交直流电源两用桥式照明发光二极管制造技术

一种交直流电源两用桥式照明发光二极管，其特征是用具备４个独立的发光ＰＮ结的复合芯片或用４个单一ＰＮ结芯片组成单元桥式芯片，每个芯片引出４个接线脚，对需通过荧光转化光质的ＰＮ结、在其周围涂覆与其相适应的荧光材料、环氧树脂封接。选用于交流或直流电路中，供作各种照明发光灯具及其它光源使用，每个发光二极管或每个单元桥式发光ＰＮ结芯片集成电路单独应用或多个串联、并联或串联、并联组合应用，能完整利用廉价交流电的正、负半周电能和可串联组合并省去体大笨重价昂的变压器而直接应用于照明交流电路中，使用寿命长、成本低。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属照明

技术介绍
根据色彩学原理，世界上任何颜色可由红、绿、蓝三种颜色的不同强度混合而成，这三种颜色称为基色或原色。白色发光二极管的发光机理也与其相似。从1960年成功开发发光二极管即LED到现在，先后研制成功从红色到橙色的AlInGaP和蓝色系列的InGaN发光材料，在Ga(镓)系列的基础上又研制成功蓝色(470nm)、蓝绿色(550nm)和绿色(525nm)的发光二极管，发光二极管的发光色已经实现了从紫外、可见直到红外几乎所有的光色，这些为白色发光二极管成为第四代光源奠定了坚实的基础。随着发光二极管的进一步开发和完善，白色发光二极管必将迅速发展成为21世纪的高效节能光源，并可同样迅速地替代现在广泛应用的白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯。最近，由于化合物半导体外延成长技术和发光器件制造工艺技术的急速发展，开发了光电转换效率非常高的发光二极管，其发光范围遍及红色到蓝色的可见光，甚至可发出红外光和紫外光；多年来人类一直在寻找和开发固体发光光源，随着发光材料的开发和半导体制作工艺的改进，半导体照明用发光二极管效率也因此而得到不断提高。目前实用化的化合物半导体发光材料是以III-VA族元素的材料为主要的发光材料，特别是采用氮化物半导体InGaN的蓝色发光二极管的实用化，将10cd以上的高亮度的蓝色发光二极管与钇铝石榴石荧光粉组合在一起，开发出光效达20lm/W以上的白色发光二极管。这种光源将成为新世纪的节能照明光源，十分引人注目。不仅如此，对于发光在短波长区域的紫外光发光二极管，通过与荧光粉的适当配合与改进器件的结构相配合，也可开发出用于照明的白色发光二极管。白色发光二极管自开发成功4年来，其发光效率不断地提高。从开发初期的5lm/W，到1999年达到相当于白炽灯的光效15lm/W，后又提高到相当于卤钨灯的光效25lm/W，美国还在2000年4月召开了“LED发展战略研讨会”，目前美国实验室有色发光二极管的光效已达100lm/W，白色发光二极管的光效也已达40-50lm/W的水平。世界各大照明公司与半导体公司合资开发白色发光二极管，如美国G与EMCORE合作成立GELcore公司，德国西门子与欧司朗两公司成立合资公司等，并指出如果西方不开发自己的白色发光二极管技术，远东竞争者就会在发光二极管领域占优势冲击传统照明光源。而日本从2001年开始实施使日本国成为固体照明先进的计划，并预计到2010年白色发光二极管在照明市场普及率将高达13％。日本自从1998年以来正在实施国家的“21世纪照明计划《高效率电光转换化合物半导体开发计划》”，已投资50亿日元，2000年已年产白色发光二极管1亿只，目前正在实施使白色发光二极管的光效达到80-100lm/W的开发计划，预计2003年白色发光二极管的光效就将达此目标，2010年将达到120lm/W，可制成效率高于荧光灯的照明系统，这一计划对国际LED的发展将产生巨大影响。另外，还可采用发紫外线的发光二极管与3基色荧光粉相结合、使其所发出的紫外线激发3基色荧光粉、也可得到效率接近或高于荧光灯的白色发光二极管。由于白色发光二极管光效的迅速提高，加之它体积小、耐振动、响应速度快、方向性好、寿命长达数万小时、可低压驱动、光色接近白炽灯色、色温变化不大且变化时不产生视觉误差、无汞和铅污染而引起世界各国高度重视和竞相研发，将成为替代白炽灯和荧光灯的高效节能光源。尽管如此，作为照明用的发光二极管重要的特性参数是光亮度(能量)和光色(光谱能量分布)，对LED来说单纯地增加输入功率，亮度会成比例地上升，但LED芯片的发热量会随之增加，过多的热量将损坏它的结晶和封接而缩短寿命。因此使输入功率的电能高效地转换成光能是重要的关键技术。目前高输出型发光二极管的外部量子效率仅为10％左右，即空穴和电子对的能量中的90％成为内部热被耗损掉，因此将这部分内部耗损的热能转换成光能就可提高光亮度。虽然改进的途径有研究新的发光材料，提高发光层内部结合的几率，提高从芯片中取出光的效率而将现在的LED的光亮度再提高3-4倍、以达到荧光灯亮度的水平是完全可能的，如日本日亚公司研制的以GaN为基础的LED芯片的光效正在以每年提高10-20％的高速度不断改进，但正因为如此，该领域的竞争已非常激烈，且剩余空间也已不大，如另有新径可开辟的话，其市场、科技及经济与社会效益将不可估量。
技术实现思路
本技术就是为解决人类现有技术之不足而设计制造一种交直流电源两用桥式照明发光二极管，使其不仅可用直流电源发光工作，更可直接使用极其普及、可靠、廉价与方便的交流电源及其完整的正、负半周电能而高效利用和转化交流电能发光工作，简化供电电源复杂程度和大幅提高供电系统功率因素及安全性，提高其能量转化成光的比例与效率而显著降低供电系统及其自身工作成本并大幅增加其寿命。交流电是全世界最普遍、方便和廉价的电源，直流电则相反。本专利技术设计的产品既可用交流电、也可用直流电为电源，且使用变换非常简单，故具有最为广泛的适用(实用)性和最为广阔的市场与前景。发光二极管是在半导体PN结处施以正向电流时发出可见光、红外光、紫外光的半导体发光器件。在发光二极管中，当有正向电流流经半导体PN结时，在活性层注入的电子和空穴产生穴产生辐射再结合的过程而发光。这就提示我们发光二极管也与其它用途的半导体二极管相似，只在正向电流时才能导通并转换电能发光；反向电流时处于截止状态而承受相对于正向电压的反向电压即电源反向峰值电压和电能冲击而易被击穿，加上前述的正向导电时高达60-90％的电能未转换成光能而转换成的热能累积的结果迅速使PN结温度升高而发高热，而高温会使半导体中载流子(电流方向相反的自由电子和空穴)数目增多，且温度越高载流子数目也愈多、增长也很快，而且不论是N型还是P型半导体虽然它们都是一种载流子占多数，但相对来说另一种反向载流子即反向电流都会随温度增加而大幅快速上升，从而大幅降低反向电阻即耐压，当其增加到相当值时，PN结的单向导电性就会被破坏而被反向击穿即损坏报废，所以温度对半导体器件性能的影响很大。此时当反向电压也超过某一范围时，反向电流也将突然大增。温升与反向电压这两个重大破坏因素加在一起就会形成强大的降低耐压的合力，半导体的反向电阻值即耐压值就会大幅并快速降低，此时其标称的耐压值等许多重要参数指标早已大幅恶化下降、工作状态随时处于最危险的崩溃边沿。当达到其此时的耐压极限之下时、PN结就会突然被击穿损坏。这就是所有PN结或日半导体(晶体)管尤其是发光二极管与具不怕热优势的普通照明灯具本质的不同之处。由此可见温升与反向电压是晶体管尤其是发光二极管损坏的关键且直接的因素，故现在的发光二极管基本都用低压直流电源。针对温升问题，解决的办法为用耐热和传热优良的基片及导线作PN结如镓N型材料传热的载体，并设计制造成面接触型低电阻PN结，以减小发热量和及时传导出热量并散发掉、以减小温升即减小穿透电流而维持其标称耐压值；针对反向电压问题，除用上述设计的基片和PN结以维持耐压值外，更重要的还在于在同一基片上同步设计反向导通的二极管，以分散发热和彻底克服反向电压及电流的危害并将其转换成光能，亦即既可使用交流电源驱动、又可使用直流电源驱动，且能源利用与转化率高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交直流电源两用桥式照明发光二极管，其特征是将每４个发光ＰＮ结电连接组成单元桥式发光ＰＮ结，每个单元桥式发光ＰＮ结引出４个接线脚，对需通过荧光转化光质的ＰＮ结、在其周围涂敷与其相适应的荧光材料，再将一个或多个单元桥式芯片用环氧树脂封接。

【技术特征摘要】
1.一种交直流电源两用桥式照明发光二极管，其特征是将每4个发光PN结电连接组成单元桥式发光PN结，每个单元桥式发光PN结引出4个接线脚，对需通过荧光转化光质的PN结、在其周围涂敷与其相适应的荧光材料，再将一个或多个单元桥式芯片用环氧树脂封接。2.按照权利要求1所述的交直流电源两用桥式照明发光二极管，其特征在于在其负载发光PN结的芯片的任一面或双面需要部位制造4个或更多个PN结。3.按照权利要求1所述的交直流电源两用桥式照明发光二极管，其特征在于其发光PN结用同样或不同发光材料制造。4.按照权利要求1所述的交直流电源两用桥式照明发光二极管，其特征在于其发光PN结用同样或不同工艺制造。5.按照权利要求1所述的交直流电源两用桥式照明发光二极管，其特征在于其单元桥式发光PN结还可用4...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜晓川，易敏，颜怀玮，颜怀璞，颜怀璋，颜怀黔，颜怀瑨，颜怀琦，
申请(专利权)人：颜怀玮，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]