CN101621106B - 具有增透效应薄膜的发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光二极管领域,旨在提供一种具有增透效应薄膜的发光二极管,包括LED发光芯片、反光碗和LED发光芯片的引出导线,LED发光芯片置于反光碗内,LED发光芯片和反光碗封装于封装胶体内;所述LED发光芯片的出光面镀有电介质氧化物增透薄膜;LED发光芯片、电介质氧化物增透薄膜、封装胶体组成的膜系结构为Sub1/(HL)^n/Sub2,Sub1为LED发光芯片的半导体材料,Sub2为封装胶体,L为镀膜的低折射率电介质氧化物材料,H为镀膜的高折射率电介质氧化物材料,2n为膜层总数,n=1-60;L、H均为电介质材料中的钛、钽、铪、硅、锆、锡、锌、锗、铝中的一种的氧化物。

Description

具有增透效应薄膜的发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及发光二极管领域,特别是涉及一种具有增透效应薄膜的发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点,在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管(LEDs)可实现半导体固态照明,引起人类照明史的革命,从而逐渐成为目前光电子学领域的研究热点。为了获得高亮度的LED,关键要提高器件的外量子效率。目前,芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素,其主要原因是LED芯片半导体材料与环氧树脂封装材料以及空气与环氧树脂封装材料之间的折射率差别较大,导致有源区产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。
当光入射到折射率为n1和n2两种物质的界面上时,入射角θ1和折射角θ2遵守斯涅耳定则,则n1sinθ1=n2sinθ2。发光二极管的半导体材料的折射率很高,这种晶体与空气交界的临界角为θ1=sin-1(1/n1),入射角大于临界角时形成全反射。就在4π立体角内各向均匀发射的复合发光而言,临界角内的光只占1/4n12。正入射时,在界面上的反射比,可见n2与n1相差越大,界面反射损失越高。LED芯片半导体材料折射率一般为2.3~3.6,远远大于环氧树脂的折射率,所以LED芯片发出的光经过半导体材料与环氧树脂材料界面和环氧树脂与空气界面后,界面反射损失很大,出光效率下降。
例如环氧树脂的折射率约为1.5,绿光LED用半导体材料GaP的折射率约为3.45,正入射时半导体材料和环氧树脂的界面反射损失为=15.5%,环氧树脂和空气的界面反射损失为=4%,所以LED芯片发出的光经过两个界面后,界面反射引起的光能损失约为20%。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种具有增透效应薄膜的发光二极管及其制备方法,利用分别介于LED发光芯片与封装胶体之间以及封装胶体与空气之间的两种增透薄膜,减少界面损失,从而极大的提高LED的外量子效率。
为了达到上述目的,本发明是通过以下技术方案实现的。
一种具有增透效应薄膜的发光二极管,包括LED发光芯片、反光碗和LED发光芯片的引出导线,LED发光芯片置于反光碗内,LED发光芯片和反光碗封装于封装胶体内;所述LED发光芯片的出光面镀有电介质氧化物增透薄膜;LED发光芯片、电介质氧化物增透薄膜、封装胶体组成的膜系结构为Sub1/(HL)^n/Sub2,Sub1为LED发光芯片的半导体材料,Sub2为封装胶体,L为镀膜的低折射率电介质氧化物材料,H为镀膜的高折射率电介质氧化物材料,2n为膜层总数,n=1-60;L、H均为电介质材料中的钛、钽、铪、硅、锆、锡、锌、锗、铝中的一种的氧化物。
作为改进,所述的封装胶体出光面具有MgF2材料镀膜而成的光学增透薄膜。
作为进一步改进,所述的封装胶体出光面具有Al2O3、HfO2和MgF2依次镀膜而成的光学增透薄膜。
本发明提供了一种具有增透效应薄膜的发光二极管的制备方法,包含以下步骤:
(1)在LED发光芯片出光面上镀电介质氧化物增透薄膜,采用真空蒸镀并离子辅助成膜方式制备。
(2)用上述方法处理过的LED发光芯片置于反光碗内,用封装胶体封装。
(3)在封装胶体出光面上镀MgF2,采用真空蒸镀并离子辅助成膜方式制备。
本发明还提供了一种具有增透效应薄膜的发光二极管的制备方法,其特征在于,包含以下步骤:
(1)在LED发光芯片出光面上镀电介质氧化物增透薄膜,采用真空蒸镀并离子辅助成膜方式制备。
(2)用上述方法处理过的LED发光芯片置于反光碗内,用封装胶体封装。
(3)在封装胶体出光面上依次镀Al2O3、HfO2和MgF2,采用真空蒸镀并离子辅助成膜方式制备。
作为改进,上述两种制备方法所述的真空蒸镀并离子辅助成膜方式包括冷镀或热镀,温度在50℃~300℃之间。
本发明的具有增透效应薄膜的发光二极管,在LED发光芯片出光面和封装胶体出光面分别镀电介质氧化物增透薄膜和光学增透薄膜,此种结构减少了反射界面光的损失,从而提高LED的外量子效率。
附图说明
图1为本发明的具有增透效应薄膜的发光二极管的结构示意图;
图中:1-LED发光芯片,2-电介质氧化物增透薄膜,3-环氧树脂封装胶体,4-光学增透薄膜,5-LED发光芯片的引出导线,6-反光碗。
图2为本发明具体实施例1中LED发光芯片的出光面所镀增透薄膜对LED发光芯片出射光的反色光谱图;
图3为本发明具体实施例2中LED发光芯片的出光面所镀增透薄膜对LED发光芯片出射光的反色光谱图;
图4为本发明具体实施例3中LED发光芯片的出光面所镀增透薄膜对LED发光芯片出射光的反色光谱图。
具体实施方式
结合附图,下面对本发明作进一步描述。
一种具有增透效应薄膜的发光二极管,包括LED发光芯片1、反光碗6和LED发光芯片的引出导线5,LED发光芯片1置于反光碗6内,LED发光芯片1和反光碗6封装于环氧树脂封装胶体3内;所述LED发光芯片1的出光面镀有电介质氧化物增透薄膜2;LED发光芯片1、电介质氧化物增透薄膜2、环氧树脂封装胶体3组成的膜系结构为Sub1/(HL)^n/Sub2,Sub1为LED发光芯片1的半导体材料,Sub2为环氧树脂封装胶体3,L为镀膜的低折射率电介质氧化物材料,H为镀膜的高折射率电介质氧化物材料,2n为膜层总数,n=1-60;L、H均为电介质材料中的钛、钽、铪、硅、锆、锡、锌、锗、铝中的一种的氧化物。电介质氧化物增透薄膜2为氧化钛、氧化钽、氧化铪、氧化硅、氧化锆、氧化锡、氧化锌、氧化锗、氧化铝中的两种材料以折射率的高、低顺序交替镀膜而成;环氧树脂封装胶体3出光面镀有光学增透薄膜4。
实施例1:在GaN基蓝光(470±20nm)LED发光芯片1的出光面镀电介质氧化物增透薄膜2,该增透薄膜由Ta2O5材料和Al2O3材料组成,总层数为10,厚度约为1um;在环氧树脂封装胶体3的出光面镀光学增透薄膜4,光学增透薄膜4由MgF2材料组成,厚度为0.13um。镀膜后,LED发光芯片1和环氧树脂封装胶体3之间的反射损耗可以降低10%左右,环氧树脂封装胶体3和空气之间的反射损耗可以降低4%左右。
电介质氧化物增透薄膜2的膜系结构如下表:
  层数   材料   厚度
  1   Ta2O5   110.36
  2   Al2O3   72.77
  3   Ta2O5   109.32
  4   Al2O3   135.47
  5   Ta2O5   109.97
  6   Al2O3   216.82
  7   Ta2O5   96.89
  8   Al2O3   111.88
  9   Ta2O5   53.54
  10   Al2O3   144.36
实施例2:在GaP基绿光(525±20nm)LED发光芯片1的出光面镀电介质氧化物增透薄膜2,该增透薄膜由TiO2材料和Al2O3材料组成,总层数为12,厚度约为1um;在环氧树脂封装胶体3的出光面镀光学增透薄膜4,光学增透薄膜4由Al2O3、HfO2和MgF2材料组成,厚度约为0.3um。镀膜后,LED发光芯片1和环氧树脂封装胶体3之间的反射损耗可以降低15%左右,环氧树脂封装胶体3和空气之间的反射损耗可以降低4%左右,总的光效可以提高约20%。
电介质氧化物增透薄膜2的膜系结构如下表:
  层数   材料   厚度
  1   TiO2   111.95
  2   Al2O3   88.23
  3   TiO2   59.42
  4   Al2O3   17.55
  5   TiO2   142.9
  6   Al2O3   85.89
  7   TiO2   53.49
  8   Al2O3   144.62
  9   TiO2   83.67
  10   Al2O3   78.76
  11   TiO2   55.68
  12   Al2O3   165.65
光学增透薄膜4的膜系结构如下表:
  层数   材料   厚度
  1   Al2O3   78.7
  2   HfO2   123.79
  3   MgF2   92.39
实施例3.在GaAs基红光(625±20nm)LED发光芯片1的出光镀电介质氧化物增透薄膜2,该增透薄膜由TiO2材料和Al2O3材料组成,层数为14,厚度约为2um;在环氧树脂封装胶体3的出光面镀光学增透薄膜4,光学增透薄膜4由Al2O3、HfO2和MgF2材料组成,厚度约为0.3um。镀膜后,LED发光芯片1和环氧树脂封装胶体3之间的反射损耗可以降低17%左右,环氧树脂封装胶体3和空气之间的反射损耗可以降低3%左右,总的光效可以提高约20%。光学增透薄膜4的膜系结构与实施例2相同。
电介质氧化物增透薄膜2的膜系结构如下表:
  层数   材料   厚度
  1   TiO2   141.17
  2   Al2O3   91.02
  3   TiO2   179.41
  4   Al2O3   211.1
  5   TiO2   80.92
  6   Al2O3   307.53
  7   TiO2   145.9
  8   Al2O3   263.25
9 TiO2 61.86
  10   Al2O3   369.45
  11   TiO2   114.72
  12   Al2O3   280
13 TiO2 69.74
  14   Al2O3   197.75
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的具体实施例子,显然,本发明不限于以上实施例子,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种具有增透效应薄膜的发光二极管,其特征在于包括LED发光芯片、反光碗和LED发光芯片的引出导线,LED发光芯片置于反光碗内,LED发光芯片和反光碗封装于封装胶体内;所述LED发光芯片的出光面镀有电介质氧化物增透薄膜;LED发光芯片、电介质氧化物增透膜、封装胶体组成的膜系结构为Sub1/(HL)^n/Sub2,Sub1为LED发光芯片的半导体材料,Sub2为封装胶体,L为镀膜的低折射率电介质氧化物材料,H为镀膜的高折射率电介质氧化物材料,2n为膜层总数,n=1-60;L、H均为电介质材料中的钛、钽、铪、硅、锆、锡、锌、锗、铝中的一种的氧化物。
2.根据权利要求1所述的具有增透效应薄膜的发光二极管,其特征在于:所述的封装胶体出光面具有MgF2材料镀膜而成的光学增透薄膜。
3.根据权利要求1所述的具有增透效应薄膜的发光二极管,其特征在于:所述的封装胶体出光面具有Al2O3、HfO2和MgF2依次镀膜而成的光学增透薄膜。
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