CN111201618A - 一种led芯片、led、数组及led的封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED芯片、LED、LED数组及所述LED的封装方法，通过在LED的外围增加一个反射层，该反射层对LED的发光层发出光线的发射方向进行调节，使得调节后的发射方向更加集中到某一所需要光照的方向，避免了发光层发出的光线照射到相邻LED，从而导致对相邻LED的干扰，因此本发明所提供的方法提高了发射光束的光场指向性，而且本实施例易于操作，实现方便，提高LED的性能，为用户使用LED灯提供了便利。

Description

一种LED芯片、LED、数组及LED的封装方法
技术领域
本发明涉及照明设备技术领域，尤其涉及的是一种LED芯片、LED、LED数组及LED的封装方法。
背景技术
发光二极管简称为LED，是一种半导体组件，是将电能转换为光能的一种照明设备。利用电子与空穴复合时能辐射出可见光的原理，制成发光二极管。LED可以用于作为指示灯、或者用于组成数字、字母或者文字显示。例如：利用半导体材料具有高的热稳定性和宽带隙，将半导体材料与其他元素结合以制造发绿光、蓝光或白光的半导体层。
一般LED发射的光束是均匀自LED芯片内部发射出，然而为避免多个相邻的LED彼此发射的光束互相干扰，LED作为诸多显示器的背光源常需要较好的光场指向性，而现有技术中针对LED的光场指向性通常是藉由LED的亮度或者电流控制达到，然而LED电流控制往往需要配合电路板或载板的设计，其结构复杂且制程成本高。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种LED芯片、LED、LED数组及LED的封装方法，旨在解决现有技术中LED的光场指向性差，发射光线分散，且在LED数值中由于发射光线发散，导致的相邻LED之间的光线干扰问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
第一方面，本实施例提供了一种LED芯片，其中，LED芯片本体和包覆在所述LED芯片本体侧边表面上的反射层。
可选的，所述LED芯片本体包括：第一半导体层、设置在所述第一半导体层之上第二半导体层和设置在所述第一半导体层和第二半导体层之间的发光层；所述反射层包覆所述第二半导体层侧边表面。
可选的，第一半导体层为N型半导体层，所述第二半导体层为P型半导体层，所述N型半导体层上设置有N电极；所述反射层还包覆在所述N电极侧边表面。
可选的，所述N电极的一侧边表面与所述P型半导体层的一个侧边表面相连接，且所述P型半导体层包覆所述N电极其他侧边表面。
可选的，所述反射层的高度小于等于所述第二半导体层的顶部与所述第一半导体层底部之间的距离值的1/2。
可选的，所述第一半导体层和第二半导体层所组成结构的侧边形状呈梯形。
可选的，所述第一半导体层的材料为N极氮化镓材料，所述第二半导体层的材料为P极氮化镓材料。
第二方面，本实施例还公开了一种LED，其中，包括：如权利要求1-6任一项所述的LED芯片。
第三方面，本实施例还公开了一种LED的封装方法，包括：利用反射层覆盖各个LED的在所述第二半导体层侧边外表面。
第四方面，本实施例还公开了一种LED数组，其中，包括：电路板和多个安装在所述电路板上的述LED。
可选的，任意一个所述LED与相邻LED之间的距离与其LED芯片本体上包裹的所述反射层的高度成反比例关系。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：
根据本发明实施方式提供的LED芯片、LED、LED数组及LED的封装方法，通过在LED芯片本体的外围增加一个反射层，该反射层对LED芯片的发光层发出光线的发射方向进行调节，使得调节后的发射方向更加集中到某一所需要光照的方向，避免了发光层发出的光线照射到相邻LED，从而导致对相邻LED的干扰，因此本发明所提供的方法提高了发射光束的光场指向性，而且本实施例易于操作，实现方便，为提高LED的性能带来方便。
附图说明
图1是本发明实施例中所述LED芯片的第一侧视图；
图2是本发明实施例中所述LED芯片的第二侧视图；
图3是本发明实施例中所述LED芯片的俯视图；
图4是本发明实施例中所述LED芯片中发光层中发射光线的光路图；
图5是本发明实施例中所述LED芯片的截面图；
图6是本发明实施例中所述LED数组中各个LED之间的距离与反射层高度之间的关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由于现有技术中LED通常被用作普通的照明设备以外，还常常被用在信息通讯器件的光源，当用使用LED时，由于若LED发出的光束过于发散，则当用户需要在某一方向上需要比较强的照明光线时，则可能无法满足用户的需求，而且LED通常都是以LED数组或LED点阵的形式作为发光设备，提供照明功能，若各个LED发光的指向性较弱，则各个LED之间相互干扰比较严重，导致无法提供高质量的光源，比如：若要提供高亮度的背光源，则需要各个LED具有较好的光场指向性，使得每个LED发出的光束均能指向所需照明的方向，避免不必要的光损失。
实施例1
本实施例提供了一种LED芯片，LED芯片本体和包覆在所述LED芯片本体侧边表面上的反射层。
LED芯片本体包括：第一半导体层、设置在所述第一半导体层之上第二半导体层、设置在所述第一半导体层和第二半导体层之间的发光层。
所述反射层包覆所述第一半导体层侧边表面。
如图1所示，所述第一半导体层为N型半导体层111，所述第二半导体层为P型半导体层112，两者通过相连形成P-N结构。利用外电源向P-N注入电子来发光的。设置在P型半导体层112和N型半导体层111之间的为发光层113，也即是有源层，其是由双异质结构成的。所述N型半导体层111上设置有N电极116；所述反射层114还包覆在所述N电极116侧边外表面。
通过在半导体材料中掺入施主杂质，得到N型半导体层，在半导体材料中掺入受主杂质，得到P型半导体层，所述N型半导体层和P型半导体层可组成单结半导体元件，也就是发光二极管。
在本实施例中所提供的LED的芯片中，利用所述N型半导体层111和P型半导体层112，设置在所述N型半导体层111和P型半导体层112之间的发光层113，设置在所述N型半导体层111上的N电极116，设置在所述P型半导体层112上的P电极115，构成LED芯片。
具体的，如图1所示，所述LED芯片包含一N型半导体层111，在所述N型半导体层111的上方设置有P型半导体层，由于本实施例中所提供的LED芯片为一种倒装芯片，因此本实施例所公开的LED芯片在封装时，其结构为图1所示结构的倒置后的结构。在所述N型半导体层111上设置有N电极116，所述P型半导体层112上设置有P电极115，在所述N型半导体层111和所述P型半导体层112之间设置有发光层113，所述发光层113发出的光线经过反射后发出。
为了避免发光层113发出的光束从所述P型半导体层112的侧面外表面发出，本实施例中，在所述P型半导体层112的外侧面上设置了反射层114，使得发射到P型半导体层112内壁上的光束，结合图4所示，经过发射层的发射后，穿过发光层113和N型半导体层111发射到LED的下表面，从而实现将发射到侧边的光线均反射到具有相同的光指向，使得照射到相同方向的光线加强，增加了光照射到相同方向的光强度，避免了对相邻LED的干扰。
具体的，结合图2和图3所示，所述N电极116的一侧边表面与所述P型半导体层112的一个侧边表面相连接，且所述P型半导体层112包覆所述N电极116其他侧边表面的外围。从图2中可以看到，所述P型半导体层设置在所述N型半导体层的上方，且包围了N电极。结合图5，所述P型半导体层112包围了N电极116的三个面，所述反射层114将所述P型半导体层112和N电极116的侧边覆盖，使得发射到所述P型半导体层112或N电极116侧边内壁上的光束，通过反射层114的反射发射到同一个平面上发出。
在本实施例的一种示例中，将所述N电极116、P型半导体层112和N型半导体层111所组成的侧边形状设计为呈梯形，由于所述N电极116、P型半导体层112和N型半导体层111所组成的侧边形状呈梯形，且所述N电极111和P型半导体层112的侧边边缘位于所述梯形的上半部分，因此所述反射层114反射出的光线经过所述发光层113和N型半导体层111后，从所述梯形结构的下表面传出，从而得到更加的光场指向性的效果，获取更高质量的背光源。
在本实施例的另一示例中，还可以通过设计反射层的高度，以获取更好的光反射效果，所述反射层的高度小于等于所述P型半导体层112的顶部与所述N型半导体层111底部之间的距离值的1/2，较佳的，使其该LED之发射角度大约为145度。在具体实施时，可以根据P型半导体层112的侧边与P型半导体层112上表面或下表面之间的角度值、P型半导体层112的侧边、发光层113的长度值，计算出反射层114的最小高度值，以使得照射到反射层上的光线均能反射到N型半导体层111的下表面上。
在具体实施时，由于如氮化镓(GaN)半导体的氮化物半导体具有高的热稳定性和宽带隙，因此所述N型半导体层111的材料可以为N极氮化镓材料，其是在氮化镓材料中掺入施主杂质得到的，P型半导体层112的材料可以为P极氮化镓材料，其实在氮化镓材料中掺入施主杂质得到的。反射层的材料也可以使用氮化镓材料制作而成。
实施例2
本实施例还公开了一种LED，其中，包括：所述的LED芯片。
结合图4所示，所述LED上设置有，本实施例1中所公开的LED芯片，以及分别设置在所述LED芯片下方与所述LED芯片相连接的基底，设置在基底下方的电路板。所述基底上设置有N级接柱和P级接柱，分别与所述LED芯片上的N电极和P电极相连接。
所述LED上由于其LED芯片上设置有反射层，因此当LED发出的光可以集中发射至LED的前方，因此增加了单个LED发射光束的光场指向性，使得其发出的光更加易于控制，提高了LED的发光强度。在相同亮度的前提下，节省能量。
实施例3
第三方面，本实施例还公开了一种LED的封装方法，包括：利用反射层覆盖各个LED的在所述第二半导体层侧边外表面。
本实施例还公开了一种LED的封装方法，其中通过在第二半导体层的侧边外表面上包覆反射层，使得照射到第二半导体层侧边的光束，通过反射层的反射，发射到给定方向上，从而实现对LED发光层中发射出的光进行调控。
所述LED芯片包括：第一半导体层、设置在所述第一半导体层之上第二半导体层、设置在所述第一半导体层和第二半导体层之间的发光层和包覆所述第一半导体层侧边外侧的反射层。所述第一半导体层为P型半导体层，所述第二半导体层为N型半导体层，两者通过相连形成P-N结。利用外电源向P-N注入电子来发光的。设置在P型半导体层和N型半导体层之间的为发光层。所述N型半导体层上设置有N电极；所述反射层还包覆在所述N电极侧边外表面。
具体的，在进行LED封装时，首先N型半导体层设N电极，和为P型半导体层设置P电极，将N电级连接到N型半导体层上，将P电极连接到P型半导体层上。
在N型半导体层上设置发光层，所述发光层覆盖在所述N型半导体层的上表面中出去N电极所占有的部分。
在所述发光层上设置P型半导体层，并且所述P型半导体层覆盖所述N电极外侧表面，所述反射层覆盖在所述P型半导体层的外表面上。
具体的，所述N电极还可以设置在发光层的一边上，与发光层的一端平面相平行，则此时P型半导体层只需要覆盖到所述N电极的其他外侧表面上。
结合图5所示，为封装完成的LED芯片，则再将所述LED芯片与基底等进行连接后，封装在所述LED灯罩内，形成本实施例所提供的LED。
在进行封装时，所述反射层的高度与LED整体的高度值之间需要预先设定，该反射层自该P型半导体层延伸至N级。当该LED之发射光束自LED内部之发光层发射并藉由该反射层集中发射出正向光场。因为为了满足发光层发出的光集中射向正向光场，则需要根据LED的高度H，对反射层与LED衬底之间的高度h进行计算。结合图2所示，较佳的，为了实现上述目的，侧边反射层高度h小于或等于LED高度H的1/2，使其该LED之发射角度大约为145度。当然还可以根据不同的光场方向的需求，分别设计出不同的反射层的高度和调节LED的发射角度。
实施例4
在上述实施例2中公开了一种LED的基础上，本实施例公开了一种LED数组，如图6所示，包括：电路板和多个安装在所述电路板上的所述LED，如图6所示的，第一LED601和第二LED602。
所述LED上由于其LED芯片上设置有反射层114，因此当LED发出的光可以集中发射至LED的前方，LED侧边由于未有光线发射出，因此LED不会对相邻的LED发出的光进行干扰，克服了由于相邻LED之间距离较近，而导致的干扰较大的问题。
为了避免各个LED之间的光干扰MURA的问题，可以通过增加两个LED之间的距离与增加各个LED芯片中反射层的高度两种方式实现，本实施例中，将通过设置两个相邻LED之间的距离与各个LED芯片中反射层的高度实现各个LED之间的光干扰。由于相邻LED之间的距离越小，则干扰越大，因此为了减少干扰，本实施例中，设置任意一个所述LED与相邻LED之间的距离与其LED芯片本体上包裹的所述反射层的高度成反比例关系。
本实施例中所提供的LED数组，通过为每个LED中的LED芯片增加了一个用于发射光调节的发射层，使得LED具有更高的光场指向性，由于各个LED具有更好的光场指向性，因此当多个LED封装成LED数组时，减少LED数组光源的显示亮度不均匀,各种痕迹的现象，因此提高了LED数组的亮度性能。
本发明实施方式提供的LED、LED数组及LED的封装方法，通过在LED的外围增加一个反射层，该反射层对LED的发光层发出光线的发射方向进行调节，使得调节后的发射方向更加集中到某一所需要光照的方向，避免了发光层发出的光线照射到相邻LED，从而导致对相邻LED的干扰，因此本发明所提供的方法提高了发射光束的光场指向性，而且本实施例易于操作，实现方便，为提高LED的性能带来方便。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括：LED芯片本体和包覆在所述LED芯片本体侧边表面上的反射层。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片本体包括：第一半导体层、设置在所述第一半导体层之上的第二半导体层和设置在所述第一半导体层和第二半导体层之间的发光层；所述反射层包覆所述第二半导体层侧边表面。
3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，第一半导体层为N型半导体层，所述第二半导体层为P型半导体层，所述N型半导体层上设置有N电极；所述反射层还包覆在所述N电极侧边表面。
4.根据权利要求3所述的LED芯片，其特征在于，所述N电极的一侧边表面与所述P型半导体层的一个侧边表面相连接，且所述P型半导体层包覆所述N电极其他侧边表面。
5.根据权利要求1或3所述的LED芯片，其特征在于，所述反射层的高度小于等于所述第二半导体层的顶部与所述第一半导体层底部之间的距离值的1/2。
6.根据权利要求1或3所述的LED芯片，其特征在于，所述第一半导体层的材料为N极氮化镓材料，所述第二半导体层的材料为P极氮化镓材料。
7.一种LED，其特征在于，包括：如权利要求1-6任一项所述的LED芯片。
8.一种如权利要求7所述LED的封装方法，其特征在于，包括：利用反射层覆盖各个LED的在所述第二半导体层侧边外表面。
9.一种LED数组，其特征在于，包括：电路板和多个安装在所述电路板上的如权利要求7所述LED。
10.根据权利要求9所述的LED数组，其特征在于，任意一个所述LED与相邻LED之间的距离与其LED芯片本体上包裹的所述反射层的高度成反比例关系。
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