一种紫外发光二极管封装结构、制作方法及杀菌装置与流程

本发明属于发光二极管技术领域，更具体地说，是涉及一种紫外发光二极管封装结构、制作方法及杀菌装置。

背景技术

紫外发光二极管(uv-led)根据波长可分为近紫外(uva，其波段为315nm-400nm)、中波紫外(uvb，其波段为280nm-315nm)以及深紫外(uvc其波段为100nm-280nm)。uva主要用于光固化，uvb主要用于皮肤病治疗，uvc主要用于杀菌消毒。紫外线杀菌消毒是利用适当波长的紫外线破坏微生物机体细胞中的dna(脱氧核糖核酸)或rna(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。一般微生物个体越大或者体内的dna或rna的数量越多，对紫外线的敏感性越低，灭活程度就越小。通过紫外线产生的光化学反应，病菌、病毒、抗菌素和有机微污染物等能被降解到有机碳的可测范围以下，并且细菌、病毒等微生物对紫外光具有不可抗性。紫外线可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽胞、分支杆菌、病毒、真菌、立克次体和支原体等。然而，不同的菌种对紫外光的波长选择性及强度的耐受性不同，传统的单波长led即使强度可调也无法达到广谱杀菌的效果。

紫外杀菌消毒主要使用的紫外线波段是uvc，杀菌作用最强的波段是250nm-270nm。而uvc输出强度是衡量紫外光杀菌消毒的主要参数，以城市污水消毒为例，一般平均照射剂量在300j/m2以上，低于此值，有可能出现光复活现象，即病菌不能被彻底杀死，接受可见光照射后又重新复活，降低了杀菌效果。通常杀菌效率要求越高，所需的照射剂量越大。目前的uvc-led芯片普遍效率比较低，杀菌效果较差。

影响微生物接受到足够紫外光照射剂量的另一个主要因素是照射面的均匀性，当uvc输出强度和照射时间一定时，均匀性较低将会造成个别表面微生物实际接受剂量不足，其他接受面可能又强度过剩，从而整体杀菌效果不佳。传统方法是透过二次光学透镜的方法使得耦合出来的光线变均匀，但同时因为透镜的透光率问题以及长期老化等会导致一定的光损失。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种紫外发光二极管封装结构，以解决现有技术中存在的无法广谱杀菌、杀菌效率低、杀菌效果差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种紫外发光二极管封装结构，包括基板、阵列分布于所述基板上的多个紫外发光二极管、设于所述基板上且与所述紫外发光二极管电连接的驱动芯片、以及覆盖于所述紫外发光二极管和所述驱动芯片上的阵列保护层，各个所述紫外发光二极管的波长均在100nm至400nm之间。

进一步地，所述紫外发光二极管包括依次层叠设置的n型电极键合层、n型电流扩散层、有源发光单元、p型电流扩散层单元及p型电极键合层，所述p型电极键合层与所述驱动芯片电连接，所述n型电极键合层接地。

进一步地，所述阵列保护层和所述n型电极键合层之间还设有与所述n形电极键合层导电的导电层，所述导电层和所述p型电极键合层之间还设有用于防止短路的绝缘层。

进一步地，所述基座内设有用于驱动所述紫外发光二极管的数据驱动器和扫描驱动器、电源端、以及接地端，所述数据驱动器、所述扫描驱动器、所述电源端以及所述接地端均与所述驱动芯片电连接。

进一步地，所述阵列保护层由高分子基材料和无机材料组成，所述高分子基材料为硅胶、硅树脂或者环氧树脂，所述无机材料为氧化铝、氮化铝或者二氧化硅。

本发明还提供一种紫外发光二极管封装结构的制作方法，包括以下步骤：

s10：制作用于承载和驱动紫外发光二极管的基板；

s20：制作紫外发光二极管；

s30：将各个紫外发光二极管采用静电吸附、范德华力吸附或磁力吸附的方式巨量依次转移至基板相应的位置并贴合于基板上，形成紫外发光二极管阵列；

s40：采用预成型工艺制作阵列保护层并采用表面贴装工艺完成对紫外发光二极管阵列的密封。

进一步地，步骤s20包括以下步骤：

s201：在外延衬底层上依次形成n型缓冲层、n型电流扩散层、有源发光层以及p型电流扩散层；

s202：通过刻蚀部分p型电流扩散层及有源发光层，使对应地部分n型电流扩散层露出，并使p型电流扩散层形成多个p型电流扩散层单元、使有源发光层形成多个有源发光层单元；

s203：在各个p形电流扩散层单元的表面制作p形电极键合层，然后在p形电极键合层及n型电流扩散层的表面制作牺牲层，并在p形电极键合层表面的牺牲层上开设通孔；

s204：在牺牲层的表面依次形成转移固定层和转移衬底层，并将外延衬底层、n形缓冲层剥落，使n形电流扩散层露出，在n形电流扩散层上生长形成n型电极键合层。

本发明还提供一种杀菌装置，包括上述的紫外发光二极管封装结构。

进一步地，还包括用于控制所述紫外发光二极管亮度和开关的控制系统，所述控制系统与所述驱动芯片电连接。

进一步地，所述控制系统包括中央处理器、为所述中央处理器提供电力的电源、接收外界指令的控制芯片及传感器、接收所述中央处理器指令的数据接收器及阵列驱动器，所述阵列驱动器与所述驱动芯片电连接。

本发明提供的紫外发光二极管封装结构及杀菌装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明紫外发光二极管封装结构通过在基板上阵列分布多个紫外发光二极管，提升了被照射面照度的均匀性，保证被照射面各个部位接收充足剂量的照射，且各个紫外发光二极管的波长均在100nm至400nm之间，可根据需要灭活的菌种选择不同波长的紫外发光二极管，使用波长搭配达到最佳灭菌效果，此外，基板上设置多个紫外发光二极管，可减小单个紫外发光二极管的电流密度，在较小电流的驱动下，其量子效率较高，可在获得高功率的同时实现高光效，增强杀菌效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的紫外发光二极管封装结构的结构图；

图2为本发明实施例提供的紫外发光二极管封装结构的单像素结构图；

图3为本发明实施例提供的紫外发光二极管的结构图；

图4为本发明实施例提供的有源发光层单元的结构图；

图5为本发明实施例提供的紫外发光二极管封装结构的制作工艺流程图；

图6为本发明实施例一提供的杀菌装置的结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的杀菌装置的功能示意图；

图8为本发明实施例三提供的杀菌装置的功能示意图；

图9为本发明实施例四提供的杀菌装置的结构示意图；

图10为本发明实施例五提供的杀菌装置的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的控制系统的功能示意图。

其中，图中各附图标记：

1-紫外发光二极管封装结构；11-紫外发光二极管；111-n型电极键合层；112-n型电流扩散层；113-有源发光层单元；1130-有源发光层；1131-n型包层；1132-多层量子阱；1133-p型包层；114-p型电流扩散层单元；1140-p型电流扩散层；115-p型电极键合层；12-驱动芯片；13-基板；14-阵列保护层；15-驱动管；16-导电层；17-地线导电电极；18-绝缘层；201-外延衬底层；202-n型缓冲层；204-平台间沟槽；205-牺牲层；206-通孔；207-转移固定层；208-转移衬底层；300-杀菌灯具；301-外壳；302-接头；303-保护罩；304-电源板；400-具有空气净化功能的空调器；500-具有杀菌保鲜功能的冰箱；600-水冷型紫外消毒杀菌模组；601-水冷模组壳体；602-入水口；603-出水口；604-电气连接头；700-紫外消毒杀菌模组；701-中空壳体；702-风扇；703-滤网；8-控制系统。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，现对本发明提供的紫外发光二极管封装结构1进行说明。该紫外发光二极管封装结构1，包括基板13以及阵列于基板13上的多个紫外发光二极管11，基板13上还设有用于驱动各个紫外发光二极管11的驱动芯片12，紫外发光二极管11及驱动芯片12上还设有阵列保护层14，阵列保护层14用于保护基板13上的器件，阵列保护层14可为防紫外线硅胶或者石英玻璃等。多个紫外发光二极管11排列形成紫外发光二极管11阵列，可以根据要求将其定制切割成不同尺寸、不同功率、不同波长，并组合满足不同的应用需要。紫外发光二极管11阵列为m×n阵列，m为行数，n为列数，m和n均为大于或者等于1的自然数。紫外发光二极管11的尺寸在1μm×1μm至100μm×100μm之间。在一些特定应用时，也可使用较大尺寸的芯片，例如200μm×200μm或者300μm×300μm等尺寸。各个紫外发光二极管11的波长均在100nm至400nm之间，各个紫外发光二极管11的波长可相同，也可不相同。波长相同时，可针对单一菌种进行有效杀菌，波长不相同时，可杀灭各种类别的细菌，实现广谱杀菌。其中，波长不相同是指紫外发光二极管11至少具有两种或两种以上的波长。

本发明提供的紫外发光二极管封装结构1，与现有技术相比，本发明紫外发光二极管封装结构1，本发明紫外发光二极管封装结构1通过在基板13上阵列分布多个紫外发光二极管11，提升了被照射面照度的均匀性，保证被照射面各个部位接收充足剂量的照射，且各个紫外发光二极管11的波长均在100nm至400nm之间，可根据需要灭活的菌种选择不同波长的紫外发光二极管11，使用波长搭配达到最佳灭菌效果，此外，基板13上设置多个紫外发光二极管11，可减小单个紫外发光二极管11的电流密度，在较小电流的驱动下，其量子效率较高，可在获得高功率的同时实现高光效，增强杀菌效果。

请参阅图3及图4，作为本发明提供的紫外发光二极管封装结构1的一种具体实施方式，紫外发光二极管11包括依次层叠设置的n型电极键合层111、n型电流扩散层112、有源发光单元、p型电流扩散层单元114及p型电极键合层115，p型电极键合层115与驱动芯片12电连接，n型电极键合层111接地。n型电极键合层111可为但不限于ni/au,，cr/au或其合金等，其厚度可选为5nm-10nm，或者40nm-100nm。n型电流扩散层112可为si掺杂的n型algan/alingan或其结合，起厚度可选为1μm至2μm。可选地，有源发光层单元113包括n型包层1131、多层量子阱1132以及p型包层1133，其中，n型包层1131设于n型电流扩散层112和多层量子阱1132之间，p型包层1133设于多层量子阱1132和p型电流扩散层单元114之间。多层量子阱1132由alx1gay1n(well)/alx2gay2n(barrier)组成，其中x1+y1＝x2+y2＝1，x1在0.45至0.85之间，x2在0.65至0.90之间，多层量子阱1132也可由inx1gay1n(well)/inx2gay2n(barrier)、alx1iny1ga1-x1-y1n(well)/alx2iny2ga1-x2-y2n(barrier)组成,在特定情况下，为提升晶体生长质量，well和barrier之间也可加入薄层介质层，如sin等。多层量子阱1132为单层well或者barrier叠加，可含1至10个单层量子阱结构，其厚度可选为10nm-100nm。n型包层1131较量子阱层具有更高的禁带宽度，多为n型掺杂(si掺杂)的alx1gay1n或inx1gay1n或alx1iny1ga1-x1-y1n,其作为空穴阻挡层，厚度可选为5nm至20nm；p型包层1133较量子阱层具有更高的禁带宽度，多为p型掺杂或mg掺杂的alx2gay2n或inx2gay2n或alx2iny2ga1-x2-y2n，其作为电子阻挡层,厚度可选为5nm至20nm。p型电流扩散层单元114可选为为mg掺杂的p型algan/gan结合或alingan/ingan结合，厚度可选为10nm至50nm。p电极键合层可为但不仅限于ni/au,，cr/au或其合金等，厚度可选为5nm至10nm，或者40nm至100nm。以上叠层结构生长均采用典型半导体成膜工艺完成。

请参阅图2，作为本发明提供的紫外发光二极管封装结构1的一种具体实施方式，阵列保护层14和n型电极键合层111之间还设有与n形电极键合层导电的导电层16，导电层16和p型电极键合层115之间还设有用于防止短路的绝缘层18。在紫外发光二极管11像素结构中，导电层16用于电连接n型电极键合层111和地线导线电极，将n型电极键合层111接地。绝缘层18用于隔离n型电极键合层111和p型电极键合层115，防止短路。紫外发光二极管11贴设于基板13上，基板13内部设有驱动管15，驱动管15与p型电极键合层115(紫外发光二极管11正极)电连接，n型电极键合层111(紫外发光二极管11负极)通过导电层16与地线导电电极17电连接。地线导电电极17为金属材料，该金属材料可为au、ag、cu、ni、w、ti中的一种或多种组合。驱动管15可以为a-si或poly-si有源阵列的驱动管15，ntype或ptype均可,顶栅或底栅结构均可。a-si或poly-si有源阵列可以包含一个或多个驱动管15，一个或多个电容，一个或多个开关管，可根据应用需求灵活设计。

请继续参阅图2，作为本发明提供的紫外发光二极管封装结构1的一种具体实施方式，基座内设有用于驱动所述紫外发光二极管11的数据驱动器和扫描驱动器、电源端、以及接地端，数据驱动器、扫描驱动器、电源端以及接地端均与驱动芯片12电连接。基座可为薄膜晶体显示板(tft-displaysubstrate)，数据驱动器及扫描驱动器的设置可精确控制每一个紫外发光二极管11的开关和亮度。数据驱动器和扫描驱动器可集成于驱动管15中，电源端与驱动管15电连接，接地端与地线导电电极17电连接。

请参阅图1，作为本发明提供的紫外发光二极管封装结构1的一种具体实施方式，阵列保护层14由高分子基材料和无机材料组成，高分子基材料为硅胶、硅树脂或者环氧树脂，无机材料为氧化铝、氮化铝或者二氧化硅，阵列保护层14用于保护基座上的电路、紫外发光二极管11以及电连接线等，满足发光或者显示区域的透光需求。

请参阅图5，现对本发明提供的紫外发光二极管封装结构1的制作方法进行说明。该制作方法包括以下步骤：

s10：制作用于承载和驱动紫外发光二极管11的基板13；

s20：制作紫外发光二极管11；

s30：将各个紫外发光二极管11采用静电吸附、范德华力吸附或磁力吸附的方式巨量依次转移至基板13相应的位置并贴合于基板13上，形成紫外发光二极管1111阵列；

s40：采用预成型工艺制作阵列保护层14并采用表面贴装工艺完成对紫外发光二极管11阵列的密封。

在s20中，可同时制作多个紫外发光二极管11，制作完成后再通过步骤s30实现对紫外发光二极管11的单个依次转移。

更进一步地，s20包括以下步骤：

s201：在外延衬底层201上依次形成n型缓冲层202、n型电流扩散层112、有源发光层1130以及p型电流扩散层1140；

s202：通过刻蚀部分p型电流扩散层1140及有源发光层1130，使对应地部分n型电流扩散层112露出，并使p型电流扩散层1140形成多个p型电流扩散层单元114、使有源发光层1130形成多个有源发光层单元113；

s203：在各个p形电流扩散层单元的表面制作p形电极键合层，然后在p形电极键合层及n型电流扩散层112的表面制作牺牲层205，并在p形电极键合层表面的牺牲层205上开设通孔206；

s204：在牺牲层205的表面依次形成转移固定层207和转移衬底层208，并将外延衬底层201、n形缓冲层剥落，使n形电流扩散层露出，在n形电流扩散层上生长形成n型电极键合层111。

其中，外延衬底层201通常为sapphire，si，sic,gan等；n型缓冲层202为主要工艺，因为n型缓冲层202的材料选择及生长质量直接影响后续功能层，特别是有源发光层1130的发光效率，通常为低压mocvd中高温缓慢生长多层aln或gan，厚度可选为1μm至2um。n型电流扩散层112、有源发光层1130、p型电流扩散层1140均通过mocvd工艺有序生长，然后通过icp-rie等半导体刻蚀工艺直至漏出部分n型电流扩散层112，形成微型台地结构(包括p型电流扩散层单元114和有源发光层单元113)及平台间沟槽204，在p型电流扩散层单元114的上表面制作p型电极键合层115，在p型键合层上表面制作牺牲层205，牺牲层205材料可为sio2或sinx；再接着在所述p型电极键合层115上表面的绝缘层18上开设通孔206，通孔206尺寸参数设计与后续转移及绑定工艺相关；微型台地结构通过转移固定层207转移至转移衬底层208，转移固定层207可为粘合剂(如bcb苯并环丁烯或epoxy环氧树脂等材料)，转移衬底层208的材料可为pdms或pi等。外延衬底层201及n型缓冲层202可通过激光剥离、刻蚀或研磨工艺被剥离掉直至露出部分n型电流扩散层112，接着在n型电流扩散层112上面生长n型电极键合层111，至此形成紫外发光二极管11阵列。

请参阅图6至图10，本发明还提供一种杀菌装置，包括上述任一实施例中的紫外发光二极管封装结构1。

具体地，请参阅图6，为本发明实施例一的一种杀菌装置，即杀菌灯具300。该杀菌灯具300包括外壳301、设于外壳301内的电源板304、以及与电源板304电连接的紫外发光二极管11或者紫外发光二极管封装结构1。紫外发光二极管封装结构1一侧还设有保护罩303，保护罩303可由石英玻璃制成，用于保护外壳301内部的元件免受损坏还具有供紫外光出射的窗口。外壳301的两端均具有接头301，该接头301可与外部灯具插座连接导通，为电源板304提供电力。该杀菌灯具300主要通过照射物体表面进行杀菌，可以广泛应用于医院、幼儿园等公共场所，也可根据使用功率的不同做小型化处理，从而可以用于对小件个人物品，如皮包、手机、个人饰品等表面消毒杀菌处理。

请参阅图7，为本发明实施例二的一种杀菌装置，即具有空气净化功能的空调器400。该空调器400包括进风口和出风口、依次设于进风口和出风口之间的过滤层、负离子空气净化系统和紫外线净化系统、用于实时监测室内尘埃量的尘埃感应器、用于实时监测室内温度和室内湿度的温湿度感应器、具有加湿和除湿功能的湿度调节装置、以及设于该空调器正面的触摸显示屏、供电系统以及控制系统8。紫外线净化系统可为一个或多个紫外发光二极管11，或者紫外发光二极管封装结构1。紫外线净化系统可以根据不同空调器的壳体设计形状、安装位置、及使用功率设定。

请参阅图8，为本发明实施例三的一种杀菌装置，即具有杀菌保鲜功能的冰箱500。该冰箱500包括冰箱主体、压控开关、计时装置、控制系统8以及消毒杀菌模块。控制系统8用于控制uv-led消毒杀菌模块的开关以及使用时间。消毒杀菌模块可为一个或多个紫外发光二极管11，或者紫外发光二极管封装结构1。消毒杀菌模块可以根据冰箱内部空间、设计形状、安装位置及使用功率设定。

请参阅图9，为本发明实施例四的一种杀菌装置，即水冷型紫外消毒杀菌模组600，其包括水冷模组壳体601，水冷模组壳体601上开设有入水口602和出水口603，壳体上还设有可与外部电源电连接的电气连接头604，水冷模组壳体601内部设有与电气连接头604电连接的控制系统8，水冷模组壳体601内部还设有一个或多个紫外发光二极管11，或者紫外发光二极管封装结构1。该水冷型紫外消毒杀菌模组600可应用于净水设备、游泳池、污水处理系统、医疗用水消毒等相关设备中进行消毒杀菌，以降低疾病传播的风险。通常这类模组的使用功率较大，因此使用水冷降低紫外发光二极管11的温度，保证其寿命及长期可靠性。使用过程中，为了避免与人眼及皮肤的接触，紫外发光二极管11多密封于壳体内，因应个别场合使用需要(如水处理)，也可外露使用。

请参阅图10，为本发明实施例五的一种杀菌装置，即紫外消毒杀菌模组700，其包括中空壳体701、风扇702、控制系统8、滤网703等，还包括一个或多个紫外发光二极管11，或者紫外发光二极管封装结构1。风扇702、控制系统8、紫外发光二极管封装结构1、滤网703依次固定于中空壳体701内，风扇702、紫外发光二极管封装结构1与控制系统8的输入端连接，其输出端预留引线与外部电源连接，电源接通后控制系统8驱动风扇702及紫外发光二极管封装结构1工作。该杀菌模组可应用于衣柜鞋柜杀菌去除异味、车内空气净化及消除异味，家用空气净化器，厨卫设备及家用消毒柜等相关设备中，对所处空间的空气进行循环杀菌处理，减少细菌病毒的传播及扩散。使用过程中，为了避免与人眼及皮肤的接触，紫外发光二极管11多密封于壳体内，因应个别场合使用需要(如水处理)，也可外露使用。

请参阅图11，作为本发明提供的杀菌装置的一种具体实施方式，其控制系统8包括中央处理器、为所述中央处理器提供电力的电源、接收外界指令的控制芯片及传感器、接收中央处理器指令的数据接收器及阵列驱动器，阵列驱动器与驱动芯片12电连接。该控制系统8还可包括用于数据缓冲及循环处理的内存、用于控制电源的电源控制器、用于数据分析和深度学习的智能芯片，智能芯片用于协助中央处理器提供最佳控制信号从而达到显示效果最佳及系统智能化。电源为中央处理器、内存、传感器、智能芯片等提供电力，传感器、智能芯片等接受外界的指令，并将指令送至中央处理器，然后传输至数据接收器和阵列驱动器，阵列驱动器可包括行驱动器和列驱动器，使相应的电流附加至相应的每个紫外发光二极管11，实现对紫外发光二极管11的单独控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。