学滤光层，一方面截止发光芯片短波的大量出射，另一方面通过反射增加短波蓝光激发荧光粉的几率，从而提高LED的发光效率。从结构上和功能上都有了新的突破。

发光芯片发射短波长蓝光、蓝紫光或紫外线，激发涂覆在发射光方向的荧光粉层，在荧光粉层出射光方向上加有光学滤光层，该光学滤光层至少阻挡一部分芯片发射的短波光，透射大部分激发荧光粉层后形成的长波光，这部分透射光可以是穿透荧光粉层的光，也可以是经过其他路径未穿透荧光粉层的芯片发射光。经该光学滤光层阻挡后反射，激发荧光粉层，提高光效率，同时减少短波蓝光的出射，有利于人体健康。

光学滤光层可以为分离制作成型的光学元件，通过热胶合或其他辅助胶合剂粘接在透光罩壳的上，通常粘接在透光罩壳的内表面，有利于反射从荧光粉层中透射出来的发光芯片发射光，使反射光再次激发荧光粉层，提高发光效率。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型采用如下技术措施：所述的光学滤光层为多层干涉滤光膜叠合而成。该光学滤光层安装方便，能大大改善发光性能，获得高效率、蓝光较低的健康照明型半导体发光器件（LED），减少蓝光的危害。

所述的光学滤光层设置在透光罩壳的内表面。光学滤光层位于封装的透光罩壳内层，可防止过量的短波光被透光罩壳材料吸收而引起的光老化。

所述的透光罩壳为平面，或者以发光芯片为中心形成的弧形面。则与透光罩壳配合的光学滤光层对应的为平面形，或为弧形面（通常为凹面形，其朝发光芯片方向内凹；也可以为不规则的弧形面，其上每个圆弧段的圆心都指向发光芯片）。弧形面的光学滤光层可将部分发光芯片发射的光充分反射到荧光粉上，提高反射光的利用效率，使荧光粉层提高发光芯片发射光的光度色度性能和发光效率。

所述的荧光粉层做成膜层，覆盖在光学滤光层近发光芯片的表面上，荧光粉层和发光芯片之间有间隙。传统的荧光粉涂覆方式为点粉模式，即荧光粉与胶体的混合物填充到发光芯片支架杯碗内，然后加热固化。这种涂覆方式荧光粉量难以控制，并且由于各处激发光不同，使得白光LED容易出现黄斑或者蓝斑等光色不均匀现象。而且，这种荧光粉层与发光芯片接触的近场激发方法，增加了激发光的背散射损耗，降低了发光器件的出光效率。故本实用新型不将荧光粉层直接涂敷在芯片上，而是直接涂覆在在光学滤光层近发光芯片的表面上，并与发光芯片之间有一定间隙，芯片与荧光粉不直接接触。这种方式一方面可以保证荧光粉层的覆盖厚度一致，提高了白光LED的光色稳定性；另一方面可以减少芯片温度影响，有效的降低结温，提高LED芯片的效率，性能好。

所述的基座上面向光学滤光层的表面为反射面，所述反射面与光学滤光层之间形成光学反射腔。发光芯片发射的光可以在该反射腔内形成多次反射，充分激发荧光粉，从而提高效率，改善光学性能。

所述的基座与光学滤光层的空腔中填充有透明的填充物。填充物为硅胶材料，可减少光折射带来的损失，提高发光效率。填充物还起到支撑和聚光等作用。

所述光学滤光层的短波截止波长（指相对光谱透射比降至50%的对应波长）为发光芯片和荧光粉层荧光的混光光谱波谷的波长附近，前后不超过±10nm区间内。

本实用新型所述LED与传统的LED相比，其具有的显著进步： 

1、         增设了光学滤光层，截去一部分蓝光，减少蓝光对人眼视网膜的光氧化压力，减少蓝光的光化学损伤，尤其对视网膜有病变的人群，能减小损伤。

2、         光学滤光层用于反射发光芯片出射的短波发射光、透射激发荧光粉层后的长波长光，所反射的光再次激发荧光粉，提高发光效率。

3、         光学滤光层为凹面型的反射面，提高反射光的激发荧光粉层效率，进而提高光效。

4、         光学滤光层为多层干涉膜形式，有利于提高光线的透反射率，且制作方便。

5、         光学滤光层设置在透光罩壳的内表面，可降低透光罩壳因吸收短波光导致的材料光老化程度。

6、         光学滤光层与透光罩壳为分体结构，可分离单独加工后再安装到透光罩壳的内表面，适合大批量单独加工，也有利于控制光学滤光层的质量。

7、         荧光粉层直接涂敷在光学滤光层近发光芯片的前表面上，形成一体结构，并与发光芯片有一定间隔，可减少发光芯片的发热影响，同时提高荧光粉层的发光性能和效率。

8、         基座上设置一反射层，并与光学滤光层之间形成反射腔，充分激发荧光粉。

附图说明

图1 为本实用新型的一种结构示意图。

图2为本实用新型的另一种结构示意图。

图3为本实用新型的第三种结构示意图。

图4为本实用新型的第四种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

实施例1：一种半导体发光器件，包括基座4、设置在基座4上的半导体PN结发光芯片1、包覆在发光芯片1外围的荧光粉层2、罩设在荧光粉层2外围的透光罩壳5、以及包围在荧光粉层2外围的光学滤光层3。优选的方案，光学滤光层3设置在透光罩壳5的内表面。如图1所示，透光罩壳5为树脂或其他透光材料，其为平面形，那么对应的光学滤光层3也为平面形。

半导体PN结发光芯片1发射蓝光，一部分被荧光粉层2吸收，荧光粉层2受蓝光激发后发射波长更长的黄色光；另一部分蓝光直接与穿过荧光粉层2后与黄光混合，由此得到白光。

光学滤光层3是一种将发光芯片1出射的短波长光反射、透射长波长光的选择性透反射型滤光层，其短波截止波长（指相对光谱透射比降至50%的对应波长）为发光芯片1和荧光粉层2荧光的混光光谱波谷的波长附近，前后不超过±10nm区间内。

具体举例来说，发光芯片1出射的光线照射到光学滤光层3后，500nm以上的长光波可以透射出去，而500nm以下波长的短光波被反射回来。反射后的蓝光再次穿过荧光粉层2，经过二次激发，又发射黄色光，从透明罩壳5中透射出来。同样的，再次经过光学滤光层3后，部分短波光依然被反射回来，长波光可以透射出去。经过多级反射，充分激发荧光粉层2，提高发光效率。又能实现对短波蓝光的截止，防止发光芯片1发射光中含有的短波蓝光对人眼视网膜的伤害。

实施例2：一种半导体发光器件，如图2所示，透光罩壳5为以发光芯片1为中心形成的弧形面，其中以凹面形为佳。则与透光罩壳5相匹配的光学滤光层3也是凹面形，凹面形的光学滤光层3可将出射的部分发光芯片1所发射的光充分反射到荧光粉层2上，提高反射光的利用效率，提高荧光粉层2的光度色度性能和发光效率。其余结构同实施例1。

实施例3：一种半导体发光器件，如图3或4所示，将荧光粉层2做成膜层，覆盖在光学滤光层3近发光芯片1的表面上。将荧光粉层2不直接涂敷在发光芯片1上，而是直接涂覆在光学滤光层3的内表面，并与发光芯片1之间有一定间隙，发光芯片1与荧光粉层2不直接接触，有利于发光芯片1散热。这种方式一方面可以保证荧光粉层2的覆盖厚度一致，提高了光色稳定性；另一方面可以减少发光芯片1温度影响，有效的降低结温，提高发光效率，性能好。其余结构同实施例1或实施例2。

实施例4：一种半导体发光器件，如图1-4所示，基座4与光学滤光层3的空腔中填充有透明的填充物。填充物为硅胶材料，可减少光折射带来的损失，提高发光效率。填充物还起到支撑和聚光等作用。其余结构同实施例1-3中任一实施例。

实施例5：一种半导体发光器件，如图1-4所示，基座4上面向光学滤光层3的表面为反射面，所述反射面与光学滤光层3之间形成光学反射腔。同时经过光学滤光层3和基座4的多级反射，充分激发荧光粉层2，提高发光效率。其余结构同实施例1-4中任一实施例。

实施例6：一种半导体发光器件，如图1-4所示，光学滤光层3为多层干涉滤光膜叠合而成。该光学滤光层3安装方便，能大大改善发光性能，获得高效率、蓝光较少的健康照明型半导体发光器件（LED），减少蓝光的危害。其余结构同实施例1-5中任一实施例。

Claims (8)

1.一种半导体发光器件，包括基座（4）、设置在基座（4）上的半导体PN结发光芯片（1）、包覆在发光芯片（1）外围的荧光粉层（2）、以及罩设在荧光粉层（2）外围的透光罩壳（5），其特征在于：还包括包围在荧光粉层（2）外围的光学滤光层（3），所述的光学滤光层（3）是一种短波反射、长波透射的选择性透反射滤光层，即反射芯片（1）所发射的短波长光、透射从荧光粉层（2）出射的长波长光。

2.根据权利要求1所述的一种半导体发光器件，其特征在于所述的光学滤光层（3）为多层干涉滤光膜叠合而成。

3.根据权利要求1或2所述的一种半导体发光器件，其特征在于所述的光学滤光层（3）设置在透光罩壳（5）的内侧表面。

4.根据权利要求3所述的一种半导体发光器件，其特征在于所述的透光罩壳（5）为平面，或者以发光芯片（1）为中心形成的弧形面。

5.根据权利要求1所述的一种半导体发光器件，其特征在于所述的荧光粉层（2）做成膜层，覆盖在光学滤光层（3）近发光芯片（1）的表面上，荧光粉层（2）和发光芯片（1）之间有间隙。

6.根据权利要求1所述的一种半导体发光器件，其特征在于所述的基座（4）上面向光学滤光层（3）的表面为反射面，所述反射面与光学滤光层（3）之间形成光学反射腔。

7.根据权利要求1所述的一种半导体发光器件，其特征在于所述的基座（4）与光学滤光层（3）的空腔中填充有透明的填充物。

8.根据权利要求1或2所述的一种半导体发光器件，其特征在于所述光学滤光层（3）的短波截止波长为发光芯片（1）和荧光粉层（2）荧光的混光光谱波谷的波长附近，前后不超过±10nm区间内。

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