CN109935674A - 一种倒装led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒装LED芯片，包括衬底、设置于衬底表面的发光结构、设于衬底背面的出光膜层、以及设于出光膜层上的荧光粉和封装胶水，其中，封装胶水的折射率＜出光膜层的折射率＜衬底的折射率，所述出光膜层的透光率大于90％，所述出光膜层设有多个孔洞。相应地，本发明还提供了一种倒装LED芯片的制作方法。本发明通过衬底、出光膜层和封装胶水的相互配合，利用不同光折射率和出光膜层上的孔洞，减少衬底的全反射，将更多的光线诱导到出光膜层上，此外，出光膜层上的孔洞可以让更多的光从出光膜层溢出，增加芯片的出光效率，提高芯片的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种倒装LED芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)由于具有节能环保、安全耐用、光电转化率高、可控性强等特点，被广泛应用于显示器、汽车照明、通用照明背光源等相关领域。
倒装LED芯片是近几年来的新型态LED芯片，主要功能在于无封装制程，大幅节省生产效能，可应用在大电流上，更可以实现超微小mini型态的LED芯片。
倒装LED芯片发出的光需要经过反射层反射后再经过衬底出射，在发光效能上，由于二次光学反射的关系，出光效率较低；此外，由于荧光粉和封装胶水涂布在衬底上，容易造成倒装LED芯片出现侧边漏蓝的问题，以及光色度不纯的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种倒装LED芯片及其制作方法，芯片出光效率高，发光角度少。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种倒装LED芯片，包括衬底、设置于衬底表面的发光结构、设于衬底背面的出光膜层、以及设于出光膜层上的荧光粉和封装胶水，其中，封装胶水的折射率＜出光膜层的折射率＜衬底的折射率，所述出光膜层的透光率大于99％，发光结构的出光波长为出光膜层厚度的整数倍。
作为上述方案的改进，所述出光膜层由透光材料制成，所述透光材料由Al2O3、SiO2、SiNx、MgF2、TiO2和Ti2O5中的一种或几种制成。
作为上述方案的改进，所述出光膜层为单层或多层结构。
作为上述方案的改进，所述出光膜层包括依次设于衬底上的第一出光层、第二出光层和第三出光层，其中，封装胶水的折射率＜第三出光层的折射率＜第二出光层的折射率＜第一出光层的折射率＜衬底的折射率。
作为上述方案的改进，所述衬底为蓝宝石衬底，所述出光膜层包括依次设于蓝宝石衬底上的第一Al2O3层、第二Al2O3层和第三Al2O3层，其中，封装胶水的折射率＜第三Al2O3层的折射率＜第二Al2O3层的折射率＜第一Al2O3层的折射率＜衬底的折射率。
作为上述方案的改进，所述衬底为蓝宝石衬底，所述出光膜层包括依次设于蓝宝石衬底上的Al2O3层、SiO2层和MgF2层，其中，封装胶水的折射率＜MgF2层＜SiO2层＜Al2O3层＜衬底的折射率。
作为上述方案的改进，所述出光膜层上设有孔洞，所述孔洞从出光膜层的表面贯穿至出光膜层的内部，或者，所述孔洞从出光膜层的表面贯穿至衬底背面，或者，所述孔洞从出光膜层的表面贯穿至衬底的表面。
作为上述方案的改进，所述发光结构包括第一半导体层、有源层、第二半导体层、透明导电层、反射层、第一电极和第二电极，所述第一电极设置在第一半导体层上，所述第二电极设置在反射层上。
相应地，本发明还提供了一种倒装LED芯片的制作方法，包括：
在衬底的表面形成发光结构；
对衬底的背面进行表面处理，以增加衬底的出光角度；
在衬底的背面形成出光膜层，并对出光膜层进行刻蚀，形成多个孔洞；
在出光膜层上涂布荧光粉和封装胶水，其中，封装胶水的折射率＜出光膜层的折射率＜衬底的折射率，所述出光膜层的透光率大于99％，发光结构的出光波长为出光膜层厚度的整数倍。
作为上述方案的改进，所述出光膜层由透光材料制成，所述透光材料由Al2O3、SiO2、SiNx、MgF2、TiO2和Ti2O5中的一种或几种制成。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明在衬底和荧光粉之间形成一层出光膜层，并使得出光膜层的折射率小于衬底的折射率且大于封装胶水的折射率。本发明通过衬底、出光膜层和封装胶水的相互配合，利用不同光折射率和出光膜层上的孔洞，减少衬底的全反射，将更多的光线诱导到出光膜层上，此外，出光膜层上的孔洞可以让更多的光从出光膜层溢出，增加芯片的出光效率，提高芯片的亮度。
与现有的倒装芯片相比，由于本发明通过出光膜层来降低衬底的全反射，从而减少芯片的发光角度，增加芯片的轴向出光，进而可以减少芯片的侧壁出光，减少漏蓝。
此外，本发明先对衬底的背面进行表面处理，增加出光角度，再通过低于衬底折射率的出光膜层将光诱导到出光膜层中来减少全反射，由此通过表面处理和出光膜层的相互配合，在提高芯片出光效率的同时减少芯片的发光角度，防止漏蓝。
附图说明
图1是本发明第一实施例倒装LED芯片的结构示意图；
图2是现有倒装LED芯片的出光示意图；
图3是本发明倒装LED芯片的出光示意图；
图4是本发明发光结构的示意图；
图5是本发明第二实施例倒装LED芯片的结构示意图；
图6是本发明第三实施例的倒装LED芯片的结构示意图；
图7是本发明第四三实施例的倒装LED芯片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1，本发明提供的一种倒装LED芯片，包括衬底10、设置于衬底10表面的发光结构20、设于衬底背面10的出光膜层30、以及设于出光膜层30上的荧光粉和封装胶水40，其中，封装胶水的折射率＜出光膜层的折射率＜衬底的折射率，所述出光膜层的透光率大于90％，发光结构的出光波长为出光膜层厚度的整数倍。
本发明在衬底和荧光粉之间形成一层出光膜层，并使得出光膜层的折射率小于衬底的折射率且大于封装胶水的折射率。本发明通过衬底、出光膜层和封装胶水的相互配合，减少衬底的全反射，将更多的光线诱导到出光膜层上，以提高芯片的出光效率。
根据干涉相长公式d＝kλ/2n1k＝1,2……，和干涉相消公式d＝(2k+1)λ/4n1k＝0,1,2……，可知，当d＝λ/4n1或d＝3λ/4n1时，即出光膜层的厚度＝(波长)/(4*出光膜层的折射率)时，即出光波长为出光膜层厚度的整数倍时，出光膜层才能将光线从衬底诱导到出光膜层，从而起到增透的作用。
进一步地，参见图2和图3，与现有的倒装芯片相比，由于本发明通过出光膜层来降低衬底的全反射，从而减少芯片的发光角度，增加芯片的轴向出光，进而可以减少芯片的侧壁出光，减少漏蓝。
为了保证出光膜层的折射效果和出光效果，本发明出光膜层的透光率必须大于99％，若出光膜层的透光率小于99％，则芯片的出光效率反而降低。因此，所述出光膜层由透光材料制成，所述透光材料由Al2O3、SiO2、SiNx、MgF2、TiO2和Ti2O5中的一种或几种制成。
本发明衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料。优选的，本发明的衬底10为蓝宝石衬底。
参见图4，所述发光结构20包括第一半导体层21、有源层22、第二半导体层23、透明导电层24、反射层25、第一电极26和第二电极27，所述第一电极26设置在第一半导体层21上，所述第二电极27设置在反射层25上。
本发明提供的第一半导体层21为N型氮化镓基层，第二半导体层23为P型氮化镓基层，有源层22为MQW量子阱层。
所述透明导电层24的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为(70-99):(1-30)。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高透明导电层的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。
本发明的反射层25可以为布拉格反射层，也可以为金属反射层。优选的，所述反射层25为金属反射层。本发明的荧光粉和封装胶水为现有材料，其中，封装胶水的折射率为1.4-1.5，而蓝宝石衬底的折射率为1.7，因此，出光膜层的折射率为1.4-1.7。
需要说明的是，本发明的出光膜层30可以为单层结构，也可以为多层结构，其中多层结构的出光效率由于单层结构。
优选的，所述出光膜层包括依次设于衬底上的第一出光层、第二出光层和第三出光层，其中，封装胶水的折射率＜第三出光层的折射率＜第二出光层的折射率＜第一出光层的折射率＜衬底的折射率。上述三层结构的出光膜层，每层的折射率依次从衬底一侧向封装胶水侧递减，与单层结构的出光膜层相比，将出光膜层的折射率进行递减，能进一步地减少全反射，提高出光效率。若出光膜层的结构多于三层，会遮挡和吸收部分的出光，反而降低芯片的出光效率。与单层的出光膜层相比，三层结构的出光膜层的出光率能提高5％。
优选的，第一出光层的折射率为1.6-1.7，第二出光层的折射率为1.5-1.6，第三出光层的折射率为1.4-1.5。
更优的，由于现有的LED芯片一般采用蓝宝石作用衬底，因此，为了节省成本和简化工艺，本发明的出光膜层包括依次设于蓝宝石衬底上的第一Al2O3层、第二Al2O3层和第三Al2O3层，其中，封装胶水的折射率＜第三Al2O3层的折射率＜第二Al2O3层的折射率＜第一Al2O3层的折射率＜衬底的折射率。由于衬底和出光膜层均匀采用Al2O3，因此可以减少衬底和出光膜层之间的应力，此外，由于第一出光层、第二出光层和第三出光层均匀为Al2O3，在形成时，只需调整Al和O的比例和每层出光层的厚度，即可调整每层出光层的折射率，采用上述结构的出光膜层，结构、工艺简单，成本低，便于生产。
作为出光膜层的另一优选方案，所述出光膜层包括依次设于蓝宝石衬底上的Al2O3层、SiO2层和MgF2层，其中，封装胶水的折射率＜MgF2层＜SiO2层＜Al2O3层＜衬底的折射率。Al2O3层作为底层，设置在衬底和SiO2层的之间，起到缓冲和承接的作用；SiO2层在折射率和厚度之间能取得更优的效果；MgF2层更容易获得较低的折射率，且厚度可以较小，同时又具有更好的透光率。
作为本发明的优选实施例，出光膜层30上设有多个孔洞，以将更多的光从出光膜层溢出，增加芯片的出光效率，提高芯片的亮度。
参见图5，所述孔洞31可以从出光膜层30的表面刻蚀至出光膜层30的内部，或者，参见图6，所述孔洞31可以从出光膜层30的表面贯穿至衬底10背面，或者，参见图7，所述孔洞可以31从出光膜层30的表面贯穿至衬底10的表面。本发明出光膜层的孔洞的刻蚀深度对芯片的出光率起着重要的影响，其中，图7的芯片的出光率＞图6的芯片的出光率＞图5的芯片的出光率。
此外，出光膜层的孔洞的直径对芯片的出光率也起着重要的影响，优选的，有源层的出光波长为孔洞直径的整数倍。若是孔洞直径与出光波长的整数倍相关时，光更容易逸出，芯片亮度更高。
相应地，本发明还提供了一种倒装LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S101、在衬底的表面形成发光结构；
本发明衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料。优选的，本发明的衬底10为蓝宝石衬底。
所述发光结构20包括第一半导体层21、有源层22、第二半导体层23、透明导电层24、反射层25、第一电极26和第二电极27，所述第一电极26设置在第一半导体层21上，所述第二电极27设置在反射层25上。
本发明提供的第一半导体层21为N型氮化镓基层，第二半导体层23为P型氮化镓基层，有源层22为MQW量子阱层。
所述透明导电层24的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为(70-99):(1-30)。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高透明导电层的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。
本发明的反射层25可以为布拉格反射层，也可以为金属反射层。优选的，所述反射层25为金属反射层。本发明的荧光粉和封装胶水为现有材料，其中，封装胶水的折射率为1.4-1.5，而蓝宝石衬底的折射率为1.7，因此，出光膜层的折射率为1.4-1.7。
S102、对衬底的背面进行表面处理；
采用研磨抛光、粗化、等离子刻蚀、化学腐蚀、激光或钻头打孔的方式，对衬底的背面进行处理，使得衬底的背面平整、粗糙或具有图形化的凹凸孔洞，以增加衬底的出光角度。
此外，通过对衬底的背面进行表面处理，还可以更好地形成出光膜层，使得出光膜层更好地粘附在衬底上。
S103、在衬底的背面形成出光膜层；
采用蒸镀、溅射或涂附的方式在衬底的背面形成出光膜层。其中，封装胶水的折射率＜出光膜层的折射率＜衬底的折射率，所述出光膜层的透光率大于90％。
所述出光膜层可以为单层结构，也可以为多层结构，其中多层结构的出光效率由于单层结构。
优选的，所述出光膜层包括依次设于衬底上的第一出光层、第二出光层和第三出光层，其中，封装胶水的折射率＜第三出光层的折射率＜第二出光层的折射率＜第一出光层的折射率＜衬底的折射率。上述三层结构的出光膜层，每层的折射率依次从衬底一侧向封装胶水侧递减，能进一步地减少全反射，提高出光效率。若出光膜层的结构多于三层，会遮挡和吸收部分的出光，反而降低芯片的出光效率。与单层的出光膜层相比，三层结构的出光膜层的出光率能提高5％。
更优的，由于现有的LED芯片一般采用蓝宝石作用衬底，因此，为了节省成本和简化工艺，本发明的出光膜层包括依次设于蓝宝石衬底上的第一Al2O3层、第二Al2O3层和第三Al2O3层，其中，封装胶水的折射率＜第三Al2O3层的折射率＜第二Al2O3层的折射率＜第一Al2O3层的折射率＜衬底的折射率。由于衬底和出光膜层均匀采用Al2O3，因此可以减少衬底和出光膜层之间的应力，此外，由于第一出光层、第二出光层和第三出光层均匀为Al2O3，在形成时，只需调整Al和O的比例和每层出光层的厚度，即可调整每层出光层的折射率，采用上述结构的出光膜层，结构、工艺简单，成本低，便于生产。
作为出光膜层的另一优选方案，所述出光膜层包括依次设于蓝宝石衬底上的Al2O3层、SiO2层和MgF2层，其中，封装胶水的折射率＜MgF2层＜SiO2层＜Al2O3层＜衬底的折射率。
S104、并对出光膜层进行刻蚀，形成多个孔洞；
采用激光或化学腐蚀工艺对出光膜层进行刻蚀，形成多个孔洞。具体的，所述孔洞从出光膜层的表面刻蚀至出光膜层的内部，或者，所述孔洞从出光膜层的表面贯穿至衬底背面，或者，所述孔洞从出光膜层的表面贯穿至衬底的表面。
本发明的出光膜层的孔洞的直径对芯片的出光率也起着重要的影响，优选的，有源层的出光波长为孔洞直径的整数倍。若是孔洞直径与出光波长的整数倍相关时，光更容易逸出，芯片亮度更高。
S105、在出光膜层上涂布荧光粉和封装胶水；
采用常规的工艺在出光膜层的表面涂布预设量的荧光粉和封装胶水。其中，荧光粉和封装胶水为现有的材料，本发明不做具体限定。
本发明在衬底和荧光粉之间形成一层出光膜层，并使得出光膜层的折射率小于衬底的折射率且大于封装胶水的折射率。本发明通过衬底、出光膜层和封装胶水的相互配合，利用不同光折射率和出光膜层上的孔洞，减少衬底的全反射，将更多的光线诱导到出光膜层上，此外，出光膜层上的孔洞可以让更多的光从出光膜层溢出，增加芯片的出光效率，提高芯片的亮度。
与现有的倒装芯片相比，由于本发明通过出光膜层来降低衬底的全反射，从而减少芯片的发光角度，增加芯片的轴向出光，进而可以减少芯片的侧壁出光，减少漏蓝。
此外，本发明先对衬底的背面进行表面处理，增加出光角度，再通过低于衬底折射率的出光膜层将光诱导到出光膜层中来减少全反射，由此通过表面处理和出光膜层的相互配合，在提高芯片出光效率的同时减少芯片的发光角度，防止漏蓝。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种倒装LED芯片，其特征在于，包括衬底、设置于衬底表面的发光结构、设于衬底背面的出光膜层、以及设于出光膜层上的荧光粉和封装胶水，其中，封装胶水的折射率＜出光膜层的折射率＜衬底的折射率，所述出光膜层的透光率大于99％，发光结构的出光波长为出光膜层厚度的整数倍。
2.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述出光膜层由透光材料制成，所述透光材料由Al2O3、SiO2、SiNx、MgF2、TiO2和Ti2O5中的一种或几种制成。
3.如权利要求2所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述出光膜层为单层或多层结构。
4.如权利要求3所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述出光膜层包括依次设于衬底上的第一出光层、第二出光层和第三出光层，其中，封装胶水的折射率＜第三出光层的折射率＜第二出光层的折射率＜第一出光层的折射率＜衬底的折射率。
5.如权利要求4所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底，所述出光膜层包括依次设于蓝宝石衬底上的第一Al2O3层、第二Al2O3层和第三Al2O3层，其中，封装胶水的折射率＜第三Al2O3层的折射率＜第二Al2O3层的折射率＜第一Al2O3层的折射率＜衬底的折射率。
6.如权利要求4所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底，所述出光膜层包括依次设于蓝宝石衬底上的Al2O3层、SiO2层和MgF2层，其中，封装胶水的折射率＜MgF2层＜SiO2层＜Al2O3层＜衬底的折射率。
7.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述出光膜层上设有孔洞，所述孔洞从出光膜层的表面贯穿至出光膜层的内部，或者，所述孔洞从出光膜层的表面贯穿至衬底背面，或者，所述孔洞从出光膜层的表面贯穿至衬底的表面。
8.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述发光结构包括第一半导体层、有源层、第二半导体层、透明导电层、反射层、第一电极和第二电极，所述第一电极设置在第一半导体层上，所述第二电极设置在反射层上。
9.一种倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底的表面形成发光结构；
对衬底的背面进行表面处理，以增加衬底的出光角度；
在衬底的背面形成出光膜层，并对出光膜层进行刻蚀，形成多个孔洞；
在出光膜层上涂布荧光粉和封装胶水，其中，封装胶水的折射率＜出光膜层的折射率＜衬底的折射率，所述出光膜层的透光率大于99％，发光结构的出光波长为出光膜层厚度的整数倍。
10.如权利要求9所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，所述出光膜层由透光材料制成，所述透光材料由Al2O3、SiO2、SiNx、MgF2、TiO2和Ti2O5中的一种或几种制成。
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