一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片制造技术

一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片，其特征在于：包括基板、外壳、电极、半导体层、蓝宝石光栅，采用黑色吸光材料制成的外壳安装在基板上，电极、半导体层、蓝宝石光栅由下至上依次安装在基板上，电极和半导体层电连接；蓝宝石光栅上每毫米内均匀设有n条光栅刻痕，n的取值范围为1000至2000；蓝宝石光栅上每条光栅刻痕的宽度b和光栅刻痕之间的透光部分的宽度a相等；外壳的顶部设有出光缝隙，蓝宝石光栅和出光缝隙的距离d的取值范围为10mm至50mm，设要出设的绿光的波长范围为λ1至λ2。本发明专利技术具有结构简单、出射绿光纯高、调整灵活方便等优点。本发明专利技术属于照明和显示技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片
本专利技术属于照明和显示
，尤其涉及一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片。
技术介绍
在世界能源问题日益严峻、环保问题越来越受重视的背景下，发光二极管(Light-EmittingDiode，LED)凭借着其发光效率高、使用寿命长、环保性好、体积小、耐冲击等显著优点受到了广泛的关注，成为近年来世界各国研究、应用的热点。目前，LED已经在日常生产、生活中的各个方面得到了十分广泛的应用，特别在照明及显示领域有着极为重要的地位，被称为继白炽灯、气体放电灯和荧光灯之后的“第四代照明光源”。随着LED照明显示行业的迅猛发展以及更多新型荧光材料的使用，人们对高质量的照明显示需求也日益提高。绿光芯片虽然很早就已经被发现并使用，但其一直存在激发光色纯度较低的问题，且绿光中掺杂许多其他颜色光线，满足不了人们对高质量光源的要求。通过对芯片材料及制作工艺的改进，可提高出光质量，但效果不能令人满意，如何提高LED绿光芯片的色纯度成为绿光LED研究的难题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种能提高LED绿光芯片色纯度的具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片。一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片，包括基板、外壳、电极、半导体层、蓝宝石光栅，采用黑色吸光材料制成的外壳安装在基板上，电极、半导体层、蓝宝石光栅由下至上依次安装在基板上，电极和半导体层电连接；蓝宝石光栅上每毫米内均匀设有n条光栅刻痕，n的取值范围为1000至2000；蓝宝石光栅上每条光栅刻痕的宽度b和光栅刻痕之间的透光部分的宽度a相等；外壳的顶部设有出光缝隙，蓝宝石光栅和出光缝隙的距离d的取值范围为10mm至50mm，设要出设的绿光的波长范围为λ1至λ2；则出光缝隙的宽度出光缝隙和外壳中心轴的距离作为一种优选，蓝宝石光栅包括蓝宝石和铝金属层，铝金属层蒸镀在蓝宝石的上表面，铝金属层的上表面上刻划有光栅。作为一种优选，铝金属层的厚度5μm-50μm。作为一种优选，蓝宝石光栅包括蓝宝石，在蓝宝石的上表面刻划有光栅。作为一种优选，250nm<a＝b<500nm。作为一种优选，出设的绿光的波长范围为λ1至λ2的取值为：λ1＝500nm、λ2＝560nm；n＝1000；a＝b＝50mm；d＝50mm；则出光缝隙的宽度x为3mm，出光缝隙和外壳中心轴的距离l为25mm。作为一种优选，出设的绿光的波长范围为λ1至λ2的取值为：λ1＝500nm、λ2＝560nm；n＝2000；a＝b＝10mm；d＝10mm；则出光缝隙的宽度x为1.2mm，出光缝隙和外壳中心轴的距离l为10mm。作为一种优选，出设的绿光的波长范围为λ1至λ2的取值为：λ1＝500nm、λ2＝560nm；n＝1200；a＝b＝10mm；d＝40mm；则出光缝隙的宽度x为2.88mm，出光缝隙和外壳中心轴的距离l为24mm。作为一种优选，外壳为立方体状，半导体层在基板上的投影呈长方形，外壳的长度和宽度均大于半导体层在基板上的投影的长度和宽度。作为一种优选，外壳为圆柱体状，半导体层在基板上的投影呈长方形，外壳的直径大于半导体层在基板上的投影的对角线的长度。本专利技术的优点：1、本专利技术通过激发绿光，再利用光栅结构的多缝衍射和干涉作用，将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散，达到将不同波长光线分散成光谱的作用；再通过对外壳的出光缝隙和光栅结构的距离以及出光缝隙的位置的布置，从而实现将指定波长范围的绿光从外壳出射，而其他波长的光则被黑色吸光的外壳吸收，进而实现发射出高纯度的LED绿光；结构简单，绿光纯度高。2、本专利技术通过对光栅刻痕、出光缝隙和光栅结构的距离等参数的调整，从而可以在根据所需要出射波长的光线对高色纯度LED绿光芯片的结构进行调整，结构设计灵活，应用方便。3、本专利技术通过在蓝宝石上蒸镀铝金属层，并在铝金属层上刻划光栅，因此出射的绿光纯度更高，绿光出射效果更好。4、本专利技术的外壳可为正方体状，也可为圆柱体状或其他形状，可根据实际使用的场景灵活改变，因此适应性强，应用场景多。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的立体结构示意图。其中，1-蓝宝石光栅，2-半导体层，3-外壳，4-电极，5-基板。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的具体说明。一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片，包括蓝宝石光栅、半导体层、电极、基板及外壳，外壳安装在基板上，外壳的上部开设有出光缝隙，电极、半导体层、蓝宝石光栅由下至上依次安装在基板上，电极和半导体层电连接。外壳为圆柱体状，且外壳的底部开口，外壳通过底部的开口扣合在基板上。外壳的直径大于半导体层在基板上的投影的对角线的长度。在基板的底部，安装两个电极，两个电极一高一低，左侧的电极的高度比右侧电极的高度低，以将形状不规则的半导体层支撑住。电极给半导体层通电，半导体层激发出大量绿光。半导体层呈台阶状，半导体层通过台阶状的一面安装在电极上；半导体的另一面为平面，且在平面上安装蓝宝石光栅。半导体层在基板上的投影呈长方形。外壳顶部与蓝宝石光栅的距离d范围为10mm-50mm。在外壳的顶部开设有出光缝隙。出光缝隙的宽度记为x；出光缝隙和外壳中心轴的距离记为l，本专利技术中出光缝隙和外壳中心轴的距离为：出光缝隙与外壳中心轴相邻的一侧和外壳中心轴的距离。在本实施例中，蓝宝石光栅包括蓝宝石和铝金属层，铝金属层上加工有光栅结构，铝金属层蒸镀在蓝宝石上表面；铝金属层的厚度为5μm-50μm。铝金属层上每毫米内均匀分布有n条光栅刻线，n的数量为1000-2000条；并且每条光栅刻痕的宽度与光栅之间未刻划光栅刻痕的透光部分的宽度相等。将n定义为光栅刻痕密度，也即n的取值范围为1000至2000条/毫米。本专利技术的工作原理：半导体层激发出大量激发光，激发光包括大量绿光，同时绿光中掺杂其他波段的光线；激发光从蓝宝石光栅出射，经过蓝宝石光栅化的光栅结构时发生光栅衍射，不同波长的光线发生不同角度的偏向，在空间角度中按照波长排列成光谱。黑色的外壳的顶部设置有相应尺寸的出光缝隙作为出射光线的出口；根据光栅的尺寸及外壳顶部与光栅的距离d计算光线衍射后的空间分布；再根据目标的出光波段制定出光缝隙的宽度x及位置，使目标波段的光线顺利出射，其余光线被黑色的外壳遮挡吸收。从而，有效提高LED绿光芯片的色纯度。根据上述工作原理，假设所需绿光波长范围为λ1-λ2，出光缝隙和外壳中轴线的距离为l，取光强最大的第一级光谱，即k＝1。θ为LED芯片出射绿色光偏离外壳中轴线的角度，a为蓝宝石光栅上透光部分的宽度，b为蓝宝石光栅上光栅刻痕的宽度，计算示意图如图1。具体计算过程如下：(1)计算光栅常数：(a+b)＝10-3/n；(2)则由光栅方程：由于θ1、θ2很小，故取sinθ＝tanθ；因此，由①②式可得：(3)由③④式可求得：出光缝隙和外壳中心轴的距离：出光缝隙的宽度：从而求出出光缝隙和外壳中心轴的距离l和出光缝隙的宽度x。根据上述推算，出光缝隙宽度x范围为0.5mm-10mm。出光缝隙和外壳中轴线的距离称为中轴线距离，中轴线距离记为l，中轴线距离为10mm-50mm。本实施例中，250nm<a＝b<500nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片，其特征在于：包括基板、外壳、电极、半导体层、蓝宝石光栅，采用黑色吸光材料制成的外壳安装在基板上，电极、半导体层、蓝宝石光栅由下至上依次安装在基板上，电极和半导体层电连接；蓝宝石光栅上每毫米内均匀设有n条光栅刻痕，n的取值范围为1000至2000；蓝宝石光栅上每条光栅刻痕的宽度b和光栅刻痕之间的透光部分的宽度a相等；外壳的顶部设有出光缝隙，蓝宝石光栅和出光缝隙的距离d的取值范围为10mm至50mm，设要出设的绿光的波长范围为λ1至λ2；则出光缝隙的宽度

【技术特征摘要】
1.一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片，其特征在于：包括基板、外壳、电极、半导体层、蓝宝石光栅，采用黑色吸光材料制成的外壳安装在基板上，电极、半导体层、蓝宝石光栅由下至上依次安装在基板上，电极和半导体层电连接；蓝宝石光栅上每毫米内均匀设有n条光栅刻痕，n的取值范围为1000至2000；蓝宝石光栅上每条光栅刻痕的宽度b和光栅刻痕之间的透光部分的宽度a相等；外壳的顶部设有出光缝隙，蓝宝石光栅和出光缝隙的距离d的取值范围为10mm至50mm，设要出设的绿光的波长范围为λ1至λ2；则出光缝隙的宽度出光缝隙和外壳中心轴的距离2.根据权利要求1所述一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片，其特征在于：蓝宝石光栅包括蓝宝石和铝金属层，铝金属层蒸镀在蓝宝石的上表面，铝金属层的上表面上刻划有光栅。3.根据权利要求2所述一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片，其特征在于：铝金属层的厚度5μm-50μm。4.根据权利要求1所述一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片，其特征在于：蓝宝石光栅包括蓝宝石，在蓝宝石的上表面刻划有光栅。5.根据权利要求1所述一种具有衍射光栅结构的高色纯度LED绿光芯片，其特征在于：250nm<a＝b<500nm。6.根据权利要求1所述一种具有衍射光栅结构的高色纯度L...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗涛，汤勇，余彬海，陈钧驰，梁观伟，余树东，丁鑫锐，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44