[发明专利]一种LED的中空微结构及其制造方法

权利要求书

1.一种LED的中空微结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将一个待加工LED放置并固定在三维平台上，选取合适的光学元件，搭建光路系统，并将物镜对准待加工LED；

所述的光路系统包括依次设置的飞秒激光器、光闸、激光处理光路、二向色镜、物镜、以及观测系统，观测系统、二向色镜、物镜的中心点在一条直线上，物镜对准放置在三维平台上的LED，飞秒激光器、光闸、激光处理光路、二向色镜的中心点对齐；所述二向色镜倾斜一定角度，将观测系统、物镜和激光处理光路隔开在两侧，用于将激光处理光路后的激光反射进入物镜中，同时透射观测系统的光，所述光闸用于控制光路系统的通断，所述物镜用于聚焦激光束，提高激光的功率密度，实现LED材料的去除；所述激光处理光路包括中心点对齐的光阑、衰减片、倍频晶体、滤光片；所述光阑用于控制光束的光斑大小，使光斑大小不大于物镜的入光孔径的大小；所述衰减片用于调节入射激光的能量，以达到材料的加工阈值的同时减少喷溅物；所述倍频晶体用于调节入射激光的波长，以满足微结构加工的尺寸；所述滤光片用于滤波，滤光片的截止波长在通过倍频晶体激光的原始波长和目标波长之间；

S2、调节观测光路，并结合三维平台的移动，使飞秒激光聚焦点定位到待加工LED的表面或内部的目标位置；

S3、通过计算机程序控制三维平台的移动和光路系统的通断的配合，完成微结构轨迹，加工实现中空微结构的LED；

所述LED的中空微结构，包括位于LED上的中空区域和微结构区域，所述微结构区域遍布微结构阵列，环绕无任何微结构阵列的中空区域，所述中空区域位于LED发光源的上方，与微结构阵列所处高度的全反射光锥的横截面重叠，所述微结构阵列在LED内部；

所述中空区域即全反射光锥的横截面为圆形，且直径为：

D＝2×H×tanθ_c，

式中，H为LED发光源距离微结构阵列顶部的垂直高度，θ_c为全反射临界角。

2.根据权利要求1所述的一种LED的中空微结构的制造方法，其特征在于，所述全反射临界角θ_c的计算公式为：

式中，n_polymer为LED表面材料的折射率。

3.根据权利要求1所述的一种LED的中空微结构的制造方法，其特征在于，所述微结构阵列不能与LED发光源位于同一平面。

4.根据权利要求1所述的一种LED的中空微结构的制造方法，其特征在于，所述观测系统包括光源、分光镜、透镜和电荷耦合器，分光镜、透镜和电荷耦合器的中心点对齐，光源、分光镜、二向色镜、物镜的中心点在一条直线上，所述分光镜倾斜一定角度，将光源、二向色镜和透镜隔开在两侧，用于透射光源发出的白光，并将从LED反射回的白光反射给透镜，所述透镜用于将反射回的白光缩束；所述电荷耦合器用于观测激光聚焦点与LED。

5.根据权利要求1所述的一种LED的中空微结构的制造方法，其特征在于，所述飞秒激光器发射的激光波长为800nm，所述物镜的放大倍数为20倍，入射孔径为8mm，所述光阑将激光束的光斑直径控制为8mm，所述衰减片将入射激光功率调节为10mW，所述倍频晶体为二倍频晶体，将800nm的原始激光束部分转化成400nm的目标激光束，所述滤光片为截止波长为720nm的低通滤光片，所述二向色镜为长波通二向色镜，透射光波段为440nm-800nm，反射光波段为380nm-410nm。