[发明专利]薄膜型白光LED芯片

说明书

本发明公开一种薄膜型白光LED芯片，其包括依次设置的透明衬底、第一透明电极、发光结构、第二透明电极及第一荧光粉层，其中，发光结构包括发光层及设于其两侧的电子注入层及空穴注入层，且电子注入层与第二透明电极的总厚度(倒置结构)或空穴注入层与第二透明电极的总厚度(正置结构)小于发光层的一个发光波长长度。通过第二透明电极的设置使发光层所发出的光子有机会渗透到第一荧光粉层，而电子注入层与第二透明电极的总厚度(倒置结构)或空穴注入层与第二透明电极的总厚度(正置结构)小于发光层的一个发光波长长度，则使得因全反射所产生的隐失波能够渗透至第一荧光粉层而被第一荧光粉层所吸收而发光，从而使得LED芯片的整体外量子效率提高。

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)技术领域，尤其涉及一种外量子效率高、生产成本低的薄膜型白光LED芯片。

背景技术

白光照明和人类的工作生活息息相关，白光照明技术至今已经获得了大幅发展，其中白光发光二极管(LED)已经成为替代传统照明发光元件(如白炽灯、荧光灯)的最佳选择之一，使用绿色、节能、环保的白光LED作为主要照明元件也是大势所趋。而薄膜型白光LED由于每层厚度都在纳米量级，材料用量少，还可以与刮涂、印刷等工艺兼容，成本更低，并且可以实现大面积制备以及面光源发射，因此将逐渐替代点光源发射的传统白光LED。

下面参看图1所示，现阶段实现薄膜型白光LED照明主要有以下几种方案：方案A是利用蓝光LED芯片(发光峰位430nm-500nm)，激发红光(发光峰位600nm-780nm)和绿光(发光峰位500nm-560nm)双色荧光粉，或者激发单色黄光(发光峰位560nm-600nm)荧光粉发光，整体混合成白光出光。方案B是利用紫光LED芯片(发光峰位200nm-430nm)，激发红绿蓝三色(或互补色)荧光粉发光，整体混合成白光出光。以上两种“电致+光致”白光LED实现方式的优势是电路驱动以及LED的制备工艺相对简单，整体的成本相对低廉，同时各色荧光粉往往添加在蓝光(或紫光)LED芯片的封装层中，远离蓝光(或紫光)LED芯片的发光层，因此是一种远场激发，荧光粉只对能够射出LED芯片的光子进行能量的下转换。

继续参看图1所示，方案C是构筑红绿蓝三色纵向叠层的全电致发光LED芯片，三色共混成白光；方案D则是构筑红绿蓝三色横向堆叠的全电致发光LED芯片，三色共混成白光。这两种方案都通过全电致方式实现，由于红光以及绿光LED的外量子效率比蓝光LED的要高，因此都能获得比方案A和方案B更高的白光LED效率；同时，在方案D中，由于红绿蓝三色LED可以独立驱动，从而可以调控红绿蓝三色的比例以实现白光色温的可控。

下面参看图2所示，在现有的方案A以及方案B中，由于蓝光以及紫光LED芯片100的折射率远高于外部含有荧光粉210的封装介质200(通常为环氧树脂)的折射率，因此光子由光密介质入射到光疏介质，导致全反射在芯片100的内部大量产生(如图2中箭头方式所示)，限制了光子的外部提取，然而，荧光粉210被添加至封装介质200中，远离LED芯片，处于远场位置(荧光粉210与LED芯片100的发光层的实际距离至少大于数倍的发光波长)，因此只有在全反射角内，能够出射到芯片外部到达封装介质200的光子才能被荧光粉210吸收，然后再进行荧光粉210的荧光发射。但是蓝光以及紫光LED的外量子效率较低，以及荧光粉不足100％的荧光量子效率，严重影响了白光LED的整体效率，使得“电致+光致”这种形式的白光LED效率更为低下。另外，仅针对方案B而言，其光谱中强的紫外成分对人体有一定的危害，尤其在长时间照射的情况下，因此，考虑到紫外线对人体的影响，在“电致+光致”的白光实现方式中，用蓝光LED芯片激发红绿光(或黄光)荧光粉(方案A)仍是现在商业化白光LED的第一选择，尽管其效率低下。

再次参看图1，对于方案C，虽然该方式能够获得高效的白光LED芯片，但是器件制备工艺繁复，整个芯片涉及到十几层以上的薄膜沉积工艺，成本非常高。而对于方案D，由于红绿蓝三色LED都需要独立的驱动电路，使每个白光LED驱动电路的数量提高到三套，并且驱动电路设计复杂，同样需要非常高的成本，同时牺牲了横向尺寸，通常不作为照明元件使用。由于制备成本的问题，方案C和方案D中的两种白光照明方案的市场占有率非常低。