CN105023986B - Led发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED发光器件，包括透明基材，所述透明基材上分布有至少一个凹槽，所述每个凹槽内设有一个LED芯片，所述LED芯片包括透明衬底以及形成于所述透明衬底上的外延层，所述外延层上设有透明导电层，所述透明导电层还至少延伸到所述透明基材上。藉由本发明的设计，可以实现LED发光器件的4π立体角通体发光，光效高（比一般2π立体角灯效率提升~20%以上)，同时可以制作出不同电压的发光模组，低成本，高可靠性，易大批量标准化制作。

Description

LED发光器件

技术领域

本发明涉及一种半导体发光器件，特别涉及一种LED发光器件。

背景技术

上世纪60年代第一只LED产品在美国诞生，它的出现给人们的生活带来了很多光彩，由于LED具有寿命长、低功耗、绿色环保等优点，与之相关的技术发展得非常迅速。它已经成为“无处不在”与我们的生活息息相关的光电器件和光源，比如手机的背光，交通信号灯，大屏幕全彩显示屏和景观亮化用灯等等。

目前制约LED进一步应用和发展的瓶颈是它的价格和出光效率及散热，理论上用蓝光LED激发黄色荧光粉合成白光的发光效率高达每瓦300多流明，但是现在的实际效率还不到理论值的60%，大概是理论值的二分之一左右，其中一个重要原因是一部分从激活区发出的光无法从LED器件内部逃逸出来。其中，金属电极和基材对光的吸收和遮挡使得LED光效的损失很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED发光器件，解决现有技术中因为金属电极和基材的吸收和遮挡而使得LED器件发光效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种LED发光器件，包括透明基材，所述透明基材上分布有至少一凹槽，每一凹槽内设有至少一主要由透明衬底和外延层组成的LED芯片，每一LED芯片的外延层的电极区域上均覆设有用作电极的透明导电层，且所述透明导电层还至少延伸至所述透明基材上。

作为较为优选的实施方案之一，覆设于每一LED芯片的外延层上的透明导电层还至少延伸覆盖另一LED芯片的外延层的电极区域，从而使分布在所述透明基材内的复数个LED芯片相互电性连接。

进一步的，所述外延层包括P型半导体层和N型半导体层，所述N型半导体层具有第一电极接触面，所述P型半导体层具有第二电极接触面，所述透明基材包括位于第一高度的第一顶面和位于第二高度的第二顶面，所述透明导电层包括第一透明导电层，所述第一透明导电层形成于所述第二电极接触面上并沿水平方向延伸至第二顶面上。

进一步的，所述透明导电层还包括第二透明导电层，所述第二透明导电层形成于所述第一电极接触面上并沿水平方向延伸至第一顶面上。

进一步的，所述LED发光器件包括复数凹槽，每一凹槽内分布一LED芯片，并且与至少一LED芯片配合的第一透明导电电极还与至少另一LED芯片的第二透明导电电极电连接，从而使该至少两个LED芯片串联设置。

进一步的，所述LED发光器件包括复数凹槽，每一凹槽内分布一LED芯片，并且与至少一LED芯片配合的第一、第二透明导电电极还分别与至少另一LED芯片的第一、第二透明导电电极电连接，从而使该至少两个LED芯片并联设置。

进一步的，所述第一电极接触面与所述第一顶面相邻且位于同一平面，所述第二电极接触面与所述第二顶面相邻且位于同一平面。

进一步的，所述透明导电层的材质包括但不限于氧化铟锡、氧化锌或基于纳米碳材料的透明导电层，例如碳纳米管透明导电层、石墨烯导电层等。

进一步的，所述透明基材的材质包括但不限于玻璃、蓝宝石、碳化硅或其它透明金属和/或非金属氧化物等无机透明材料、有机透明材料或其组合。

进一步的，所述LED发光器件还包括用以包裹透明基材的封装层，所述封装层包含荧光粉。

进一步的，所述LED发光器件还包括用以包裹LED芯片的封装层，所述封装层包含荧光粉。

与现有技术相比，本发明的优点包括：通过采用透明基材，并以透明导电层取代传统的金属电极，使LED发光器件可以实现全通透发光，即4π立体角通体发光，相较于2π发光立体角灯，发光效率可以提升～20%以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明第一实施例中LED发光器件的结构示意图；

图2所示为本发明第二实施例中LED发光器件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明第一实施例中，LED发光器件包括透明基材1，透明基材1的材质优选为玻璃。透明基材1的表面上形成有多个凹槽2，每个凹槽2内分别设有一个LED芯片3，LED芯片3之间串联连接。

LED芯片3包括透明衬底、形成于透明衬底上的外延层和透明导电层。透明衬底的材质优选为蓝宝石或碳化硅。外延层包括依次形成于透明衬底上N型半导体层和P型半导体层，通过刻蚀P型半导体层直至露出N型半导体层（可以部分刻蚀N型半导体层）以形成第一电极接触面，定义该第一电极接触面位于第一高度。P型半导体层的顶面为第二电极接触面，定义第二接触面位于第二高度。透明基材1包括位于第一高度的第一顶面和位于第二高度的第二顶面，其中，第一顶面与第一电极接触面相邻，第二顶面与第二电极接触面相邻。透明导电层包括第一透明导电层41和第二透明导电层42，第二透明导电层42覆盖或部分覆盖于第一电极接触面上，并自第一顶面水平引出；第一透明导电层41覆盖或部分覆盖于第二电极接触面上，并自第二顶面水平引出。透明导电电极的材质优选为氧化铟锡或氧化锌或碳纳米管或石墨烯等等。

该LED发光器件还可包裹有封装层，封装层可由有机硅胶或环氧树脂等组成，其中可均匀掺杂、涂覆有荧光粉5等，以实现LED芯片发射光的波长转换，且通过此种封装形式，还可使器件所发射的光具有更佳均匀性。而所述荧光粉的类型可依据实际应用之需求而选取，其获取途径亦可有多种，例如，可来源于市售途径。又及，还可在前述凹槽内填充透明材料，并以其包裹LED芯片，同时亦可在这些透明材料中掺杂或包裹荧光粉。

进一步的，作为优选的实施案例之一，可将与至少一LED芯片配合的第一透明导电电极与至少另一LED芯片的第二透明导电电极电连接，从而使该至少两个LED芯片串联设置。

和/或，也可将与至少一LED芯片配合的第一、第二透明导电电极分别与至少另一LED芯片的第一、第二透明导电电极电连接，从而使该至少两个LED芯片并联设置。

藉由前述设计，可以在LED发光器件中的LED芯片之间形成串联或并联或串并联组合的回路，而无需另行设置转移基板等，且保障LED发光器件具有正常工作性能，特别是在串并联组合的情形下，可降低现有LED发光器件由于用金属线连接所产生的故障率。而且，在将一个LED发光器件内的所有LED芯片均并入一电流回路中之后，仅需在器件中设置与该电流回路配合的总电源接入端口，并以该总电源接入端口与电源连接，从而使器件工作，如此可简化LED发光器件之结构，进一步降低其生产成本，简化其生产工艺，使其易大批量标准化制作。前述总电源端口可采用业界所知的各类形式，例如插接端口。

又及，通过方便的调整LED发光器件内LED芯片的数量和/或其组合方式（串并联结构），还可制作出不同电压的发光模组。

另外，易于想到的是，LED发光器件还可以仅仅设有一个LED芯片，LED芯片也可以采用倒装方式，透明基材1的顶面（凹槽外部分）也可以位于同一平面内。

再请参阅图2所示，本发明第二实施例中，LED发光器件包括透明基材11，透明基材11的材质优选为玻璃。透明基材11的表面上形成有凹槽15,凹槽15内设有一个LED芯片12，芯片周边可以用透明物质填充。

LED芯片12包括透明衬底以及形成于透明衬底上的外延层，外延层包括P型半导体层和N型半导体层，所述N型半导体层具有第一电极接触面， P型半导体层具有第二电极接触面，透明导电层13形成于第二电极接触面上并沿水平方向延伸至透明基材11上。透明基材11上方的透明导电层13上设有金属焊盘16，第一电极接触面上设置有N型电极14。

前述第二实施例仅仅是本发明可能实现的一种方式，显然从发光效率等方面而言，其劣于前述的第一实施例，但亦优于现有的LED器件组装形式。

总而言之，藉由本发明的设计，可以实现LED发光器件的4π立体角 通体发光，光效高（比一般2π发光立体角灯效率提升~20%以上)，同时可以制作出不同电压的发光模组，低成本，易大批量标准化制作。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当理解，以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种LED发光器件，其特征在于包括透明基材，所述透明基材上分布有至少一凹槽，每一凹槽内设有至少一主要由透明衬底和外延层组成的LED芯片，每一LED芯片的外延层的电极区域上均覆设有用作电极的透明导电层，且所述透明导电层还至少延伸至所述透明基材上，所述外延层包括P型半导体层和N型半导体层，所述N型半导体层具有第一电极接触面，所述P型半导体层具有第二电极接触面，所述透明基材包括位于第一高度的第一顶面和位于第二高度的第二顶面，所述透明导电层包括第一透明导电层和第二透明导电层，所述第一透明导电层形成于所述第二电极接触面上并沿水平方向延伸至第二顶面上，所述第二透明导电层形成于所述第一电极接触面上并沿水平方向延伸至第一顶面上。

2.根据权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于：覆设于每一LED芯片的外延层上的透明导电层还至少延伸覆盖另一LED芯片的外延层的电极区域，从而使分布在所述透明基材内的复数个LED芯片相互电性连接。

3.根据权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于：所述LED发光器件包括复数凹槽，每一凹槽内分布一LED芯片，并且与至少一LED芯片配合的第一透明导电电极还与至少另一LED芯片的第二透明导电电极电连接，从而使该至少两个LED芯片串联设置。

4.根据权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于：所述LED发光器件包括复数凹槽，每一凹槽内分布一LED芯片，并且与至少一LED芯片配合的第一、第二透明导电电极还分别与至少另一LED芯片的第一、第二透明导电电极电连接，从而使该至少两个LED芯片并联设置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的LED发光器件，其特征在于：所述第一电极接触面与所述第一顶面相邻且位于同一平面，所述第二电极接触面与所述第二顶面相邻且位于同一平面。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的LED发光器件，其特征在于：所述透明导电层的材质包括氧化铟锡(ITO)、氧化锌或基于纳米碳材料的透明导电层，所述纳米碳材料包括碳纳米管或石墨烯。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的LED发光器件，其特征在于：所述透明基材的材质包括有机或无机透明物质，所述无机透明物质包括玻璃、蓝宝石、碳化硅或透明氧化物。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的LED发光器件，其特征在于：所述LED发光器件还包括用以包裹透明基材的封装层，所述封装层包含荧光粉。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的LED发光器件，其特征在于：所述LED发光器件还包括用以包裹LED芯片的封装层，所述封装层包含荧光粉。