CN102820314A - 一种线性高压led芯片及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种线性高压LED芯片，包括蓝宝石衬底和所述衬底上的至少两个线性排列的PN结，所述PN结之间通过导电层串联连接，并且两个端部的PN结分别连接金属点，所述金属点用于接入电源的正、负电极。本发明将把LED芯片的各PN结切割长条形，以线形的金属导电层联接，使电流平均流通过LED的全部面积，电流分布更加合理。LED芯片在高电压、低电流的直流电工作模式下运行，发挥更高的照明效果，使整体的耗电量降低，温度降低，增加可靠性和使用寿命，各PN结封装在衬底上集成为一体，有利于电源的组装，适合自动化生产，降低了成本和生产质量。本发明还进一步提供了上述线性高压LED芯片的实现方法。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，更具体地，涉及一种线性高压LED芯片及其实现方法。
背景技术
传统的LED(发光二极管)芯片是一种以低直流电压驱动的照明芯片(单芯片电压为V，电流为I)。低压驱动意味着需要具有电源转换器的设计，才能直接与市电交流电连接，这增加了产品设计和安装工序，提高了生产成本；而且低压驱动使LED芯片的工作电流较大，大工作电流增加了功率耗散，降低了电源效率，还会增大发热，对芯片的可靠性和使用寿命造成不利影响。如果能够实现一种使用线性高压(线性高压V’＝V×N)驱动的LED芯片，从而降低工作电流为I’＝I/N，则能够有效克服现有LED芯片的上述缺陷，降低生成产本，提高产品效率和可靠性。然而，现有技术中并未存在线性高压LED芯片产品。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种线性高压LED芯片及其实现方法。本发明以线性高压驱动LED芯片工作，降低工作电流，使LED电源更加高效，同时减少安装工序，使生产成本降低，可靠性提高；同时本发明能够使LED芯片的形状为长条形，更有利于LED芯片的光效提高和散热效果，提高了产品在整体上的成品效益。
本发明所述的线性高压LED芯片，其特征在于，包括蓝宝石衬底和所述衬底上的至少两个线性排列的PN结，所述PN结之间通过导电层串联连接，并且两个端部的PN结分别连接金属点，所述金属点用于接入电源的正、负电极。
优选地，每个所述PN结包括在所述蓝宝石衬底外延生成的一层N-GaN结构，以及在所述N-GaN结构上面生成的一层P-GaN结构。
进一步优选地，每个PN结的P-GaN结构通过所述导电层连接下一个PN结的N-GaN结构。
优选地，所述芯片整体为L×L的方形，L为宽度，所述PN结线性排列，每个PN结宽度为L/N，N为LED芯片的PN结数目。
优选地，所述LED芯片的各PN结切割长条形，并且以线形的导电层联接。
为了实现上述线性高压LED芯片，本发明还进一步提供了一种线性高压LED芯片的实现方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，在蓝宝石衬底上生成至少两个线性排列的PN结；
步骤2，通过导电层串联连接所述PN结；
步骤3，使两个端部的PN结分别连接金属点，所述金属点用于接入电源的正、负电极。
优选地，所述步骤1具体包括：蓝宝石衬底外延生成一层N-GaN结构，以及在所述N-GaN结构上面生成一层P-GaN结构。进一步优选地，所述步骤2包括：将每个PN结的P-GaN结构通过所述导电层连接下一个PN结的N-GaN结构。
优选地，所述步骤1中采用的所述衬底为L×L的方形，L为宽度，所述PN结线性排列，每个PN结宽度为L/N，N为LED芯片的PN结数目。
优选地，所述步骤1中将各PN结切割长条形，并且以线形的导电层联接。
本发明主要解决了LED照明芯片中的以下技术问题：1.通过PN结的线性组合增加了正、负极之间电压，从而降低了工作电流，有效提高了LED芯片电流一致性，减小了功率耗散，使整体的耗电降低；2.通过长条型布局，提高了发光效率和散热效率；3.通过增加电压，减小了组装的芯片数量，增加了产品可靠性，同时更加适合自动化生产，降低了生产成本，增强了产品质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的结构侧视示意图；
图2是本发明实施例的结构俯视示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。
图1-图2是本发明实施例的结构示意图。本发明所述的线性高压LED芯片是在蓝宝石衬底(sapphire)1上利用外延技术生长至少两个线性排列的PN结。如附图1-2所示，每个PN结的半导体结构包括在蓝宝石衬底1表面外延生成的一层N-GaN(氧化镓)结构2，以及在所述N-GaN结构上面生成的一层P-GaN结构3，从而在N-GaN(氧化镓)结构2和P-GaN结构3之间形成发光层4作为照明光源。从附图中可以看到，将所述LED芯片的各PN结切割长条形，并且以线形的导电层联接。采用的所述衬底为L×L的方形，L为宽度，所述PN结线性排列，每个PN结宽度为L/N，N为LED芯片的PN结数目。位于上层的P-GaN结构3的表面积小于N-GaN(氧化镓)结构2的表面积，从而使N-GaN(氧化镓)结构2部分区域露出，便于利用导电层5将各个PN结串联连接，将每个PN结的P-GaN结构3通过所述导电层5连接下一个PN结的N-GaN结构2。并且，在串联的一组PN结中，位于两个端部的PN结分别连接金属点6，所述金属点6用于接入电源的正、负电极，即一端的PN结的P-GaN结构3通过金属点6连接电源正极，另一端的PN结的N-GaN(氧化镓)结构2通过另一金属点6连接电源负极，从而将多个PN结串联在电源正、负极之间。各个PN结所形成的二极管结构具有相同的功率，因此将N个线性排列的PN结串联后，工作电压将增加N倍，而工作电流将会减小到1/N，由于电流以较小的切面流过同等面积的PN结，利用较小的工作电流降低了PN结的发热和功率耗散，提高了电源效率。通过使各PN结平均分布，照明效果更好，而且也更容易散热，增加了产品的可靠性和寿命。
为了实现上述线性高压LED芯片，本发明还进一步提供了一种线性高压LED芯片的实现方法，包括以下步骤：
步骤1，在蓝宝石衬底1上利用外延技术生长至少两个线性排列的PN结；采用的所述衬底为L×L的方形，L为宽度，所述PN结线性排列，每个PN结宽度为L/N，N为LED芯片的PN结数目；蓝宝石衬底1外延生成一层N-GaN结构2，以及在所述N-GaN结构上面生成一层P-GaN结构3，位于上层的P-GaN结构3的表面积小于N-GaN(氧化镓)结构2的表面积，从而使N-GaN(氧化镓)结构2部分区域露出，步骤1中将各PN结切割长条形，并且在后续步骤中以线形的导电层联接。
步骤2，将每个PN结的P-GaN结构3通过导电层5连接下一个PN结的N-GaN结构2，从而通过导电层5串联连接所述线性排列的PN结。
步骤3，使在串联的一组PN结中位于两个端部的PN结分别连接金属点6，所述金属点6用于接入电源的正、负电极，从而制成了本发明的线性高压LED芯片。
本发明使LED在高电压、低电流的直流电工作模式下运行，发挥更高的照明效果，使整体的耗电量降低，温度降低，增加可靠性和使用寿命，各PN结封装在衬底上集成为一体，有利于电源的组装，适合自动化生产，降低了成本和生产质量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它控制设备中，如电脑***、游戏***、手机***等。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种线性高压LED芯片，其特征在于，包括蓝宝石衬底和所述衬底上的至少两个线性排列的PN结，所述PN结之间通过导电层串联连接，并且两个端部的PN结分别连接金属点，所述金属点用于接入电源的正、负电极。
2.根据权利要求1所述的线性高压LED芯片，其特征在于：每个所述PN结包括在所述蓝宝石衬底外延生成的一层N-GaN结构，以及在所述N-GaN结构上面生成的一层P-GaN结构。
3.根据权利要求2所述的线性高压LED芯片，其特征在于：每个PN结的P-GaN结构通过所述导电层连接下一个PN结的N-GaN结构。
4.根据权利要求1所述的线性高压LED芯片，其特征在于：所述芯片整体为L×L的方形，L为宽度，所述PN结线性排列，每个PN结宽度为L/N，N为LED芯片的PN结数目。
5.根据权利要求1所述的线性高压LED芯片，所述LED芯片的各PN结切割长条形，并且以线形的导电层联接。
6.一种线性高压LED芯片的实现方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，在蓝宝石衬底上生成至少两个线性排列的PN结；
步骤2，通过导电层串联连接所述PN结；
步骤3，使两个端部的PN结分别连接金属点，所述金属点用于接入电源的正、负电极。
7.根据权利要求6所述的实现方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：蓝宝石衬底外延生成一层N-GaN结构，以及在所述N-GaN结构上面生成一层P-GaN结构。
8.根据权利要求7所述的实现方法，其特征在于，将每个PN结的P-GaN结构通过所述导电层连接下一个PN结的N-GaN结构。
9.根据权利要求6所述的实现方法，其特征在于，所述步骤1中采用的所述衬底为L×L的方形，L为宽度，所述PN结线性排列，每个PN结宽度为L/N，N为LED芯片的PN结数目。
10.根据权利要求6所述的实现方法，其特征在于，所述步骤1中将各PN结切割长条形，并且以线形的导电层联接。
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| US20030160251A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-08-28 | Wanlass Mark W. | Voltage-matched, monolithic, multi-band-gap devices |
| US20090262527A1 (en) * | 2008-04-18 | 2009-10-22 | Top Crystal Technology, Inc. | High-Voltage Light Emitting Diode Circuit Having a Plurality of Critical Voltages and Light Emitting Diode Device Using the Same |
| US20100252840A1 (en) * | 2009-04-06 | 2010-10-07 | Cree, Inc. | High voltage low current surface emitting led |
| CN102368516A (zh) * | 2011-10-10 | 2012-03-07 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 高压led器件及其制造方法 |
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2012
- 2012-07-03 CN CN2012102259632A patent/CN102820314A/zh active Pending
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