[发明专利]低发热型多波长LED发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种低发热型多波长LED发光二极管，特别是涉及一种光学折射散热设计的低发热型多波长LED发光二极管。

背景技术

目前LED发光二极管的制作过程与制作硅晶圆IC很相似，首先使用化学周期表中超高纯度的III族元素：铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)，以及V族元素：氮(N)、磷(P)、砷(As)为材料，在高温下反应成为化合物，经过单晶生长技术制成单晶棒，经过切割、研磨、抛光成为晶片，以之作为基板(substrate)，再使用磊晶技术将发光材料生长在基板上，完成的磊晶片经过半导体镀金和蚀刻工艺，再细切加工成为LED晶粒。

LED产业结构大致分为上游的磊晶片形成，中游的晶粒制作，以及下游封装成各式各样应用产品。上游主要为单晶片与磊晶片，LED发光颜色与亮度由磊晶料决定，且磊晶片占LED制造成本70％左右，对LED产业极为重要。上游磊晶片制造过程(工艺)顺序为：单晶片(III-V族基板)、结构设计、结晶成长、材料特性/厚度测量。而中游就是将磊晶片加以切割，形成为上万个晶粒。依照磊晶片的大小，可以切割为二万到四万个晶粒。中游的晶粒制造过程(工艺)顺序为：磊晶片、金属膜蒸镀、光罩、蚀刻、热处理、切割、崩裂、测量。而下游主要是晶粒封装，将晶粒粘于导线架，以封装成各类型LED，目前封装后产品的类型有Lamp、集束型、数字显示、点矩阵型与表面粘着型(SMD)。下游的封装顺序为：晶粒、固晶、粘着、打线、树脂封装、长烤、镀锡、剪脚、测试。

LED发光二极管是由砷、磷、镓等III～V族元素：如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成，其核心是PN结晶片、电极及光学系统组成。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止与击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区；进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。如发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、介带中间附近)捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。

现今LED已有红外、红、黄、绿、蓝及白光发光二极管，但其中的白光、蓝光LED成本价格较高。目前白光LED的制造方法主要有四种：

1、通过红、绿、蓝光LED的三基色多晶片组合发光合成白光。但是其因三基色光衰不同导致色温不稳定，控制电路较复杂，成本较高。

2、蓝光LED晶片激发黄色萤光粉，由LED蓝光和萤光粉发出的黄绿光混光合成，为改善显色性能还可以在其中加少量红色萤光粉，或同时加适量绿色、红色萤光粉。但是其缺点为一致性差，且色温随角度变化。

3、紫外光LED晶片激发萤光粉发出三基色合成白光。但目前其LED晶片效率较低，有紫外光泄漏问题，且萤光粉温度稳定性问题有待解决。

4、多波长混炼LED晶片使用设定成份比率的红光、绿光、蓝光材料，以共同进行高温混炼成为化合物，再依序经由晶棒、晶片及磊晶片制造过程(工艺)。但因其各材料于混炼过程中的凝固点各不相同，以致无法均匀分布，导致发光效率低，色温不稳定，并且显色性不佳。

目前各种白光LED或其他混光合成特定光色LED等设计，主要是利用混色系统中的红光、绿光及蓝光三原色，以依设定比率混光合成各种设定光色。按波长380nm至720nm是人眼所能感应的光波范围，称为“可见光”，这范围以外就是“不可见光”；低于380nm就是紫外光、X-光、加玛射线、无线电射线等。光波范围由400nm至500nm是蓝光，属于无热光波；500nm至600nm是绿光，可称为微热光波；而600nm至700nm是红光，则为发热光波。

高亮度混光LED发光二极管是目前主流产品，但此类LED装置在其进行电/光/热的转换过程中，会相对产生高温，因此必须加以散热，否则将因长时间使用造成高温，而影响LED装置的照明效能，其不仅会形成光衰现象，更会缩减LED装置的预期使用寿命。但是现有LED装置本身高温度热量只能通过电路基板传导至金属散热器及其鳍片进行散热，以致散热效率差，散热速度慢。尤其本身发热光波(红光)无法往外折射释放热能，以致LED发光二极管累积热量造成高温，容易发生光衰现象，缩减照明效能及使用寿命。

发明内容