CN104167485A - 一种自支撑led阵列光源结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自支撑LED阵列光源结构,包括:衬底;开设在衬底上的多组通孔,每组通孔之一与LED芯片的第一电极电连接,每组通孔之另一与LED芯片的第二电极电连接;制备在衬底正面的LED芯片阵列;设置在衬底背面的金属焊盘和金属线路,所述金属线路通过所述通孔将所述LED芯片的第一电极和第二电极连接至所述金属焊盘。本发明提出的自支撑LED阵列光源结构使得LED阵列光源产品更加集成化,精细化,简化了封装工艺,降低了封装成本。同时也简化了针对LED阵列光源的散热设计的难度,提高了产品可靠性。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域,特别是涉及一种自支撑LED阵列光源结构。
背景技术
随着LED技术的发展,LED应用范围也在不断拓展,特别是基于LED阵列的光源,不仅被用来制作照明灯具和液晶背光,在特殊照明领域(例如动植物养殖),主动显示技术,投影光源,可调光谱照明和可见光通信等领域也逐渐得以应用。为了满足不同场合需要,充分发挥LED的特性,提升LED阵列光源的输出光谱和光强的自由度,需要对LED阵列中的每颗LED进行调制。同时随着技术进步,需要LED阵列光源的封装不断集成化,小型化,并对封装工艺和步骤进行优化,降低产品成本,简化生产工艺。
目前市场上采用LED阵列光源的产品通过将大量封装好的表贴式LED单元固定在外接基板来制备,每个单元包含一种或几种不同输出波长的LED,大量的表贴式LED单元被固定在基板上形成LED阵列光源,如利亚德光电股份有限公司于2012年提出的LED平板显示单元及生产方法(授权公告号CN101783099B)。另一方面,也可以利用芯片倒装技术(Flip-chip),将LED焊接在基板上组成LED阵列。由于倒装技术的精度比表贴片封装技术有了较大提升,但是采用芯片倒装技术的生产工艺需要将大量的LED一颗一颗焊接在基板上。以上两种结构无法摆脱将LED芯片固定在外接基板上的传统方式,一方面限制了LED阵列光源中的小型化和精细化,一方面由于引入外接基板,对散热设计提升了难度,同时由于工艺繁琐,降低了生产良率和后期的维护成本,影响了LED阵列光源的可靠性,此外,上述两种结构造成生产成本提高,生产效率降低等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种自支撑LED阵列光源结构。随着LED外延与芯片技术的进步,外延与芯片工艺在LED成本中所占的比例相对降低。
本发明提出了一种自支撑LED阵列光源结构,包括;
衬底;
开设在衬底上的多组通孔,每组通孔之一与LED芯片的第一电极电连接,每组通孔之另一与LED芯片的第二电极电连接;
制备在衬底正面的LED芯片阵列;
设置在衬底背面的金属焊盘和金属线路,所述金属线路通过所述通孔将所述LED芯片的第一电极和第二电极连接至所述金属焊盘。
本发明直接利用LED外延片中的绝缘生长衬底作为自支撑基板,在LED芯片制备过程中在外延片上直接形成LED阵列,简化了LED阵列的封装工艺,提高了生产良率。同时本发明利用绝缘生长衬底上的导电通孔,借助导电通孔将LED芯片的电极与绝缘生长衬底背面的金属线路和焊盘连接,经过电极再分布形成LED阵列的管脚,实现了LED阵列乃至阵列中任意一颗LED芯片的输出光谱和光强的可调制性。
此外,利用光学元件和荧光粉涂覆工艺,调整LED阵列光源中每颗LED芯片的输出波长,增加了LED阵列光源光输出的灵活度和自由度,满足了特殊照明(动植物养殖),主动显示技术,投影光源,可调光谱照明对LED阵列的光谱和亮度要求。
因此,本发明提出的自支撑LED阵列光源结构使得LED阵列光源产品更加集成化,精细化,简化了封装工艺,降低了封装成本。同时也简化了针对LED阵列光源的散热设计的难度,提高了产品可靠性。
附图说明
为了说明本发明的具体内容,以下结合具体实施例及附图详细说明如后,其中:
图1为本发明中自支撑LED阵列光源结构的截面图;
图2为本发明中自支撑LED阵列光源结构的正面平面图;
图3为本发明中自支撑LED阵列光源结构的背面平面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1至图3所示,本发明提供了一种自支撑LED阵列光源结构,包括:
绝缘生长衬底101,其材料为蓝宝石、碳化硅或氮化铝,其绝缘性能良好,所述绝缘生长衬底101的厚度可以比常规工艺更薄,小于200um,能够有效降低整体热阻;
开设在绝缘生长衬底101上的多组第一通孔102,每组第一通孔对应一个LED芯片,即其中一个第一通孔102与所述LED芯片的p电极电连接,另一第一通孔102与所述LED芯片的n电极电连接;所述第一通孔102填充有导电金属103,所述第一通孔102为圆孔或槽,所述第一通孔102中填充的导电金属103为全部填充或部分填充,所述部分填充是指在第一通孔102的侧壁上填充一层导电金属103;
位于绝缘生长衬底101背面的有金属焊盘105和金属线路106,其中任意两条所述金属线路106交叉区域都制备有隔离层,避免不同极性任意两条金属线路106短路或同种极性任意两条金属线路106连通,实现对所述LED阵列光源中的每颗LED芯片104独立控制;
制备在绝缘生长衬底101正面的LED芯片104阵列,其中所述LED芯片104,包括;
n型层107,该n型层107制备在绝缘生长衬底101上,并覆盖绝缘生长衬底101的大部分面积,使绝缘生长衬底101的上形成一台面,该台面一侧的下方对应有所述绝缘生长衬底101上的一组第一通孔102中的一个,该组第一通孔102中的另一个位于所述台面的另一侧,且该台面一侧的n型层107上与台面一侧下方的所述第一通孔102配合开有第二通孔,所述第二通孔孔中填充有导电金属103,所述n型层107的材料为n-GaN;
有源层108,该有源层108制作在n型层107上,该有源层108的面积小于n型层107的面积,即位于所述台面的另一侧,所述有源层108的材料为GaN材料制作的量子阱结构;
p型层109,该p型层109制作在有源层108上,所述p型层的材料为p-GaN;
隔离层110,该隔离层位于前述n型层107、有源层108和p型层109对齐的一侧以及有源层108和p型层109的另一侧并覆盖p电极111和n电极112,所述隔离层110的材料为聚酰亚胺、氧化硅或氮化硅或及其组合;
p电极111,该p电极111覆盖位于前述n型层107、有源层108和p型层109一侧的隔离层110,并覆盖p型层109的上表面,该p电极111与所述台面另一侧的第一通孔102中的导电金属103电连接,所述p电极为ITO或ZnO或石墨烯透明导电薄膜,;
n电极112,该n电极112制作在所述台面一侧的n型层107上面,与所述第二通孔中的导电金属103连接;
第一背电极113,该第一背电极113制作在绝缘生长衬底101的背面,且该第一背电极113通过位于所述台面另一侧的所述第一通孔102中的导电金属103与p电极111连接;
第二背电极114,该第二背电极114制作在绝缘衬底101的背面,且该第二背电极114通过位于所述台面一侧下方的所述第一通孔102中的导电金属103与n电极112连接,第一背电极113和第二背电极114,与位于绝缘生长衬底101背面的焊盘105通过金属线路106实现电性连接;所述焊盘105与所述金属线路106经过电极再分布设计,分布在绝缘生长衬底101背面,形成金属管脚,利于将所述自支撑LED阵列光源结构与驱动模块对接,也利于将多个所述自支撑LED阵列光源结构拼接,组成更大面积的LED阵列结构;其中,LED阵列结构中,位于同一行的每颗LED芯片104的第一背电极113,经过金属线路106连接至同一个焊盘105,位于同一列的每颗LED芯片104的第二背电极114,经过金属线路106连接至另一个焊盘105。也就是说,同一行LED芯片104的第一背电极113共享一个焊盘105,同一列LED芯片104的第二背电极114共享另一个焊盘105。
其中所述焊盘105、金属线路106、p电极111、n电极112、第一背电极113、第二背电极114为金属材料、合金材料或非金属导电材料,其中焊盘105、第一背电极113、第二背电极114为具有易焊接性的金属、合金或非金属导电材料,便于将本发明所述的自支撑LED阵列光源结构焊接与其他电路结构中,并且可以将多个所述自支撑LED阵列光源结构拼接组合;
前述各部分形成自支撑LED阵列光源结构的基底;
所述自支撑LED阵列光源包括光学元件115,其位于所述LED芯片104的外围,用于封装所述LED芯片104,所述光学元件115可以起到荧光转化的作用,同时所述光学元件115可以对LED芯片104起到保护和二次配光的作用,所述光学元件115可以是树脂或硅胶或玻璃或其他透明材料单独或组合而成,可以通过molding、丝网印刷、喷涂工艺将荧光材料与所述光学元件合成,进而提高LED芯片的发光效率,起到灵活调整所述自支撑LED阵列光源的输出光谱的作用;所述自支撑LED阵列光源还包括位于绝缘生长衬底101背面的光学反射膜116,所述光学反射膜116位于所述绝缘生长衬底101背面未被第一背电极113和第二背电极114所覆盖的地方,用于提升LED芯片104的光效,所述光学反射膜116可以是由TiO2和SiO2组成的多重复合DBR介质膜,使得有源层108产生的光可以经过反射从LED芯片104的正面发射并激发光学元件115的荧光材料。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自支撑LED阵列光源结构,包括:
衬底;
开设在衬底上的多组通孔,每组通孔之一与LED芯片的第一电极电连接,每组通孔之另一与LED芯片的第二电极电连接;
制备在衬底正面的LED芯片阵列;
设置在衬底背面的金属焊盘和金属线路,所述金属线路通过所述通孔将所述LED芯片的第一电极和第二电极连接至所述金属焊盘。
2.根据权利要求1所述的自支撑LED阵列光源结构,其中,所述LED芯片阵列中,位于一行的多个芯片的第一电极通过通孔及第一背电极连接至衬底背面的一金属焊盘;位于一列的多个芯片的第二电极通过通孔及第二背电极连接至衬底背面的另一金属焊盘。
3.根据权利要求1所述的自支撑LED阵列光源结构,其中,所述衬底为蓝宝石、碳化硅或氮化铝材料制成。
4.根据权利要求1所述的自支撑LED阵列光源结构,其中,所述LED芯片,包括依次生长在衬底上的n型层、有源层、p型层、隔离层、p电极、n电极、第一背电极和第二背电极。
5.根据权利要求4所述的自支撑LED阵列光源结构,其中,所述p电极与所述p型层电连接,且与对应于所述LED芯片的一组通孔之一电连接;所述n电极与所述n型层电连接,且通过所述n型层上开设的孔与所述一组通孔之另一电连接。
6.根据权利要求5所述的自支撑LED阵列光源结构,其中,所述第一背电极和第二背电极位于所述衬底背面,且分别与所述一组通孔中的每一个通孔电连接。
7.根据权利要求5所述的自支撑LED阵列光源结构,其中,所述第一背电极和第二背电极通过金属线路与所述焊盘电连接。
8.根据权利要求1所述的自支撑LED阵列光源结构,其中,任意两条所述金属线路交叉区域都制备有隔离层。
9.根据权利要求1所述的自支撑LED阵列光源结构,其还包括光学元件,所述光学元件位于所述LED芯片的外围,用于封装所述LED芯片。
10.根据权利要求1所述的自支撑LED阵列光源结构,其还包括位于衬底背面的光学反射膜。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141126 |