CN116917660A - Led照明装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED照明装置的制造方法，该制造方法包括以下步骤：在基板上形成分离膜；对分离膜进行图案化；在分离膜上形成LED；将拉伸膜粘合到LED的顶表面以及LED之间的间隔空间中；将分离膜与基板分离；将拉伸膜进行拉伸；使LED的顶表面暴露；以及在LED的顶表面以及分离膜的底表面或LED的底表面上形成电极。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)照明装置。具体地，本发明涉及一种通过在微尺度上均匀地布置LED来改善光均匀性的LED照明装置及其制造方法。
背景技术
LED具有高亮度、低热量、长寿命、环境友好且可回收利用的优点，并且已经被称为21世纪最有发展前景的下一代绿色照明。
常规LED照明装置是通过以下步骤来制造的：将LED芯片固定在基板上以将LED芯片电极和基板电极结合在一起；将LED芯片和基板固定到支撑反光杯的杯底；并且使用电线将固定的基板的电极连接到支撑件的电极。
然而，即使LED芯片布置得尽可能密集，LED照明装置的制造方法在缩小LED芯片的间隔方面也具有局限性，使得实际上不可能制造微尺度LED照明装置。
另外，现有的LED照明装置的制造方法具有LED芯片之间的宽间隔，这可能导致LED芯片可见，并且在这种情况下，通常需要结合附加扩散零件，这导致成本增加。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种可以通过在微尺度上均匀地布置LED来改善光均匀性的LED照明装置及其制造方法。
本发明的另一目的是提供一种耐用性且效率性高的LED照明装置及其制造方法。
技术方案
一种用于实现上述目的的本发明的LED照明装置的制造方法可以包括以下步骤：在基板上形成分离膜；对分离膜进行图案化；在分离膜上形成LED；将拉伸膜粘合到LED的顶表面以及LED之间的间隔空间中；将分离膜与基板分离；将拉伸膜进行拉伸；使LED的顶表面暴露；以及在LED的顶表面以及分离膜的底表面或LED的底表面上形成电极。
在根据本发明的LED照明装置的制造方法中，在形成分离膜的步骤中，可以将分离膜形成为0.2nm至1.1nm的厚度。
在根据本发明的LED照明装置的制造方法中，在形成分离膜的步骤中，可以通过将石墨烯晶体薄膜堆叠成1至5个层来构成分离膜。
在根据本发明的LED照明装置的制造方法中，形成分离膜的步骤可以包括在铜箔上形成分离膜，以及将分离膜转移到基板。
在根据本发明的LED照明装置的制造方法中，对分离膜进行图案化的步骤可以包括：按位置选择性地去除分离膜或者按位置选择性地在分离膜上形成屏蔽膜。
在分离膜上形成LED的步骤可以包括晶体生长具有与基板的晶体结构相同的晶体结构的半导体层。
在根据本发明的LED照明装置的制造方法中，将拉伸膜粘合到LED的顶表面以及LED之间的间隔空间中的步骤可以包括：对拉伸膜进行热压。
在根据本发明的LED照明装置的制造方法中，将拉伸膜进行拉伸的步骤可以包括：将拉伸膜在拉伸状态下进行形状固定。
在根据本发明的LED照明装置的制造方法中，使LED的顶表面暴露的步骤可以包括去除拉伸膜的一部分。
在根据本发明的LED照明装置的制造方法中，去除拉伸膜的一部分的步骤可以包括：对拉伸膜进行干法蚀刻。
在根据本发明的LED照明装置的制造方法中，在LED的顶表面以及分离膜的底表面或LED的底表面上形成电极的步骤可以包括将导电膜层压到LED的顶表面以及分离膜的底表面或LED的底表面。
一种根据本发明的LED照明装置，该LED照明装置可以包括：间隔开布置的多个LED；在LED之间的间隔空间中形成的拉伸膜；以及层压到LED的膜形态的电极。
根据本发明的LED照明装置可以包括粘合到LED的一侧的分离膜。
在根据本发明的LED照明装置中，分离膜可以具有0.2nm至1.1nm的厚度。
在根据本发明的LED照明装置中，分离膜可以具有：将石墨烯晶体薄膜堆叠成1至5个层的结构。
在根据本发明的LED照明装置中，拉伸膜可以使用：熔融温度与在0.46Mpa的拉伸强度下的热变形温度之间的温度差为40℃以上的高分子有机物。在这种情况下，高分子有机物可以选自ABS树脂、尼龙6、聚碳酸酯、聚乙烯、HDPE、PET、聚丙烯和聚苯乙烯。
在根据本发明的LED照明装置中，拉伸膜可以使用：熔融温度与在0.46Mpa的拉伸强度下的热变形温度之间的温度差为60℃以上的高分子有机物。在这种情况下，高分子有机物可以选自ABS树脂、尼龙6、聚碳酸酯、PET、聚丙烯和聚苯乙烯。
在根据本发明的LED照明装置中，高分子有机物可以选自ABS树脂、PET和聚苯乙烯。
在根据本发明的LED照明装置中，PET可以用作高分子有机物。
在根据本发明的LED照明装置中，拉伸膜可以被***并融合到LED的间隔空间中。
有益效果
具有这种构造的本发明通过拉伸膜在微尺度上均匀地布置LED，从而可以大大增加光均匀性。
本发明可以通过将拉伸膜融合到LED间隔空间中来显着增加照明装置的耐用性。
此外，本发明可以通过使用拉伸膜以均匀且密集间隔的方式固定LED，提供类似于有机EL的表面光源特性的高效率。
附图说明
图1是图示根据本发明的LED照明装置的制造工艺的工艺截面图。
图2a和图2b是分别图示根据本发明的LED照明装置的第一实施例和第二实施例的截面图。
具体实施方式
下面，将参照附图更详细地描述本发明。
图1是图示根据本发明的LED照明装置的制造工艺的工艺截面图。
如图1的(a)所示，在根据本发明的LED照明装置的制造方法中，首先在基板100上形成分离膜210，并且可以通过按位置选择性地去除来对分离膜210进行图案化。
基板100可以是硅基板等。
分离膜210用于将LED 220与基板100分离，基板100可以是导体或绝缘体。如果由导体形成，则分离膜210可以由Cu、Ni、Ag、Au、Co、Cu-Co、Ni-Co、Cu-Mo、Ni/Cu、Ni/Cu-Mo、石墨烯等构成。如果由绝缘体形成，则分离膜210可以由高分子有机膜构成，例如聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酰胺酸、聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚降冰片烯等。分离膜210可以通过沉积来形成，例如使用诸如电沉积、无电沉积、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、等离子体喷涂等的方法。
分离膜210优选地被构造为尽可能薄，因为当在其上晶体生长LED 220时，基板100的晶体结构应该影响LED 220的晶体生长。如果分离膜210的厚度超过1.1nm，这将阻碍在其上形成的LED 220生长成与基板100的晶体结构相同的晶体结构。因此，可能期望将分离膜210配置为具有1.1nm或更小的厚度。
分离膜210可以优选地由耐热材料构成，因为在后续工艺中可能将热量施加到基板100、LED 220等。
因此，分离膜210必须能够被构造为薄膜并且耐热，并且最能满足这些条件的材料是石墨烯。石墨烯的晶体薄膜的一个层具有约0.2nm的厚度，在这种情况下，如果分离膜210由石墨烯形成，则可以通过堆叠五个层的石墨烯晶体薄膜，将分离膜210的厚度形成为0.2nm至1.0nm的范围内，直至分离膜210的厚度的上限值1.1nm。
如果分离膜210由石墨烯构成，则可以通过在铜箔上形成一层至五层石墨烯晶体薄膜并且然后将它们转移到基板100来形成分离膜210。
如图1的(b)所示，LED 220可以分别形成在分离膜210上。LED 220是发光层并且可以包括n型半导体层、有源层、p型半导体层等。
n型半导体层可以通过生长n型GaN层来形成，并且硅(Si)等可以用作n型掺杂剂。
有源层可以形成在n型半导体层上。有源层可以是双异质结构、单量子阱或多量子阱。
p型半导体层可以通过在有源层上生长p型GaN层来形成。p型掺杂剂可以是镁(Mg)等。
组成LED 220的n型半导体层、有源层和p型半导体层可以是具有与基板100的晶体结构相同的晶体结构的晶体生长层。晶体生长可以例如使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)来执行。由此，可以使LED 220从分离膜210竖直向上生长，并且因此防止LED 220与具有窄的间隔的相邻LED接触，即短路。
如图1的(c)所示，拉伸膜230可以粘合到LED 220的顶表面。在该步骤中，在向拉伸膜230或基板100施加热量的同时按压拉伸膜230可以使拉伸膜被***到LED 220的间隔空间中。这样，拉伸膜230可以以间隔且绝缘的状态刚性地支撑多个LED 220。
拉伸膜230可以由具有在例如200％至500％范围内的伸长率的高分子有机物制成。
拉伸膜230可以经历***到LED 220的间隔空间中的工艺和拉伸工艺，其中***工艺在热变形温度或高于热变形温度下发生，并且拉伸工艺在熔融温度或低于熔融温度下发生。由于***和拉伸之间的工艺温度的这种差异，拉伸膜230的材料在热变形温度与熔融温度之间具有较大差异可能是有利的。
下面的表1比较了几种高分子有机物的热变形温度和熔融温度。这里，热变形温度通常是在0.46Mpa和1.8Mpa的拉伸强度下测量的，由于在本发明中优选使用具有良好延展性的材料，因此使用0.46Mpa的拉伸强度下测量的值。
【表1】
在以上示例的高分子有机物中，温度差小于40℃的缩醛共聚物和丙烯酸难以应用于实际工艺，因为温度差太小而无法分离地执行***工艺和拉伸工艺。因此，在上面示例的高分子有机物中，可以选择并使用ABS树脂、尼龙6、聚碳酸酯、聚乙烯、HDPE、PET、聚丙烯和聚苯乙烯。
另外，作为执行实际工艺的结果，当温度差为60℃以上时，容易将***工艺和拉伸工艺分离执行，因此，在本发明中，可以优选从上述高分子有机物中的ABS树脂、尼龙6、聚碳酸酯、PET、聚丙烯和聚苯乙烯中选择。
另一方面，当实际进行工艺时，高的工艺温度使得难以维持工艺并增加制造成本，因此当满足温度差60℃以上的条件时，优选热变形温度和熔融温度两者都低，并且特别是优选热变形温度低。从这个观点来看，在本发明中，可能优选地从上述高分子有机物中具有100℃以下的热变形温度的ABS树脂、PET和聚苯乙烯选择，并且进一步地，可能最优选地选择具有最低热变形温度的PET。
只要生产或加工成具有适用于本发明提到的工艺的性质，将不特别限于本领域技术人员使用上面未选择的材料作为拉伸膜230。例如，在聚丙烯(PP)膜的情况下，膜性质的分布可能取决于加工方法而有很大变化。例如，尽管使用相同的聚丙烯原材料，当DCP、CPP、SCP等在拉伸强度和伸长率方面表现出显着差异。在PET膜的情况下，性质可能取决于诸如在每个方向上的拉伸率、热定型温度、挤出温度、退火温度等条件而变化。因此，如果除了上述选择的目前认为适用的材料之外，还存在取决于制造条件而适用作为拉伸膜的材料，则不排除使用此类材料作为拉伸膜230的材料。
如图1的(d)所示，可以从基板100去除分离膜210。此时，LED 220固定到拉伸膜230。
在图1的步骤(d)中，如果分离膜210由导电材料构成，则可以在LED 220附接到分离膜210的情况下将分离膜210与基板分离，并且如果分离膜210由绝缘材料构成，则可以在分离膜210附接到基板100的情况下仅将LED 220与基板100分离。在本发明中，就对LED 220的损坏或易于电极形成方面，可能期望用导电材料形成分离膜210。
如图1的(e)所示，拉伸膜230可以被拉伸。当拉伸膜230具有200％至500％的伸长率时，拉伸膜230可以在一个方向上拉伸2至5倍，从而导致LED 220在平面中的4至25倍面积扩展。
在图1的步骤(e)中，可以将拉伸膜230在拉伸状态下进行形状固定，这可以通过将拉伸膜230拉伸超过阈值、向拉伸膜230施加超过阈值的热量等方式来实现。
例如，在PET的情况下，可以将膜预热至例如80℃至100℃，并且可以首先将预热的PET拉伸膜沿纵向方向拉伸至200％至500％。纵向拉伸后的PET拉伸膜可以被冷却，并且然后在130℃至150℃的温度下再次拉伸至200％至500％。拉伸后的PET拉伸膜可以在180℃至250℃下热处理1秒至30秒，并且然后缓慢冷却。在这种情况下，PET拉伸膜可以在拉伸状态下进行形状固定。
如图1的(f)所示，可以去除拉伸膜230的一部分(即顶部)以使LED 220的顶表面暴露。LED 220的顶表面的暴露可以通过将干法蚀刻气体施加到拉伸膜230的顶部(即，干法蚀刻方法)来实现。
如图1的(g)所示，可以在LED 220的顶表面上和分离膜210的底表面上形成电极。
在图1的步骤(g)中，可以将膜型电极(即电极240)层压到LED 220的顶表面和分离膜210的底表面。电极240可以是Cu、Ni、Ag、Au、Co、Cu-Co、Ni-Co、Cu-Mo、Ni/Cu、Ni/Cu-Mo等的导电膜。在这种情况下，多个LED 220可以连接到一对电极并且用于照亮等用途。
在图1的步骤(g)中，在没有分离膜210的情况下，电极240可以分别耦合到LED 220的顶表面和底表面。
虽然以上描述图示了以选择性地去除分离膜的方式对分离膜210进行图案化，但考虑到LED 220的生长特性取决于基板100的选择性划分，分离膜210的图案化也可以以按位置选择性地在分离膜210上形成屏蔽膜(生长阻碍层)的方式来进行。
图2a和图2b是分别图示根据本发明的LED照明装置的第一实施例和第二实施例的截面图。
如图2a所示，第一实施例的LED照明装置可以包括LED 220、拉伸膜230、分离膜210、电极240等。
LED 220是发光层，并且可以具有n型半导体层、有源层、p型半导体层等的堆叠结构。
LED 220是微LED，其可以具有例如10μm×10μm的大小，并且每个LED 220可以间隔开例如20μm至60μm。
拉伸膜230支撑并保持LED 220，并且可以被***并融合到LED 220的间隔空间中。拉伸膜230可以由可拉伸材料(诸如TPU、PET、硅树脂等)形成。拉伸膜230可以是从其原始状态拉伸至200％至500％的变形材料。
分离膜210可以是导电材料的薄膜。分离膜210可以具有0.2nm至1.1nm的厚度。如果分离膜210的厚度小于0.2nm，则其可能难以形成并且当与基板100分离时可能难以剥离。如果分离膜210的厚度大于1.1nm，则当在分离膜210上形成LED 220时，可能难以形成具有与基板100的晶体结构相同的晶体结构的LED 220。
为了薄膜形成、LED 220晶体生长等目的，可能期望分离膜210由石墨烯制成。在这种情况下，分离膜210可以包括厚度在0.2nm至1.1nm范围内的一层至五层石墨烯晶体薄膜，为了LED 220晶体的良好生长，优选一层至两层，在这种情况下，分离膜210可以具有0.2nm至0.4nm的厚度。
电极240是由导电金属构成的膜，其可以是诸如Cu、Ni、Ag、Au、Co、Cu-Co、Ni-Co、Cu-Mo、Ni/Cu、Ni/Cu-Mo等的导电材料。电极240可以整体地(完全地)耦合到多个LED 220的每一侧。
如图2b所示，通过从第一实施例的LED照明装置中去除分离膜210，第二实施例的LED照明装置可以被配置为包括LED 220、拉伸膜230和电极240。
LED 220、拉伸膜230和电极240与上述第一实施例中描述的对应部件相同，因此用上面的相关描述来代替对它们的详细描述。
已经通过几个实施例描述了本发明，这些实施例旨在示例性说明本发明。本领域技术人员将能够以其他形式改变或修改这些实施例。然而，由于本发明的范围由所附权利要求确定，因此这样的改变或修改可以被解释为包含在本发明的权利要求范围内。
[附图标记的描述]
100：基板 210：分离膜
220：LED 230：拉伸膜
240：电极。
Claims (21)
1.一种LED照明装置的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
在基板上形成分离膜；
对所述分离膜进行图案化；
在所述分离膜上形成LED；
将拉伸膜粘合到所述LED的顶表面以及所述LED之间的间隔空间中；
将所述分离膜与所述基板分离；
将所述拉伸膜进行拉伸；
使所述LED的所述顶表面暴露；以及
在所述LED的所述顶表面以及所述分离膜的底表面或所述LED的底表面上形成电极。
2.根据权利要求1所述的LED照明装置的制造方法，其中，在形成所述分离膜的步骤中，
将所述分离膜形成为0.2nm至1.1nm的厚度。
3.根据权利要求2所述的LED照明装置的制造方法，其中，在形成所述分离膜的步骤中，
将石墨烯晶体薄膜堆叠成1至5个层。
4.根据权利要求3所述的LED照明装置的制造方法，其中，形成所述分离膜的步骤包括：
将所述分离膜形成在铜箔上；以及
将所述分离膜转移到所述基板。
5.根据权利要求1所述的LED照明装置的制造方法，其中，在对所述分离膜进行图案化的步骤中，
按位置选择性地去除所述分离膜或者按位置选择性地在所述分离膜上形成屏蔽膜。
6.根据权利要求1所述的LED照明装置的制造方法，其中，将所述拉伸膜粘合到所述LED的所述顶表面以及所述LED之间的所述间隔空间中的步骤包括：
对所述拉伸膜进行热压。
7.根据权利要求1所述的LED照明装置的制造方法，其中，将所述拉伸膜进行拉伸的步骤包括：将所述拉伸膜在拉伸状态下进行形状固定。
8.根据权利要求1所述的LED照明装置的制造方法，其中，使所述LED的所述顶表面暴露的步骤包括：
去除所述拉伸膜的一部分。
9.根据权利要求8所述的LED照明装置的制造方法，其中，去除所述拉伸膜的一部分的步骤包括：
对所述拉伸膜进行干法蚀刻。
10.根据权利要求1所述的LED照明装置的制造方法，其中，在所述LED的所述顶表面以及所述分离膜的所述底表面或所述LED的所述底表面上形成电极的步骤包括：
将导电膜层压到所述LED的所述顶表面以及所述分离膜的所述底表面或所述LED的所述底表面。
11.一种LED照明装置，所述LED照明装置包括：
间隔开布置的多个LED；
在所述LED之间的间隔空间中形成的拉伸膜；以及
层压到所述LED的膜形态的电极。
12.根据权利要求11所述的LED照明装置，其中，所述LED照明装置包括：粘合到所述LED的一侧的分离膜。
13.根据权利要求12所述的LED照明装置，其中，所述分离膜具有0.2nm至1.1nm的厚度。
14.根据权利要求13所述的LED照明装置，其中，所述分离膜具有：将石墨烯晶体薄膜堆叠成1至5个层的结构。
15.根据权利要求11所述的LED照明装置，其中，所述拉伸膜使用：熔融温度与在0.46Mpa的拉伸强度下的热变形温度之间的温度差为40℃以上的高分子有机物。
16.根据权利要求15所述的LED照明装置，其中，所述高分子有机物选自ABS树脂、尼龙6、聚碳酸酯、聚乙烯、HDPE、PET、聚丙烯和聚苯乙烯。
17.根据权利要求11所述的LED照明装置，其中，所述拉伸膜使用：熔融温度与在0.46Mpa的拉伸强度下的热变形温度之间的温度差为60℃以上的高分子有机物。
18.根据权利要求17所述的LED照明装置，其中，所述高分子有机物选自ABS树脂、尼龙6、聚碳酸酯、PET、聚丙烯和聚苯乙烯。
19.根据权利要求11所述的LED照明装置，其中，所述拉伸膜由选自ABS树脂、PET和聚苯乙烯的高分子有机物构成。
20.根据权利要求11所述的LED照明装置，其中，所述拉伸膜由PET构成。
21.根据权利要求11所述的LED照明装置，其中，所述拉伸膜被***并融合到所述LED的所述间隔空间中。
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