CN112002795A - 一种波长集中的led芯片、led晶圆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波长集中的LED芯片、LED晶圆，所述芯片包括发光结构、设于发光结构出光面上的分光层、以及遮挡层；所述分光层将发光结构发出的光分成出光光组和非出光光组，其中，所述发光结构发出的光的波长为a1～annm，所述出光光组包括波长为ai～ajnm的光，所述非出光光组包括波长为a1～ainm和aj～annm的光，a1＜ai＜aj＜an＜；所述遮挡层由挡光材料制成，其设置在非出光光组的上方。本发明通过分光层和遮挡层的配合，将色差大的光(非出光光组的光)过滤掉，从而选取较佳波长范围、波长集中的光(出光光组的光)出射，进而提高LED芯片的波长集中性和色纯度。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种波长集中的LED芯片、LED晶圆。
背景技术
LED显示屏是利用LED点阵模块或像素单元组成的一种现代信息发布平台，具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及室内外环境适应能力强等优点。
其中，ICE标准色度学规定RGB三基色的标准波长分别为R(700nm)、G(546.1nm)、B(435.8nm)，其中，波长决定了颜色。在标准ICE色度图上，根据色调和饱和度的不同，各种颜色呈区域分布，即如果将表示不同色度波长的点与中心白光点相连，就可以将色度图划分为多个不同的颜色区域，如图1所示。
两种颜色对于人眼色彩感觉上的差别用“色差”来量度。对人眼视觉来说，当一种颜色在CIE色度图上的坐标位置变化很小时，人眼仍认为它是原来的颜色，感觉不出它的变化。因此，每个颜色实际上是一个范围(即所谓的“颜色宽容度”)，在这个范围内变化时人眼视觉是感觉不到的。
现有应用在LED显示屏中的蓝光LED芯片或绿光LED芯片，由于受外延材料的影响，In含量较高，因此同一个晶圆上的蓝光LED芯片或绿光LED芯片，波长的范围较大，离散性高。离散性越高，即色差越明显，因此影响芯片的良率，增加成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种波长集中LED芯片，波长集中，色纯度高，发光角度大。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种波长集中的LED晶圆，晶圆上LED芯片的波长离散性低，色纯度高，良率高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种波长集中的LED芯片，包括发光结构、设于发光结构出光面上的分光层、以及遮挡层；
所述分光层由反射或挡光材料制成，且设有缝隙，所述分光层将发光结构发出的光分成出光光组和非出光光组，其中，所述发光结构发出的光的波长为a1～an nm，所述出光光组包括波长为ai～ajnm的光，所述非出光光组包括波长为a1～ai nm和aj～an nm的光，a1＜ai＜aj＜an；
所述遮挡层由挡光材料制成，其设置在非出光光组的上方。
作为上述方案的改进，所述分光层将发光结构发出的光按波长的大小顺序排列分成m组，每组光的波长在预设范围内，其中，所述出光光组包括n组的光，所述非出光光组包括(m-n)组的光，m≥2，0＜n＜m。
作为上述方案的改进，所述发光结构为蓝光发光结构或绿光发光结构，其中，蓝光发光结构的发光波长为450～480nm，绿光发光结构的发光波长为510～540nm；
若所述发光结构为蓝光发光结构，则分光层将光分成3组，第一组光的波长小于465nm，第二组光的波长为456～475nm，第三组光的波长大于475nm，所述出光光组包括第二组光，所述非出光光组包括第一组光和第三组光；
若所述发光结构为绿光发光结构，则分光层将光分成3组，第一组光的波长小于516nm，第二组光的波长为516～530nm，第三组光的波长大于530nm，所述出光光组包括第二组光，所述非出光光组包括第一组光和第三组光。
作为上述方案的改进，所述缝隙的宽度大于分光层入射光的波长。
作为上述方案的改进，所述缝隙的宽度为d，其中，d*sinθ＝M*λ，θ为分光层入射光与分光层平面法线之间的夹角，M为明条纹级数，λ为分光层入射光的波长。
作为上述方案的改进，所述裂缝之间的距离h，其中，20*λ≥h≥2*λ。
作为上述方案的改进，所述分光层的结构为SiO2/SiNx；或者，
所述分光层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种；或者，
所述分光层的材料为树脂。
作为上述方案的改进，若所述分光层的结构为SiO2/SiNx，则其厚度为1.5～2.5μm；
若所述分光层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种，则其厚度为100～200nm；
若所述分光层的材料为树脂，则其厚度为500～1000nm。
作为上述方案的改进，所述遮挡层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种；或者，
所述遮挡层的材料为树脂；或者，
所述遮挡层的材料为黑色涂料。
相应地，本发明还提供了一种波长集中的LED晶圆，包括多个上述的波长集中的LED芯片。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明的LED芯片在发光结构的出光面上设置分光层和遮挡层，通过分光层和遮挡层的光干涉/衍射原理，具体的，分光层将发光结构发出的光分成出光光组和非出光光组，其中，出光光组包括波长为450～480nm或波长为510～540nm的光，所述非出光光组包括发光结构发出的其他波长的光；然后通过设置在非出光光组上方的遮挡层将色差大的光(非出光光组的光)过滤掉，从而选取较佳波长范围、波长集中的光(出光光组的光)出射，进而提高LED芯片的波长集中性和色纯度。
此外，以同样的入射角α投射到分光层，每种波长的光产生的干涉大多数都位于不同的角度位置，即不同波长的衍射光以不同的衍射角β出射，即混合在一起入射的各种不同波长的复合光，经分光层衍射后彼此被分开，因此本发明在发光结构的出光面上设置分光层，还可以提高芯片的出光角度。
进一步地，对于那些波长的范围较大，离散性高的LED晶圆，本发明在LED晶圆的发光结构的光面上设置分光层和遮挡层，通过分光层和遮挡层的光干涉/衍射原理，选取较佳波长范围的光出射，降低单片晶圆里芯片之间的离散性，提高芯片的色纯度，并增加芯片的发光角。
附图说明
图1是按色度区域划分的CIE色度图；
图2是本发明LED芯片的结构示意图；
图3是本发明发光结构发出的光经过分光层和遮挡层后的出光示意图；
图4是本发明分光层的结构示意图。
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2，本发明提供的一种波长集中的LED芯片，包括发光结构10、设于发光结构10出光面上的分光层20、以及设于分光层20上的遮挡层30。
本发明的发光结构10为蓝光发光结构或绿光发光结构，其中，蓝光发光结构的发光波长为450～480nm，绿光发光结构的发光波长为510～540nm。
所述发光结构10包括衬底、设于衬底正面的外延层、设于外延层上的透明导电层、以及与外延层导电连接的电极。
所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底或碳化硅衬底，但不限于此。
所述外延层包括依次设置的第一半导体层、有源层和第二半导体层，本发明的外延层材料优选为氮化镓材料。
所述透明导电层设置在第二半导体层上，用于提高芯片的电流扩展性。优选的，所述透明导电层为ITO。
本发明的发光结构10可以为正装结构，也可以为倒装结构。若本发明的芯片为正装芯片，则所述分光层设置在透明导电层上并覆盖到第二半导体层上；若本发明的芯片为倒装芯片，则所述分光层设置在衬底背面上。
本发明的电极包括第一电极和第二电极，其中，第一电极设置在第一半导体层上，第二电极设置在透明导电层上。
参见图3，本发明的分光层20将发光结构10发出的光分成出光光组101和非出光光组102，其中，所述发光结构10发出的光的波长为a1～an nm，所述出光光组101包括波长为ai～ajnm的光，所述非出光光组102包括波长为a1～ai nm和aj～an nm的光，a1＜ai＜aj＜an。
具体的，所述分光层20将发光结构10发出的光按波长的大小顺序排列分成m组，每组光的波长在预设范围内，其中，所述出光光组101包括n组的光，所述非出光光组102包括(m-n)组的光，m≥2，0＜n＜m。
例如，分光层20将发光结构10发出的光按波长的大小顺序排列分成m组，包括m1、m2和m3组，其中，m1组的光的波长＞m2组的光的波长＞m3组的光的波长，则，出光光组101包括m2组的光，非出光光组102包括m1和m3组的光。
优选的，所述发光结构10为蓝光发光结构或绿光发光结构，则分光层20将光分成3组，第一组光的波长小于465nm，第二组光的波长为456～475nm，第三组光的波长大于475nm；
若所述发光结构10为绿光发光结构，则分光层20将光分成3组，第一组光的波长小于516nm，第二组光的波长为516～530nm，第三组光的波长大于530nm。
具体的，对于相同光谱线级数的光，例如不同波长λ1、λ2、λ3.....组成的混合光，若以同样的入射角α投射到分光层，每种波长的光产生的干涉大多数都位于不同的角度位置，即不同波长的衍射光以不同的衍射角β出射。因此，对于预定的分光层，不同波长的同一级主级大或次级大(构成同一级光栅光谱中的不同波长谱线)都不重合，而是按波长的次序顺序排列，形成一系列分立的谱线。这样，混合在一起入射的各种不同波长的复合光，经分光层衍射后彼此被分开。
参见图4，为了实现分光层20的特定分光功能，所述分光层20由反射或挡光材料制成，且所述分光层20设有缝隙21，所述缝隙21的宽度大于分光层入射光的波长。
例如，分光层入射光的波长为520nm，则分光层中的缝隙宽度要大于0.52μm。若缝隙宽度小于分光层入射光的波长，则光线不能在分光层进行衍射，而是被反射回去。但缝隙的宽度也不能太大，若缝隙的宽度太大，则光线直接从缝隙射出，起到不分光的作用。
优选的，所述缝隙的宽度小于10倍分光层入射光的波长。例如，分光层入射光的波长为520nm，则分光层中的缝隙宽度要小于5.2μm。
更优的，所述缝隙的宽度为d，其中，d*sinθ＝M*λ，θ为分光层入射光与分光层平面法线之间的夹角，M为明条纹光谱线级数，λ为分光层入射光的波长。
除了裂缝的宽度外，裂缝之间的距离对分光层的分光效果也起着重要的影响。若裂缝之间的距离过小，则容易发生光谱(不同波长光)重叠；若裂缝之间的距离过大，则穿过分光层的光太少，影响芯片的最终出光效率。
优选的，所述裂缝之间的距离要大于分光层入射光的波长的2倍，且小于分光层入射光的波长的20倍。例如，分光层入射光的波长为520nm，则分光层中的缝隙之间的距离要大于1.04(0.52*2)μm，且小于10μm。
具体的，所述裂缝之间的距离h，其中，20*λ≥h≥2*λ。
其中，本发明分光层的材料或结构可以为以下几种：
一、所述分光层的结构为SiO2/SiNx；
二、所述分光层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种；
三、所述分光层的材料为树脂。
除了裂缝的宽度、裂缝之间的距离外，分光层的厚度对分光效果也起着重要的影响。若分光层的厚度太小，则起不到反射或挡光的效果，光线会不均匀地穿过分光层；若分光层的厚度太大，则增加裂缝的形成难度，且分光层容易剥离裂开，脱落。
具体的，所述分光层的厚度需要根据材料的特性来进行限定。若所述分光层的结构为SiO2/SiNx，则其厚度为1～3μm；若所述分光层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种，则其厚度为50～300nm；若所述分光层的材料为树脂，则其厚度为100～3000nm。
优选的，若所述分光层的结构为SiO2/SiNx，则其厚度为1.5～2.5μm；若所述分光层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种，则其厚度为100～200nm；若所述分光层的材料为树脂，则其厚度为500～1000nm。
更优的，若所述分光层的结构为SiO2/SiNx，则其厚度为1.5～2μm；若所述分光层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种，则其厚度为100～150nm；若所述分光层的材料为树脂，则其厚度为500～800nm。
发光结构发出的光经过分光层后，形成m个不同波长范围的光组，其中，所述光组分为出光光组和非出光光组，为了提高芯片的离散性，本发明在分光层上设置遮挡层，过滤掉不必要的波长的光(非出光光组)，提高芯片的色纯度。
需要说明的是，离散性是指单片晶圆(wafer)里芯片波长的std，现有蓝、绿光wafer的std在2.5～4范围内，本发明单片LED晶圆的sdt为，其中，std越小，单片wafer里芯片波长的一致性越好，芯片的良率越高，成本越低。
为了实现遮挡层的滤光效果，所述遮挡层首先要由挡光材料制成，其次，所述遮挡层需要设置在非出光光组的上方。
其中，本发明遮挡层的材料可以为以下几种：
一、所述遮挡层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种；
二、所述遮挡层的材料为树脂。
三、所述遮挡层的材料为黑色涂料。
为了防止遮挡层30对分光层20的影响，保护分光层20，所述分光层20和遮挡层30之间设有保护层40，所述保护层40有透明绝缘材料制成。优选的，所述保护层40由SiO2、SiNx或Al2O3制成。
优选的，所述保护层的厚度为50～600nm。若保护层厚度过小，则起不到保护的作用，若保护层的厚度过大，则会吸光，影响芯片的最后出光效率。
更优的，所述保护层的厚度为100～300nm。
本发明的LED芯片在发光结构的出光面上设置分光层和遮挡层，通过分光层和遮挡层的光干涉/衍射原理，具体的，分光层将发光结构发出的光分成出光光组和非出光光组，其中，出光光组包括波长为450～480nm或波长为510～540nm的光，所述非出光光组包括发光结构发出的其他波长的光，然后通过设置在非出光光组上方的遮挡层将色差大的光(非出光光组的光)过滤掉，从而选取较佳波长范围、波长集中的光(出光光组的光)出射，进而提高LED芯片的波长集中性和色纯度。
此外，以同样的入射角α投射到分光层，每种波长的光产生的干涉大多数都位于不同的角度位置，即不同波长的衍射光以不同的衍射角β出射，即混合在一起入射的各种不同波长的复合光，经分光层衍射后彼此被分开，因此本发明在发光结构的出光面上设置分光层，还可以提高芯片的出光角度。对于应用在显示屏产品的LED芯片来说，芯片的发光角度越大越好，发光角度越大，可视角度越大。现有芯片发光角度约为135°，本发明芯片的发光角度可达170°。
进一步地，对于那些波长范围大、发光角度小的发光结构，本发明在其出光面上设置分光层和遮挡层，通过分光层和遮挡层的光干涉/衍射原理，选取较佳波长范围的光出射，降低单片晶圆里芯片之间的离散性，提高芯片的色纯度，并增加芯片的发光角。
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)
1.一种波长集中的LED芯片，其特征在于，包括发光结构、设于发光结构出光面上的分光层、以及遮挡层；
所述分光层由反射或挡光材料制成，且设有缝隙，所述分光层将发光结构发出的光分成出光光组和非出光光组，其中，所述发光结构发出的光的波长为a1～annm，所述出光光组包括波长为ai～ajnm的光，所述非出光光组包括波长为a1～ainm和aj～annm的光，a1＜ai＜aj＜an；
所述遮挡层由挡光材料制成，其设置在非出光光组的上方。
2.如权利要求1所述的波长集中的LED芯片，其特征在于，所述分光层将发光结构发出的光按波长的大小顺序排列分成m组，每组光的波长在预设范围内，其中，所述出光光组包括n组的光，所述非出光光组包括(m-n)组的光，m≥2，0＜n＜m。
3.如权利要求2所述的波长集中的LED芯片，其特征在于，所述发光结构为蓝光发光结构或绿光发光结构，其中，蓝光发光结构的发光波长为450～480nm，绿光发光结构的发光波长为510～540nm；
若所述发光结构为蓝光发光结构，则分光层将光分成3组，第一组光的波长小于465nm，第二组光的波长为456～475nm，第三组光的波长大于475nm，所述出光光组包括第二组光，所述非出光光组包括第一组光和第三组光；
若所述发光结构为绿光发光结构，则分光层将光分成3组，第一组光的波长小于516nm，第二组光的波长为516～530nm，第三组光的波长大于530nm，所述出光光组包括第二组光，所述非出光光组包括第一组光和第三组光。
4.如权利要求1所述的波长集中的LED芯片，其特征在于，所述缝隙的宽度大于分光层入射光的波长。
5.如权利要求4所述的波长集中的LED芯片，其特征在于，所述缝隙的宽度为d，其中，d*sinθ＝M*λ，θ为分光层入射光与分光层平面法线之间的夹角，M为明条纹级数，λ为分光层入射光的波长。
6.如权利要求5所述的波长集中的LED芯片，其特征在于，所述裂缝之间的距离h，其中，20*λ≥h≥2*λ。
7.如权利要求1所述的波长集中的LED芯片，其特征在于，所述分光层的结构为SiO2/SiNx；或者，
所述分光层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种；或者，
所述分光层的材料为树脂。
8.如权利要求7所述的波长集中的LED芯片，其特征在于，若所述分光层的结构为SiO2/SiNx，则其厚度为1.5～2.5μm；
若所述分光层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种，则其厚度为100～200nm；
若所述分光层的材料为树脂，则其厚度为500～1000nm。
9.如权利要求1所述的波长集中的LED芯片，其特征在于，所述遮挡层的材料选自银、铝、金、铜、铂、钛、镍、镉中的一种或几种；或者，
所述遮挡层的材料为树脂；或者，
所述遮挡层的材料为黑色涂料。
10.一种波长集中的LED晶圆，其特征在于，包括多个如权利要求1～9任一项所述的波长集中的LED芯片。
Priority Applications (1)
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| CN202010919325.5A CN112002795A (zh) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | 一种波长集中的led芯片、led晶圆 |
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| CN (1) | CN112002795A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112582514A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-03-30 | 东莞市中晶半导体科技有限公司 | 一种led芯片、多合一芯片、显示模块及显示屏 |
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2020
- 2020-09-04 CN CN202010919325.5A patent/CN112002795A/zh active Pending
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