[发明专利]包括多组发光二极管的单片多结发光装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是Ibbetson等人的标题为“High Voltage Low Current Surface Emitting LED”的美国专利申请No.12/814,241的部分继续申请并要求其权益，该美国专利申请No.12/814,241自身是Ibbetson等人的标题为“High Voltage Low Current Surface Emitting LED”的美国专利申请No.12/418,816的部分继续申请并要求其权益。

技术领域

本发明涉及发光二极管（LED）芯片，具体地涉及具有相互连接以允许高电压低电流操作的多个串联结的LED芯片。

背景技术

发光二极管（一个或多个LED）是将电能量转换为光的固态装置，并且，通常包括夹于相反掺杂层之间的半导体材料的一个或多个活性层。当横跨掺杂层施加偏压时，空穴和电子被注入活性层，在活性层中，空穴和电子复合以产生光。从活性层发射光，并且，从LED的全部表面发射光。

为了在电路或者其他类似的布置中使用LED芯片，已知的是将LED芯片封闭在封装中，以提供环境和/或机械保护、颜色选择、光聚焦等。LED封装还可以包括用于将LED封装与外部电路电连接的电引线、接触点或迹线。图1示出传统的LED封装，其通常包括通过焊料接合或导电环氧树脂安装在反射杯13上的单个LED芯片12。一根或多根接合线11将LED芯片12的欧姆接触点与引线15A和/或15B连接，引线15A和/或15B可以被附接到反射杯13或者与反射杯13成为一体。反射杯13可以被填充以封装材料16，该封装材料16可以包含波长转换材料，例如，磷光体。由LED以第一波长发射的光可以被磷光体吸收，该磷光体可以响应地以第二波长发射光。然后用透明的保护树脂14封装整个组件，该保护树脂14以透镜的形状被模制在LED芯片12的上方。

图2示出另一种传统的LED封装20，该LED封装20可以更适合于可以产生更多热的高功率操作。在LED封装20中，一个或多个LED芯片22被安装到诸如印刷电路板（PCB）载体的载体、基板或基台（submount）23上。反射器24可以被包括在基台23上，其包围LED芯片22并将由LED芯片22发射的光从封装20反射出去。可以使用不同的反射器，例如，金属反射器、全向反射器（ODR）和分布式布拉格反射器（DBR）。反射器24还可以对LED芯片22提供机械保护。在LED芯片22上的欧姆接触点和基台23上的电迹线25A,25B之间形成一根或多根接合线连接11。然后，用密封剂26覆盖安装的LED芯片22，该密封剂26可以对芯片提供环境和机械保护，同时也充当透镜。金属反射器24通常通过焊料或氧化树脂接合被附接到载体。

用于固态发光应用的许多LED部件尝试通过如下方式来实现高光输出：以尽可能高的电流且以通常用于各个LED的低电压来操作单个LED芯片。图3和4示出在EZ700.TM.LED产品称号下从可得到的一个市售的LED30。LED包括单个LED结32以及在其顶部以扩展来自顶接触点36的电流的电流扩展结构34。电流扩展层也被包括在内。用于这些类型的单结LED芯片的具体的电压电平可以取决于用于LED的具体的材料系统和基于结电压所需的电压。例如，某些基于III族氮化物的LED可以具有在2.5到3.5伏的范围中的结电压，并且通过施加提高的电流电平来实现这些LED的增加的光通量。这种方法的一个缺点在于，在系统级别，高电流操作需要相对昂贵的驱动器，以为这样的部件提供稳定的DC电流源。此外，可对施加到这些LED芯片的电流的电平有限制，并且如果单结失败，那么芯片会不可用。

通过将若干个LED封装安装到单个电路板上，可以在组件水平实现更高的光输出。图5示出一种这样的分布式集成LED封装阵列50的横截面图，该LED封装阵列50包含安装到基板/基台54以实现更高光通量的多个LED封装52。典型的阵列包括许多LED封装，图5仅示出两个，以便易于理解和图示。或者，已经通过采用每一个空腔中都安装有单个LED的空腔的阵列提供了更高流量的部件（例如，由Lamina,Inc.提供的TitanTurbo^TMLED光引擎）。通过将适当的额定电流的多个LED封装串联地在电路板级进行组装，这种多LED部件布置还可以允许在高电压和低电流下操作。以高电压和低电流驱动固态发光部件可以提供更低成本的驱动器解决方案并最终降低系统成本。但是，这样的解决方案的更低的驱动器成本会由于多个单个部件的高成本而超支。