CN105810797A - 一种用于灯丝灯的led灯丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LED技术领域，涉及一种用于灯丝灯的LED灯丝及其制备方法，用于灯丝灯的LED灯丝包括衬底以及成型于所述衬底上的LED串，所述LED串包括直线串联的若干LED单元，每个LED单元包括依次形成于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层和电扩散层，前一个LED单元上的N型半导体层与后一个LED单元上的电扩散层通过导电桥相连，所述LED单元之间的空隙内填充有绝缘体，第一LED单元的所述电扩散层上引出正极线，最末LED单元的N型半导体层上引出负极线。本LED灯丝制造工艺比较简单，相对以往工艺电连接可靠性更好，良率高。

Description

一种用于灯丝灯的LED灯丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种用于灯丝灯的LED灯丝及其制备方法。
背景技术
20世纪出现革命性的新光源LED，凭借着节能、环保、寿命长等优点迅速走红照明市场，LED成了未来主流的照明光源，广泛应用于商业照明、工业照明、户外照明等。但在民用照明方面的发展较之缓慢，对于很多人来说，LED灯是一款从未听说的新型光源。2008年，日本牛尾光源推出以白炽灯原型配置LED的灯泡式灯具“LED灯丝灯泡”的出现扭转了这一现象，“传统的外型，升级的‘配方’”，人们看到它做成的LED灯具便能想明白它就是熟悉的照明灯具。随后以LED灯丝为光源的蜡烛灯、水晶灯、球泡灯开始大量出现且被越来越多的消费者所接受。
普通的LED灯珠是单个电压为3.0V的芯片固定在塑料支架杯内，再进行点胶封装，即PLCC封装。而LED灯丝工艺通常是将28颗0.02W的1016的LED芯片串联封装在长38mm，直径1.5mm的玻璃基板上，再进行涂覆荧光胶来实现。LED灯丝采用10mA电流驱动，电压为84V，功率为0.84W，光通量为100lm，光效可以达到120lm/W，如果搭配红色芯片，显色指数可以达到95以上。另外，LED灯丝具备的小电流高电压的特性，有效地降低了LED的发热和驱动器的成本，具有突出的优势。
现有技术中制造灯丝灯的LED灯丝一般是提供一块印有导线的条状衬底，然后将小芯片直线排列固定在条状的衬底上，使相邻的小芯片正负极通过导线导通，最后封装荧光胶而成。由于导线与小芯片是后固定的，导电连接不够稳定，串联电路结构中只要有一处出现断路，那么整条LED灯丝就会报废，非常影响产品良率。
据上所述，本发明就是为了提供一种新技术来解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种用于灯丝灯的LED灯丝及其制备方法。
一种用于灯丝灯的LED灯丝，包括衬底以及成型于所述衬底上的LED串，所述LED串包括直线串联的若干LED单元，每个LED单元包括依次形成于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层和电扩散层，前一个LED单元上的N型半导体层与后一个LED单元上的电扩散层通过导电桥相连，所述LED单元之间的空隙内填充有绝缘体，第一LED单元的所述电扩散层上引出正极线，最末LED单元的N型半导体层上引出负极线。
具体的，所述衬底的材料选用蓝宝石、碳化硅或硅当中的一种。
具体的，所述N型半导体层和P型半导体层的材料为氮化镓、砷化镓、磷化铟或氮化铝镓铟中的一种。
具体的，所述电扩散层的材料为氧化铟锡。
具体的，所述LED串外侧还设有荧光胶。
一种LED灯丝的制造方法，步骤包括：
①在面状的衬底上依次形成N型半导体层、发光层、P型半导体层和电扩散层，形成晶圆片；
②从电扩散层表面蚀刻出深达N型半导体层的网格状切割道，形成一个个独立的N层半导体连接的LED单元；
③在切刻道基础上再局部进一步刻蚀至露出衬底表面，形成只有衬底连接的LED单元，令每个LED单元上露出N型半导体层的导电面；
④从导电面上制作出高于电扩散层的N极线，从电扩散层上制作出P极线；
⑤在连接方向的LED单元之间填充绝缘体，绝缘体表面与电扩散层齐平；
⑥沿LED单元连接方向，将前一个LED单元上的N极线与后一个LED单元上的P极线电连接形成导电桥，同时从第一LED单元的所述电扩散层上引出正极线，最末LED单元的N型半导体层上引出负极线；
⑦将晶圆片沿平行于LED单元连接方向的切刻道切割成等宽的LED灯丝。
具体的，步骤⑦之后还会在LED灯丝外封装一层荧光胶。
本发明的有益之处在于：
1、本LED灯丝制造工艺比较简单，相对以往工艺电连接可靠性更好，提高了良率；
2、ITO不仅具有很好的导电性，而且具有良好的透光性，保障了LED灯丝的发光性能；
3、绝缘体可以确保晶片单元之间绝缘，防止粉尘飞入间隙导致短路问题，同时使层高均匀，保证外形美观；
4、荧光胶一方面起到封装保护效果，另一方面使内部发生的有色光转化成散射的白光，实现高光效的360°全角度发光。
附图说明
图1为实施例步骤①制得中间品的主剖面示意图；
图2为实施例步骤②制得中间品的俯视示意图；
图3为实施例步骤③制得中间品的主剖面示意图；
图4为实施例步骤③制得中间品的俯视示意图；
图5为实施例步骤④制得中间品的主剖面示意图；
图6为实施例步骤⑤制得中间品的主剖面示意图；
图7为实施例步骤⑦制得LED灯丝的俯视示意图；
图8为实施例步骤⑧制得LED灯丝的主剖面示意图。
图中数字表示：
1-衬底，
10-切刻道；
2-LED串，
20-LED单元，
201-第一LED单元，
202-最末LED单元，
21-N型半导体层，
210-导电面，
22-发光层，
23-P型半导体层，
24-电扩散层；
3-绝缘体；
4-导电桥，
41-N极线，
42-P极线，
43-正极线，
44-负极线；
5-荧光胶。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例：
①如图1所示，在面状的衬底1上依次形成N型半导体层21、发光层22、P型半导体层23和电扩散层24，形成晶圆片。按照客户需求，衬底1的材料可以选用蓝宝石、碳化硅或硅当中的一种，N型半导体层21和P型半导体层23的材料可以选用氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或氮化铝镓铟(InGaAlN)中的一种。电扩散层24的材料为氧化铟锡(ITO)，因为P型半导体层23为半导体材料，电扩散性能不佳，可能会导致发光层22上电流分布不均而使发光效果不佳。ITO不仅具有很好的导电性，而且具有良好的透光性，因此电荷能很快分布到电扩散层24与P型半导体层23的接触面上，电流均匀通过发光层22而发光，光线透过ITO时也不会引起太大的光强损失，保障了LED灯丝的发光性能。
②如图2所示，从电扩散层24表面蚀刻出深达N型半导体层21的网格状切割道10，形成一个个独立的N层半导体21连接的LED单元20。切刻道10将原本面状的上层材料分割成相互独立的LED单元20，构成串联结构的基础。
③如图3和图4所示，在切刻道10基础上再局部进一步刻蚀至露出衬底1表面，形成只有衬底1连接的LED单元20，令每个LED单元20上露出N型半导体层21的导电面210。由此完成LED单元20的分割，LED单元20将经过导电面210建立电连接。
④如图5所示，从导电面210上制作出高于电扩散层的N极线41，从电扩散层24上制作出P极线42。N极线41和P极线42是导电桥4的成型基础。
⑤如图5所示，在连接方向的LED单元20之间填充绝缘体3，绝缘体3表面与电扩散层24齐平。绝缘体3可以确保LED单元20之间绝缘，防止粉尘飞入间隙导致短路问题，同时使层高均匀，保证外形美观。
⑥如图6所示，沿LED单元20连接方向，将前一个LED单元20上的N极线41与后一个LED单元20上的P极线42电连接形成导电桥4，同时从第一LED单元201的电扩散层24上引出正极线43，最末LED单元202的N型半导体层21上引出负极线44。导电桥4完成LED单元20之间的串联连接，实现电路功能。
⑦如图7所示，将晶圆片沿平行于LED单元20连接方向的切刻道10切割成细条状的LED灯丝。切割使晶圆片转换成LED灯丝的使用形状，加工方便快捷。
⑧如图8所示，在LED灯丝外封装一层荧光胶5。荧光胶5一方面起到封装保护效果，另一方面使内部发生的有色光转化成散射的白光，实现高光效的360°全角度发光。
由于本LED灯丝中的LED单元20是直接成型在衬底1上的，所以制造工艺比较简单，又由于LED单元20之间的连接导线也是直接在晶片基础上成型的，所以相对以往工艺电连接可靠性更好，良率高。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于灯丝灯的LED灯丝，包括衬底以及成型于所述衬底上的LED串，所述LED串包括直线串联的若干LED单元，其特征在于：每个LED单元包括依次形成于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层和电扩散层，前一个LED单元上的N型半导体层与后一个LED单元上的电扩散层通过导电桥相连，所述LED单元之间的空隙内填充有绝缘体，第一LED单元的所述电扩散层上引出正极线，最末LED单元的N型半导体层上引出负极线。
2.根据权利要求1所述的用于灯丝灯的LED灯丝，其特征在于：所述衬底的材料选用蓝宝石、碳化硅或硅当中的一种。
3.根据权利要求1所述的用于灯丝灯的LED灯丝，其特征在于：所述N型半导体层和P型半导体层的材料为氮化镓、砷化镓、磷化铟或氮化铝镓铟中的一种。
4.根据权利要求1所述的用于灯丝灯的LED灯丝，其特征在于：所述电扩散层的材料为氧化铟锡。
5.根据权利要求1所述的用于灯丝灯的LED灯丝，其特征在于：所述LED串外侧还设有荧光胶。
6.关于权利要求1-5任一所述的LED灯丝的制造方法，其特征在于步骤包括：
①在面状的衬底上依次形成N型半导体层、发光层、P型半导体层和电扩散层，形成晶圆片；
②从电扩散层表面蚀刻出深达N型半导体层的网格状切割道，形成一个个独立的N层半导体连接的LED单元；
③在切刻道基础上再局部进一步刻蚀至露出衬底表面，形成只有衬底连接的LED单元，令每个LED单元上露出N型半导体层的导电面；
④从导电面上制作出高于电扩散层的N极线，从电扩散层上制作出P极线；
⑤在连接方向的LED单元之间填充绝缘体，绝缘体表面与电扩散层齐平；
⑥沿LED单元连接方向，将前一个LED单元上的N极线与后一个LED单元上的P极线电连接形成导电桥，同时从第一LED单元的所述电扩散层上引出正极线，最末LED单元的N型半导体层上引出负极线；
⑦将晶圆片沿平行于LED单元连接方向的切刻道切割成等宽的LED灯丝。
7.根据权利要求6所述的LED灯丝的制造方法，其特征在于：步骤⑦之后还会在LED灯丝外封装一层荧光胶。
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