CN104681548B - 一种led发光结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED发光结构及其制作方法，将半球状反光体阵列固定于透明固定板的背面，通过固定支撑体结构将凸面聚光体阵列固定于所述透明固定板的正面上方，LED芯片位于凸面聚光体的焦点上，因而其朝上发射的光变成平行光出射，并且，所述LED芯片还位于半球状反光体的球心上，因而朝下发射的光经过半球状反光体的反射后还能沿原路返回，从而汇聚于凸面聚光体的焦点上，继续传播通过凸面聚光体后也能变成平行光出射，如此，所述LED发光结构能够大面积发射平行光或接近平行的光，在某些领域取代激光，能够更好地发挥作用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电芯片制造技术领域，特别涉及一种LED发光结构及其制作方法。
背景技术
自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，GaN基LED已被广泛应用于户内外显示屏、投影显示用照明光源、背光源、景观亮化照明、广告、交通指示等领域，并被誉为二十一世纪最有竞争力的新一代固体光源。近年来，在政府各种政策的激励和推动下，各种为提高LED发光亮度的技术应运而生，例如图形化衬底技术、侧壁粗化技术、DBR技术、优化电极结构、在衬底或透明导电膜上制作二维光子晶体等。其中图形化衬底技术最具成效，在2010年到2012年间，前后出现的锥状结构的干法图形化衬底和金字塔形状的湿法图形化衬底完全取代了表面平坦的蓝宝石衬底成为LED芯片的主流衬底，使LED的晶体结构和发光亮度都得到了革命性的提高。
半导体发光器件所发射的光的波长取决于所用的半导体材料的价带电子和导带电子之间的能量差的带隙，GaN材料具有较宽的能带带隙(从0.8eV到6.2eV)，所以GaN基LED可通过在GaN外延有源层生长过程中掺入不同浓度的In、Al等元素来调节GaN基LED所发射的光的波长，实现GaN基LED的能量谱连续可调，所以在单色性、色纯度、色饱和度等方面，GaN基LED可与激光相媲美。
然而与激光相比，现有的LED所发射的光的发散角远大于激光的发散角，即，激光在方向性上远好于LED，为了适应LED在不同领域的应用，有必要设计一种发光方向性好的LED灯，尤其是能够大面积出射平行光的LED灯，使其替代激光，而在相应领域更好地发挥作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED发光结构及其制作方法，以解决现有的LED发光方向性较差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种LED发光结构制作方法，包括：
提供一半球状反光体阵列；
提供一透明固定板，所述透明固定板正面设置有若干LED芯片固定区，每个LED芯片固定区两侧各设置一透明导电体；
将所述半球状反光体阵列固定于所述透明固定板的背面，并将LED芯片固定于所述LED芯片固定区内，使所述LED芯片与其两侧的透明导电体形成电连接；以及
通过固定支撑体结构将凸面聚光体阵列固定于所述透明固定板的正面上方，每个LED芯片均位于对应的凸面聚光体的焦点上以及对应的半球状反光体的球心上。
可选的，在所述的LED发光结构制作方法中，所述半球状反光体阵列包括半球状结构阵列以及设置于所述半球状结构阵列内壁上的反光层。
可选的，在所述的LED发光结构制作方法中，所述半球状结构阵列由若干个阵列排布的中空的半球体组成。
可选的，在所述的LED发光结构制作方法中，所述半球状结构阵列由若干个阵列排布的中空的半球体以及连接部组成。
可选的，在所述的LED发光结构制作方法中，通过蒸发、溅射或喷涂工艺在所述半球状结构阵列的内壁上形成所述反光层。
可选的，在所述的LED发光结构制作方法中，所述透明固定板的背面设置有若干用以固定所述半球状反光体阵列的卡槽。
可选的，在所述的LED发光结构制作方法中，每个所述LED芯片固定区上设置有至少一个抽气孔，通过真空吸附的方式将所述LED芯片固定于所述LED芯片固定区内。
可选的，在所述的LED发光结构制作方法中，所述透明导电体的材料为ITO或镍金合金中的一种。
可选的，在所述的LED发光结构制作方法中，所述固定支撑体结构中每个固定支撑体为上下皆开口的圆筒状结构。
可选的，在所述的LED发光结构制作方法中，所述凸面聚光体为双凸面聚光体或单凸面聚光体。
本发明还提供一种LED发光结构，包括：透明固定板、半球状反光体阵列、LED芯片、固定支撑体结构以及凸面聚光体阵列；所述半球状反光体阵列固定于所述透明固定板的背面，所述凸面聚光体阵列通过所述固定支撑体结构固定于所述透明固定板的正面上方；所述透明固定板正面设置有若干LED芯片固定区，每个LED芯片固定区两侧各设置一透明导电体，每个LED芯片固定区内固定一LED芯片，每个LED芯片与其两侧的透明导电体形成电连接，并且，每个LED芯片均位于对应的凸面聚光体的焦点上以及对应的半球状反光体的球心上。
可选的，在所述的LED发光结构，所述半球状反光体阵列包括半球状结构阵列以及设置于所述半球状结构阵列内壁上的反光层。
可选的，在所述的LED发光结构，所述半球状结构阵列由若干个阵列排布的中空的半球体组成。
可选的，在所述的LED发光结构，所述半球状结构阵列由若干个阵列排布的中空的半球体以及连接部组成。
可选的，在所述的LED发光结构，通过蒸发、溅射或喷涂工艺在所述半球状结构阵列的内壁上形成所述反光层。
可选的，在所述的LED发光结构，所述透明固定板的背面设置有若干用以固定所述半球状反光体阵列的卡槽。
可选的，在所述的LED发光结构，每个所述LED芯片固定区上设置有至少一个抽气孔，通过真空吸附的方式将所述LED芯片固定于所述LED芯片固定区内。
可选的，在所述的LED发光结构，所述透明导电体的材料为ITO或镍金合金中的一种。
可选的，在所述的LED发光结构，所述固定支撑体结构中每个固定支撑体为上下皆开口的圆筒状结构。
可选的，在所述的LED发光结构，所述凸面聚光体为双凸面聚光体或单凸面聚光体。
在本发明提供的LED发光结构及其制作方法中，将半球状反光体阵列固定于透明固定板的背面，通过固定支撑体结构将凸面聚光体阵列固定于所述透明固定板的正面上方，LED芯片位于凸面聚光体的焦点上，因而其朝上发射的光变成平行光出射，并且，所述LED芯片还位于半球状反光体的球心上，因而朝下发射的光经过半球状反光体的反射后还能沿原路返回，从而汇聚于凸面聚光体的焦点上，继续传播通过凸面聚光体后也能变成平行光出射，如此，所述LED发光结构能够大面积发射平行光或接近平行的光，在某些领域取代激光，能够更好地发挥作用。
附图说明
图1是本发明实施例的LED发光结构制作方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的半球状结构阵列的剖面示意图；
图3是本发明实施例的一种半球状结构阵列的俯视示意图；
图4是本发明实施例的另一种半球状结构阵列的俯视示意图；
图5是本发明实施例的半球状反光体阵列的剖面示意图；
图6是本发明实施例的透明固定板的剖面示意图；
图7是本发明实施例的透明固定板的俯视示意图；
图8是本发明实施例的透明固定板与半球状结构阵列固定后的剖面示意图；
图9是本发明实施例的LED芯片固定于透明固定板上的剖面示意图；
图10是本发明实施例的LED芯片与透明导电体电连接的剖面示意图；
图11是本发明实施例的凸面聚光体阵列固定于透明固定板上的剖面示意图；
图12是本发明实施例的LED发光结构的发光示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的LED发光结构及其制作方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，其为本发明实施例的LED发光结构制作方法的流程示意图。如图1所示，所述LED发光结构制作方法包括：
步骤S1：提供一半球状反光体阵列；
步骤S2：提供一透明固定板，所述透明固定板正面设置有若干LED芯片固定区，每个LED芯片固定区两侧各设置一透明导电体；
步骤S3：将所述半球状反光体阵列固定于所述透明固定板的背面，并将LED芯片固定于所述LED芯片固定区内，使所述LED芯片与其两侧的透明导电体形成电连接；
步骤S4：通过固定支撑体结构将凸面聚光体阵列固定于所述透明固定板的正面上方，每个LED芯片均位于对应的凸面聚光体的焦点上以及对应的半球状反光体的球心上。
具体的，请参考图2～图11，其为本发明实施例的LED发光结构制作方法中所形成的器件结构的示意图。
首先，执行步骤S1，提供一半球状反光体阵列10，所述半球状反光体阵列10包括半球状结构阵列以及设置于所述半球状结构阵列内壁上的反光层10’。
具体的，所述半球状反光体阵列10通过如下方式形成：
如图2所示，首先提供半球状结构阵列，所述半球状结构阵列优选是一体成型的结构，其可以如图3所示仅由若干个阵列排布的中空的半球体11a组成，也可以如图4所示由若干个阵列排布的中空的半球体11a以及连接部11b组成，如此机械强度相对较好。所述中空的半球体11a的材料可以为刚性材料例如铜、铝、铝合金或陶瓷等，也可以是柔性材料例如橡胶等。
如图5所示，通过蒸发、溅射或喷涂工艺在所述半球状结构阵列11的内壁上形成反光层10’，如此即可形成半球状反光体阵列10。所述反光层10’可以是高反射率金属膜或DBR膜中的至少一种，所述高反射率的金属膜的材料例如为银或者铝，所述DBR膜例如为氧化硅和氧化铁材料交替生长所形成的层叠膜系结构。
接着，执行步骤S2，如图6和图7所示，提供一透明固定板30，所述透明固定板30的正面设置有若干LED芯片固定区31，所述透明固定板30的背面设置有若干用以固定半球状反光体的卡槽32，每个LED芯片固定区31上设置有至少一个抽气孔33，并在每个LED芯片固定区31两侧各设置一透明导电体34。
其中，所述抽气孔33的形状可以是方形、圆形或者不规则形状，本发明并不限定的抽气孔的形状和数量，只要能够实现抽真空以吸附LED芯片的目的即可。所述透明导电体34优选呈条状，每个LED芯片固定区31的两侧各设置有一个条状的透明导电体34，所述透明导电体34的材料可以为ITO或镍金合金中的至少一种。所述透明导电体34可以埋设在所述透明固定板30中，并在所述透明导电体34上方的透明固定板30中设置打线孔35，通过打线孔35漏出部分透明导电体34以便后续与LED芯片形成电连接。
接着，执行步骤S3，如图8～10所示，将所述透明固定板30与所述半球状反光体阵列10固定在一起，并将LED芯片20固定于所述LED芯片固定区31内，通过打线工艺使所述LED芯片20与所述透明导电体34形成电连接。
如图10所示，可以通过透明固定板30背面设置的卡槽32将所述透明固定板30与所述半球状反光体阵列10固定在一起，也可以通过其它方式诸如胶接的方式固定透明固定板30与所述半球状反光体阵列10，本发明对此并不作限定。
本实施例中，通过真空作用将LED芯片20固定于所述LED芯片固定区31内。可以在放置LED芯片20前先对半球状反光体10排真空，然后将LED芯片20放置于LED芯片固定区31内，通过真空作用即可将LED芯片20固定住。或者，先将LED芯片20放置于LED芯片固定区31内，然后再利用抽真空设备对半球状反光体10抽真空，亦可实现固定LED芯片20的目的。
接着，执行步骤S4，如图11所示，通过固定支撑体结构40将所述凸面聚光体阵列50固定于所述透明固定板30的正面上方，例如是通过卡槽或者胶接的方式进行固定，所述LED芯片20位于对应的凸面聚光体的焦点上以及对应的半球状反光体的球心上，可通过调整所述固定支撑体的高度使LED芯片20处于凸面聚光体的焦点。
所述固定支撑体结构40中每个固定支撑体为上下皆开口的圆筒状结构，所述固定支撑体结构40可以是一体成型的结构，也可以分别形成若干固定支撑体后再通过机械方式将其组合在一起。
所述凸面聚光体阵列50可以是一体成型的结构，也可以分别形成若干凸面聚光体后再通过机械方式将其组合在一起。所述凸面聚光体的中间厚度均大于其边缘厚度，其既可以是双凸面聚光体，亦可是单凸面聚光体。
本实施例还提供一种LED发光结构，主要请参考图12，相应的可参考图2～图11，所述LED发光结构包括：透明固定板30、半球状反光体阵列10、LED芯片20、固定支撑体结构40以及凸面聚光体阵列50；所述半球状反光体阵列10固定于所述透明固定板30的背面，所述凸面聚光体阵列50通过所述固定支撑体结构40固定于所述透明固定板30的正面上方；所述透明固定板30正面设置有若干LED芯片固定区31，每个LED芯片固定区31两侧各设置一透明导电体34，并且，每个LED芯片固定区31内固定一LED芯片20，每个LED芯片20与其两侧的透明导电体34形成电连接，并且，每个LED芯片均位于对应的凸面聚光体的焦点上以及对应的半球状反光体的球心上。
综上所述，本发明提供的LED发光结构及其制作方法，LED芯片位于凸面聚光体的焦点上，因而其朝上发射的光变成平行光出射，并且，所述LED芯片还位于半球状反光体的球心上，因而朝下发射的光经过半球状反光体的反射后还能沿原路返回，从而汇聚于凸面聚光体的焦点上，继续传播通过凸面聚光体后也能变成平行光出射，如此，所述LED发光结构能够大面积发射平行光或接近平行的光，在某些领域取代激光，能够更好地发挥作用。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (20)
1.一种LED发光结构制作方法，其特征在于，包括：
提供一半球状反光体阵列；
提供一透明固定板，所述透明固定板正面设置有若干LED芯片固定区，每个LED芯片固定区两侧各设置一透明导电体；
将所述半球状反光体阵列固定于所述透明固定板的背面，并将LED芯片固定于所述LED芯片固定区内，使所述LED芯片与其两侧的透明导电体形成电连接；以及
通过固定支撑体结构将凸面聚光体阵列固定于所述透明固定板的正面上方，每个LED芯片均位于对应的凸面聚光体的焦点上以及对应的半球状反光体的球心上。
2.如权利要求1所述的LED发光结构制作方法，其特征在于，所述半球状反光体阵列包括半球状结构阵列以及设置于所述半球状结构阵列内壁上的反光层。
3.如权利要求2所述的LED发光结构制作方法，其特征在于，所述半球状结构阵列由若干个阵列排布的中空的半球体组成。
4.如权利要求2所述的LED发光结构制作方法，其特征在于，所述半球状结构阵列由若干个阵列排布的中空的半球体以及连接部组成。
5.如权利要求2所述的LED发光结构制作方法，其特征在于，通过蒸发、溅射或喷涂工艺在所述半球状结构阵列的内壁上形成所述反光层。
6.如权利要求1所述的LED发光结构制作方法，其特征在于，所述透明固定板的背面设置有若干用以固定所述半球状反光体阵列的卡槽。
7.如权利要求1所述的LED发光结构制作方法，其特征在于，每个所述LED芯片固定区上设置有至少一个抽气孔，通过真空吸附的方式将所述LED芯片固定于所述LED芯片固定区内。
8.如权利要求1所述的LED发光结构制作方法，其特征在于，所述透明导电体的材料为ITO或镍金合金中的一种。
9.如权利要求1所述的LED发光结构制作方法，其特征在于，所述固定支撑体结构中每个固定支撑体为上下皆开口的圆筒状结构。
10.如权利要求1所述的LED发光结构制作方法，其特征在于，所述凸面聚光体为双凸面聚光体或单凸面聚光体。
11.一种LED发光结构，其特征在于，包括：透明固定板、半球状反光体阵列、LED芯片、固定支撑体结构以及凸面聚光体阵列；所述半球状反光体阵列固定于所述透明固定板的背面，所述凸面聚光体阵列通过所述固定支撑体结构固定于所述透明固定板的正面上方；所述透明固定板正面设置有若干LED芯片固定区，每个LED芯片固定区两侧各设置一透明导电体，每个LED芯片固定区内固定一LED芯片，每个LED芯片与其两侧的透明导电体形成电连接，并且，每个LED芯片均位于对应的凸面聚光体的焦点上以及对应的半球状反光体的球心上。
12.如权利要求11所述的LED发光结构，其特征在于，所述半球状反光体阵列包括半球状结构阵列以及设置于所述半球状结构阵列内壁上的反光层。
13.如权利要求12所述的LED发光结构，其特征在于，所述半球状结构阵列由若干个阵列排布的中空的半球体组成。
14.如权利要求12所述的LED发光结构，其特征在于，所述半球状结构阵列由若干个阵列排布的中空的半球体以及连接部组成。
15.如权利要求12所述的LED发光结构，其特征在于，通过蒸发、溅射或喷涂工艺在所述半球状结构阵列的内壁上形成所述反光层。
16.如权利要求11所述的LED发光结构，其特征在于，所述透明固定板的背面设置有若干用以固定所述半球状反光体阵列的卡槽。
17.如权利要求11所述的LED发光结构，其特征在于，每个所述LED芯片固定区上设置有至少一个抽气孔，通过真空吸附的方式将所述LED芯片固定于所述LED芯片固定区内。
18.如权利要求11所述的LED发光结构，其特征在于，所述透明导电体的材料为ITO或镍金合金中的一种。
19.如权利要求11所述的LED发光结构，其特征在于，所述固定支撑体结构中每个固定支撑体为上下皆开口的圆筒状结构。
20.如权利要求11所述的LED发光结构，其特征在于，所述凸面聚光体为双凸面聚光体或单凸面聚光体。
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