CN114269039A - 一种高电光调制带宽的led器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高电光调制带宽的LED器件，其包括LED电路、电感性器件和封装基板，所述LED电路包括若干LED‑A子电路和LED‑B子电路，所述LED‑A子电路和LED‑B子电路中包括若干个LED芯片，所述LED‑A子电路串联所述电感性器件，所述LED‑B子电路不串联所述电感性器件，所述LED‑A子电路和LED‑B子电路并联连接，且与所述电感性器件分别固定在所述封装基板上，形成电学连接，各路同时导通。本发明既可以实现LED‑A和LED‑B子电路的照明应用，也可以使更多高频信号流入LED‑B子电路，提升LED‑B子电路作为信号发射源进行通信应用时的调制带宽。

Description

一种高电光调制带宽的LED器件

技术领域

本发明涉及半导体发光器件技术领域，尤其是一种高电光调制带宽的LED器件。

背景技术

在当前技术背景下，实现照明和通信兼顾的可见光通信用LED发射器仍难以达到低成本的实用化水平。商业化的LED芯片一般只能发出单色光，只能在特殊场景下照明使用，要想实现通用照明，则需激发荧光粉，或者采用多种单色LED形成多基色混光照明阵列。当单芯片LED配合荧光粉实现照明功能时，荧光粉会大幅度衰弱通信信号强度和限制LED可见光通信调制带宽，荧光型LED不宜作为高速可见光通信的发射光源。另外，照明用LED芯片尺寸皆为大尺寸、大功率LED，其自身电容较大，RC时间常数大，导致其调制带宽小，限制在十几MHz之内，若没有外部均衡电路的加持，很难实现高的通信速率。在可见光通信用LED的众多研究中都是趋向将LED的尺寸做小以望实现更高的调制带宽，但其光效也下降严重，不宜照明使用。当然也有研究采用特殊的芯片结构以实现更高的调制带宽，但制作成本提高了，器件的可靠性也可能下降。

中国发明专利授权公开号 “CN 106571358 B” ，公开一种采用微电感图形衬底的可见光通信发射器件，通过在衬底上制作电感线圈与蓝宝石衬底上的4×4 LED串联阵列串联以实现大功率使用和补偿电容提高响应频率，这种方案是可以实现大功率使用，但只能发出单色光，制备图形化衬底工艺复杂且成本高。

中国发明专利授权公开号 “CN 107134448 B”，公开一种提高可见光通信LED光源调制带宽的可集成化方法，采用先在绝缘衬底中间沉积金属薄膜电阻，后再绝缘衬底两侧制作两个平行板电容，使两个电容串联连接在LED两端，与薄膜电阻并联，可以减少低频信号通过LED，实现均衡作用，进而提升调制带宽，但是其在衬底上沉积金属薄膜电阻和电容的成本高、工艺复杂，难以实现LED照明与通信的兼容。

故解决LED照明和通信难兼容的问题，更多的解决方案是将多个LED芯片集成单个芯片阵列器件，将芯片以照明用和通信用不同功能分开控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高电光调制带宽的LED器件，在不影响照明的前提下缓解LED器件在可见光通信方面电光调制带宽小的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种高电光调制带宽的LED器件，包括LED电路、电感性器件和封装基板，所述LED电路包括若干LED-A子电路和LED-B子电路，所述LED-A子电路和LED-B子电路中包括若干个LED芯片，所述LED-A子电路串联所述电感性器件，所述LED-B子电路不串联所述电感性器件，所述LED-A子电路和LED-B子电路并联连接，且与所述电感性器件分别固定在所述封装基板上，形成电学连接，各路同时导通。

优选的，所述电感性器件为贴片电感，其电感值大于LED-B子电路在工作状态下的电感值；所述封装基板从上往下依次包括阻焊层、焊盘层、线路层、绝缘层和基材层，所述焊盘层设置有焊盘，所述线路层设置有印刷电路，所述封装基板边缘设有一个正电极和负电极。

优选的，所述LED芯片为垂直结构，所述LED-B子电路的LED芯片未涂敷荧光粉。

本发明还提供了一种高电光调制带宽的LED器件的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将所述LED-A子电路和LED-B子电路一起放置在封装基板上，将所述LED-B子电路设置于封装基板的中心，所述LED-A子电路在LED-B子电路***呈等角度分布，将所述焊盘置于印刷电路的末端；

（2）将所述LED-A子电路、LED-B子电路和电感性器件固定在封装基板表面；

（3）通过引线键合方式将所述LED-A子电路和LED-B子电路中LED芯片与封装基板上的焊盘形成电学连接，LED-A子电路和LED-B子电路实现并联连接；

（4）采用封装胶将LED-A子电路和LED-B子电路进行封装并固化，固化后成凸透镜形状；

（5）将电感性器件串联在LED-A子电路中，实现各路同时导通。

优选的，所述LED-A子电路和LED-B子电路为单颗LED芯片。

优选的，步骤（2）中，所述LED-A子电路和LED-B子电路分别通过固晶焊接材料固晶在封装基板表面，所述电感性器件通过焊接材料焊接到封装基板上。

优选的，步骤（4）中，将LED-A子电路和LED-B子电路的表面一起封装并固化。

优选的，所述LED-A子电路和LED-B子电路还可以是单独封装好的LED芯片，该芯片封装在器件基板上。

优选的，所述LED-A子电路和LED-B子电路还可以是由多个LED芯片组成的LED芯片模组，所述LED芯片模组分别封装在器件基板上。

优选的，步骤（2）中，所述LED-A子电路、LED-B子电路和电感性器件，分别通过焊接材料焊接到封装基板上。

受可见光通信LED器件电学特性的影响，LED器件为非线性元件，其阻抗并非定值，在不同直流驱动或不同频率的传输信号注入下，其阻抗是发生改变的。在LED的工作电流偏置下，LED在高频下会呈现出高阻抗特性。基于该电学特性，本发明可以在LED-A各子电路中增添一个电感串联，其电感值大于LED-B子电路在工作状态下的电感值，使得在特定频率下LED-A子电路串联电路的阻抗远大于LED-B子电路，而此时，通信电信号会更多的流入LED-B各子电路。因此，在各路同时导通时，LED-B各子电路低频信号的可见光通信响应强度不变，而高频信号的可见光通信响应强度提升，实现电光调制带宽的提升，若是有多个LED-A子电路，甚至可以实现LED-B各子电路在多个频段频率响应强度的提升。同时，LED-A各子电路和LED-B各子电路只有小幅值的射频信号通过，未明显影响通过各电路的电流大小，对照明性能不会产生较大影响。

本发明的有益效果是，本发明提供的高电光调制带宽的LED器件，其结构和制备方法简单，可以兼容当前LED照明器件的制备工艺，可以显著提高可见光通信LED光源的可用调制带宽，可以兼顾照明与通信的功能。

附图说明：

图1是本发明的高电光调制带宽的LED器件的电路原理示意图；

图2是本发明实施例1提供的LED器件的结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的LED器件的结构局域放大图；

图4是本发明实施例1提供的LED器件的结构剖视图；

图5是本发明实施例1提供的LED器件在工作状态下的频率响应曲线图；

图6是本发明实施例2提供的LED器件的结构示意图；

图7是本发明实施例2提供的LED器件的结构剖视图；

图8是本发明实施例3提供的LED器件的结构示意图。

附图标记说明：

101. LED-A子电路，101a. LED-A1子电路，101b. LED-A2子电路，102. LED-B子电路，103. 器件基板，104. 焊盘，105. 电感性器件，106. 负电极，107. 正电极，108. 印刷电路，109. 封装基板，110. 固晶焊接材料，111.封装胶，112. 焊接材料。

具体实施方式：

下面结合实施例并对照附图对本发明进行进一步的说明。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。需说明的是，本发明的附图均采用非常简化的非精准比例，仅用以方便、明晰的辅助说明本发明。

实施例1

如附图1～5所示，本发明实施例1提供了一种高电光调制带宽的LED器件，其包括LED电路、电感性器件105和封装基板109，所述LED电路包括若干LED-A子电路101和LED-B子电路102，LED-A子电路101和LED-B子电路102中包括若干个LED芯片，LED-A子电路101串联电感性器件105，LED-B子电路102不串联电感性器件105，LED-A子电路101和LED-B子电路102并联连接，且与电感性器件105分别固定在封装基板109上，形成电学连接，各路同时导通。

电感性器件105为贴片电感，其电感值大于LED-B子电路101在工作状态下的电感值；封装基板109从上往下依次包括阻焊层、焊盘层、线路层、绝缘层和基材层，焊盘层设置有焊盘104，线路层设置有印刷电路108，封装基板109边缘设有一个正电极107和负电极106。

在本实施例中，每个LED-A子电路101和LED-B子电路102为单颗LED芯片，选用了5颗27mil垂直结构黄光LED芯片，其中划分4颗作为LED-A子电路101，共4路 ，划分1颗作为LED-B子电路102，共1路。为了方便制作和说明，本实施案例并未做最优化设计，4路LED-A子电路一样，均用同一编号101代表。

本实施例的LED器件的制备方法为：

（1）将LED-A子电路101和LED-B子电路102一起放置在封装基板上，将LED-B子电路102设置于封装基板109的中心，LED-A子电路101在LED-B子电路102***呈等角度分布，将焊盘104置于印刷电路108的末端；

（2）将LED-A子电路101和LED-B子电路102分别通过固晶焊接材料110固晶在封装基板109表面，将电感性器件105通过焊接材料112焊接到封装基板上；

（3）通过引线键合方式将LED-A子电路101和LED-B子电路102中LED芯片与封装基板109上的焊盘104形成电学连接，LED-A子电路101和LED-B子电路102实现并联连接；

（4）采用封装胶111将LED-A子电路101和LED-B子电路102的表面一起封装并固化，固化后成凸透镜形状；

（5）对于27mil垂直结构黄光LED，在电流100mA偏置状态下，其寄生电感值约为几十nH,故选择1μH的贴片电感就可以使所述LED-A子电路101的阻抗在通信频率大于5MHz时远大于LED-B子电路102。将电感性器件串联在LED-A子电路中，实现各路同时导通。

实施例1只是验证专利的可行性，并未进行最优化设计，图5是实施例1所测试得到的频率响应曲线（S21）,由图5可知，LED-B子电路102在电流为100mA下的调制带宽为59.1MHz，远大于单颗LED芯片通过100mA时的调制带宽15.5MHz,而LED-A子电路101在电流为100mA下的调制带宽仅有5.6MHz。可以看出该器件中是明显提高了通信用芯片LED-B子电路102的调制带宽。

实施例2

如附图1、图6和图7，本实施例提供了一种高电光调制带宽的LED器件，实施例2与实施例1主要的区别在于，所述LED-A子电路101和LED-B子电路102为单独封装好的LED芯片，该芯片封装在器件基板103上。在本实施例中，所采用的LED芯片皆为45mil蓝光LED芯片，4路LED-A子电路101的封装胶为添加黄色荧光粉的硅胶，使之发射白光照明，1路LED-B子电路102的封装胶为纯硅胶。为了方便制作和说明，本实施案例并未做最优化设计，4路LED-A子电路一样，均用同一编号101代表。封装基板109边缘设有一个正电极107和负电极106。其余结构同实施例1。

本实施例的LED器件的制备方法为：

（1）将LED-A子电路101和LED-B子电路102一起放置在封装基板上，将LED-B子电路102设置于封装基板109的中心， LED-A子电路101在LED-B子电路102***呈等角度分布，将焊盘104置于印刷电路108的末端；

（2）将LED-A子电路101、LED-B子电路102以及电感性器件105通过焊接材料112焊接到封装基板上；

（3）通过引线键合方式将LED-A子电路101和LED-B子电路102中LED芯片与封装基板109上的焊盘104，形成电学连接，LED-A子电路101和LED-B子电路102实现并联连接；

（4）采用封装胶111将LED电路中的LED芯片分别单独封装在器件基板103上，固化后成凸透镜形状；

（5）对于45mil垂直结构蓝光LED，在电流350mA偏置状态下，其寄生电感值约为几十nH，选择1μH的贴片电感可以使所述LED-A子电路101的阻抗在通信频率大于特定频率时远大于LED-B子电路102。将电感性器件105串联在LED-A子电路101中，实现各路同时导通。

实施例2制得的LED器件可以实现日常白光照明，也可以实现可见光通信应用。

实施例3

如附图1，本实施例提供了一种高电光调制带宽的LED器件，实施案3与实施例1的区别在于，在本实施例中，LED-A子电路101和LED-B子电路102为LED芯片模组，所述LED芯片模组分别封装在器件基板103上。在本实施案例中，LED-A子电路101有两路，分别为LED-A1子电路101a和LED-A2子电路101b，LED-A子电路101所采用的芯片皆为45mil黄光LED芯片，每一路都有3颗黄光LED串联连接，封装皆为纯硅胶分别灌装；LED-B子电路102所采用的芯片皆为45mil蓝光LED芯片，有3颗蓝光LED串联连接，封装皆为纯硅胶分别灌装。其余结构同实施例1。

如附图8所示，在本实施例的LED器件的制备工艺中，所述LED-A1子电路101a、LED-A2子电路101b与LED-B子电路102一起放置在具有印刷电路108和焊盘104的封装基板109表面。所述LED-B子电路102位于封装基板109的中心，所述LED-A1子电路101a和LED-A2子电路101b在LED-B子电路102***呈等角度分布，所述焊盘104置于印刷电路108的末端，所述封装基板109边缘有一个正电极107和一个负电极106。将LED-A1子电路101a、LED-A2子电路101b、LED-B子电路102和电感性器件105利用焊接材料112焊接在封装基板109表面，实现同时导通。其余制备工艺同实施例2。

对于3颗45mil垂直结构黄光LED串联模组，在电流350mA偏置状态下，其寄生电感值约为90nH,选择1μH的贴片电感串联到LED-A1子电路101a，0.5μH的贴片电感串联到LED-A2子电路101b，使得两路的阻抗在不同程度上大于LED-B子电路102的阻抗，LED-B子电路102在不同频率下频率响应的增益不同，使得调制带宽提升。

实施案例3制得的LED器件可以实现多基色白光照明，也可以实现可见光通信应用。

值得说明的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高电光调制带宽的LED器件，其特征在于：包括LED电路、电感性器件和封装基板，所述LED电路包括若干LED-A子电路和LED-B子电路，所述LED-A子电路和LED-B子电路中包括若干个LED芯片，所述LED-A子电路串联所述电感性器件，所述LED-B子电路不串联所述电感性器件，所述LED-A子电路和LED-B子电路并联连接，且与所述电感性器件分别固定在所述封装基板上，形成电学连接，各路同时导通。

2.根据权利要求1所述的高电光调制带宽的LED器件，其特征在于：所述电感性器件为贴片电感，其电感值大于LED-B子电路在工作状态下的电感值；所述封装基板从上往下依次包括阻焊层、焊盘层、线路层、绝缘层和基材层，所述焊盘层设置有焊盘，所述线路层设置有印刷电路，所述封装基板边缘设有一个正电极和负电极。

3.根据权利要求1所述的高电光调制带宽的LED器件，其特征在于：所述LED芯片为垂直结构，所述LED-B子电路的LED芯片未涂敷荧光粉。

4.一种根据权利要求2所述的高电光调制带宽的LED器件的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

（1）将所述LED-A子电路和LED-B子电路一起放置在封装基板上，所述LED-B子电路设置于封装基板的中心，所述LED-A子电路在LED-B子电路***呈等角度分布，将所述焊盘置于印刷电路的末端；

（2）将所述LED-A子电路、LED-B子电路和电感性器件固定在封装基板表面；

（3）通过引线键合方式将所述LED-A子电路和LED-B子电路中LED芯片与封装基板上的焊盘形成电学连接，LED-A子电路和LED-B子电路实现并联连接；

（4）采用封装胶将LED-A子电路和LED-B子电路进行封装并固化，固化后成凸透镜形状；

（5）将电感性器件串联在LED-A子电路中，实现各路同时导通。

5.根据权利要求4所述的高电光调制带宽的LED器件的制备方法，其特征在于：所述LED-A子电路和LED-B子电路为单颗LED芯片。

6.根据权利要求4所述的高电光调制带宽的LED器件的制备方法，其特征在于：所述LED-A子电路和LED-B子电路为单独封装好的LED芯片，该芯片封装在器件基板上。

7.根据权利要求4所述的高电光调制带宽的LED器件的制备方法，其特征在于：所述LED-A子电路和LED-B子电路为LED芯片模组，所述LED芯片模组分别封装在器件基板上。

8.根据权利要求4或5所述的高电光调制带宽的LED器件的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述LED-A子电路和LED-B子电路分别通过固晶焊接材料固晶在封装基板表面，所述电感性器件通过焊接材料焊接到封装基板上。

9.根据权利要求4或5所述的高电光调制带宽的LED器件的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，将LED-A子电路和LED-B子电路的表面一起封装并固化。

10.根据权利要求4或6或7所述的高电光调制带宽的LED器件的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述LED-A子电路、LED-B子电路和电感性器件，分别通过焊接材料焊接到封装基板上。

Images