[发明专利]一种具有导光孔结构的发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种导光层，具体涉及一种具有导光孔结构的发光二极管。

背景技术

LED因其具有节能、环保、高可靠性以及高寿命等诸多优点，被广泛应用于照明等领域。正装LED芯片，其外延层全角度出光的特性决定了只有极小的一部分光垂直于芯片正面透射，而大部分光透射出芯片后与正面垂直方向存在很大的角度，大大降低了芯片正面出光效率，虽然后期封装通过增加侧面反光结构改变了光路，但常常伴随大量光效的损失。正面光效较低的缺点现已严重制约LED照明芯片在下游工段的发展与应用。

发明内容

本发明提供一种具有导光孔结构的发光二极管，利用光以一定角度射入光疏介质膜时，斜射光在导光层结构膜中发生多次全反射，最终经过导光孔均匀的从芯片正面透出，在不降低光强的前提下，解决了LED芯片正面光效较低的难题，提高了芯片封装亮度。

本发明提供一种具有导光孔结构的发光二极管，所述发光二极管的发光芯片的上表面形成有导光层，所述导光层包括与发光芯片接触的下层薄膜、以及处于上方的上层薄膜，所述上层薄膜中贯穿形成有多个导光孔，每个导光孔中均填充有折射率大于上层薄膜、下层薄膜的光学材料填充。

所述导光孔的截面形状为等腰倒梯形结构。

所述下层薄膜和下层薄膜的材料相同。

所述下层薄膜和下层薄膜的材料不相同，所述上层薄膜与下层薄膜之间还包含一层中间层薄膜，且中间层薄膜的材料与导光孔中填充的导光材料相同。

所述导光层通过以下过程制备：首先在发光二极管的发光芯片的上表面制备下层薄膜，然后在下层薄膜的上表面制备一层与导光孔中材料相同的导光孔薄膜层，然后采用刻蚀或腐蚀方式在导光孔薄膜层上间断性贯穿刻蚀，刻蚀或腐蚀的深度为该导光孔薄膜层的厚度，未被刻蚀或腐蚀的部分形成多个导光孔，然后在刻蚀或腐蚀去除的位置沉积上层薄膜材料，沉积厚度等于导光孔的深度，进而最终形成导光层。

所述导光层的上层薄膜和下层薄膜的材料为SiO₂，导光孔中沉积的材料为ITO。

所述导光层通过以下过程制备：首先在正装LED发光芯片表面下层薄膜，然后在下层薄膜的表面制备中间层薄膜，并中间层薄膜上使用刻蚀或腐蚀方法间断性加工出截面为正等腰梯形结构的多个凹槽，刻蚀或腐蚀深度小于该中间层薄膜的厚度，在相应被刻蚀或腐蚀的部分填充入上层薄膜材料，构成上层薄膜，对应未被刻蚀或腐蚀的间断性部分则形成导光孔，进而最终形成导光层。

所述导光层通过以下过程制备：所述上层薄膜的材料为SiO₂；所述中间层薄膜及导光孔的材料为Si₃N₄；所述下层薄膜的材料为ITO。

所述射入导光层的光线的入射角为α；所述导光孔的等腰倒梯形结构的上底角为β，所述下层薄膜的折射率为n₁，所述下层薄膜的折射率为n₃，所述导光孔以及中间层薄膜的折射率为n₂，进入导光孔中的光线与垂直于导光孔的侧壁方向之间的夹角为i，所述其中α≥arc sin（n₃/n₂），且α≥arc sin（n₁/n₂）。

所述导光孔的等腰倒梯形结构的上底角为β，进入导光孔中的光线与垂直于导光孔的侧壁方向之间的夹角为i，从导光孔中射出的出射光线与竖直方向的夹角为α₁，则i≤90°，α≥90°-β，且i≥arc sin（n₃/n₂），α≤180°-β-（arc sin（n3/n2）），β+（arc sin（n₃/n₂））-90°=arc sin（T/（L+（T/sinβ））），arc sin（T/（L+（T/sinβ）））=90°-α，其中T为导光孔的深度，L为倒梯形结构的下底的宽度。

本发明具有的优点在于：

本发明提供一种具有导光孔结构的发光二极管，利用光以一定角度射入光疏介质膜时，斜射光在导光层结构膜中发生多次全反射，最终经过导光孔均匀的从芯片正面透出，在不降低光强的前提下，解决了LED芯片正面光效较低的难题，提高了芯片封装亮度。这种新型的LED因其正面聚光效果显著，且具有45°～135°（即α₁=0-45°）正面出光、90°正面垂直出光两种出光方式，因而将在LED聚光灯、LED大型探照灯等领域获得广泛应用。

附图说明