一种侧发光的LED芯片的制作方法

一种侧发光的led芯片
技术领域
1.本发明涉及一种led芯片，特别是指一种侧发光的led芯片。


背景技术：

2.众所周知，led具有高效，节能的优势，近年来其在照明领域已经得到了越来越广泛的应用。
3.但是由于led芯片的发光角度具有很强的方向性，其在垂直led芯片发光面方向的光强极高，所以目前led的封装器件的光型都成朗伯体分布。这造成使用led封装器件的灯具在垂直灯具发光面方向的光强高，且随着与垂直方向夹角的增大，灯具光强明显衰减。led芯片的这一特性造成了使用led灯具照明的场景，其照度均匀性较难提高，同时由于灯具发光面过高的光强，容易对人眼造成眩光，从而引发眼部不适。
4.目前，照明领域解决led灯具照度不均匀以及容易造成人眼眩光的问题，多采用在led灯具内部的led封装器件表面增加二次光学透镜，或者在led封装器件的表面安装光扩散膜，或采用led封装器件侧向入射导光板的方法改善led灯具的照度均匀性以及解决人眼眩光问题。但以上方法的共同问题是，这样会极大的降低led灯具的发光效率（至少降低30%以上），大大减弱led灯具在节能方面的优势。
5.综上所述，在照明领域使用led灯具提高照度均匀性以及解决炫光的方法是以牺牲能源为代价的，从而削弱了led灯具在节能减排方面的优势。而此是为现有技术的主要缺点。


技术实现要素：

6.本发明所采用的技术方案为：一种侧发光的led芯片，该led芯片为倒装led芯片，该led芯片包括电极层、半导体层以及外延衬底层，其中，该电极层设置在该半导体层的下方，该外延衬底层设置在该半导体层的上方，该电极层、该半导体层以及该外延衬底层自下而上叠设在一起， 该外延衬底层的顶部设置有光学介质层，借助该光学介质层在该外延衬底层的顶部形成一光反射面，该光反射面处于该外延衬底层与该光学介质层之间，该led芯片具有侧向出光面，该侧向出光面位于该led芯片的四周，该半导体层中产生光线，该光线向上穿透进入该外延衬底层中，之后，该光线在该光反射面位置被反射后，从该侧向出光面照射出来。
7.本发明的有益效果为：本发明的该外延衬底层的顶部设置有光学介质层，借助该光学介质层在该外延衬底层的顶部形成一光反射面，该led芯片具有侧向出光面，该侧向出光面位于该led芯片的四周，该半导体层中产生光线，该光线向上穿透进入该外延衬底层中，之后，该光线在该光反射面位置被反射后，从该侧向出光面照射出来，以达到该led芯片侧向发光的目的，本发明提供了一种可用于高照度均匀性、无眩光、能效高且成本低廉的led灯具的led芯片。
附图说明
8.图1为本发明led芯片的结构示意图。
9.图2 为普通led芯片发光角度图示。
10.图3 为在外延衬底层的顶部增加光学介质层后的发光角度图示。
11.图4为对图3的光学介质层优化后的发光角度图示。
12.图5为使用普通led芯片的灯具的照度均匀性图示。
13.图6 为增加光学介质层后的led芯片的led灯具的照度均匀性图示。
14.图7 为对图6中光学介质层进行优化后的led芯片的led灯具的照度均匀性图示。
具体实施方式
15.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明的内容。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，应理解，在阅读了本发明所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。
16.如图1所示，一种侧发光的led芯片，该led芯片为倒装led芯片，该led芯片包括电极层10、半导体层20以及外延衬底层30，其中，该电极层10设置在该半导体层20的下方，该外延衬底层30设置在该半导体层20的上方，该电极层10、该半导体层20以及该外延衬底层30自下而上叠设在一起。
17.该外延衬底层30的顶部设置有光学介质层40，借助该光学介质层40在该外延衬底层30的顶部形成一光反射面50，该光反射面50处于该外延衬底层30与该光学介质层40之间。
18.该led芯片具有侧向出光面60，该侧向出光面60位于该led芯片的四周。
19.该半导体层20中产生光线，该光线向上穿透进入该外延衬底层30中，之后，该光线在该光反射面50位置被反射后，从该侧向出光面60照射出来，以达到该led芯片侧向发光的目的。
20.该半导体层20为现有技术，其发光结构简单描述如下。
21.该半导体层20包括n型半导体层21、p型半导体层22以及有源层23，该n型半导体层21、该p型半导体层22以及该有源层23叠设在一起形成该半导体层20，上述的该光线在该有源层23位置产生并向上发射，在具体实施的时候，该有源层23与该光学介质层40相平行。
22.在具体实施的时候，该半导体层20与该电极层10之间还可以设置有全反射层。
23.在具体实施的时候，可以采用薄膜制备工艺沉积高反射率的该光学介质层40，该光学介质层40对波长为430-470nm的电磁波的反射率为45%以上。
24.也就是说该光学介质层40对不同方向入射的波长为430-475nm的电磁波的反射率均在45%以上。
25.在具体实施的时候，该光学介质层40对不同方向入射的波长为430-475nm的电磁波的反射率优选的应为65%-85%之间，且所述电磁波入射进入该光学介质层40后的能量损失小于10%。
26.在具体实施的时候，在该外延衬底层30的顶部生成该光学介质层40时可采用真空蒸发、磁控溅射或溶胶凝胶方式沉积该光学介质层40，其中优选地是采用电子束蒸发的方
式沉积该光学介质层40。
27.在具体实施的时候，该外延衬底层30的顶部的表面粗糙度小于等于10微米，优选的，其表面粗糙度小于等于1微米。
28.在具体实施的时候，该光学介质层40包括金属铝层以及金属银层，其中，该金属铝层沉积在该外延衬底层30的顶部，该金属银层沉积在该金属铝层上方。
29.在具体实施的时候，该金属铝层的厚度应为100-1000纳米，优选地为300-600纳米。
30.该金属银层的厚度应为50-1000纳米，优选地为100-500纳米。
31.在具体实施的时候，该led芯片的半光强发光角度为135-165度。
32.本发明通过减小该led芯片正面出光比例，能够提高该led芯片侧面发光的比例，同时配合倒装芯片的封装模式，可以极大降低led芯片以及led封装器件在发光面垂直方向上的光强，同时该led芯片侧面发出的光也很容易通过后续封装支架的反射面打散后发射到照射空间中。这就增大了led封装器件的发光角度，从而使使用该led封装器件的led灯具具有更高的照度均匀性，以及极大减轻了led芯片引发的眩光问题。同时由于该led芯片发光表面沉积的该光学介质层40可以有较低的光损失，从而不会对led灯具的能效造成较大影响。通过本发明技术制作的该led芯片的半光强发光角度可以由原先的120度提高到165度。
33.对于本发明的技术要点，申请人进一步说明如下。
34.由于led芯片的配光曲线为一个理想的朗伯体，如图2所示，led芯片在垂直方向上光强值最大，所以普通led封装器件同led芯片具有相同的配光曲线，其半光强角为120度，故使用该led封装器件的灯具在垂直方向上1米处0.4x0.3m范围内的等照度曲线如图5所示，最高照度值为3500lux，由测试的结果计算得到此范围内的最小照度值除以平均照度值等于0.498，同时灯具的整灯光效为123lm/w。
35.故为了获得照度均匀且无炫光的led灯具。如图1所示，本发明采用了倒装led芯片的结构，在具体实施的时候，该外延衬底层30为蓝宝石，该蓝宝石在进行gan结构的外延前进行了双面抛光，使其两个面的表面粗糙到达到5微米，在芯片制程结束后在所述蓝宝石层的上表面采用电子束蒸发工艺沉积了一层厚度为800nm的金属铝层，由此测得该led芯片的发光角度为如图3所述，半光强角为155度。
36.故使用本发明的led芯片技术制备的led封装器件应用于相同灯具上在垂直方向上1米处0.4x0.3m范围内的等照度曲线如图6所示，由图6测试的结果计算得到此范围内的最小照度值除以平均照度值等于0.675,同时灯具的整灯光效为115lm/w。对比普通led灯具，在同等条件下其照度均匀性提高了35%，而能效仅仅降低了不到7%。这大大优于采用目前产业上使用二次透镜或扩散板来提供照度均匀性的方案。
37.为了进一步说明本发明技术的效果，说明书附图中示出了对比效果，其中，图2 为普通led芯片发光角度图示，图3 为在该外延衬底层30的顶部增加该光学介质层40后的发光角度图示，图4为对图3的该光学介质层40优化后的发光角度图示，图5为使用普通led芯片的灯具的照度均匀性图示，图6 为增加该光学介质层40后的led芯片的led灯具的照度均匀性图示，图7 为对图6中该光学介质层40进行优化后的led芯片的led灯具的照度均匀性图示。
38.以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。