一种集成传感单元的LED器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种集成传感单元的LED器件，在芯片上包含LED发光区域，以及传感单元；该传感单元为发光区域以外独立PN结的二极管；通过检测传感单元一定正向电流下的电压大小来监测该LED器件的结温，或通过检测传感单元一定反向电压下的电流大小来实时监测整个LED器件的亮度。本发明专利技术还涉及一种集成传感单元的LED芯片制造方法。本发明专利技术的LED提供了集成在芯片上的传感单元，可以通过对传感单元的电压和电流等参数简单测量，准确地实时反映出LED器件的结温、亮度信息，从而实现对LED的工作状态的实时监控和调整，以及根据其全生命周期历史工作状态预报其剩余寿命，实现LED器件的智能化。

【技术实现步骤摘要】
一种集成传感单元的LED器件及其制造方法
本专利技术涉及一种发光器件和制作方法，尤其是涉及一种集成传感单元的LED发光器件及其制造方法。
技术介绍
发光二极管(LED)具有节能、寿命长、响应速度快、体积小、无污染、易集成等优点，近年来性能持续提升，价格持续下降，正逐步取代传统光源成为新一代照明光源。LED由于其优良的性能，以及在节能减排、环境友好上的优势，和潜在的巨大市场，受到各国政府与产业界的高度重视，半导体照明更是成为重要的战略新兴产业。半导体照明的发展，在进一步降低成本和提升光品质的基础上，将会朝着更高的可靠性以及智能化等方向发展，从而提升产品的附加值。提升LED的可靠性，最重要的是控制LED的结温。当芯片设计不良、或者封装的散热设计不良、或者灯具的散热设计不良、或者灯具的使用环境温度过高时，都可能导致LED的结温升高，从而影响LED的性能和寿命。要实现半导体照明的智能化，一个重要的因素和途径是对LED的结温以及亮度的自我监测，从而有效地监控LED的工作环境以及状态，并根据检测结果和需求进行智能化调整或反馈。因此，从提高LED的可靠性以及实现半导体照明的智能化来讲，都需要对LED的结温以及亮度的状态有一个有效的监控。另外，一个LED灯具一般是由一路或多路LED阵列组成，如出现故障那么则会发生局部短路和局部断路，短路会造成电路过载缩短系统寿命，断路则会造成局部不发光。如果能够对LED的结温以及亮度有一个有效的实时的监控，则可以及时和准确地发现问题，及时、有效和方便地进行维护，节省诊断时间、避免局部问题影响到整个系统降低故障时期的无效电能消耗和降低维护成本。可见，由于LED性能与寿命直接决定于结温，因此实时准确监控结温对LED的智能控制、实时保护和寿命预测十分重要。现有技术一般采用测量封装或者灯具中特定位置的温度来反馈LED的工作温度，受封装或者灯具工艺波动性的影响，尤其是在封装或者灯具的散热设计或者工艺出现问题的情况下，芯片工作温度过高不能够准确反映在封装或者灯具中的测试点上。由于热传输需要一定的时间，芯片工作温度也不能实时反映在封装或者灯具中的测试点上。
技术实现思路
本专利技术目的是，为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了集成传感单元的LED器件。同时，本专利技术还提供了所述集成传感单元的LED器件的制造方法。通过实时准确监控结温对LED的智能控制、实时保护和寿命预测。本专利技术的技术方案：一种集成传感单元的LED器件，在芯片上包含LED发光区域；以及独立的PN结作为传感单元。可以通过监测传感单元在一定正向电流下的电压大小来监测该LED器件的结温，通过监测传感单元在一定反向电压下的电流大小来监测整个LED器件的亮度。所述的集成传感单元的LED器件的芯片结构为正装芯片，倒装芯片，或者垂直结构芯片。所述集成传感单元的LED器件的LED发光区域可以为一个整体，也可以为多个LED发光单元串联、并联或混联而成。所述集成传感单元的LED器件的传感单元PN结的第一电极可以与发光区域LED单元共用或者为独立电极，第二电极为独立电极。所述集成传感单元的LED器件的封装形式包含至少三个引出电极，可以通过其中至少两个电极对器件中的传感单元独立进行电流电压输入和输出及测量。进一步，所述集成传感单元的LED器件的控制电路中，LED及传感单元的参数可以预先测试确定并储存于控制单元中，LED的全生命周期的结温和亮度数据可以通过传感单元定期测量并发送至控制单元，实现对LED的工作状态的实时监控和调整，以及根据其全生命周期历史工作状态预报其剩余寿命。一种集成传感单元的LED器件制作方法，其特征在于：包含如下步骤：步骤S1：在外延层表面通过刻蚀，将器件表面分隔成LED单元和传感单元，传感单元面积小于LED单元；LED单元和传感单元的有源层完全分开；步骤S2：在LED单元和传感单元同步形成P电极和N电极。本专利技术的有益效果是：在芯片级提供了LED的原位实时结温自检测功能。由于用于制造LED的PN结本身具有良好的温度和环境光敏感性，LED本身可以作为良好的结温和亮度检测传感器。在本专利技术中，由于传感单元与发光单元在同一半导体芯片上，在极短的时间内传感单元与发光单元的温度达到平衡。当芯片设计优劣与芯片工艺控制是否良好、或者封装的散热设计优劣、或者灯具的散热设计优劣、或者灯具的使用环境温度正常或过高，都可以通过对集成的传感单元的快速测量得到实时反馈。同时，LED模块在使用过程中的实时亮度，尤其是亮度方面故障，也可以通过对集成的传感单元的快速测量得到实时监控。而且由于本专利技术的传感单元只参与检测不处在持续发光工作的状态，其作为结温和亮度传感的工作稳定性也非常高。与现有的封装或者灯具上设置传感原位测量LED工作温度的技术相比，本专利技术的结温自检测方法具有实时准确监控的优势。与现有的芯片级自检测技术相比，本专利技术的制造方法可以沿用现有LED制造工艺步骤，不引入额外工艺步骤，只需要改变芯片版图设计，具有制作工艺简单、成本低、良率高的优势。同时，与现有技术相比，本专利技术的有益效果还在于在芯片级提供了LED的原位实时亮度自检测功能。LED在工作过程中会有一定比例的光不能从封装取出，在器件内部多次反射。本专利技术的传感单元通过探测芯片内部的光强度，从而准确知道LED的发光亮度。同时，如果将该集成传感单元的LED器件的LED单元及传感单元的参数预先测试确定并储存于外接电路的控制单元中，LED的全生命周期的结温和亮度数据可以通过传感单元定期测量并发送至控制单元，实现对LED的工作状态的实时监控和调整，以及根据其全生命周期历史工作状态预报其剩余寿命。附图说明图1a-图1c是本专利技术集成传感单元的LED芯片的等效电路图。图1a，图1b及图1c对应了三种结构的电路图。图2是本专利技术集成传感单元的LED器件的智能控制工作原理框图。图3是本专利技术实施例一的芯片俯视图。图4是本专利技术实施例一的芯片的剖面图。图5是本专利技术实施例一芯片的SMD封装俯视示意图。图6是本专利技术实施例二的芯片俯视图。图7是本专利技术实施例二芯片的COB封装俯视示意图。图8是本专利技术实施例三倒装结构器件的芯片剖面图。图9是本专利技术实施例三倒装结构器件的芯片仰视图。图10是本专利技术实施例三倒装结构器件的基板俯视图。图11是本专利技术实施例四垂直结构芯片俯视图。图12是本专利技术实施例四垂直结构芯片剖面图。图13是本专利技术实施例五的正装高压LED芯片剖面结构示意图。图14是本专利技术实施例六的正装高压LED芯片剖面结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。请参阅图1a，图1b及图1c，其是本专利技术集成传感单元的LED芯片1001的等效电路图。如图1a所示，该芯片1001内部包含LED单元1002和传感器单元1003。LED单元1002至少包含一个子单元，也可以由多个LED子单元串联、并联或者混联组成。1004和1005为LED发光单元1002的正极和负极。传感单元1003为一个占芯片面积较小的一个PN结，1006和1007分别为其正极和负极。如图1b所示，其中传感单元1003的一个极亦可以与LED单元1002的其中至少一个子单元的同一极性的电极连通。如图1c所示，传感单元1003的一个极亦可以与LED单元1002的共用同一极性的电极，此时整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成传感单元的LED器件，其特征在于：在芯片上包含LED发光区域，以及传感单元；该传感单元为发光区域以外独立PN结的二极管；通过检测传感单元一定正向电流下的电压大小来监测该LED器件的结温，或通过检测传感单元一定反向电压下的电流大小来实时监测整个LED器件的亮度。

【技术特征摘要】
1.一种集成传感单元的LED器件，其特征在于：在芯片上包含LED发光区域，以及传感单元；该传感单元为发光区域以外独立PN结的二极管，其中，作为传感单元的PN结的第一电极与第二电极都为独立电极，不与发光区域任何子单元共用电极；且所述集成传感单元的LED器件的封装形式包含至少四个引出电极，通过其中至少两个电极对器件中的传感单元独立进行电流电压输入和输出及测量；通过检测传感单元一定正向电流下的电压大小来监测该LED器件的结温，或通过检测传感单元一定反向电压下的电流大小来实时监测整个LED器件的亮度。2.根据权利要求1所述的集成传感单元的LED器件，其特征在于：所述LED器件芯片结构为正装芯片。3.根据权利要求1所述的集成传感单元的LED器件，其特征在于：所述LED器件芯片结构为倒装芯片。4.根据权利要求1所述的集成传感单元的LED器件，其特征在于：所述LED器件芯片结构为垂直结构芯片。5.根据权利要求2或3所述的集成传感单元的LED器件，其特征在于：其中LED发光区域为多个LED发光单元串联、并联或混联而成。6.根据权利要求1、2、3或4所述的集成传感单元的LED器件的应用，其特征在于：通过检测传感单元一定正向电流下的电压大小来监测该...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉刚，张荣，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32