CN209747554U - 发光二极管芯片 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种发光二极管芯片，光经过设置有不同折射率的反射结构时，多个第一薄膜与第二薄膜反射回的光因相位角的改变而进行干涉，互相结合在一起，获得强烈反射光。从而反射光从第一表面返回，并通过多个间隔设置的反射结构反射进行光路的改变，使得光从衬底的侧面出光，形成侧向光。通过多个反射结构改变入射角不同的光的出光方向和强度，改变光度角，使得设置有反射结构处的正向光减弱，部分正向光的光路改变形成侧向光，从而减弱正向光，增强侧向光，使得正向光与侧向光强度合理分配，增大发光二极管芯片的光角和发光光圈，从而使应用端的直下式背光板整体发光分布均匀，无亮区和暗区。

Description

发光二极管芯片

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种发光二极管芯片。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)将电能转化为光能，发光黄、绿、蓝等各种颜色的可见光以及红外和紫外不可见光。与白炽等和氖灯相比，LED具有工作电压和电流低、可靠性高、寿命长且方便调节发光亮度等优点。

随着LED灯市场爆发的日益临近，LED封装技术的研发竞争也十分激烈。目前，市场上相继推出使用倒装Mini LED的直下式背光的产品，例如全面屏手机、电视屏等等。LED芯片倒装结构可以解决LED芯片正装结构由于电流拥挤衍生的散热问题。但是，传统的倒装LED芯片发光强度主要集中在衬底表面正向出光，而侧向出光较弱，导致正向光与侧向光强度分配不合理，从而导致直下式背光芯片布置完成后整个背光板光强分布不均匀，出现亮点和暗区。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的倒装LED芯片正向光与侧向光强度分配不合理的问题，提供一种正向光与侧向光合理分配，使得应用于背光板整体发光分布均匀无亮点和暗区的发光二极管芯片。

本申请提供一种发光二极管芯片包括衬底以及多个反射结构。所述衬底具有相对的第一表面和第二表面，所述第二表面依次设置有N型半导体层、发光层与P型半导体层。所述多个反射结构间隔设置于所述第一表面，每个所述反射结构包括至少一个第一薄膜与至少一个第二薄膜，所述第一薄膜与所述第二薄膜交替设置于所述第一表面，所述第一薄膜的折射率与所述第二薄膜的折射率不同。

在一个实施例中，所述第一薄膜和所述第二薄膜依次交替设置于所述第一表面，所述第一薄膜的折射率大于所述第二薄膜的折射率。

在一个实施例中，所述反射结构为分布式布拉格反射层。

在一个实施例中，所述第一薄膜为一氧化钛、二氧化钛、五氧化三钛等钛氧化物或任意组合。

在一个实施例中，所述第二薄膜为二氧化硅、氮化硅或任意组合。

在一个实施例中，所述第一薄膜的厚度为30纳米～80纳米。

在一个实施例中，所述第二薄膜的厚度为15纳米～140纳米。

在一个实施例中，所述反射结构远离所述第一表面的表面形状为方形或圆形。

在一个实施例中，所述发光二极管芯片还包括N型电极、P型电极、分布式布拉格层。所述N型电极设置于所述N型半导体层的N型半导体台面。所述P型电极设置于所述P型半导体层远离所述发光层的表面。所述分布式布拉格层设置于所述N型半导体层远离所述衬底的表面与所述P型半导体层远离所述发光层表面，并将所述N型电极与所述P型电极露出。

在一个实施例中，所述发光二极管芯片还包括N型电极焊盘以及P型电极焊盘。所述N型电极焊盘设置于所述N型电极表面，用以实现电连接。所述P型电极焊盘设置于所述P型电极表面，用以实现电连接。

本申请提供一种上述所述发光二极管芯片，当所述发光层发出的光射至所述第一表面时，光会在不同介质的界面发生反射，反射率的大小与所述第一薄膜以及所述第二薄膜的折射率有关。同时，当光经过不同折射率的薄膜时，多个所述第一薄膜与所述第二薄膜反射回的光因相位角的改变而进行干涉，互相结合在一起，光学性能得到加强而获得强烈反射光，此时只有很弱的折射光从所述反射结构射出。从而，使得互相结合在一起形成的反射光从所述第一表面返回，并通过多个间隔设置的所述反射结构反射进行光路的改变，使得所述发光层发出的光通过多个所述反射结构的反射从所述衬底的侧面出光，形成侧向光。

同时，所述第一表面间隔设置有多个所述反射结构，可以改变入射角不同的光的出光方向和强度，改变光度角，使得设置有所述反射结构处的正向光(从所述衬底的所述第一表面发出的光称为正向光)减弱，使得部分正向光的光路改变形成侧向光，从而减弱正向光，增强侧向光，使得正向光与侧向光强度合理分配，增大所述发光二极管芯片的光角和发光光圈，从而使应用端的直下式背光板整体发光分布均匀，无亮区和暗区。

附图说明

图1为本申请提供的发光二极管芯片的整体结构示意图；

图2为本申请提供的发光二极管芯片的反射结构示意图；

图3为本申请提供的反射结构的薄膜层数为7层、14层、20层结构的厚度数据图；

图4为本申请提供的反射结构的薄膜层数为7层、14层、20层结构的光谱频宽曲线；

图5为本申请提供的反射结构的薄膜层数为7层、14层、20层结构的光强和光度角分布曲线图；

图6为本申请提供的发光二极管芯片的第一表面的多个反射结构的俯视示意图。

附图标记说明

发光二极管芯片100、衬底10、第一表面110、第二表面120、N型半导体层20、发光层30、P型半导体层40、反射结构80、第一薄膜810、第二薄膜820、N型电极510、P型电极520、分布式布拉格层60、N型电极焊盘710、P型电极焊盘720。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1-2，本申请提供一种发光二极管芯片100包括衬底10与多个反射结构80。所述衬底10具有相对的第一表面110和第二表面120，所述第二表面120依次设置有N型半导体层20、发光层30与P型半导体层40。所述多个反射结构80间隔设置于所述第一表面110，每个所述反射结构80包括至少一个第一薄膜810与至少一个第二薄膜820，所述第一薄膜810与所述第二薄膜820交替设置于所述第一表面110，所述第一薄膜810的折射率与所述第二薄膜820的折射率不同。

每个所述反射结构80包括多个交替设置的所述第一薄膜810与所述第二薄膜820。并且，所述第一薄膜810的折射率与所述第二薄膜820的折射率不同。当所述发光层30发出的光经过所述N型半导体层20与所述衬底10射至所述第一表面110时，光会在不同介质的界面发生反射，反射率的大小与多个所述第一薄膜810以及多个所述第二薄膜820的折射率有关。同时，每个所述反射结构80包括多个交替设置的所述第一薄膜810与所述第二薄膜820，当光经过不同折射率的薄膜时，多个所述第一薄膜810与所述第二薄膜820反射回的光因相位角的改变而进行干涉，互相结合在一起，光学性能得到加强而获得强烈反射光，此时只有很弱的折射光从所述反射结构80射出。从而，使得互相结合在一起形成的反射光从所述第一表面110返回，并通过多个间隔设置的所述反射结构80反射进行光路的改变，使得所述发光层30发出的光通过多个所述反射结构80的反射从所述衬底10的侧面出光，形成侧向光。

同时，所述第一表面110间隔设置有多个所述反射结构80，可以改变入射角不同的光的出光方向和强度，改变光度角，使得设置有所述反射结构80处的正向光(从所述衬底10的所述第一表面110发出的光称为正向光)减弱，使得部分正向光的光路改变形成侧向光，从而减弱正向光，增强侧向光，使得正向光与侧向光强度合理分配。

因此，通过所述反射结构80可以改变所述衬底10的出光面的部分正向光方向改变，从所述衬底10的侧面射出，使得所述发光二极管芯片100的正向光和侧向光的强度根据需求进行合理的分配，增大所述发光二极管芯片100光角和发光光圈，从而使应用端的直下式背光板整体发光分布均匀，无亮区和暗区。

在一个实施例中，所述第一薄膜810和所述第二薄膜820依次交替设置于所述第一表面110，所述第一薄膜810的折射率大于所述第二薄膜820的折射率。

其中，所述衬底可以为蓝宝石衬底，所述第一薄膜810为高折射率，所述第二薄膜820为低折射率，可以实现高低折射率的交替设置形成折射率梯度，当光经过不同折射率的薄膜时，从各个薄膜反射回来的光因相位角的改变进行干涉，并相互结合在一起，可以获得强烈的反射光。

所述第一薄膜810为高折射率，可以为一氧化钛、二氧化钛、五氧化三钛等钛氧化物或任意组合。所述第二薄膜820为低折射率，可以为二氧化硅、氮化硅或任意组合。

在一个实施例中，所述反射结构80可以为分布式布拉格反射层。

在一个实施例中，所述第一薄膜810的厚度为30纳米～80纳米。所述第二薄膜820的厚度为15纳米～140纳米。

由于纳米级的薄膜会存在纳米效应，导致材料性质改变，因此所述第一薄膜810与所述第二薄膜820的厚度会对其折射率有影响。本申请中通过设置所述第一薄膜810的厚度与所述第二薄膜820的厚度，可以通过所述第一薄膜810的厚度和层数，所述第二薄膜820的厚度和层数来改变所述反射结构80的特性。从而，使得所述发光二极管芯片100的多个所述反射结构80改变入射角不同的光的出光方向和强度，改变光度角，使得设置有所述反射结构80处的正向光(从所述衬底10的所述第一表面110发出的光称为正向光)减弱，使得部分正向光的光路改变形成侧向光，从而减弱正向光，增强侧向光，使得正向光与侧向光强度合理分配。

请参见图3-5，其中7层代表所述第一薄膜810与所述第二薄膜820交替设置于所述第一表面110(发光面)的层数为7层时的结构。14层代表所述第一薄膜810与所述第二薄膜820交替设置于所述第一表面110(发光面)的层数为14层时的结构。20层代表所述第一薄膜810与所述第二薄膜820交替设置于所述第一表面110(发光面)的层数为20层时的结构。所述反射结构80中多个所述第一薄膜810的厚度可以相同，也可以不同，多个所述第二薄膜820的厚度可以相同，也可以不同。

从图4频宽曲线与图5光度角和光强分布图中可以看出，当同一波长时，不同层数的所述反射结构80对应的反射率不同。因此，可以根据正向光和侧向光的光强和光角需求，通过设置所述反射结构80的不同层数来符合所需的不同频宽及不同的反射率，从而可以改变入射角不同的光的出光方向和强度，改变光度角。同时，可以看出薄膜层数越多，正向光越弱，更多的正向光可以改变光路，变为侧向光，光度角也会变大，频宽也会变宽。从而使得设置有所述反射结构80处的正向光(从所述衬底10的所述第一表面110发出的光称为正向光)减弱，使得部分正向光的光路改变形成侧向光，从而减弱正向光，增强侧向光，使得正向光与侧向光强度合理分配。

请参见图6，在一个实施例中，每个所述反射结构80远离所述第一表面110的表面形状为方形或圆形，每个所述反射结构80可以均匀间隔设置于所述第一表面110，使得从所述第一表面110发出的正向光分布均匀，可以使用于应用端的直下式背光板整体发光分布均匀。

在一个实施例中，所述发光二极管芯片100还包括N型电极510、P型电极520、分布式布拉格层60、N型电极焊盘710与P型电极焊盘720。所述N型电极510设置于所述N型半导体层20的N型半导体台面。所述P型电极520设置于所述P型半导体层40远离所述发光层30的表面。所述分布式布拉格层60设置于所述N型半导体层20远离所述衬底10的表面与所述P型半导体层40远离所述发光层30的表面，并将所述N型电极510与所述P型电极520露出。所述N型电极焊盘710设置于所述N型电极510表面，用以实现电连接。所述P型电极焊盘720设置于所述P型电极520表面，用以实现电连接。

所述衬底10采用透光材料，可以为蓝宝石、碳化硅(SiC)或氧化锌(ZnO)等。

在一个实施例中，本申请提供一种所述发光二极管芯片100的制备方法，包括以下步骤：

S10，提供所述衬底10，在所述衬底10的所述第二表面120依次制备所述N型半导体层20、所述发光层30与所述P型半导体层40，形成LED晶圆；

S20，在所述LED晶圆分别在所述P型半导体层40和所述N型半导体层20上制备所述N型电极510与所述P型电极520；其中，所述N型电极510与所述P型电极520可以为高反射金属层，如铝或其他金属。

S30，沉积制备所述分布式布拉格层60；

S40，在所述N型电极510与所述P型电极520表面制备所述N型电极焊盘710与所述P型电极焊盘720；所述N型电极焊盘710与所述P型电极焊盘720采用金属材料为具有高反射率的铝或其它金属；

S50，制备完成后进行研磨；

S60，研磨后，在高温或低温条件下，采用E-Beam机台或Sputter机台在所述衬底10的所述第一表面110(即出光面)沉积反射层(特殊膜层)，其中沉积时可以选用颗粒或靶材等；

S70，根据反射层图形，将光刻胶旋涂于所述反射层远离所述衬底10表面，再进行电感耦合等离子体(inductively coupled plasma，ICP)刻蚀，并去除光刻胶，形成间隔设置的多个所述反射结构80，其中所述反射层图形可以为圆形、方形等图案；

在所述步骤S70中，通过控制刻蚀图案的面积占比来控制所述第一表面110(即出光面)出光多少，当比例大时相应的出光面正面出光比例也会变多，可以根据实际需求进行设计。

S8，进行切裂形成所述发光二极管芯片100。

通过所述发光二极管芯片100的制备方法可以制备所述发光二极管芯片100的多个所述反射结构80，将所述第一表面110(即出光面)的正向光与侧向光强度合理分配，增大所述发光二极管芯片100的发光光圈和光度角，使应用端的背光板发光分布均匀，无亮点和暗区。

本申请可以适用于除Mini LED以外其他的需要改变出光面的正侧向光强弱的应用芯片，也可以适用于其它类型的倒装LED芯片。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管芯片，其特征在于，包括：

衬底(10)，具有相对的第一表面(110)和第二表面(120)，所述第二表面(120)依次设置有N型半导体层(20)、发光层(30)与P型半导体层(40)；

多个反射结构(80)，间隔设置于所述第一表面(110)，每个所述反射结构(80)包括至少一个第一薄膜(810)与至少一个第二薄膜(820)，所述第一薄膜(810)与所述第二薄膜(820)交替设置于所述第一表面(110)，所述第一薄膜(810)的折射率与所述第二薄膜(820)的折射率不同。

2.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一薄膜(810)和所述第二薄膜(820)依次交替设置于所述第一表面(110)，所述第一薄膜(810)的折射率大于所述第二薄膜(820)的折射率。

3.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述反射结构(80)为分布式布拉格反射层。

4.如权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一薄膜(810)为一氧化钛、二氧化钛、五氧化三钛等钛氧化物或任意组合。

5.如权利要求2所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第二薄膜(820)为二氧化硅、氮化硅或任意组合。

6.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一薄膜(810)的厚度为30纳米～80纳米。

7.如权利要求6所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第二薄膜(820)的厚度为15纳米～140纳米。

8.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述反射结构(80)远离所述第一表面(110)的表面形状为方形或圆形。

9.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，还包括：

N型电极(510)，设置于所述N型半导体层(20)的N型半导体台面；

P型电极(520)，设置于所述P型半导体层(40)远离所述发光层(30)的表面；

分布式布拉格层(60)，设置于所述N型半导体层(20)远离所述衬底(10)的表面与所述P型半导体层(40)远离所述发光层(30)的表面，并将所述N型电极(510)与所述P型电极(520)露出。

10.如权利要求9所述的发光二极管芯片，其特征在于，还包括：

N型电极焊盘(710)，设置于所述N型电极(510)表面，用以实现电连接；

P型电极焊盘(720)，设置于所述P型电极(520)表面，用以实现电连接。