一種可提高光利用率的發光二極體的晶片結構以及燈具的製作方法

2023-10-23 18:49:17 4

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種提高光利用率的發光二極體的晶片結構，以及利用該發光二極體製作的燈具。

背景技術：

隨著led的不斷推廣，發光二極體應用在各種各樣的領域；現有的發光二極體，如圖1所示，在襯底1的表面依序沉積n型半導體層2、發光層5以及p型半導體層6；蝕刻部分區域的發光層5和p型半導體層6，形成蝕刻孔並使得部分n型半導體層2外漏，在外漏的n型半導體層2上依次層級n極接觸層3以及n極電極層4；其次，在p型半導體層6上依次沉積p極接觸層7以及p極電極層8；由於p極電極層和n極電極層設置在兩側，在使用時，電流在傳輸過程中，靠近蝕刻孔的地方電流較為密集；電流較大導致發熱量較大，從而增大該區域非輻射複合的機率，降低發光二極體的發光效率。

技術實現要素：

本發明的目的在於解決現有技術中的不足，提供一種可提高光利用率的發光二極體的晶片結構，該發光二極體的光利用率高。

本發明的另一目的在於，提供一種光利用率高的燈具。

本發明採用的技術方案為：

一種可提高光利用率的發光二極體的晶片結構，包括襯底，襯底上方依次沉積有n型半導體層和發光層，所述發光層的中部蝕刻有環形槽並使得n型半導體的部分外露，形成外漏部；n型半導體的外露部依次沉積有n極接觸層和n極電極層；位於環形槽外的發光層表面依次沉積有p型半導體層和p極接觸層，p極接觸層表面沉積有環形的p極電極層。

優選地，環形槽的半徑為襯底半徑的1/3~1/2。

再進一步地，環形槽的橫截面呈倒錐形。錐角優選為60度。

優選地，環形槽的兩側設有n型絕緣層。

燈具，包括：

光源；光源包括pcb板，pcb板設有至少一個上述的發光二極體；優選設有4個以上且呈正多邊形分布；

底座，其中部設有用於安裝光源的燈座；

用於盛裝透明介質且透明的容器，容器的上端開口，容器的下端呈環形設置且中部形成有用於容置光源的容置空間；且容器的內側壁為能夠根據內部壓強調整伸縮的柔性壁；

蓋體，與容器的上端密封連接，且蓋體可相對容器上下移動。

本技術方案中，將容器作為透鏡和燈罩的結合體，且容器在使用時，可通過調整蓋體在容器的位置，從而調整容器內部壓強，進而改變內側壁的形狀，從而達到調整光線的效果。

優選地，所述蓋體的內底面向容器方向延伸出內筒，內筒套於容器外部或內部；且內筒與容器的接觸面設有密封膠圈；蓋體的下端與容器螺紋連接。

蓋體通過內筒與容器套接，在連接時，通過密封膠圈進行密封；同時蓋體的下端與容器螺紋連接，方便調整蓋體相對容器的位置。

優選地，所述內筒套於容器內，內筒的下端連接有封蓋，封蓋設有網孔。

設置封蓋後，內筒內部可盛裝物品；如當需要放置調劑，如茶葉、羅漢果等。同時不會對容器造成影響。

優選地，容器的下端連接有至少一個閥門。

目前很多容器在加熱水後，都需要傾倒出來，設置閥門後，無需傾倒；直接打開閥門即可使用。

優選地，容器的下端連接有至少一個水龍頭。

進一步地，底座的上端設有與容器下端相配合的環形圍欄。

當容器放置於底座上時，環形圍欄套於容器外部並與容器的外側面間隙配合。

進一步地，蓋體的上端設有用於控制內筒空間與外部連通的氣閥。

設置氣閥，可以方便調整容器內部壓強。

再進一步地，蓋體的上端設有進水孔，進水孔設有堵頭。

設置進水孔後，可以直接通過蓋體向容器加水。加完水後用堵頭將進水孔密封。

進一步地，容器的外側面設有提手，提手與容器吸附連接。

提手與容器通過吸附連接，這樣提手在不使用時，可以從容器上拆卸。不影響燈具使用。

進一步地，容器的外側面設有防滑紋。

優選地，容器外側面呈管狀；在外側面設有防滑紋，以方便手搬運容器。

進一步地，pcb板設有用於控制燈具工作的恆流電路，其包括：

整流電路，用於將市電轉為直流電；

pfc電路；pfc電路與整流電路的輸出端信號連接；

負載輸出電路；

電源電路；

變壓器t1；pfc電路通過變壓器t1分別與負載輸出電路、電源電路耦合；

電源電路連接有光耦n3的發光器，光耦n3的受光器設置於pfc電路中，電源電路通過光耦n3向pfc電路輸出反饋信號；

還包括：線性恆流調節電路和電壓控制電路，所述線性恆流調節電路設有功率調節管q6，功率調節管q6的輸入端與負載輸出電路連接，功率調節管q6的輸出端通過電阻r54接地；電壓控制電路設有兩個參考輸入端，其中一個參考輸入端與2.5v電源信號連接，另一個參考輸入端連接有第一分壓電路，第一分壓電路與線性恆流調節電路並聯；電壓控制電路的輸出端與發光器的輸出端信號連接。

進一步地，所述線性恆流控制電路包括運算放大器q200，運算放大器的同相輸入端連接有第二分壓電路，第二分壓電路為運算器提供參考電壓v1，運算放大器的反相輸入端通過電阻r53與功率調節管q6的輸出端信號連接，運算放大器q200的輸出端通過電阻r63與功率調節q6的控制端信號連接，運算放大器q200的輸出端通過電阻r62、電容c12與反相輸入端信號連接；運算放大器q200的反相輸入端採集功率調節管q6的輸出端電壓v2，運算放大器q200向功率調節管q6發出一個運算信號，功率調節管q6根據運算信號調節輸出端的輸出電流。

進一步地，功率調節管為n型mos管，功率調節管q6的d極為輸入端並與負載輸出電路連接，s極為輸出端並通過電阻r54接地，g極為控制端，g極通過電阻r57與s極信號連接；s極通過電阻r53與運算放大器q200的反相輸入端信號連接，運算放大器q200的反相輸入端通過電容c34接地。

第一分壓電路包括串聯的電阻r27和電阻r28，第二分壓電路包括串聯的電阻r29和電阻r24；所述電壓控制電路的另一個參考輸入端與第一分壓電路的中間連接端信號連接，用於獲取線性恆流調節電路的壓降。第二分壓電路的一端與2.5v電源信號連接，另一端接地。

進一步地，電源電路設有電源vcc和上述2.5v電源對外輸出；電壓控制電路包括運算放大器q100，運算放大器q100的反相輸入端為所述電壓控制電路的另一個參考輸入端，運算放大器q100的正相輸入端為所述電壓控制電路的其中一個參考輸入端；運算放大器的反相輸入端依次通過電阻r22、電容c6與運算放大器q100的輸出端信號連接；運算放大器的正相輸入端與2.5v電源連接，電源vcc依次通過電阻r20、電阻r21與運算放大器q100的輸出端信號連接，其中光耦n3的發光器與電子r21並聯。

進一步地，所述負載輸出電路包括濾波電路，濾波電路與變壓器t1的一個副線圈信號連接。

進一步地，所述第一分壓電路的中間連接端連接有穩壓管zd2，且與穩壓管zd2的正極連接，穩壓管zd2的負極與濾波電路的輸出端連接。

進一步地，還包括emc電路。emc電路與市電連接，且輸出端與整流電路連接。

本發明取得的有益效果：1、通過設置環形槽，使得n極電極層與p極電極層相對的面積增大，避免電流集中，影響到發光效率。2、容器可以改變形狀，調節光路，提高光利用率。

附圖說明

圖1為發光二極體現有技術。

圖2為本發明的發光二極體的一種剖視結構示意圖。

圖3為本發明的發光二極體的正視結構示意圖。

圖4為本發明的燈具結構分解示意圖。

圖5為本發明的恆流電路示意圖。

附圖標記：

1——emc電路；2——pfc電路；3——電壓控制電路；4——電源電路；5——第二分壓電路；6——第一分壓電路；7——線性恆流調節電路；8——濾波電路；10——蓋體；11——內筒；20——容器；21——開口；22——內側壁；40——燈具；30——底座；31——上表面；32——燈座；101——襯底；102——n型半導體層；103——n極接觸層；104——n極電極層；105——發光層；106——p型半導體層；107——p極接觸層；108——p極電極層。

具體實施方式

實施例1：參見圖2、圖3。一種可提高光利用率的發光二極體的晶片結構，包括襯底1，襯底1上方依次沉積有n型半導體層2和發光層105，所述發光層105的中部蝕刻有環形槽並使得n型半導體層2的部分外露，形成外漏部；n型半導體的外露部依次沉積有n極接觸層103和n極電極層104；位於環形槽外的發光層105表面依次沉積有p型半導體層106和p極接觸層107，p極接觸層107表面沉積有環形的p極電極層108。

本技術方案中，採用環形的電極層；使用時，電流在環形的時刻孔較為密集，然而由於環形的蝕刻孔面積較大，從而可以避免局部區域電流過大，影響到發光效率。同時，可以根據實際情況，調整蝕刻孔的半徑。

再進一步地，環形槽的橫截面呈倒錐形。

呈倒錐形可有效將n極電極層104和p型半導體層106、有源層隔開。

優選地，環形槽的兩側設有n型絕緣層。

設置n型絕緣層，防止n極電極層104和p型半導體層106、有源層導通。

實施例2：燈具40，包括：

光源；光源包括pcb板，pcb板設有至少一個上述的發光二極體；

底座30，其上表面31中部設有用於安裝光源的燈座32；

用於盛裝透明介質且透明的容器20，容器20的上端開口21，容器20的下端呈環形設置且中部形成有用於容置光源的容置空間；且容器20的內側壁22為能夠根據內部壓強調整伸縮的柔性壁；容器20放置於底座30；

蓋體10，與容器20的上端密封連接，且蓋體10可相對容器20上下移動。優選的，蓋體10設有氣閥。

當時有燈具40時，此時的燈具40可以只有：電路板和led燈珠；外側的容器20可相當於燈罩以及透鏡。對內部的led燈珠進行保護，並改變光路。

當需要照明時，將容器20從底座30上取出，並在燈座32上安裝光源，然後再裝回容器20；燈具40發光後，光線透過容器20照射出來；由於光線穿過容器20，光線強度被消弱，光線變得柔和；因此無需安裝燈罩之類。當需要改變光線照射方向時，可通過調節蓋體10相對容器20的位置，蓋體10在相對容器20上下移動時，改變容器20上方的氣壓，同時也改變了容器20內部的水壓，容器20的內側壁22為柔性壁，在水壓改變時，其形狀會發生改變；如當蓋體10相對容器20向上移動時，水壓減小，內側壁22向內逐漸凹進，可以由外凸形狀變為內凹形狀；同理，蓋體10相對於容器20向下移動時，內側壁22可以有內凹形狀變為外凸形狀；內側壁22的形狀改變，改變了光線的入射角度，改變了光路，對容器20的發散或聚光角度進行了調節。改變方式簡單，容易操作；如通過改變增加在蓋體10上的重物重量；或者蓋體10的下端與容器20螺紋連接等。

優選地，所述蓋體的內底面向容器20方向延伸出內筒11，內筒11套於容器20外部或內部；且內筒11與容器20的接觸面設有密封膠圈；蓋體的下端與容器20螺紋連接。

蓋體通過內筒11與容器20套接，在連接時，通過密封膠圈進行密封；同時蓋體的下端與容器20螺紋連接，方便調整蓋體相對容器20的位置。

優選地，所述內筒11套於容器20內，內筒11的下端連接有封蓋，封蓋設有網孔。

設置封蓋後，內筒11內部可盛裝物品；如當需要放置調劑，如茶葉、羅漢果等。同時不會對容器20造成影響。

優選地，容器20的下端連接有至少一個閥門。

目前很多容器20在加熱水後，都需要傾倒出來，設置閥門後，無需傾倒；直接打開閥門即可使用。

優選地，容器20的下端連接有至少一個水龍頭。

進一步地，底座30的上端設有與容器20下端相配合的環形圍欄。

當容器20放置於底座30上時，環形圍欄套於容器20外部並與容器20的外側面間隙配合。

進一步地，蓋體的上端設有用於控制內筒11空間與外部連通的氣閥。

設置氣閥，可以方便調整容器20內部壓強。

再進一步地，蓋體的上端設有進水孔，進水孔設有堵頭。

設置進水孔後，可以直接通過蓋體向容器20加水。加完水後用堵頭將進水孔密封。

進一步地，容器20的外側面設有提手，提手與容器20吸附連接。

提手與容器20通過吸附連接，這樣提手在不使用時，可以從容器20上拆卸。不影響燈具40使用。

進一步地，容器20的外側面設有防滑紋。

優選地，容器20外側面呈管狀；在外側面設有防滑紋，以方便手搬運容器20。

進一步地，pcb板設有用於控制燈具40工作的恆流電路，包括：

整流電路，用於將市電轉為直流電；

pfc電路2；pfc電路2與整流電路的輸出端信號連接；

負載輸出電路；

電源電路4；

變壓器t1；pfc電路2通過變壓器t1分別與負載輸出電路、電源電路4耦合；

電源電路4連接有光耦n3的發光器，光耦n3的受光器設置於pfc電路2中，電源電路4通過光耦n3向pfc電路2輸出反饋信號；

還包括：線性恆流調節電路7和電壓控制電路3，所述線性恆流調節電路7設有功率調節管q6，功率調節管q6的輸入端與負載輸出電路連接，功率調節管q6的輸出端通過電阻r54接地；電壓控制電路3設有兩個參考輸入端，其中一個參考輸入端與2.5v電源信號連接，另一個參考輸入端連接有第一分壓電路6，第一分壓電路6與線性恆流調節電路7並聯；電壓控制電路3的輸出端與發光器的輸出端信號連接。

本技術方案工作時，pfc電路2通過變壓器t1與負載輸出電路、電源電路4耦合，負載輸出電路的輸入端與變壓器的一個副邊線圈連接，pfc電路2通過光耦的反饋，對負載輸出電路輸出合適的電壓源，以保障負載輸出電路中的led正常工作；線性恆流調節電路7用於調節負載輸出電路的電流，以消除電路中的紋波；電壓控制電路3通過採樣線性恆流調節電路7的壓降，與pfc電路2配合控制負載輸出電壓以及線性恆流調節電路7的壓降，使得線性恆流調節電路7的壓降最小，這樣可以提高負載的工作效率；這裡的負載主要包括led以及線性恆流調節電路7，而線性恆流調節電路7主要由功率調節管q6來決定；而功率調節管q6的飽和壓降非常小，從而達到提高將線性恆流調節電路7的壓降調製最小，達到提高負載的工作效率。

進一步地，所述線性恆流控制電路包括運算放大器q200，運算放大器的同相輸入端連接有第二分壓電路5，第二分壓電路5為運算器提供參考電壓v1，運算放大器的反相輸入端通過電阻r53與功率調節管q6的輸出端信號連接，運算放大器q200的輸出端通過電阻r63與功率調節q6的控制端信號連接，運算放大器q200的輸出端通過電阻r62、電容c12與反相輸入端信號連接；運算放大器q200的反相輸入端採集功率調節管q6的輸出端電壓v2，根據v1和v2，運算放大器q200向功率調節管q6發出一個運算信號，功率調節管q6根據運算信號調節輸出端的輸出電流，由於功率調節管q6通過電阻r54接地，輸出電流大小影響到運算放大器q200的反相輸入端採集的功率調節管q6的輸出端電壓v2，從而達到恆流輸出。

進一步地，功率調節管為n型mos管。當然也可以採用三極體。

具體地，如圖1所示，線性恆流控制電路中，功率調節管q6的d極為輸入端並與負載輸出電路連接，s極為輸出端並通過電阻r54接地，g極為控制端，g極通過電阻r57與s極信號連接；s極通過電阻r53與運算放大器q200的反相輸入端信號連接，運算放大器q200的反相輸入端通過電容c34接地。

第一分壓電路6包括串聯的電阻r27和電阻r28，第二分壓電路5包括串聯的電阻r29和電阻r24；所述電壓控制電路3的另一個參考輸入端與第一分壓電路6的中間連接端信號連接，用於獲取線性恆流調節電路7的壓降。第二分壓電路5的一端與2.5v電源信號連接，另一端接地。

進一步地，電源電路4設有電源vcc和2.5v電源對外輸出；電壓控制電路3包括運算放大器q100，運算放大器q100的反相輸入端為所述電壓控制電路3的另一個參考輸入端，運算放大器q100的正相輸入端為所述電壓控制電路3的其中一個參考輸入端；運算放大器的反相輸入端依次通過電阻r22、電容c6與運算放大器q100的輸出端信號連接；運算放大器的正相輸入端與2.5v電源連接，電源vcc依次通過電阻r20、電阻r21與運算放大器q100的輸出端信號連接，其中光耦n3的發光器與電子r21並聯。

進一步地，所述負載輸出電路包括濾波電路8，濾波電路8與變壓器t1的一個副線圈信號連接。

具體地，濾波電路8包括串聯的電阻r25、電容c8以及二極體d1和電容c3；二極體d1與電阻r25、電容c8並聯，電容c3的一端與二極體d1的輸出端連接，另一端與副線圈的輸入端連接。

進一步地，所述第一分壓電路6的中間連接端連接有穩壓管zd2，且與穩壓管zd2的正極連接，穩壓管zd2的負極與濾波電路8的輸出端連接。

設置穩壓管zd2，可以防止線性恆流調節電路7因故障出現壓降過大；當壓降過大時，穩壓管zd2兩端的電壓可超過其穩定電壓，被擊穿。電壓控制電路3的運算放大器100的反相輸入端信號增強，從而調節流經光耦n3的發光器電流減小，pfc電路2對輸出耦合進行調節，停止對外輸出。

進一步地，還包括emc電路1。emc電路1與市電連接，且輸出端與整流電路連接。

emc電路1可以消除電磁幹擾，增強電路穩定性。

恆流電路在輸出電路中設計紋波消除電路將紋波消除，其次，設計限制電路對紋波消除電路的壓降進行控制，使得pfc電路2的輸出無紋波且效率高。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。