CN108933188A - 发光二极管及使用所述发光二极管的背光模组 - Google Patents

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Abstract

提供一发光二极管，包括：一基板；一第一半导体层，设置于所述基板上；一发光层，设置于所述第一半导体层的第一部分上；一第二半导体层，设置于所述发光层上；一第一电极，设置于所述第一半导体层的第二部分上，所述第一部分与所述第二部分不重迭；以及一第二电极，设置于所述第二半导体层上；其中所述第一电极的厚度大于所述第二电极的厚度。还提供包含所述发光二极管的背光模组。

Description

发光二极管及使用所述发光二极管的背光模组
技术领域
本揭示涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种发光二极管及使用所述发光二极管的背光模组，保证了背光模组的亮度均匀性。
背景技术
随着可穿戴应用设备如智能眼镜、智能手表等设备逐渐兴起，显示工艺对可挠曲显示器件的需求也不断增加。有机发光二极管显示器件(Organic Light EmittingDisplay，OLED)具有自发光不需背光源、厚度薄、视角广、反应速度快等特点，从而具有可挠曲显示的天然优势。面对柔性OLED的竞争，传统的液晶显示技术也逐渐采用柔性衬底，朝向柔性、曲面等方向进行突破，由此可见，柔性、曲面显示技术的时代即将来临。
直下式背光模组具有窄边框的优势，在大尺寸显示领域得到广泛的应用，但是面临着厚度增加的问题。采用小尺寸的微发光二极管(mini light emitting diode，miniLED)以更小的间距进行排列可以获得较小的混光距离(避免近光处的hotspot现象)，为小尺寸直下式背光模块实现轻、薄、窄提供更大的可能性。直下式背光模块由于采用大量的发光二极管构成阵列，发光二极管本身及发光二极管的焊垫本身会构成面积比例较大的低反射体，发光二极管与发光二极管之间通常会采用高反射率的白油或者其他高反射材料覆盖，所述高反射材料的材料本身反射率为较低的70-90％，因而从整体反射效率仅能达成大约80％左右，远低于侧入式背光模组中所使用的反射片能达成接近100％的反射率，因而导致整体光效较低从而影响了直下式背光模组的亮度与功耗水准，通常会采用较厚的高反射层以保证反射率。
如图1所示，现有的背光模组中的驱动基板1及单颗微发光二极管2结构中，驱动基板1的焊垫(未图示)与微发光二极管2的p/n电极(未图示)连接，微发光二极管2的四周为高反射层结构，其厚度通常为10微米-30微米。微发光二极管2的p/n电极通过导电锡膏3或者银浆等介质与驱动基板1的焊垫接触。但是导电锡膏3通常是通过涂覆工艺制备的，涂覆完成后处于凝胶状态下具有一定的流动性与表面张力，因而会形成类似“小山峰”形貌，当微发光二极管2通过固晶工艺与导电锡膏3接触后，微发光二极管2因尺寸过小容易在导电锡膏3粘附力的作用下出现倾斜，如图1所示，从而影响到微发光二极管2的光反射状态，使得微发光二极管2在光学上呈现倾斜相关的亮、暗不均现象，并且由于驱动基板1的焊垫面积过小，难以通过控制导电锡膏2的状态来避免上述现象。
因此，有必要提供一种发光二极管及使用所述发光二极管的背光模组，解决传统微发光二极管及其构成的直下式背光模组因焊垫及导电锡膏的状态与厚度所导致的面内亮度不均问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本揭示采用覆晶(flip-chip)电极结构，将P电极与N电极的结构增厚，并通过沉积结合低熔点金属构成的金属衬垫来与驱动基板焊垫的金属共融导通，所述共融导通方式有效避免了传统锡膏及银浆等使发光二极管黏结于驱动基板的方式所造成微发光二极管的倾斜问题，保证了背光模块整面的亮度均匀性，同时P电极与N电极的增厚电极设计保证了所述微发光二极管的有源区仍然能够高于设置于微发光二极管两侧的反射层之上，从而能够保证高亮度背光模块光效。
为了达到上述目的，本揭示提供一种发光二极管，包括：一基板；一第一半导体层，设置于所述基板上；一发光层，设置于所述第一半导体层的第一部分；一第二半导体层，设置于所述发光层上；一第一电极，设置于所述第一半导体层的第二部分上，所述第一部分与所述第二部分不重迭；以及一第二电极，设置于所述第二半导体层上；其中所述第一电极的厚度大于所述第二电极的厚度。
根据本文描述的发光二极管的一实施例，所述第一电极与所述第二电极分别具有一厚度为介于10微米至30微米之间的一范围内。
根据本文描述的发光二极管的一实施例，所述第一电极的一表面与所述第二电极的一表面位于同一水平高度。
根据本文描述的发光二极管的一实施例，所述第一电极与所述第二电极选自由钛、铝、银、金、铜或其组成的合金中的至少一种。
根据本文描述的发光二极管的一实施例，所述第一电极的表面设置一第一金属衬垫，所述第二电极的表面设置一第二金属衬垫，所述第一金属衬垫与所述第二金属衬垫为低熔点金属。
为了达到上述目的，本揭示另提供一种背光模组，其包含以上所述的发光二极管。本揭示的背光模组包括：一驱动基板；多个发光二极管，阵列设置于所述驱动基板上，所述发光二极管包括:一基板；一第一半导体层，设置于所述基板上；一发光层，设置于所述第一半导体层的第一部分；一第二半导体层，设置于所述发光层上；一第一电极，设置于所述第一半导体层的第二部分上，所述第一部分与所述第二部分不重迭；以及一第二电极，设置于所述第二半导体层上；其中所述第一电极的厚度大于所述第二电极的厚度；以及多个反射块，分别设置于相邻两发光二极管之间；其中所述发光层与所述驱动基板间的一间距大于所述反射块的一厚度。
根据本文描述的背光模组的一实施例，所述发光二极管为一覆晶式芯片，所述第一电极通过一第一金属衬垫电性连接至所述驱动基板上的第一焊垫，且所述第二电极通过该一第二金属衬垫电性连接至所述驱动基板的第二焊垫。
根据本文描述的背光模组的一实施例，所述第一电极与所述第二电极分别具有一厚度为介于10微米至30微米之间的一范围内。
根据本文描述的背光模组的一实施例，所述第一电极的厚度大于所述第二电极的厚度。
根据本文描述的背光模组的一实施例，相邻两所述发光二极管间的一间距为介于100微米至1000微米的一范围。
根据本文描述的背光模组的一实施例，所述第一电极与所述第二电极选自由钛、铝、银、金、铜或其组成的合金中的至少一种。
根据本文描述的背光模组的一实施例，所述第一电极的一表面与所述第二电极的一表面位于同一水平高度。
根据本文描述的背光模组的一实施例，所述背光模组更包括一光学膜片组，所述光学膜片组包括依序设置于所述多个发光二极管以及所述多个反射块上的一光学膜片层、一扩散膜层与一增亮膜片层。
本揭示提供的发光二极管及背光模组，改良了现有发光二极管结构的设计，将发光二极管中用来与背光模块的驱动基板上焊垫黏接的P电极与N电极的结构增厚，即增加P电极与N电极的高度，并使增厚的P电极与N电极维持在同一水平高度，并在增厚的P电极与N电极表面分别设置一金属衬垫用以与驱动基板上焊垫实现金属共融导通，从而有效避免了传统锡膏及银浆等方式造成的发光二极管倾斜问题，保证了背光模块整面的亮度均匀性，同时增厚的P电极与N电极设计保证了所述发光二极管的发光层仍然能够在设置于相邻两发光二极管之间的较厚(10微米至30微米)的反射块之上，从而对于五面发光的微发光二极管的能够发挥最佳的光反射作用，因而能够保证高亮度背光模块的光效。
附图说明
为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，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介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有背光模组结构剖面示意图。
图2为本揭示发光二极管结构剖面示意图。
图3为本揭示发光二极管设置于一驱动基板的结构示意图。
图4为本揭示包含所述发光二极管的背光模组示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本揭示可用以实施的特定实施例。本揭示所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本揭示，而非用以限制本揭示。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示。
下面结合附图详细本揭示实施例的实现过程。
请一并参阅图2与图3，其为本揭示的发光二极管100，包括：一基板10、一第一半导体层20、一发光层30以及一第二半导体层40。所述第一半导体层20所述设置于所述基板10上，所述发光层30设置于所述第一半导体层20的第一部分201上，所述第二半导体层40设置于所述发光层30上，一第一电极50设置于所述第一半导体层20的第二部分202上，所述第一部分201与所述第二部分202不重迭，一第二电极60设置于所述第二半导体层40上。其中所述第一电极50的厚度大于所述第二电极60的厚度。
其中所述基板10可以是柔性FPC板，也可以为PCB板。对于所述基板10，可以使用任何形式的基板而不受限制，只要所述基板10允许发光结构设置在其上。在某些示例性实施例中，所述基板10可为蓝宝石基底、SiC基底、尖晶石基底、Si基底或氮化镓基底。在某些示例性实施例中，所述基板10可具有形成于其上表面上的预定图案，类似于图案化的蓝宝石基底(patterned sapphire substrate,PPS)。
每个所述发光二极管100可以但不限于为蓝光芯片，又称为次毫米发光二极管，亦可应用于紫外、红光、绿光、白光、红外二极管等，此处不做赘述。并且所述多个发光二极管100采用阵列式排列设置，通过减小相邻两发光二极管100之间的中心间距来实现降低混光距离与后续所制成的背光模组的厚度以满足小尺寸背光模组(小于1毫米)需求。小尺寸的所述发光二极管100具有一宽度L，如图3所示，其宽度L在100微米至600微米间的一范围。相邻两发光二极管之间的间距为100微米至1000微米。
其中所述第一半导体层20为N型半导体层，而所述第二半导体层40相对的为P型半导体层，详细而言，所述第一半导体层20为N型氮化镓(GaN)层，而所述第二半导体层40为P型氮化镓层。在部分实施例中，第一半导体层20与第二半导体层40中可以包括III-V类化合物半导体，例如，(Al,Ga,In)N的氮化物类半导体。第一半导体层20可以包括掺杂有诸如Si的n型掺杂剂的n型半导体层，并且第二半导体层40可以包括掺杂有诸如Mg的p型掺杂剂的p型半导体层。所述发光层30为多重量子井层(Multiple Quantum Well,MQW)。
如图2与图3所示，所述发光二极管100为覆晶共面电极堆叠结构，即所述发光二极管100为一覆晶式芯片。发光二极管100的发光层30设置于所述第一半导体层20的第一部分201上，并且裸露出第一半导体层20的第二部分202，第一部分201与第二部分202并不重迭且第一部分201邻接于第二部分202设置，第二半导体层40设置于发光层30上。尽管在图2中未示出，所述发光二极管100还可包括形成于所述基板10与所述第一半导体层20之间的一缓冲层。
而所述第一电极50与所述第二电极60选自由钛、铝、银、金、铜或其组成的合金中的至少一种。根据不同的实施例，所述第一电极50的表面设置一第一金属衬垫51，所述第二电极60的表面设置一第二金属衬垫61，所述第一金属衬垫51与所述第二金属衬垫61为低熔点金属，例如熔点在摄氏90～450度之间，通常为锡的合金或为镧(ln)系元素。
另外，所述第一电极50与所述第二电极60分别具有一厚度为介于10微米-30微米之间的一范围内。更进一步的说，所述第一电极50具有一厚度T1，所述第二电极60具有一厚度T2，所述第二半导体层40具有一厚度T3，以及所述发光层30具有一厚度T4，在一实施例中，T1＝T2+T3+T4，使得所述第一电极50的一表面与所述第二电极60的一表面位于同一水平高度，从而使所述发光二极管100覆晶设置于一背光模块200的一驱动基板70上时(如图4所示)，可以维持所述发光二极管100呈现稳定水平状态而不会产生发光二极管倾斜的问题。更详细的说，所述发光二极管100通过固晶工艺与驱动基板上的第一焊垫71及第二焊垫72连接，然后通过加热方式使得低熔点的所述第一金属衬垫51及第二金属衬垫61分别与第一焊垫71及第二焊垫72产生共融进而与所述第一焊垫71及第二焊垫72紧密连接，在降温过程中所述发光二极管100的所述第一电极50与所述第二电极60与所述第一焊垫71及第二焊垫72形成稳固的电性连接。所述第一电极50与所述第二电极60通过沉积及刻蚀工艺制备，因而可以保证所述第一电极50与所述第二电极60的表面的平整性，因而有效避免由于上述锡膏及银浆所导致的发光二极管倾斜问题。
另外，本揭示图4另提供包含所述发光二极管100的背光模组200，使得本揭示实施例的背光模组结构在实际应用时，例如应用于屏幕显示器时保证了整面的亮度均匀性，提升显示质量。
如图4所示，本揭示的背光模组200包括：一驱动基板70；多个发光二极管100，阵列设置于所述驱动基板70上，所述发光二极管100包括:一基板10、一第一半导体层20、一发光层30以及一第二半导体层40。所述第一半导体层20所述设置于所述基板10上，所述发光层30设置于所述第一半导体层20的第一部分201，所述第二半导体层40设置于所述发光层30上，一第一电极50设置于所述第一半导体层20的第二部分202上，所述第一部分201与所述第二部分202不重迭，一第二电极60设置于所述第二半导体层40上。其中所述第一电极50的厚度大于所述第二电极60的厚度，多个反射块300分别设置于相邻两发光二极管100之间。
此外，所述背光模组200更包括一光学膜片组210，所述光学膜片组210包括依序设置于所述多个发光二极管100以及所述多个反射块300上的一光学膜片层211、一扩散膜层212与一增亮膜片层213。所述光学膜片层211以膜片的形式存在，所述光学膜片层211另一种优选方式为直接通过涂布的方式热压固定于所述发光二极管表面。所述光学膜片层211包含荧光粉颗粒和散射粒子，优选为包含量子点粒子等。
同前所述，所述发光二极管100为一覆晶式芯片，所述第一电极50通过一第一金属衬垫51电性连接至所述驱动基板70上的第一焊垫71(如图3所示)，且所述第二电极60通过该一第二金属衬垫61电性连接至所述驱动基板70的第二焊垫72(如图3所示)。所述发光二极管100通过固晶工艺，使第一电极50通过第一金属衬垫51与驱动基板70上的第一焊垫71连接，以及使第二电极60通过第二金属衬垫61与驱动基板70上的第二焊垫72连接。然后通过加热方式使得低熔点的所述第一金属衬垫51及第二金属衬垫61分别与所述第一焊垫71与第二焊垫72产生共融进而分别与所述第一焊垫71与第二焊垫72紧密连接，在降温过程中所述发光二极管100的所述第一电极50与所述第二电极60与所述第一焊垫71与第二焊垫72形成稳固的电性连接。如此保证所述第一电极50与所述第二电极60的表面的平整性，因而有效避免由于上述锡膏及银浆所导致的发光二极管倾斜问题。
另外，所述发光层30与所述驱动基板70间的一间距大于所述反射块300的一厚度。保证了所述发光层30在垂直方向的位置能够高于所述反射块300，即发光层30在垂直方向的位置在反射层300之上，从而对于五面发光的发光二极管能够发挥最佳的光反射作用。因而能够保证背光模块的高亮度光效。
本揭示的发光二极管以及包含所述发光二极管的背光模组中，将发光二极管中用来分别与背光模块的驱动基板上的第一焊垫与第二焊垫黏接的第一电极与第二电极的结构增厚，即增加第一电极与第二电极的高度，并使增厚的第一电极与第二电极维持在同一水平高度，从而在后续覆晶设置的流程中有效避免了传统锡膏及银浆等方式所造成的发光二极管倾斜不正问题，保证了背光模块整面的亮度均匀性。此外，在增厚的第一电极与第二电极表面分别设置一金属衬垫用以与驱动基板上第一焊垫与第二焊垫实现金属共融导通，同时增厚的第一电极与第二电极的设计保证了所述发光二极管的发光层仍然能够在垂直方向上保持在设置于相邻两发光二极管之间的反射块之上，维持发光层的高度在反射层之上使发光二极管的光路不会被反射块所阻挡，从而对于五面发光的发光二极管的能够发挥最佳的光反射作用，进而能够保证高亮度背光模块的光效。
以上所述是本揭示的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本揭示原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本揭示的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
一基板；
一第一半导体层，设置于所述基板上；
一发光层，设置于所述第一半导体层的第一部分上；
一第二半导体层，设置于所述发光层上；
一第一电极，设置于所述第一半导体层的第二部分上，所述第一部分与所述第二部分不重迭；以及
一第二电极，设置于所述第二半导体层上；
其中所述第一电极的厚度大于所述第二电极的厚度。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极分别具有一厚度为介于10微米至30微米之间的一范围内。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极的一表面与所述第二电极的一表面位于同一水平高度。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极的所述表面设置一第一金属衬垫，所述第二电极的所述表面设置一第二金属衬垫，所述第一金属衬垫与所述第二金属衬垫为低熔点金属。
5.一种背光模组，其特征在于，包括：
一驱动基板；
多个发光二极管，阵列设置于所述驱动基板上，所述发光二极管包括:
一基板；
一第一半导体层，设置于所述基板上；
一发光层，设置于所述第一半导体层的第一部分上；
一第二半导体层，设置于所述发光层上；
一第一电极，设置于所述第一半导体层的第二部分上，所述第一部分与所述第二部分不重迭；以及
一第二电极，设置于所述第二半导体层上；
其中所述第一电极的厚度大于所述第二电极的厚度；以及
多个反射块，分别设置于相邻两发光二极管之间；
其中所述发光层与所述驱动基板间的一间距大于所述反射块的一厚度。
6.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述发光二极管为一覆晶式芯片，所述第一电极通过一第一金属衬垫电性连接至所述驱动基板上的第一焊垫，且所述第二电极通过该一第二金属衬垫电性连接至所述驱动基板的第二焊垫。
7.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极分别具有一厚度为介于10微米至30微米之间的一范围内，并且所述第一电极的厚度大于所述第二电极的厚度。
8.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，相邻两所述发光二极管间的一间距为介于100微米至1000微米的一范围。
9.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述第一电极的一表面与所述第二电极的一表面位于同一水平高度。
10.根据权利要求5所述的背光模组，其特征在于，所述背光模组更包括一光学膜片组，所述光学膜片组包括依序设置于所述多个发光二极管以及所述多个反射块上的一光学膜片层、一扩散膜层与一增亮膜片层。
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