CN107131430A - 发光二极管的芯片结构以及光利用率高的灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种提高光利用率的发光二极管的芯片结构，以及光利用率高的灯具灯具。芯片结构包括衬底，衬底上方依次沉积有n型半导体层和发光层，所述发光层的中部蚀刻有环形槽并使得n型半导体的部分外露，形成外漏部；n型半导体的外露部依次沉积有n极接触层和n极电极层；位于环形槽外的发光层表面依次沉积有P型半导体层和P极接触层，P极接触层表面沉积有环形的P极电极层。环形槽的横截面呈倒锥形；环形槽的两侧设有n型绝缘层。通过设置环形槽，使得n极电极层与p极电极层相对的面积增大，避免电流集中，影响到发光效率。

Description

发光二极管的芯片结构以及光利用率高的灯具
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种提高光利用率的发光二极管的芯片结构，以及利用该发光二极管制作的灯具。
背景技术
随着LED的不断推广，发光二极管应用在各种各样的领域；现有的发光二极管，如图1所示，在衬底1的表面依序沉积n型半导体层2、发光层5以及P型半导体层6；蚀刻部分区域的发光层5和P型半导体层6，形成蚀刻孔并使得部分n型半导体层2外漏，在外漏的n型半导体层2上依次层级n极接触层3以及n极电极层4；其次，在P型半导体层6上依次沉积P极接触层7以及P极电极层8；由于P极电极层和n极电极层设置在两侧，在使用时，电流在传输过程中，靠近蚀刻孔的地方电流较为密集；电流较大导致发热量较大，从而增大该区域非辐射复合的几率，降低发光二极管的发光效率。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种发光二极管芯片结构，该发光二极管的光利用率高。
本发明的另一目的在于，提供一种光利用率高的灯具。
本发明采用的技术方案为：
一种发光二极管的芯片结构，包括衬底，衬底上方依次沉积有n型半导体层和发光层，所述发光层的中部蚀刻有环形槽并使得n型半导体的部分外露，形成外漏部；n型半导体的外露部依次沉积有n极接触层和n极电极层；位于环形槽外的发光层表面依次沉积有P型半导体层和P极接触层，P极接触层表面沉积有环形的P极电极层。
优选地，环形槽的半径为衬底半径的1/3~1/2。
再进一步地，环形槽的横截面呈倒锥形。优选地，环形槽的锥度可以为30、45或50度。
优选地，环形槽的两侧设有n型绝缘层。
一种光利用率高的灯具，包括：
光源；光源包括PCB板，PCB板设有至少一个上述的发光二极管；
底座，其中部设有用于安装光源的灯座；
用于盛装透明介质且透明的容器，容器的上端开口，容器的下端呈环形设置且中部形成有用于容置光源的容置空间；且容器的内侧壁为能够根据内部压强调整伸缩的柔性壁；
盖体，与容器的上端密封连接，且盖体可相对容器上下移动。
本技术方案中，将容器作为透镜和灯罩的结合体，且容器在使用时，可通过调整盖体在容器的位置，从而调整容器内部压强，进而改变内侧壁的形状，从而达到调整光线的效果。优选地，容器外侧可设有透光膜。增加光的透光性能。
优选地，所述盖体的内底面向容器方向延伸出内筒，内筒套于容器外部或内部；且内筒与容器的接触面设有密封胶圈；盖体的下端与容器螺纹连接。
盖体通过内筒与容器套接，在连接时，通过密封胶圈进行密封；同时盖体的下端与容器螺纹连接，方便调整盖体相对容器的位置。
优选地，所述内筒套于容器内，内筒的下端连接有封盖，封盖设有网孔。
设置封盖后，内筒内部可盛装物品；如当需要放置调剂，如茶叶、罗汉果等。同时不会对容器造成影响。
优选地，容器的下端连接有至少一个阀门。阀门可以为电磁阀。
目前很多容器在加热水后，都需要倾倒出来，设置阀门后，无需倾倒；直接打开阀门即可使用。
优选地，容器的下端连接有至少一个水龙头。
进一步地，底座的上端设有与容器下端相配合的环形围栏。
当容器放置于底座上时，环形围栏套于容器外部并与容器的外侧面间隙配合。
进一步地，盖体的上端设有用于控制内筒空间与外部连通的气阀。
设置气阀，可以方便调整容器内部压强。
再进一步地，盖体的上端设有进水孔，进水孔设有堵头。
设置进水孔后，可以直接通过盖体向容器加水。加完水后用堵头将进水孔密封。
进一步地，容器的外侧面设有提手，提手与容器吸附连接。
提手与容器通过吸附连接，这样提手在不使用时，可以从容器上拆卸。不影响灯具使用。优选地，提手中部设有用于辅助把持的凹孔。优选地，提手的端部连接有吸盘，用于吸附在容器上。
进一步地，容器的外侧面设有防滑纹。
优选地，容器外侧面呈管状；在外侧面设有防滑纹，以方便手搬运容器。
进一步地，PCB板设有用于控制灯具工作的恒流电路，其包括：
整流电路，用于将市电转为直流电；
PFC电路；PFC电路与整流电路的输出端信号连接；
负载输出电路；
电源电路；
变压器T1；PFC电路通过变压器T1分别与负载输出电路、电源电路耦合；
电源电路连接有光耦N3的发光器，光耦N3的受光器设置于PFC电路中，电源电路通过光耦N3向PFC电路输出反馈信号；
还包括：线性恒流调节电路和电压控制电路，所述线性恒流调节电路设有功率调节管Q6，功率调节管Q6的输入端与负载输出电路连接，功率调节管Q6的输出端通过电阻R54接地；电压控制电路设有两个参考输入端，其中一个参考输入端与2.5V电源信号连接，另一个参考输入端连接有第一分压电路，第一分压电路与线性恒流调节电路并联；电压控制电路的输出端与发光器的输出端信号连接。
进一步地，所述线性恒流控制电路包括运算放大器Q200，运算放大器的同相输入端连接有第二分压电路，第二分压电路为运算器提供参考电压V1，运算放大器的反相输入端通过电阻R53与功率调节管Q6的输出端信号连接，运算放大器Q200的输出端通过电阻R63与功率调节Q6的控制端信号连接，运算放大器Q200的输出端通过电阻R62、电容C12与反相输入端信号连接；运算放大器Q200的反相输入端采集功率调节管Q6的输出端电压V2，运算放大器Q200向功率调节管Q6发出一个运算信号，功率调节管Q6根据运算信号调节输出端的输出电流。
进一步地，功率调节管为N型MOS管，功率调节管Q6的D极为输入端并与负载输出电路连接，S极为输出端并通过电阻R54接地，G极为控制端，G极通过电阻R57与S极信号连接；S极通过电阻R53与运算放大器Q200的反相输入端信号连接，运算放大器Q200的反相输入端通过电容C34接地。
第一分压电路包括串联的电阻R27和电阻R28，第二分压电路包括串联的电阻R29和电阻R24；所述电压控制电路的另一个参考输入端与第一分压电路的中间连接端信号连接，用于获取线性恒流调节电路的压降。第二分压电路的一端与2.5V电源信号连接，另一端接地。
进一步地，电源电路设有电源VCC和上述2.5V电源对外输出；电压控制电路包括运算放大器Q100，运算放大器Q100的反相输入端为所述电压控制电路的另一个参考输入端，运算放大器Q100的正相输入端为所述电压控制电路的其中一个参考输入端；运算放大器的反相输入端依次通过电阻R22、电容C6与运算放大器Q100的输出端信号连接；运算放大器的正相输入端与2.5V电源连接，电源VCC依次通过电阻R20、电阻R21与运算放大器Q100的输出端信号连接，其中光耦N3的发光器与电子R21并联。
进一步地，所述负载输出电路包括滤波电路，滤波电路与变压器T1的一个副线圈信号连接。
进一步地，所述第一分压电路的中间连接端连接有稳压管ZD2，且与稳压管ZD2的正极连接，稳压管ZD2的负极与滤波电路的输出端连接。
进一步地，还包括EMC电路。EMC电路与市电连接，且输出端与整流电路连接。
本发明取得的有益效果：1、通过设置环形槽，使得n极电极层与p极电极层相对的面积增大，避免电流集中，影响到发光效率。2、容器可以改变形状，调节光路，提高光利用率。
附图说明
图1为发光二极管现有技术。
图2为本发明的发光二极管的一种剖视结构示意图。
图3为本发明的发光二极管的正视结构示意图。
图4为本发明的灯具结构分解示意图。
图5为本发明的恒流电路示意图。
附图标记：
1——EMC电路；2——PFC电路；3——电压控制电路；4——电源电路；5——第二分压电路；6——第一分压电路；7——线性恒流调节电路；8——滤波电路；10——盖体；11——内筒；20——容器；21——开口；22——内侧壁；40——灯具；30——底座；31——上表面；32——灯座；101——衬底；102——n型半导体层；103——n极接触层；104——n极电极层；105——发光层；106——P型半导体层；107——P极接触层；108——P极电极层。
具体实施方式
实施例1：参见图2、图3。一种发光二极管的芯片结构，包括衬底1，衬底1上方依次沉积有n型半导体层2和发光层105，所述发光层105的中部蚀刻有环形槽并使得n型半导体层2的部分外露，形成外漏部；n型半导体的外露部依次沉积有n极接触层103和n极电极层104；位于环形槽外的发光层105表面依次沉积有P型半导体层106和P极接触层107，P极接触层107表面沉积有环形的P极电极层108；环形槽的半径为衬底半径的1/3~1/2。
本技术方案中，采用环形的电极层；使用时，电流在环形的时刻孔较为密集，然而由于环形的蚀刻孔面积较大，从而可以避免局部区域电流过大，影响到发光效率。同时，可以根据实际情况，调整蚀刻孔的半径。
再进一步地，环形槽的横截面呈倒锥形。
呈倒锥形可有效将n极电极层104和P型半导体层106、有源层隔开。
优选地，环形槽的两侧设有n型绝缘层。
设置n型绝缘层，防止n极电极层104和P型半导体层106、有源层导通。
实施例2：一种光利用率高的灯具40，包括：
光源；光源包括PCB板，PCB板设有至少一个上述的发光二极管；
底座30，其上表面31中部设有用于安装光源的灯座32；
用于盛装透明介质且透明的容器20，容器20的上端开口21，容器20的下端呈环形设置且中部形成有用于容置光源的容置空间；且容器20的内侧壁22为能够根据内部压强调整伸缩的柔性壁；容器20放置于底座30；
盖体10，与容器20的上端密封连接，且盖体10可相对容器20上下移动。优选的，盖体10设有气阀。
当时有灯具40时，此时的灯具40可以只有：电路板和LED灯珠；外侧的容器20可相当于灯罩以及透镜。对内部的LED灯珠进行保护，并改变光路。
当需要照明时，将容器20从底座30上取出，并在灯座32上安装光源，然后再装回容器20；灯具40发光后，光线透过容器20照射出来；由于光线穿过容器20，光线强度被消弱，光线变得柔和；因此无需安装灯罩之类。当需要改变光线照射方向时，可通过调节盖体10相对容器20的位置，盖体10在相对容器20上下移动时，改变容器20上方的气压，同时也改变了容器20内部的水压，容器20的内侧壁22为柔性壁，在水压改变时，其形状会发生改变；如当盖体10相对容器20向上移动时，水压减小，内侧壁22向内逐渐凹进，可以由外凸形状变为内凹形状；同理，盖体10相对于容器20向下移动时，内侧壁22可以有内凹形状变为外凸形状；内侧壁22的形状改变，改变了光线的入射角度，改变了光路，对容器20的发散或聚光角度进行了调节。改变方式简单，容易操作；如通过改变增加在盖体10上的重物重量；或者盖体10的下端与容器20螺纹连接等。
优选地，所述盖体的内底面向容器20方向延伸出内筒11，内筒11套于容器20外部或内部；且内筒11与容器20的接触面设有密封胶圈；盖体的下端与容器20螺纹连接。
盖体通过内筒11与容器20套接，在连接时，通过密封胶圈进行密封；同时盖体的下端与容器20螺纹连接，方便调整盖体相对容器20的位置。
优选地，所述内筒11套于容器20内，内筒11的下端连接有封盖，封盖设有网孔。
设置封盖后，内筒11内部可盛装物品；如当需要放置调剂，如茶叶、罗汉果等。同时不会对容器20造成影响。
优选地，容器20的下端连接有至少一个阀门。
目前很多容器20在加热水后，都需要倾倒出来，设置阀门后，无需倾倒；直接打开阀门即可使用。
优选地，容器20的下端连接有至少一个水龙头。
进一步地，底座30的上端设有与容器20下端相配合的环形围栏。
当容器20放置于底座30上时，环形围栏套于容器20外部并与容器20的外侧面间隙配合。
进一步地，盖体的上端设有用于控制内筒11空间与外部连通的气阀。
设置气阀，可以方便调整容器20内部压强。
再进一步地，盖体的上端设有进水孔，进水孔设有堵头。
设置进水孔后，可以直接通过盖体向容器20加水。加完水后用堵头将进水孔密封。
进一步地，容器20的外侧面设有提手，提手与容器20吸附连接。
提手与容器20通过吸附连接，这样提手在不使用时，可以从容器20上拆卸。不影响灯具40使用。
进一步地，容器20的外侧面设有防滑纹。
优选地，容器20外侧面呈管状；在外侧面设有防滑纹，以方便手搬运容器20。
进一步地，PCB板设有用于控制灯具40工作的恒流电路，包括：
整流电路，用于将市电转为直流电；
PFC电路2；PFC电路2与整流电路的输出端信号连接；
负载输出电路；
电源电路4；
变压器T1；PFC电路2通过变压器T1分别与负载输出电路、电源电路4耦合；
电源电路4连接有光耦N3的发光器，光耦N3的受光器设置于PFC电路2中，电源电路4通过光耦N3向PFC电路2输出反馈信号；
还包括：线性恒流调节电路7和电压控制电路3，所述线性恒流调节电路7设有功率调节管Q6，功率调节管Q6的输入端与负载输出电路连接，功率调节管Q6的输出端通过电阻R54接地；电压控制电路3设有两个参考输入端，其中一个参考输入端与2.5V电源信号连接，另一个参考输入端连接有第一分压电路6，第一分压电路6与线性恒流调节电路7并联；电压控制电路3的输出端与发光器的输出端信号连接。
本技术方案工作时，PFC电路2通过变压器T1与负载输出电路、电源电路4耦合，负载输出电路的输入端与变压器的一个副边线圈连接，PFC电路2通过光耦的反馈，对负载输出电路输出合适的电压源，以保障负载输出电路中的LED正常工作；线性恒流调节电路7用于调节负载输出电路的电流，以消除电路中的纹波；电压控制电路3通过采样线性恒流调节电路7的压降，与PFC电路2配合控制负载输出电压以及线性恒流调节电路7的压降，使得线性恒流调节电路7的压降最小，这样可以提高负载的工作效率；这里的负载主要包括LED以及线性恒流调节电路7，而线性恒流调节电路7主要由功率调节管Q6来决定；而功率调节管Q6的饱和压降非常小，从而达到提高将线性恒流调节电路7的压降调制最小，达到提高负载的工作效率。
进一步地，所述线性恒流控制电路包括运算放大器Q200，运算放大器的同相输入端连接有第二分压电路5，第二分压电路5为运算器提供参考电压V1，运算放大器的反相输入端通过电阻R53与功率调节管Q6的输出端信号连接，运算放大器Q200的输出端通过电阻R63与功率调节Q6的控制端信号连接，运算放大器Q200的输出端通过电阻R62、电容C12与反相输入端信号连接；运算放大器Q200的反相输入端采集功率调节管Q6的输出端电压V2，根据V1和V2，运算放大器Q200向功率调节管Q6发出一个运算信号，功率调节管Q6根据运算信号调节输出端的输出电流，由于功率调节管Q6通过电阻R54接地，输出电流大小影响到运算放大器Q200的反相输入端采集的功率调节管Q6的输出端电压V2，从而达到恒流输出。
进一步地，功率调节管为N型MOS管。当然也可以采用三极管。
具体地，如图1所示，线性恒流控制电路中，功率调节管Q6的D极为输入端并与负载输出电路连接，S极为输出端并通过电阻R54接地，G极为控制端，G极通过电阻R57与S极信号连接；S极通过电阻R53与运算放大器Q200的反相输入端信号连接，运算放大器Q200的反相输入端通过电容C34接地。
第一分压电路6包括串联的电阻R27和电阻R28，第二分压电路5包括串联的电阻R29和电阻R24；所述电压控制电路3的另一个参考输入端与第一分压电路6的中间连接端信号连接，用于获取线性恒流调节电路7的压降。第二分压电路5的一端与2.5V电源信号连接，另一端接地。
进一步地，电源电路4设有电源VCC和2.5V电源对外输出；电压控制电路3包括运算放大器Q100，运算放大器Q100的反相输入端为所述电压控制电路3的另一个参考输入端，运算放大器Q100的正相输入端为所述电压控制电路3的其中一个参考输入端；运算放大器的反相输入端依次通过电阻R22、电容C6与运算放大器Q100的输出端信号连接；运算放大器的正相输入端与2.5V电源连接，电源VCC依次通过电阻R20、电阻R21与运算放大器Q100的输出端信号连接，其中光耦N3的发光器与电子R21并联。
进一步地，所述负载输出电路包括滤波电路8，滤波电路8与变压器T1的一个副线圈信号连接。
具体地，滤波电路8包括串联的电阻R25、电容C8以及二极管D1和电容C3；二极管D1与电阻R25、电容C8并联，电容C3的一端与二极管D1的输出端连接，另一端与副线圈的输入端连接。
进一步地，所述第一分压电路6的中间连接端连接有稳压管ZD2，且与稳压管ZD2的正极连接，稳压管ZD2的负极与滤波电路8的输出端连接。
设置稳压管ZD2，可以防止线性恒流调节电路7因故障出现压降过大；当压降过大时，稳压管ZD2两端的电压可超过其稳定电压，被击穿。电压控制电路3的运算放大器100的反相输入端信号增强，从而调节流经光耦N3的发光器电流减小，PFC电路2对输出耦合进行调节，停止对外输出。
进一步地，还包括EMC电路1。EMC电路1与市电连接，且输出端与整流电路连接。
EMC电路1可以消除电磁干扰，增强电路稳定性。
恒流电路在输出电路中设计纹波消除电路将纹波消除，其次，设计限制电路对纹波消除电路的压降进行控制，使得PFC电路2的输出无纹波且效率高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管的芯片结构，其特征在于：包括衬底，衬底上方依次沉积有n型半导体层和发光层，所述发光层的中部蚀刻有环形槽并使得n型半导体的部分外露，形成外漏部；n型半导体的外露部依次沉积有n极接触层和n极电极层；位于环形槽外的发光层表面依次沉积有P型半导体层和P极接触层，P极接触层表面沉积有环形的P极电极层；环形槽的半径为衬底半径的1/3~1/2。
2.一种光利用率高的灯具，其特征在于：包括：
光源；光源包括PCB板，PCB板设有至少一个权利要求1所述的发光二极管；
底座，其中部设有用于安装光源的灯座；
用于盛装透明介质且透明的容器，容器的上端开口，容器的下端呈环形设置且中部形成有用于容置光源的容置空间；且容器的内侧壁为能够根据内部压强调整伸缩的柔性壁；
盖体，与容器的上端密封连接，且盖体可相对容器上下移动；所述盖体的内底面向容器方向延伸出内筒，内筒套于容器外部或内部；且内筒与容器的接触面设有密封胶圈；盖体的下端与容器螺纹连接；盖体的上端设有进水孔，进水孔设有堵头。
3.根据权利要求2所述的一种光利用率高的灯具，其特征在于：所述内筒套于容器内，内筒的下端连接有封盖，封盖设有网孔。
4.根据权利要求2所述的一种光利用率高的灯具，其特征在于：容器的下端连接有至少一个阀门；底座的上端设有与容器下端相配合的环形围栏。
5.根据权利要求4所述的一种光利用率高的灯具，其特征在于，PCB板设有用于控制灯具工作的恒流电路，其包括：
整流电路，用于将市电转为直流电；
PFC电路；PFC电路与整流电路的输出端信号连接；
负载输出电路；
电源电路；
变压器T1；PFC电路通过变压器T1分别与负载输出电路、电源电路耦合；
电源电路连接有光耦N3的发光器，光耦N3的受光器设置于PFC电路中，电源电路通过光耦N3向PFC电路输出反馈信号；
还包括：线性恒流调节电路和电压控制电路，所述线性恒流调节电路设有功率调节管Q6，功率调节管Q6的输入端与负载输出电路连接，功率调节管Q6的输出端通过电阻R54接地；电压控制电路设有两个参考输入端，其中一个参考输入端与2.5V电源信号连接，另一个参考输入端连接有第一分压电路，第一分压电路与线性恒流调节电路并联；电压控制电路的输出端与发光器的输出端信号连接。
6.根据权利要求5所述的一种光利用率高的灯具，其特征在于，所述线性恒流控制电路包括运算放大器Q200，运算放大器的同相输入端连接有第二分压电路，第二分压电路为运算器提供参考电压V1，运算放大器的反相输入端通过电阻R53与功率调节管Q6的输出端信号连接，运算放大器Q200的输出端通过电阻R63与功率调节Q6的控制端信号连接，运算放大器Q200的输出端通过电阻R62、电容C12与反相输入端信号连接；运算放大器Q200的反相输入端采集功率调节管Q6的输出端电压V2，运算放大器Q200向功率调节管Q6发出一个运算信号，功率调节管Q6根据运算信号调节输出端的输出电流。
7.根据权利要求6所述的一种光利用率高的灯具，其特征在于，功率调节管为N型MOS管，功率调节管Q6的D极为输入端并与负载输出电路连接，S极为输出端并通过电阻R54接地，G极为控制端，G极通过电阻R57与S极信号连接；S极通过电阻R53与运算放大器Q200的反相输入端信号连接，运算放大器Q200的反相输入端通过电容C34接地。
8.根据权利要求7所述的一种光利用率高的灯具，其特征在于，第一分压电路包括串联的电阻R27和电阻R28，第二分压电路包括串联的电阻R29和电阻R24；所述电压控制电路的另一个参考输入端与第一分压电路的中间连接端信号连接，用于获取线性恒流调节电路的压降。
9.根据权利要求8所述的一种光利用率高的灯具，其特征在于，第二分压电路的一端与2.5V电源信号连接，另一端接地；电源电路设有电源VCC和上述2.5V电源对外输出；电压控制电路包括运算放大器Q100，运算放大器Q100的反相输入端为所述电压控制电路的另一个参考输入端，运算放大器Q100的正相输入端为所述电压控制电路的其中一个参考输入端；运算放大器的反相输入端依次通过电阻R22、电容C6与运算放大器Q100的输出端信号连接；运算放大器的正相输入端与2.5V电源连接，电源VCC依次通过电阻R20、电阻R21与运算放大器Q100的输出端信号连接，其中光耦N3的发光器与电子R21并联。
10.根据权利要求9所述的一种光利用率高的灯具，其特征在于，所述负载输出电路包括滤波电路，滤波电路与变压器T1的一个副线圈信号连接；所述第一分压电路的中间连接端连接有稳压管ZD2，且与稳压管ZD2的正极连接，稳压管ZD2的负极与滤波电路的输出端连接。
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WO2018192581A1 (zh) * 2017-04-21 2018-10-25 黄朝双 一种提高光利用率的发光二极管的芯片结构以及灯具
WO2021134488A1 (zh) * 2019-12-31 2021-07-08 重庆康佳光电技术研究院有限公司 发光二极管芯片、显示面板以及电子设备

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