CN210325847U - 一种紫外led发光元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种紫外LED发光元件，包括顶部开口的支架，紫外LED芯片，所述紫外LED芯片设置于所述支架的内底面，还包括：光学透镜，所述光学透镜用于完全覆盖所述开口；其中，所述光学透镜的底面与所述支架接触的区域为所述光学透镜的功能区，所述功能区自所述光学透镜到所述支架的方向依次包括反射层以及粘结层。该紫外LED发光元件不仅不存在光学透镜脱落的风险，且其光取出率在一定程度上得到了改善，提高了紫外光线的利用率。

Description

一种紫外LED发光元件

技术领域

本实用新型涉及一种紫外LED发光元件，属于半导体技术领域。

背景技术

相比较传统紫外光源汞灯，三族氮化物(Ⅲ-nitride)材料的紫外发光二极管(UVCLED)具备环保、小巧便携、低功耗、低电压等诸多众所周知的优点，因此近年来在杀菌消毒、聚合物固化、生化探测、非视距通讯及特种照明等领域收到越来越多的关注和重视。

现有技术中，紫外LED发光元件其结构包括：支架、位于支架凹陷处的发光二极管芯片、以及光学透镜，其中，光学透镜与支架四周通过有机胶水粘合以构成一密闭腔体而将发光二极管芯片封装其内。

与传统的蓝白光LED发光元件不同，由于有机胶水对紫外线具强烈的吸收，且有机胶水长时间接受紫外线辐照将使得其性能显著劣化，因此，现有的紫外LED发光元件存在发光元件最终的光取出效率低、光学透镜易脱落的缺陷。

实用新型内容

本实用新型提供一种紫外LED发光元件，该紫外LED发光元件不仅不存在光学透镜脱落的风险，且其光取出率在一定程度上得到了改善，提高了紫外光线的利用率。

本实用新型提供一种紫外LED发光元件，包括顶部开口的支架，紫外LED芯片，所述紫外LED芯片设置于所述支架的内底面，还包括：光学透镜，所述光学透镜用于完全覆盖所述开口；

其中，所述光学透镜的底面与所述支架接触的区域为所述光学透镜的功能区，所述功能区自所述光学透镜到所述支架的方向依次包括反射层以及粘结层。

如上所述的紫外LED发光元件，其中，所述反射层为金属反射层或布拉格反射层。

如上所述的紫外LED发光元件，其中，所述反射层在紫外波段的反射率不低于80％。

如上所述的紫外LED发光元件，其中，所述反射层为铝层。

如上所述的紫外LED发光元件，其中，所述粘结层为有机胶层、无机材料层或熔点为220-280℃的金属合金层。

如上所述的紫外LED发光元件，其中，所述功能区还包括限制层，所述限制层设置在所述反射层与所述粘结层之间；

所述限制层的材料为氧化物或金属材料。

如上所述的紫外LED发光元件，其中，所述功能区还包括粘附层，所述粘附层设置在所述反射层与所述光学透镜之间；

所述粘附层的材料为无机材料或金属材料。

如上所述的紫外LED发光元件，其中，所述粘附层的厚度不大于10nm。

如上所述的紫外LED发光元件，其中，所述光学透镜的出光区域还设置功能性光学膜。

如上所述的紫外LED发光元件，其中，所述光学透镜的表面为平面结构、球面结构或微阵列结构。

本实用新型的紫外LED发光元件，通过在自光学透镜到支架的方向依次设置反射层以及粘结层，使得自光学透镜表面反射的紫外光线在反射层的作用下依旧能够发生反射而被射出，有效增加了紫外光线的出光几率；此外，由于反射层能够将紫外光线射出，避免了粘结层对紫外光线的吸收，杜绝了粘结层由于吸收紫外光线而发生的老化现象，从而不会发生由于粘结层老化而导致的光学透镜脱落，提高了紫外LED发光元件的质量，延长了紫外LED发光元件的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中紫外LED发光元件的剖面结构示意图；

图2为本实用新型紫外LED发光元件一实施例的剖面结构示意图；

图3为图2的紫外LED发光元件的俯视结构示意图；

图4为图2的紫外LED发光元件的光学透镜的俯视结构示意图；

图5为本实用新型紫外LED发光元件又一实施例的剖面结构示意图；

图6为本实用新型紫外LED发光元件再一实施例的剖面结构示意图。

附图标记说明：

10，20：支架；

11，22：光学透镜；

12：有机胶水层；

13，21：紫外LED芯片；

i，ii：紫外光线；

201：凹陷结构；

20a：基板；

20b：围挡件；

23：第一焊盘；

24：第二焊盘；

25：保护芯片；

26：第一引脚；

27：第二引脚；

220：功能区；

01：反射层；

02：粘结层；

03：限制层；

04：粘附层。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为现有技术中紫外LED发光元件的剖面结构示意图。

如图1所示，现有技术中，紫外LED芯片设置在具有顶部开口的支架10的内底面，光学透镜11通过有机胶水层12和支架10的顶端粘结对支架10顶部开口进行完全密封，从而将紫外LED芯片13容置在一个完全密闭的空间内。

为了便于进行后续描述，将光学透镜11靠近紫外LED芯片13的面称为光学透镜11的底面，将光学透镜11的与底面相对的面称为光学透镜11的表面。

当紫外LED芯片13发射出紫外光线后，该紫外光线经由光学透镜11的底面进入光学透镜11的内部，其中大于临界角的部分紫外光线将被全反射回支架10内部(图中未示出)，剩余的紫外光线将会经过光学透镜11内部到达光学透镜11的表面准备射出空气中(图中未示出)。而在这部分紫外光线经过光学透镜11的表面时，也会有部分紫外光线i在光学透镜11的表面发生全反射再次射回，而这部分再次射回的紫外光线i将有机会照射到光学透镜11与支架10顶端的有机胶水层12的表面，有机胶水层12对紫外光线i的吸收不仅造成了紫外光线的损失，也会使有机胶水层12在长期吸收紫外光线后发生老化而导致光学透镜11脱落。

针对上述问题，本实用新型提供一种紫外LED发光元件，该紫外LED发光元件主要是对光学透镜做出了一定的改进。

图2为本实用新型紫外LED发光元件一实施例的剖面结构示意图，该紫外LED发光元件包括顶部开口的支架20，紫外LED芯片21，紫外LED芯片21设置于支架20的内底面，还包括：光学透镜22，光学透镜22用于完全覆盖开口；其中，光学透镜22的底面与支架20接触的区域为光学透镜22的功能区，功能区自光学透镜22到支架20的方向依次包括反射层01以及粘结层02。

如图2所示，支架20具有一凹陷结构201，该凹陷结构201即为支架20的内部，凹陷结构201的底面即为支架20的内底面。

在图2中，支架20由基板20a和围挡件20b组成，该围挡件20b为封闭环形(例如直角矩形、圆角矩形、圆形等)且具有一定高度，围挡件20b垂直设置于基板20a的表面，从而围挡件20b与基板20a共同构成一具有顶部开口的支架20，围挡件20b的内表面与基板20a的表面共同构成上述凹陷结构201。

其中，基板20a的材料可以为氮化物、氧化物、金属中的任意一种或组合，围挡件20b的材料可以与基板20a的材料相同或者不同。

紫外LED芯片21设置于支架20的内底面，即基板20a的表面。图3为图2的紫外LED发光元件的俯视结构示意图。如图3所示，紫外LED芯片21具体通过第一焊盘23与第二焊盘24与基板20a的表面连接，其中，第一焊盘23和第二焊盘24通过焊接剂与基板20a表面发生焊接关系，紫外LED芯片21的正极通过焊接剂与第一焊盘23焊接，紫外LED芯片31的负极通过焊接剂与第二焊盘24焊接。上述焊接剂例如可以为锡膏、银角、低熔点合金金属等。

当紫外LED芯片21的数量大于1时，多个紫外LED芯片21可以按照上述方式形成芯片阵列，多个紫外LED芯片21可以为串联或者并联。此外，还可以设置保护芯片25以为紫外LED芯片21提供电学保护。

继续参考图2，在支架20的底部，即基板20a的底面(与基板20a表面相对的面)设置第一引脚26和第二引脚27，通过在与第一引脚26和第二引脚27对应的基板区域各开设一贯通孔并在贯通孔中填充导电胶，从而能够使第一引脚26、第二引脚27分别与紫外LED芯片21的正极以及负极形成电连接。

光学透镜22完全覆盖支架20的顶部开口，从而为紫外LED芯片21提供一封闭空间。图4为图2的紫外LED发光元件的光学透镜的俯视结构示意图，如图4所示，光学透镜22与围挡件20b接触的区域(图中以阴影标识)即为光学透镜22的功能区220。

本实用新型通过在该功能区220自光学透镜22至紫外LED芯片21的方向分别设置反射层01和粘结层02，从而能够对经光学透镜22表面反射入功能区220的紫外光线再次反射，有助于使其二次射出，增加紫外光线的出光几率；并且，由于反射层01位于粘结层02之上，因此反射入功能区220的紫外光线只会与反射层01接触，避免了粘结层02由于吸收紫外光线老化而造成光学透镜22的脱落。

具体制备时，可以在光学透镜22的功能区220涂覆反射层01，在围挡件20b的顶端涂覆粘结层02，然后将光学透镜22覆盖于围挡件20b顶端并使反射层01与粘结层02对齐贴合，从而得到上述包括反射层01和粘结层02的紫外LED发光元件。

如图2所示，本实施例的紫外LED发光元件在通电后，紫外LED芯片21发射出紫外光线，该紫外光线经由光学透镜22的底面进入光学透镜22的内部，其中大于临界角的部分紫外光线将被全反射回支架20内部(图中未示出)，剩余紫外光线将会经过光学透镜22内部到达光学透镜22的表面，其中一部分紫外光线将穿过光学透镜22的表面射出，而另一部分紫外光线由于会在光学透镜22的表面发生全反射而返回光学透镜22的内部，其中反射入功能区220的紫外光线ii将被反射层01再次反射回光学透镜22的表面使其有机会二次射出，进一步增加了出光几率，提高了紫外LED发光元件的利用效率。

此外，由于反射层01设置于粘结层02之上，因此隔绝了反射入功能区220的紫外光线ii对粘结层02的直接照射，避免了粘结层02由于吸收紫外光线ii而发生老化进而导致光学透镜22脱落的风险。

本实用新型的反射层01需要对紫外光线具有较为优异的反射效果，例如可以具体为金属反射层或者布拉格反射层；

进一步地，可以选用在紫外波段的反射率不低于80％的材料作为反射层01的材料；

更进一步地，由于铝对紫外波段的反射率在90％左右，因此可以采用铝作为反射层01的材料。

本实用新型的粘结层02用于使光学透镜22和围挡件20b发生连接关系，从而为紫外LED芯片21构成一封闭的容置空间。具体地，粘结层02可以为有机胶层、无机材料层或金属合金层，为了避免熔融焊接温度过高对反射层01产生不利影响，可以选用熔点较低的金属合金作为金属合金层的材料，例如选用熔点为220-280℃的金属合金。

其中，有机胶层即为现有技术中采用的有机胶水，通过在围挡件20b的顶端涂布有机胶水而完成光学透镜22与围挡件20b的粘结；

若采用熔点为220-280℃的金属合金层作为粘结层02，当金属合金的温度到达熔点时，金属合金熔融并分别与围挡件20b顶端和光学透镜22形成共晶焊接关系，完成光学透镜22和围挡件20b的连接。熔点为220-280℃的金属合金层具体可以采用金锡合金、锡银合金、锡银铜合金等。此外，熔点为220-280℃能够确保在焊接过程中对支架20以及紫外LED芯片21不构成消极影响。

图5为本实用新型紫外LED发光元件又一实施例的剖面结构示意图。

如图5所示，在图2所示的紫外LED发光元件的基础上，为了保证反射层01的反射效果，本实用新型还通过在反射层01和粘结层02之间设置限制层03以避免反射层01发生氧化而使反射性能劣化。

具体地，若选择有机胶层作为粘结层02，当将功能区涂布有反射层01的光学透镜22与顶端涂布有有机胶层的围挡件20b进行粘结时，一旦反射层01与有机胶层(粘结层02)没有完全对齐造成部分反射层01处于围挡件20b外表面，则该部分反射层易被氧化失效；

若选择熔点为220-280℃的金属合金层作为粘结层02，当对金属合金进行加热熔融时，高温的氧气环境极易造成反射层01氧化失效；

因此，在上述实施例的基础上，还包括在粘结层01与反射层02之间设置的限制层03，该限制层03能够对反射层01的与粘结层02相对的表面进行保护，进一步隔绝反射层01可能与外界的接触，从而避免反射层01被氧化失效。

限制层03的材料可以是氧化物材料，例如氧化硅、氧化铝，也可以是化学性质稳定的金属材料，例如钛、金、铂等。在具体实施过程中，可以将限制层03的材料涂布于反射层01的与粘结层02相对的表面，从而降低反射层01被氧化的可能。

图6为本实用新型紫外LED发光元件再一实施例的剖面结构示意图。如图6所示，在图5所示的紫外LED发光元件的基础上，反射层01与光学透镜22之间还包括粘附层04。

通常情况下，对紫外波段具有较高反射率的反射层材料与光学透镜22的粘附力较差，为了避免反射层01从光学透镜22底面脱落，可以在光学透镜22的功能区先涂布一层粘附层04，然后在粘附层04上涂布反射层01，从而有利于反射层01在光学透镜22上的粘附持久性。

具体地，粘附材料应该选择对紫外光线无显著吸收的材料，例如在本实用新型中可以选用无机材料，例如气相沉积的氧化硅、氮化硅，也可以是金属材料，例如厚度＜10nm的金属铬层、金属钛层等。

进一步地，为了避免粘附层04对反射层01反射效果的削弱，可以控制粘附层04的厚度不大于10nm。

请同时参考图2-图5，本实用新型的紫外LED发光元件的光学透镜22向对于先有技术中的光学透镜做出了改进，具体地，在光学透镜22的与围挡件20b顶端接触的区域，即功能区220，自光学透镜22至紫外LED芯片21的方向依次设置反射层01和粘结层02，其中，反射层01能够对经光学透镜22表面反射至功能区220的紫外光线进行再次反射使其射出光学透镜22表面进入空气，从而进一步增加出光几率，提高了紫外LED发光元件的利用率；并且反射层01还能够阻止粘结层02对紫外光线的吸收，防止粘结层02在紫外光线的照射下发生老化而失效，避免了粘结层02老化而导致的光学透镜22脱落的风险；

进一步地，为了保证反射层01的反射效果，还可以在反射层01与粘结层02之间设置限制层03，和/或，在反射层01与光学透镜22之间设置粘附层04，其中，限制层03能够减少反射层01与外界接触的面积，降低被外界氧化的概率，从而保持反射层01对紫外光线的持久的反射效果，粘附层04能够避免反射层01在紫外LED发光元件的脱落，通过增强反射层01在光学透镜功能区220的粘附力而使紫外LED发光元件具有持久的反射能力以及优异的反射效果。

因此，本实用新型的紫外LED发光元件不仅不存在光学透镜脱落的风险，且其光取出率在一定程度上得到了改善，提高了紫外光线的利用率，延长了紫外LED发光元件的有效使用周期。

此外，本实用新型的紫外LED发光元件的光学透镜22可以选择对紫外波段具有高穿透率的石英玻璃材质或蓝宝石材质。其中，光学透镜22的表面可以为平面结构、球面结构、微阵列结构。

进一步地，为了增强对紫外光线的出射率，还可以在光学透镜22的出光区设置功能性光学膜。其中，光学透镜22的出光区是指光学透镜的底面以及表面上与凹陷结构对应的区域。

具体地，上述功能性光学膜可以设置于光学透镜22的部分出光区，也可以设置于光学透镜22的所有出光区。

上述功能性光学膜可以是光学增透膜、滤光膜、波长转换膜、光栅结构的薄膜、菲涅尔透镜以及各类型球面镜等。

因此，本实用新型对紫外LED发光元件的光学透镜22做出了改进，具体地，除了上述的在光学透镜22的功能区220设置功能层以增强紫外光线的射出几率、避免光学透镜发生脱落之外，还可以通过在光学透镜22的出光区设置功能性光学膜，从而进一步改善紫外LED发光器件的出光率；

因此，本实用新型的紫外LED发光元件不仅不存在光学透镜脱落的风险，且其光取出率在一定程度上得到了改善，提高了紫外光线的利用率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种紫外LED发光元件，包括顶部开口的支架，紫外LED芯片，所述紫外LED芯片设置于所述支架的内底面，其特征在于，还包括：光学透镜，所述光学透镜用于完全覆盖所述开口；

其中，所述光学透镜的底面与所述支架接触的区域为所述光学透镜的功能区，所述功能区自所述光学透镜到所述支架的方向依次包括反射层以及粘结层。

2.根据权利要求1所述的紫外LED发光元件，其特征在于，所述反射层为金属反射层或布拉格反射层。

3.根据权利要求2所述的紫外LED发光元件，其特征在于，所述反射层在紫外波段的反射率不低于80％。

4.根据权利要求3所述的紫外LED发光元件，其特征在于，所述反射层为铝层。

5.根据权利要求1所述的紫外LED发光元件，其特征在于，所述粘结层为有机胶层、无机材料层或熔点为220-280℃的金属合金层。

6.根据权利要求5所述的紫外LED发光元件，其特征在于，所述功能区还包括限制层，所述限制层设置在所述反射层与所述粘结层之间；

所述限制层的材料为氧化物或金属材料。

7.根据权利要求1-6任一所述的紫外LED发光元件，其特征在于，所述功能区还包括粘附层，所述粘附层设置在所述反射层与所述光学透镜之间；

所述粘附层的材料为无机材料或金属材料。

8.根据权利要求7所述的紫外LED发光元件，其特征在于，所述粘附层的厚度不大于10nm。

9.根据权利要求1所述的紫外LED发光元件，其特征在于，所述光学透镜的出光区域还设置功能性光学膜。

10.根据权利要求1或9所述的紫外LED发光元件，其特征在于，所述光学透镜的表面为平面结构、球面结构或微阵列结构。

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