CN110416390A - 纳米晶led器件和发光器件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种纳米晶LED器件和发光器件的制作方法，涉及LED显示技术领域，该纳米晶LED器件包括LED芯片以及设置在所述LED芯片上的光转换层；其中，所述光转换层包含具有单一宽发射波长的纳米晶。本发明实施例提供的纳米晶LED器件，采用单一宽发射波长的纳米晶作为光转换材料，制造流程简单，耗能低，避免了使用荧光粉，能够降低器件制备的复杂性，改善材料成本，提高便利性。
Description
技术领域
本申请涉及LED显示技术领域，具体而言，涉及一种纳米晶LED器件和发光器件的制作方法。
背景技术
无机LED芯片具有极高的发光效率，其中蓝光LED芯片的发光效率最高，目前越来越多的白光照明及显示背板是由蓝光LED芯片及其上面的光转换材料构成的。通常使用的光转换材料为荧光粉，这种材料通常需要通过高温煅烧等方式制备，耗能较大，不符合节能减排的要求。
发明内容
本申请的目的是提供一种纳米晶LED器件，该纳米晶LED器件采用具有单一宽发射波长的纳米晶作为光转换材料，能够降低器件制备的复杂性，改善材料成本，提高便利性。
本申请的另一目的是提供一种发光器件的制作方法，其采用具有单一宽发射波长的纳米晶作为光转换材料，能够降低器件制备的复杂性，改善材料成本，提高便利性。
为了实现上述目的，本申请是采用以下技术方案实现的。
第一方面，本发明实施例提供一种纳米晶LED器件，包括：
LED芯片；
以及，设置在所述LED芯片上的光转换层；
其中，所述光转换层包含具有单一宽发射波长的纳米晶。
在可选的实施方式中，所述纳米晶为氧化锌纳米晶。
在可选的实施方式中，所述氧化锌纳米晶的发光峰在380nm-780nm之间。
在可选的实施方式中，所述氧化锌纳米晶的发光峰为600nm。
在可选的实施方式中，所述LED芯片的发光峰小于或者等于360nm。
在可选的实施方式中，所述光转换层上还设置有紫外光过滤层。
在可选的实施方式中，所述紫外光过滤层的过滤波长小于或者等于360nm。
第二方面，本发明实施例提供一种发光器件的制作方法，包括以下步骤:
在所述LED芯片上涂覆纳米晶并形成光转换层；
其中，所述纳米晶具有单一宽发射波长。
在可选的实施方式中，所述纳米晶采用低温溶胶凝胶法制备形成。
在可选的实施方式中，还包括以下步骤：
在所述光转换层上设置紫外光过滤层。
通过上述技术方案，本发明实施例提供的纳米晶LED器件，采用单一宽发射波长的纳米晶作为光转换材料，制造流程简单，耗能低，避免了使用荧光粉，能够降低器件制备的复杂性，改善材料成本，提高便利性。
本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请第一实施例提供的纳米晶LED器件的整体结构示意图；
图2为本申请第一实施例提供的LED芯片的结构示意图；
图3为本申请第一实施例提供的纳米晶LED器件带有紫外光过滤层的结构示意图；
图4为本申请第二实施例提供的发光器件的制作方法的步骤框图。
图标：100-纳米晶LED器件；110-LED芯片；111-外延衬底层；113-N型氮化镓层；115-发光层；116-P型氮化镓层；117-绝缘层；118-P电极键合层；119-N电极键合层；130-光转换层；150-紫外光过滤层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
第一实施例
参见图1，本实施例提供了一种纳米晶LED器件100，其采用具有单一宽发射波长的纳米晶作为光转换材料，能够降低器件制备的复杂性，改善材料成本，提高便利性。
本实施例提供的纳米晶LED器件100，包括LED芯片110和设置在LED芯片110上的光转换层130。其中，光转换层130包含了具有单一宽发射波长的纳米晶。具体地，光转换层130上的纳米晶材料为单种材料，具有单一的发光峰，避免使用多种材料或者多种尺寸的纳米晶材料而形成多个发光峰，影响显示效果，同时也降低了器件的复杂性。在进行制备时，光转换层130通过在LED芯片110上涂覆纳米晶形成，其厚度在0.01mm-2mm之间，优选为1mm。
在本实施例中，LED芯片110为蓝光LED芯片110，其发光效率高。同时LED芯片110设置在一基板上，基板上设置有热沉，LED芯片110通过导电且导热的结合材料被电耦合在热沉上，通过热沉进行散热，LED芯片110的上表面涂覆有纳米晶。其中导电且导热的接合材料例如是焊料、粘合剂、涂层、膜、密封剂、浆糊、油脂和/或其它合适的材料。在优选的实施例中，可以使用LED芯片110底部上的焊料垫将LED芯片110电耦合并固定到它们各自的垫上以便从顶部不可见焊料。
需要说明的是，本实施例中所提及的纳米晶，指的是利用纳米尺寸结晶体(nanocrystal)的半导体材料，优选地，本实施例中采用氧化锌纳米晶(ZnO)作为光转换材料，涂覆在LED芯片110上。其中氧化锌纳米晶(ZnO)的尺寸在5nm-15nm之间，优选为7nm。
氧化锌纳米晶(ZnO)结合了纳米材料和半导体材料两方面的优越性能，氧化锌纳米晶(ZnO)宽带隙、高激子束缚能和低阈值电压，使得其成为紫外激光器和真空荧光显示、场发射显示等的理想材料。当然，此处纳米晶材料也可以采用硫化锌(ZnS)纳米晶、硒化锌(ZnSe)纳米晶、碲化锌(ZnTe)纳米晶、硫化镉(CdS)纳米晶、硒化镉(CdSe)纳米晶、碲化镉(CdTe)纳米晶、氮化镓(GaN)纳米晶、磷化镓(GaP)纳米晶、硒化镓(GaSe)纳米晶、锑化镓(GaSb)纳米晶、砷化镓(GaAs)纳米晶、氮化铝(AlN)纳米晶、磷化铝(AlP)纳米晶、砷化铝(AlAs)纳米晶、磷化铟(InP)纳米晶、砷化铟(InAs)纳米晶，在此不作具体限定。
在本实施例中，氧化锌纳米晶(ZnO)以二水合醋酸锌和氢氧化钾的甲醇溶液为前驱体，采用低温溶胶-凝胶法制备。且氧化锌纳米晶(ZnO)的荧光发光峰在380nm-780nm之间。
在本实施例中，氧化锌纳米晶(ZnO)颗粒通过透明胶粘接在一起，并粘贴在LED芯片110表面，具体地，在通过低温溶胶凝胶法制得氧化锌纳米晶(ZnO)后，将氧化锌纳米晶(ZnO)涂覆在LED芯片110的表面，固化后形成光转换层130。值得注意的是，此处通过氧化锌纳米晶(ZnO)涂覆时需要保证涂覆均匀，且保证固化后的LED芯片110出光面各处的光转换层130厚度一致，均为1mm。
参见图2，在本实施例中，LED芯片110为倒装型芯片，包括外延衬底层111、生长在外延衬底层111上的N型氮化镓层113、生长在N型氮化镓层113部分上表面的发光层115、生长在N型氮化镓层113部分上表面的N型欧姆接触层、生长在发光层115上表面的P型氮化镓层116和生长在P型氮化镓层116部分上表面的P型欧姆接触层。其中，在P型氮化镓层116、P型欧姆接触层、N型氮化镓层113和N型欧姆接触层的上表面还覆盖有绝缘层117，绝缘层117上相互独立设置有P电极键合层118和N电极键合层119，且P电极键合层118与P型欧姆接触层电连接，N电极键合层119与N型欧姆接触层电连接，且P电极键合层118和N电极键合层119均设置在热沉上。
在本实施例中，LED芯片110为倒装设置，光转换层130设置在外延衬底层111的下表面，具体地，外延衬底层111采用蓝宝石衬底，将外延衬底层111作为出光面，避免了欧姆接触层吸收发光层115发出的光，并且使得PN接更加靠近热沉、降低热阻，提高了可靠性。
当然，此处LED芯片110也可以是正装设置或垂直设置，在此不作具体限定。
在本实施例中，LED芯片110的发光峰小于或者等于360nm，优选地，LED芯片110的发光峰为320nm。配合光转换层130采用发光峰在380nm-780nm之间的氧化锌纳米晶，从而形成白光LED器件。
参见图3，在本实施例中，光转换层130上还设置有紫外光过滤层150，具体地，紫外光过滤层150通过透明胶粘接在光转换层130远离LED芯片110的一侧表面。通过设置紫外光过滤层150，能够将经过光转换层130转换后发出的光中的紫外光滤去，并能够将波长小于或者等于360nm的紫外光过滤掉，从而避免了对人体的伤害。
需要说明的是，紫外光过滤层150为滤光片，且滤光片完全覆盖在光转换层130的上表面，从而能够将经过光转换层130转换过后的白光中的特定波长的紫外线过滤掉，从而避免对使用者造成损害。
在本发明其他较佳的实施例中，光转换层130上还设置有蓝光过滤层，其也为滤光片，只是其过滤光的波长与紫外光过滤层150略有不同。当然，此处蓝光过滤层和紫外光过滤层150也可择一设置或者重叠设置，在此不一一进行描述。
综上所述，本实施例提供的一种纳米晶LED器件100，利用发光峰小于等于360nm的LED芯片110，并且将LED芯片110倒装，同时结合在LED芯片110上涂覆发光峰在380nm-780nm之间的氧化锌纳米晶，从而形成白光器件。由于采用了单一宽发射波长的氧化锌纳米晶作为光转换材料，制造流程简单，耗能低，避免了使用普通的荧光粉，能够降低器件制备的复杂性，改善材料成本，提高便利性。
第二实施例
参见图4，本实施例提供了一种纳米晶LED器件100的制作方法，其能够制备如第一实施例提供的纳米晶LED器件100。
本实施例提供的纳米晶LED器件100的制作方法，包括以下步骤：
S1：在LED芯片110上涂覆纳米晶并形成光转换层130。
具体而言，本实施例中LED芯片110采用倒装形式，在LED芯片110的外延衬底层111上涂覆氧化锌纳米晶，并在氧化锌纳米晶固化后形成光转换层130。当然，若此处LED芯片110采用正装或者垂直结构，则相应地在LED芯片110的对应部位涂覆氧化锌纳米晶并形成光转换层130。
需要说明的是，本实施例中所提及的纳米晶，指的是利用纳米尺寸结晶体(nanocrystal)的半导体材料，本实施例中采用氧化锌纳米晶(ZnO)作为光转换材料，涂覆在LED芯片110上。其中氧化锌纳米晶(ZnO)的尺寸在5nm-15nm之间，优选为7nm，在利用透明胶将氧化锌纳米晶(ZnO)颗粒均匀混合后，将混合后的氧化锌纳米晶(ZnO)胶状物涂覆在LED芯片110的发光侧，并在氧化锌纳米晶(ZnO)胶状物固化后形成光转换层130。值得注意的是，此处通过氧化锌纳米晶(ZnO)涂覆时需要保证涂覆均匀，且保证固化后的LED芯片110出光面各处的光转换层130厚度一致，均为1mm。
需要说明的是，本实施例中LED芯片110的发光峰小于或者等于360nm，氧化锌纳米晶的发光峰在380nm-780nm之间，从而通过光装换层和LED芯片110结合形成白光器件。
还需要说明的是，本实施例中氧化锌纳米晶采用低温溶胶凝胶法制备形成。具体地，氧化锌纳米晶(ZnO)以二水合醋酸锌和氢氧化钾的甲醇溶液为前驱体，采用低温溶胶-凝胶法制备。
S2：在光转换层130上设置紫外光过滤层150。
具体而言，紫外光过滤层150能够过滤掉小于360nm的紫外光，本实施例中紫外光过滤层150透明胶粘接在光转换层130远离LED芯片110的一侧表面。优选地，紫外光过滤层150为滤光片，且滤光片完全覆盖在光转换层130的上表面，从而能够将经过光转换层130转换过后的白光中的特定波长的紫外线过滤掉，从而避免对使用者造成损害。
在本实施例中，LED芯片110采用引脚式或者表面贴装式封装结构进行封装，并通过设置有光转换层130的一侧进行出光。
在本实施例中，LED芯片110的制造方法如下：
S21：在外延衬底层111上生长N型氮化镓层113。
S22：在N型氮化镓层113的部分上表面生长发光层115。
S23：在N型氮化镓层113的部分上表面生长N型欧姆接触层。其中N型欧姆接触层与发光层115并不重叠。
S24：在发光层115的上表面生长P型氮化镓层116。
S25：在P型氮化镓层116的部分上表面生长欧姆接触层。
需要说明的是，由于LED芯片110采用倒装的形式，故光转换层130涂覆设置在外延衬底层111的下表面，即远离发光层115的一侧表面。
在本实施例中，在P型氮化镓层116、P型欧姆接触层、N型氮化镓层113和N型欧姆接触层的上表面还覆盖有绝缘层117，绝缘层117上相互独立设置有P电极键合层118和N电极键合层119，且P电极键合层118与P型欧姆接触层电连接，N电极键合层119与N型欧姆接触层电连接，且P电极键合层118和N电极键合层119均设置在热沉上。
综上所述，本实施例提供了一种纳米晶LED器件100的制作方法，用于制作如第一实施例所提供的纳米晶LED器件100，且制作流程简单，其中氧化锌纳米晶(ZnO)采用低温溶胶凝胶法制备形成，十分方便，且避免了使用通过高温煅烧等方式制备的荧光粉，大大降低了整体的制作能耗，符合节能减排的要求。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米晶LED器件，其特征在于，包括：
LED芯片；
以及，设置在所述LED芯片上的光转换层；
其中，所述光转换层包含具有单一宽发射波长的纳米晶。
2.根据权利要求1所述的纳米晶LED器件，其特征在于，所述纳米晶为氧化锌纳米晶。
3.根据权利要求2所述的纳米晶LED器件，其特征在于，所述氧化锌纳米晶的发光峰在380nm-780nm之间。
4.根据权利要求3所述的纳米晶LED器件，其特征在于，所述氧化锌纳米晶的发光峰为600nm。
5.根据权利要求2所述的纳米晶LED器件，其特征在于，所述LED芯片的发光峰小于或者等于360nm。
6.根据权利要求1所述的纳米晶LED器件，其特征在于，所述光转换层上还设置有紫外光过滤层。
7.根据权利要求6所述的纳米晶LED器件，其特征在于，所述紫外光过滤层的过滤波长小于或者等于360nm。
8.一种发光器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤:
在LED芯片上涂覆纳米晶并形成光转换层；
其中，所述纳米晶具有单一宽发射波长。
9.根据权利要求8所述的发光器件的制作方法，其特征在于，所述纳米晶采用低温溶胶凝胶法制备形成。
10.根据权利要求8所述的发光器件的制作方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述光转换层上设置紫外光过滤层。
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