專利名稱：一種紫外發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種能發(fā)射紫外光線的發(fā)光
二極管。
背景技術(shù)：
LED (Light Emitting Diode)即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，在半導(dǎo)體中通過載流子發(fā)生復(fù)合放出過剩的能量，從而直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫色的光，而且可以通過芯片組合或涂敷熒光粉發(fā)出混合色光，比如白光。LED從二十世紀(jì)60年代研制出來并逐步走向市場化，其封裝技術(shù)也在不斷改進(jìn)和發(fā)展。LED封裝是指發(fā)光芯片的封裝，相比集成電路封裝有較大不同。LED的封裝不僅要求能夠保護(hù)管芯，而且還要能夠透光，所以LED的封裝對封裝材料有特殊的要求。目前，可見光LED的封裝普遍采用圖1所示的方式，即將發(fā)光芯片4的襯底連接在熱沉3上，然后將熱沉3連接在底座2上，發(fā)光芯片4的鍵合引線通過底座2上制作的兩個(gè)接觸點(diǎn)與正、負(fù)極管腳1相連接。在所述底座2上還安裝有透鏡5，將所述發(fā)光芯片4罩扣在其中，以起到保護(hù)發(fā)光芯片4、避免其遭受外物損壞的作用。在這種常見的LED封裝內(nèi)部填充有穩(wěn)定的柔性膠凝體6，在常用溫度(-40 120°C )范圍內(nèi)，不會(huì)因?yàn)闇囟润E變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力而使金線與框架斷開，并防止環(huán)氧樹脂透鏡變黃，引線框架也不會(huì)因氧化而玷污。但是，光程為3毫米以上時(shí)，這種可見光LED由于其所使用的環(huán)氧樹脂透鏡6和柔性膠凝體6 的透過率在300納米波段以下基本為零，因此，不適合采用該封裝方式來制造紫外發(fā)光二極管。即使換用高紫外透過率的膠凝體，也會(huì)在長期使用中由于紫外輻射加老化而衰減很快。為了使發(fā)光二極管能夠發(fā)射紫外光線，外國某企業(yè)提出了如圖2所示的發(fā)光二極管封裝方式，即將發(fā)射紫外光線的發(fā)光芯片4安裝在熱沉3或?qū)狃じ綄由?，然后一同裝入管殼7內(nèi)，所述管殼7可以是金屬TO管殼，也可以是陶瓷管殼等。在管殼7頂面安裝透鏡 5，從而將發(fā)光芯片4和熱沉3封裝于管殼7和透鏡5所形成的腔室中，以避免發(fā)光芯片4遭受損壞。所述發(fā)光芯片4的正、負(fù)極引線穿過管殼7與設(shè)置在管殼7底部的電極管腳1相連接。這兩種封裝方式采用裸芯，即氣體(如空氣或惰性氣體)界面，雖然實(shí)現(xiàn)了紫外光線的透射，并可以盡量避免老化問題，但是要以大大降低出光效率為代價(jià)。原因是氣體的折射率接近1，導(dǎo)致芯片/氣體界面的全反射現(xiàn)象，降低了芯片的出光效率。由于紫外波段小于400納米，在制作紫外發(fā)光二極管時(shí)，需要紫外透過率高并且有高紫外波段折射率的封裝材料和封裝方式。透明度直接影響出光強(qiáng)度，而在紫外波段的折射率也決定了半導(dǎo)體發(fā)光二極管的提光效率。此外，可見光LED的灌封用材料光程很長， 也導(dǎo)致其在紫外線照射下老化，透明度迅速衰減。因此，目前已經(jīng)普及的紅、藍(lán)等可見光LED 封裝方式顯然不能滿足以上要求。而國際上采用的遠(yuǎn)紫外LED封裝方式限于把裸芯覆蓋在石英玻璃下，因此光提取效率低下?；诖?，目前迫切需要找到適合紫外發(fā)光二極管的封裝方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種紫外發(fā)光二極管，通過采用特殊的封裝方式，提高了紫外光線的透過率和提取效率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種紫外發(fā)光二極管，包括發(fā)射紫外光線的發(fā)光芯片；在所述發(fā)光芯片的出光面上黏附有間隔層，所述間隔層的紫外波段折射率大于1. 3且在紫外波段有大于50%的透過率；在所述間隔層上黏附有透鏡，所述透鏡在紫外波段有大于50%的透過率。其中，所述透鏡為非平面透鏡，其形狀可以是半球體、曲面體、錐體、金字塔形或者不規(guī)則體，用于減小與空氣界面的全反射現(xiàn)象，優(yōu)選采用半球體透鏡。優(yōu)選的，所述透鏡采用硬質(zhì)抗衰老材料制成，其黏附間隔層的底面應(yīng)大于發(fā)光芯片的出光面。為了避免對紫外光線造成衰減，優(yōu)選采用無機(jī)材質(zhì)的透鏡。進(jìn)一步的，所述間隔層可以是一層，也可以是多層，且厚度在3毫米以下，優(yōu)選的封裝方式為間隔層整體厚度在0. 1毫米以下，以保證該間隔層在紫外波段有大于50%的透過率；當(dāng)所述間隔層為多層時(shí)，每一層間隔層的紫外波段折射率均大于1. 3。作為所述紫外發(fā)光二極管的其中一種具體封裝方式，可以將所述發(fā)光芯片連接在熱沉上，將所述熱沉安裝于底座上，底座上安裝透鏡罩，所述熱沉、發(fā)光芯片、間隔層和透鏡位于所述底座與透鏡罩所形成的腔室內(nèi)，在所述腔室中可以填充紫外波段透過率大于50% 的填充物。優(yōu)選的，所述填充物可以是樹脂、水、硅膠或者膠凝體等透明介質(zhì)。作為所述紫外發(fā)光二極管的另外一種具體封裝方式，可以將所述發(fā)光芯片安裝于管殼凹腔的底面上，管殼凹腔的內(nèi)周壁與凹腔底面形成一定夾角，優(yōu)選在130° 140°之間，且在所述管殼凹腔的內(nèi)周壁上設(shè)置有反光碗；所述透鏡的一部分位于所述管殼的凹腔內(nèi)，另一部分外露于管殼，且在所述管殼的凹腔內(nèi)填充有填充物。優(yōu)選的，所述填充于管殼凹腔內(nèi)的填充物可以是硅膠或者樹脂等固態(tài)介質(zhì)；所述反光碗優(yōu)選采用高紫外反射率的材料制成，比如鋁或者Teflon等；所述管殼凹腔的內(nèi)周壁與凹腔底面所成夾角優(yōu)選為135°，以實(shí)現(xiàn)側(cè)光反射。作為所述紫外發(fā)光二極管的第三種具體封裝方式，可以將所述發(fā)光芯片安裝于管殼凹腔的底面上，管殼凹腔的內(nèi)周壁與凹腔底面形成一定夾角，優(yōu)選在130° 140°之間，且在所述管殼凹腔的內(nèi)周壁上設(shè)置有反光碗；將所述透鏡全部落入所述管殼的凹腔內(nèi)， 且在管殼凹腔的頂面封裝透鏡罩。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明的紫外發(fā)光二極管通過在發(fā)光芯片的出光面上緊密黏附高紫外透過率的間隔層和透鏡，從而大大提高了紫外LED的出光效率，降低了光衰速度，避免了器件的老化問題，延長了其使用壽命。結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。


圖1是現(xiàn)有紅、藍(lán)等可見光LED封裝方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有遠(yuǎn)紫外LED封裝方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所提出的紫外發(fā)光二極管的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明所提出的紫外發(fā)光二極管的另外一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明所提出的紫外發(fā)光二極管的第三種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明所提出的紫外發(fā)光二極管的第四種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)地描述。實(shí)施例一，本實(shí)施例的紫外發(fā)光二極管為了提高紫外光線的出光效率，在對能夠發(fā)射紫外光線的發(fā)光芯片4進(jìn)行封裝時(shí)，改變發(fā)光芯片4裸芯的現(xiàn)有狀態(tài)，而是在發(fā)光芯片4的出光面上黏附一個(gè)間隔層8，參見圖3所示，所述間隔層8要求有大于1. 3的紫外波段折射率和在紫外波段有大于50%的透過率，以達(dá)到提高紫外光線出光效率的設(shè)計(jì)目的。 另外，在所述間隔層8上還需進(jìn)一步黏附一個(gè)透鏡9，所述透鏡9在紫外波段也應(yīng)具有大于 50%的透過率。所述透鏡9、間隔層8和發(fā)光芯片4呈層疊關(guān)系，且相鄰的兩者之間緊密結(jié)合，間隔層8可設(shè)計(jì)得盡量薄，以顯著降低光衰。為了使通過發(fā)光芯片4發(fā)出的紫外光線能夠通過透鏡9盡可能多的發(fā)射出去，所述透鏡9應(yīng)選擇非平面透鏡，比如可以選擇形狀為半球體、曲面體、錐體、金字塔形、密排圖案、光子晶體或者不規(guī)則體的透鏡，以提高紫外光線從透鏡9的出射率，即避免降低紫外 LED的出光效率。在本實(shí)施例中，所述透鏡9優(yōu)選采用半球體透鏡，這樣可以保證發(fā)光芯片 4發(fā)出的紫外光線以幾乎垂直的角度從透鏡_空氣界面射出，以利于紫外線通過透鏡9，獲得最高的出光效率。在選擇所述透鏡9時(shí)，透鏡9的大小也應(yīng)給予適當(dāng)?shù)目紤]。透鏡9的尺寸過大會(huì)導(dǎo)致整個(gè)紫外LED尺寸的變大，從而限制紫外LED的應(yīng)用領(lǐng)域；透鏡9的尺寸過小，若不能覆蓋發(fā)光芯片4的出光面，則會(huì)降低紫外光線的出光效率?；谝陨蟽煞矫婵紤]，本實(shí)施例在設(shè)計(jì)透鏡9時(shí)，應(yīng)保證透鏡9上的底面尺寸略大于或者至少等于所述發(fā)光芯片4的出光面的尺寸，在保證具有較高出光率的同時(shí)，盡量減小紫外LED的整體尺寸。為了避免紫外LED在使用過程中的老化問題，所述透鏡9的材質(zhì)最好選擇具有高透明度的硬質(zhì)抗衰老材料，比如石英、藍(lán)寶石、或經(jīng)過固化處理并具備高紫外透光率的凝膠、硅膠、樹脂等，以避免光衰。另外，在制造所述透鏡9時(shí)，還可以采用鑄模方式一次或多次成型，以提高紫外光線的透過率。對于間隔層8的設(shè)計(jì)，為了保證間隔層8在紫外波段有大于50%的透過率，其厚度最好控制在3毫米以下，越薄越好，以盡可能地降低紫外光線在透射過程中的光衰速度。本實(shí)施例優(yōu)選采用厚度在0. 1毫米以下、紫外波段透過率為70%的透明介質(zhì)作為所述的間隔層8，比如可以采用硅膠或者膠凝體等制作所述的間隔層8。實(shí)際測試證明，本實(shí)施例的紫外LED封裝方式相比圖2所示的現(xiàn)有紫外LED封裝方式，在280納米波段可以提高出光效率 1. 7-2. 5 倍。當(dāng)然，所述間隔層8可以僅有一層，也可以分成多個(gè)更薄的間隔層。如果間隔層8 采用分層設(shè)計(jì)方式，則每層的折射率可以不一樣，但是每層都應(yīng)具有大于1. 3的紫外波段折射率，以保證本實(shí)施例的紫外LED具有高透過率和高提取效率的設(shè)計(jì)要求。本實(shí)施例的間隔層8，其表面可以是平面、曲面、錐體，金字塔形或密排規(guī)則或不規(guī)則圖案，并可以通過注?；蚱渌绞街谱鞒晒庾泳w，具體可以根據(jù)透鏡9的底面形狀和發(fā)光芯片4上表面作一致性選擇，以實(shí)現(xiàn)間隔層8與發(fā)光芯片4上表面和透鏡9下表面的緊密、充分黏合。將發(fā)光芯片4的襯底安裝于熱沉3上，將熱沉3安裝于底座2上，發(fā)光芯片4的正、 負(fù)極引線通過底座2與正、負(fù)極管腳1相連接，參見圖3所示。如果需要對紫外LED進(jìn)行保護(hù)，在底座2上還可以安裝透鏡罩10。底座2與透鏡罩10形成一個(gè)封閉腔室，進(jìn)而使熱沉 3、發(fā)光芯片4、間隔層8和透鏡9剛好位于所述的封閉腔室中，以避免外界物體對管芯造成損壞。此部分封裝結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有大功率可見光LED的封裝結(jié)構(gòu)相同，本實(shí)施例在此不作過多說明?？紤]到封閉腔室中若填充空氣或惰性氣體，由于折射率低，會(huì)對紫外光線的出光效率造成損失，因此，本實(shí)施例優(yōu)選在所述封閉腔室中填充紫外波段透過率大于50%的填充物11，比如樹脂、水、硅膠或者膠凝體等折射率高的物質(zhì)，以確保紫外光線的高透過率，但紫外光程應(yīng)優(yōu)選越短越好。實(shí)施例二，參見圖4所示，圖4列舉了紫外LED的另外一種封裝方式，其中，在發(fā)射紫外光線的發(fā)光芯片4的出光面上仍然仿照實(shí)施例一所述的封裝方式黏附間隔層8，并在間隔層8上黏附透鏡9。所述間隔層8和透鏡9的具體形狀、材質(zhì)、尺寸等要求同實(shí)施例一中的相關(guān)描述，本實(shí)施例在此不再一一說明。本實(shí)施例仍以半球體形狀的透鏡9為例進(jìn)行說明，當(dāng)然，所述透鏡9也可以設(shè)計(jì)成其它非平面的形狀，以減小與空氣界面的全反射現(xiàn)象，比如圖5所示的上表面為粗糙的平板形狀。將發(fā)光芯片4的襯底連接于管殼12的凹腔中，具體可以安裝于管殼12凹腔的底面12-1上，發(fā)光芯片4的正、負(fù)極引線通過背孔或埋設(shè)的引線穿過管殼12與設(shè)置于管殼12 底面的兩個(gè)表貼電極13對應(yīng)連接，如圖4所示。管殼12的材料優(yōu)選為陶瓷導(dǎo)熱材料，或局部有絕緣層的金屬管殼。為了實(shí)現(xiàn)側(cè)光反射，本實(shí)施例對管殼12的凹腔形狀進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，使凹腔的內(nèi)周壁12-2與凹腔底面12-1形成一定夾角，所述夾角優(yōu)選設(shè)計(jì)在130° 140°之間，然后在管殼12凹腔的內(nèi)周壁12-2上貼合一反光碗，從而使反光碗的表面與豎直方向形成40° 50°的夾角α，這樣可以將發(fā)光芯片4側(cè)面發(fā)出的紫外光線反射出去，以進(jìn)一步提高紫外光線的出光效率。在本實(shí)施例中，優(yōu)選將所述管殼12凹腔的內(nèi)周壁12-2與凹腔底面12_1形成 135°的夾角，即反光碗的表面與豎直方向所成夾角α為45°，以最大限度地反射側(cè)光。所述反光碗優(yōu)選采用高紫外反射率的材料制成，比如鋁或Teflon等材料。在本實(shí)施例中，對所述管殼12凹腔的高度進(jìn)行限制，使所述透鏡9的一部分位于所述管殼12的凹腔內(nèi)，另一部分外露于管殼12，然后在所述管殼的凹腔內(nèi)填充填充物14， 以實(shí)現(xiàn)透鏡9、間隔層8、發(fā)光芯片4、熱沉3與管殼12的固定。所述填充物14優(yōu)選采用紫外波段透過率大于50%的透明介質(zhì)，比如硅膠或者樹脂等固態(tài)透明介質(zhì)，以使通過反光碗反射的紫外側(cè)光能夠順利地發(fā)射出去。反光碗側(cè)壁的形狀，可以是平坦的，或拋物面、半球面等。
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實(shí)施例三，參見圖6所示，本實(shí)施例的紫外LED封裝方式與實(shí)施例二類似，同樣包括透鏡9、間隔層8和發(fā)光芯片4，各部分之間的安裝關(guān)系同實(shí)施例一、二，這里不再重復(fù)說明。其中，所述發(fā)光芯片4同樣安裝于管殼15的凹腔中，所述管殼15的形狀同實(shí)施例二，即管殼15凹腔的內(nèi)周壁15-2與凹腔底面12-1也形成130° 140°的夾角，且在所述管殼凹腔的內(nèi)周壁15-2上設(shè)置反光碗。優(yōu)選使反光碗的表面與豎直方向形成45°的夾角α， 以提高側(cè)光的出光效率。將發(fā)光芯片4安裝于管殼15凹腔的底面15-1上，發(fā)光芯片4的正、負(fù)極引線穿過管殼15與設(shè)置于管殼15底面的兩個(gè)表貼電極13對應(yīng)連接。本實(shí)施例的紫外LED封裝方式與實(shí)施例二的區(qū)別之處在于提高管殼15的凹腔高度，使所述透鏡9全部落入管殼15的凹腔內(nèi)，然后在管殼15凹腔的頂面封裝透鏡罩16，從而使透鏡9、間隔層8、發(fā)光芯片4和熱沉3位于管殼15與透鏡罩16所圍成的腔室中。在本實(shí)施例中，所述透鏡罩16根據(jù)具體用途對出射光斑形狀和大小的需要，可以是平面或者曲面硬質(zhì)透鏡。在所述腔室中可以進(jìn)一步填充氮?dú)?、其他惰性氣體、或者具有高透明度的彈性體(至少應(yīng)具有50%的紫外波段透過率，比如硅膠等)，也可以不填充介質(zhì)而采用局部真空。對于實(shí)施例二和實(shí)施例三中所使用的管殼12、15，可以采用陶瓷、樹脂、塑料或者金屬TO等多種材質(zhì)制成。本發(fā)明所提出的紫外LED封裝方式，由于使用紫外波段折射率大于1. 3的介質(zhì)作為間隔層，附著在發(fā)光芯片的出光面上，并在間隔層上附著高紫外透過率的曲面透鏡，從而大大提高了紫外LED的出光效率。由于間隔層厚度很薄，即使出現(xiàn)老化，也因?yàn)楣獬田@著縮短從而大大降低光衰速度。采用本發(fā)明所提出的紫外LED封裝方式，無論發(fā)光芯片4的出光面是否進(jìn)行過特殊加工，都可以達(dá)到進(jìn)一步提高紫外光線出光效率的作用。當(dāng)然，以上所述僅是本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種紫外發(fā)光二極管，包括發(fā)射紫外光線的發(fā)光芯片；其特征在于在所述發(fā)光芯片的出光面上黏附有間隔層，所述間隔層的紫外波段折射率大于1. 3且在紫外波段有大于 50%的透過率；在所述間隔層上黏附有透鏡，所述透鏡在紫外波段有大于50%的透過率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外發(fā)光二極管，其特征在于所述透鏡為非平面透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外發(fā)光二極管，其特征在于所述透鏡的形狀為半球體、曲面體、錐體、金字塔形或者不規(guī)則體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外發(fā)光二極管，其特征在于所述透鏡采用硬質(zhì)抗衰老材料制成，其底面大于發(fā)光芯片的出光面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的紫外發(fā)光二極管，其特征在于所述間隔層為一層或者多層，且厚度在3毫米以下；當(dāng)所述間隔層為多層時(shí)，每一層間隔層的紫外波段折射率均大于1.3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的紫外發(fā)光二極管，其特征在于在所述紫外發(fā)光二極管中還包括熱沉、底座和透鏡罩，所述發(fā)光芯片連接在熱沉上，熱沉安裝于底座上， 底座上安裝透鏡罩，所述熱沉、發(fā)光芯片、間隔層和透鏡位于所述底座與透鏡罩所形成的腔室內(nèi)，在所述腔室中填充有紫外波段透過率大于50 %的填充物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紫外發(fā)光二極管，其特征在于所述填充物為樹脂、水、硅膠或者膠凝體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的紫外發(fā)光二極管，其特征在于在所述紫外發(fā)光二極管中還包括管殼，所述發(fā)光芯片安裝于管殼凹腔的底面上，管殼凹腔的內(nèi)周壁與凹腔底面形成一定的夾角，且在所述管殼凹腔的內(nèi)周壁上設(shè)置有反光碗；所述透鏡的一部分位于所述管殼的凹腔內(nèi)，另一部分外露于管殼，且在所述管殼的凹腔內(nèi)填充有填充物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的紫外發(fā)光二極管，其特征在于所述填充物為硅膠或者樹脂；所述反光碗由高紫外反射率材料制成；所述管殼凹腔的內(nèi)周壁與凹腔底面所成夾角為 45°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的紫外發(fā)光二極管，其特征在于在所述紫外發(fā)光二極管中還包括管殼，所述發(fā)光芯片安裝于管殼凹腔的底面上，管殼凹腔的內(nèi)周壁與凹腔底面形成一定的夾角，且在所述管殼凹腔的內(nèi)周壁上設(shè)置有反光碗；所述透鏡全部落入所述管殼的凹腔內(nèi)，且在管殼凹腔的頂面封裝有透鏡罩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紫外發(fā)光二極管，包括發(fā)射紫外光線的發(fā)光芯片；在所述發(fā)光芯片的出光面上黏附有間隔層，所述間隔層的紫外波段折射率大于1.3且在紫外波段有大于50％的透過率；在所述間隔層上黏附有透鏡，所述透鏡在紫外波段有大于50％的透過率。本發(fā)明的紫外發(fā)光二極管通過在發(fā)光芯片的出光面上緊密黏附高紫外透過率的間隔層和透鏡，從而大大提高了紫外LED的出光效率，降低了光衰速度，避免了器件的老化問題，延長了其使用壽命。
文檔編號H01L33/56GK102468407SQ20101056494
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者周瓴 申請人:青島杰生電氣有限公司