一种提高荧光利用率的LED芯片制造技术

一种提高荧光利用率的LED芯片，其特征在于，包括：安装在封装基板上的LED发光单元、附着于LED发光单元出光面上方的荧光反射薄膜和覆盖在荧光反射薄膜表面的荧光粉；所述荧光反射薄膜是由两种折射率不同的透明材料交替叠加、周期性排列组成的多层膜；所述两种透明材料，高折射率材料和低折射率材料的折射率之比大于1.2并小于2；所述荧光反射薄膜对LED发光单元发出的光有高透过率和低反射率，对荧光粉发出的光有低透过率和高反射率。

【技术实现步骤摘要】
一种提高荧光利用率的LED芯片
本专利技术涉及LED芯片领域，尤其涉及荧光粉混光的LED芯片。
技术介绍
发光二极管(LED)是一种重要的固体照明器件。主流的LED器件根据其材料体系划分，可分为GaAs、GaP体系的红外、红黄光LED，和GaN、AlGaN体系的蓝绿、紫外光LED。LED芯片的其中一个重要的应用模式是：LED芯片发出的短波长光激发荧光发出长波长的光，然后两种光混合出光。特别是蓝光LED芯片与红、黄荧光粉组合，可以混合出射白光；该结构在照明领域有着广泛的应用。荧光粉涂敷工艺可以根据其涂敷相对于芯片的位置分为贴近式涂敷和远离式两种工艺。其中贴近式涂敷工艺是指荧光粉直接覆盖在芯片上方，常见的方法有点胶涂敷法、保型涂敷法、晶圆级封装涂覆法等。贴近式涂覆法的其中一个问题是：而荧光粉受激发射的光会向各个方向传播，由于荧光粉离芯片很近，向芯片方向发射的那部分荧光会进入芯片的内部，纵被芯片吸收而损失掉。该现象制约荧光的萃取率提高，同时还会使芯片的温度上升。远离式荧光粉涂敷使荧光粉与LED芯片间隔开一段距离，从而减少荧光进入芯片，从而一定程度上减少了芯片对荧光吸收，改善出光，但又引入了封装体积无法做小这个问题。本专利技术在解决LED芯片的荧光吸收损失这个问题上，与通过改版封装结构设计的思路不同，另一种思路是通过芯片结构上的设计来实现。例如，有一专利(申请公开号02738330A)提及，在LED正装芯片衬底上制作一个由多个不同中心波长DBR(分布式布拉格反射结构)组合形成的宽谱反射镜，以及另一专利(申请公开号CN103441198A)提及，在LED倒装芯片的透明导电薄膜层上方制备宽谱DBR反射镜；两种方法的工作原理均是将进入芯片的荧光经过宽波段反射镜会重新反射出芯片，从而降低芯片对荧光的吸收。然而进入LED芯片的黄光只有部分可以最终反射出芯片，其余部分会在芯片内部经过多次反射最终被吸收。在第二个专利中，制备宽谱DBR后还需要在其上方制备与DBR下方电极联通的另一组电极，由于宽谱DBR的厚度胶厚，一般超过3μm，这将导致电极制备的工艺难度有所增加。
技术实现思路
本专利技术解决LED芯片的荧光吸收损失这一问题的思路也是芯片结构设计。不同于利用宽谱DBR反射进入芯片的荧光这一结构设计，本专利技术的芯片结构设计是：在芯片出光面上方制备一层选择性反射薄膜，具体的技术方案如下：一种提高荧光利用率的LED芯片，包括：安装在封装基板上的LED发光单元、附着于LED发光单元出光面上方的荧光反射薄膜和覆盖在荧光反射薄膜表面的荧光粉；所述荧光反射薄膜是由两种折射率不同的透明材料交替叠加、周期性排列组成的多层膜；所述两种透明材料，高折射率材料和低折射率材料的折射率之比大于1.2并小于2；所述荧光反射薄膜对LED发光单元发出的光有高透过率和低反射率，对荧光粉发出的光有低透过率和高反射率。所述LED发光单元为外延顶部出光的正装结构芯片、衬底方向出光的倒装结构芯片或电极两面分布的垂直结构芯片中的一种。所述荧光反射薄膜包括一组分布式布拉格反射结构；所述分布式布拉格反射结构以荧光粉发出的光为设定的反射中心波长，并以反射波长长度的1/4为设定高折射率材料和低折射率材料的光学厚度，进而设定高折射率材料和低折射率材料的几何厚度；所述分布式布拉格反射结构的叠加次数大于等于4。所述荧光反射薄膜包括多组反射中心波长不同的分布式布拉格反射结构，在设定的反射中心波长附近波段的光有高反射率和低透过率，其他波段有低反射率和高透过率。所述荧光反射薄膜使用非1/4波长体系的单个带通结构而成，以透射波段的波长的1/4为设定高折射率材料和低折射率材料的光学厚度，进而设定高折射率材料和低折射率材料的几何厚度：设：透射波段参考波长λT，低折射率材料的折射率为nL、几何厚度为LT，则其光学厚度为LTnL，高折射率材料的折射率为nH、几何厚度为HT，则其光学厚度为HTnH，因为LTnL＝HTnH＝1/4(λT)，得出LT＝1/4*λT/nL，HT＝1/4*λT/nH；以2HT_LT为一个叠加周期进行叠加，叠加次数大于等于4。所述荧光反射膜的最外层还设有一层外膜，所述外膜由所述低折射率材料构成，其厚度为所述低折射率材料的几何厚度的1/2。所述LED发光单元还设置了金属反射镜或分布式布拉格反射结构反射镜。一种提高荧光利用率的LED芯片的采用倒装结构芯片的制备方法：S1：在衬底沉积LED外延结构。S2：LED外延结构上表面沉积透明导电薄膜作为电流扩展层。S3：完成倒装芯片N型、P型电极的制备。S4：减薄抛光衬底。S5：在衬底抛光面上制作荧光反射薄膜。S6：对晶片进行划片劈裂，分割芯片。一种提高荧光利用率的LED芯片的采用正装结构芯片的制备方法：S1：在衬底沉积LED外延结构。S2：LED外延结构上表面沉积透明导电薄膜作为电流扩展层。S3：完成正装芯片N型、P型电极的制备。S4：在芯片的电极方向的上方制作荧光反射薄膜。S5：在P、N焊线点开孔露出金属。S6：调整N型、P型电极的焊接点焊盘的厚度。S7：减薄抛光衬底；在衬底下方制作蓝光分布式布拉格反射结构反射膜。S8：对晶片进行划片劈裂，分割芯片。一种提高荧光利用率的LED芯片的采用垂直结构芯片的制备方法：S1：在衬底沉积LED外延结构。S2：完成垂直装芯片N型、P型电极的制备。S3：在出光面上方制作荧光反射薄膜。S4：在出光面侧电极焊线点开孔露出金属。S5：调整出光面侧电极的焊接点焊盘的厚度。S6：对晶片进行划片劈裂，分割芯片。本专利技术的达到的有益效果：带有荧光反射薄膜的LED芯片可以有效反射荧光波段的光，同时对LED芯片发射波段的光具有高透过性。这样的设计可以阻挡荧光进入芯片内部，将荧光损失降到最小；并对芯片发光的提取不会产生负面影响。尤其在倒装芯片的应用情况下，对比专利CN103441198A，可以将其宽谱DBR反射镜简化成单个蓝光DBR结构，极大的减少了该层的厚度，使后续工艺难度有所降低，成品率上升。附图说明图1为使用荧光反射薄膜的LED芯片封装结构图。图2为荧光反射薄膜在倒装结构芯片上的应用。图3为荧光反射薄膜在传统结构芯片上的应用。图4为荧光反射薄膜在垂直结构芯片上的应用。图5为单个DBR结构荧光反射膜结构示意图。图6为带通结构的荧光反射膜结构示意图。图7为典型白光LED芯片发光光谱。图8为高显色指数白光LED芯片发光光谱。图9为单个DBR结构的荧光反射膜反射率模拟数据。图10为带通结构的荧光反射膜反射率模拟数据。附图标记说明1——荧光反射膜2——LED发光单元(芯片)3——封装基板4——荧光粉涂覆层5——倒装结构LED芯片6——正装结构LED芯片7——垂直结构LED芯片具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种提高荧光利用率的LED芯片，如附图1所示，包括：安装在封装基板3上的LED发光单元2、附着于LED发光单元2出光面上方的荧光反射薄膜1和覆盖在荧光反射薄膜1表面的荧光粉4；所述荧光反射薄膜1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高荧光利用率的LED芯片，其特征在于，包括：安装在封装基板上的LED发光单元、附着于LED发光单元出光面上方的荧光反射薄膜和覆盖在荧光反射薄膜表面的荧光粉；所述荧光反射薄膜是由两种折射率不同的透明材料交替叠加、周期性排列组成的多层膜；所述两种透明材料，高折射率材料和低折射率材料的折射率之比大于1.2并小于2；所述荧光反射薄膜对LED发光单元发出的光有高透过率和低反射率，对荧光粉发出的光有低透过率和高反射率。

【技术特征摘要】
1.一种提高荧光利用率的LED芯片，其特征在于，包括：安装在封装基板上的LED发光单元、附着于LED发光单元出光面上方的荧光反射薄膜和覆盖在荧光反射薄膜表面的荧光粉；所述荧光反射薄膜是由两种折射率不同的透明材料交替叠加、周期性排列组成的多层膜；所述两种透明材料，高折射率材料和低折射率材料的折射率之比大于1.2并小于2；所述荧光反射薄膜对LED发光单元发出的光有高透过率和低反射率，对荧光粉发出的光有低透过率和高反射率。2.根据权利要求1所述的一种提高荧光利用率的LED芯片，其特征在于：所述LED发光单元为外延顶部出光的正装结构芯片、衬底方向出光的倒装结构芯片或电极两面分布的垂直结构芯片中的一种。3.根据权利要求2所述的一种提高荧光利用率的LED芯片，其特征在于：所述荧光反射薄膜包括一组分布式布拉格反射结构；所述分布式布拉格反射结构以荧光粉发出的光为设定的反射中心波长，并以反射波长长度的1/4为设定高折射率材料和低折射率材料的光学厚度，进而设定高折射率材料和低折射率材料的几何厚度；所述分布式布拉格反射结构的叠加次数大于等于4。4.根据权利要求3所述的一种提高荧光利用率的LED芯片，其特征在于：所述荧光反射薄膜包括多组反射中心波长不同的分布式布拉格反射结构，在设定的反射中心波长附近波段的光有高反射率和低透过率，其他波段有低反射率和高透过率。5.根据权利要求2所述的一种提高荧光利用率的LED芯片，其特征在于：所述荧光反射薄膜使用非1/4波长体系的单个带通结构而成，以透射波段的波长的1/4为设定高折射率材料和低折射率材料的光学厚度，进而设定高折射率材料和低折射率材料的几何厚度：设：透射波段参考波长λT，低折射率材料的折射率为nL、几何厚度为LT，则其光学厚度为LTnL，高折射率材料的折射率为nH、几何厚度为HT，则其光学厚度为HTnH，因为LTnL...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，罗宏泰，马学进，陈伟驱，范冰丰，
申请(专利权)人：佛山市中山大学研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44