CN117457831A - 一种发光二极管及发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管及发光装置，该发光二极管包括外延层以及设置在外延层出光面的光学部件。外延层包括依次堆叠的第一半导体层、有源层及第二半导体层，外延层的第一半导体层远离有源层的一面为第一面，靠近有源层的一面为第二面，发光二极管自第一半导体层的第一面出光，外延层的辐射光具有第一波长。光学部件包括设置于第一面的上方的光学透镜以及分散于光学透镜中的量子点，辐射光激发光学透镜中的量子点，以使量子点产生具有第二波长的光，第二波长与第一波长不同。由此，本发明通过将量子点分散于光学透镜中解决了直接将量子点涂覆在发光二极管的出光面而导致的界面结合问题，提高了器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种发光二极管及发光装置。
背景技术
现有技术中一般采用红蓝绿三色LED芯片制造白光LED器件，由于红色LED芯片的电压与蓝绿两色LED芯片的电压不同，且红色LED芯片随着温度变化，发光波长和亮度都会有影响。所以三原色LED芯片制造白光LED器件在实际应用中始终存在技术瓶颈。
量子点是尺寸为2～10纳米量级的半导体纳米晶体，其在光通过量子点时改变光的波长。当具有足够能量的入射光撞击量子点时，量子点暂时将电子从价带跨越带隙移入相邻的更高的导带(conductive band)，在价带中形成相应的正电荷孔。在该不稳定状态中，电子降回到价带，并且在该过程中，以光的形式发出能量。为了解决上述问题，一般会在蓝光芯片或者紫光芯片的表面涂覆量子点以改变LED芯片的发光波长，以替代所需发光波长的发光芯片。
然而，将量子点直接涂覆在空气中与外界的空气接触，容易受水汽的影响而导致其失效，影响器件的可靠度。并且，一般的LED芯片的出光面还会设置光学透镜，量子点涂覆的不平整会影响光学透镜对LED芯片的出光面的界面结合，不利于器件的制造良率和可靠性。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管及发光装置，以解决量子点与光学透镜的界面结合问题，提高发光二极管的可靠性。
为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管，包括：
外延层，包括依次堆叠的第一半导体层、有源层及第二半导体层，外延层的第一半导体层远离有源层的一面为第一面，靠近有源层的一面为第二面，发光二极管自第一半导体层的第一面出光，外延层的辐射光具有第一波长；
光学部件，包括设置于第一面的上方的光学透镜以及分散于光学透镜中的量子点，辐射光激发光学透镜中的量子点，以使量子点产生具有第二波长的光，第二波长与第一波长不同。
根据本发明的一个方面，本发明还提供一种发光装置，包括：
封装基板；
发光二极管，设置于封装基板的表面，发光二极管的电极与封装基板形成电性连接，该发光二极管为上述发光二极管。
与现有技术相比，本发明的发光二极管及发光装置至少具备如下有益效果：
本发明中的发光二极管包括外延层以及设置在外延层出光面的光学部件。外延层包括依次堆叠的第一半导体层、有源层及第二半导体层，外延层的第一半导体层远离有源层的一面为第一面，靠近有源层的一面为第二面，发光二极管自第一半导体层的第一面出光，外延层的辐射光具有第一波长。光学部件包括设置于第一面的上方的光学透镜以及分散于光学透镜中的量子点，辐射光激发光学透镜中的量子点，以使量子点产生具有第二波长的光，第二波长与第一波长不同。由此，本发明通过将量子点分散于光学透镜中解决了直接将量子点涂覆在发光二极管的出光面而导致的界面结合问题，提高了器件的可靠性。
本发明中的发光装置的发光二极管的出光面也设置有上述光学部件，同样具备上述技术效果。
附图说明
图1为现有技术中发光装置的表面形成有量子点的结构示意图；
图2为将光学透镜设置于图1中发光装置的结构示意图；
图3为本发明实施例1中平面型光学部件设置于发光装置的表面的结构示意图；
图4为本发明实施例1中曲面型光学部件设置于发光装置的表面的结构示意图；
图5为本发明实施例2中发光二极管中包括衬底的发光装置的结构示意图。
附图标记列表：
10 封装基板
11 导电胶膜
20 发光二极管
201 衬底
210 外延层
211 第一半导体层
212 有源层
213 第二半导体层
221 第一电极
222 第二电极
214 保护层
2011 出光面
30 量子点
40 光学透镜
50 光学部件
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
须知，本发明实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
参照图1，一般将量子点30以喷涂或者与胶水混合的方式涂覆在发光二极管20的出光面2011以改变发光二极管20的出光颜色。然而，由于量子点30直接裸露在外面与空气接触，易受到水汽影响，进而影响其可靠性。参照图2，发光二极管20的出光面2011也会设置光学透镜40，以对发光二极管20发出的光进行聚集。由于量子点30涂覆在发光二极管20的出光面2011会导致涂覆界面的不平整，后续将光学透镜40涂覆在发光二极管20的出光面2011的量子点30上也会导致光学透镜40与发光二极管20的界面结合不可靠的问题。并且，一般发光二极管20的出光面2011为图形化表面，光学透镜40与涂覆有量子点30的发光二极管20的界面结合问题更严重。
本实施例提供一种发光二极管，包括：
外延层，包括依次堆叠的第一半导体层、有源层及第二半导体层，外延层的第一半导体层远离有源层的一面为第一面，靠近有源层的一面为第二面，发光二极管自第一半导体层的第一面出光，外延层的辐射光具有第一波长；
光学部件，包括设置于第一面的上方的光学透镜以及分散于光学透镜中的量子点，辐射光激发光学透镜中的量子点，以使量子点产生具有第二波长的光，第二波长与第一波长不同。由此，本实施例通过将量子点分散于光学透镜中解决了直接将量子点涂覆在发光二极管的出光面而导致的界面结合问题，提高了器件的可靠性。
可选地，光学部件设置于第一面上，光学部件与第一半导体层的第一面相贴合。
可选地，第一半导体层的第一面形成有图形化结构，该图形化结构可以提高发光二极管的出光量。
可选地，发光二极管还包括：
衬底，设置于第一半导体层的第一面上，衬底远离第一半导体层的一面形成为出光面，光学部件设置于衬底的出光面上，并与衬底的出光面相贴合。
可选地，衬底为透明衬底，衬底的出光面形成有图形化结构。
可选地，光学透镜为二氧化硅透镜。由于光学透镜的材料是二氧化硅，所以可以通过旋转涂布在发光二极管的出光面，与发光二极管的出光面形成紧密连接。将旋转涂布的二氧化硅溶液固化后形成固体透镜，二氧化硅的材质的固体透镜可以再经过曝光显影的技术对透镜形状进行改造，形成所需形状构造的透镜。
可选地，光学透镜的出光面为平面型。
可选地，光学透镜的出光面为半圆型。
可选地，光学透镜靠近外延层的出光面的一面的面积为外延层的出光面的面积的1～5倍，由此可以将不同出射角度的光进行聚集，避免光损失。
可选地，量子点的直径介于1nm～30nm。
可选地，量子点为CdSe量子点、ZnS量子点、PbS量子点或者InP量子点中的一种。
可选地，量子点包括红色量子点、蓝色量子点或者绿色量子点中的一种。
可选地，外延层用于辐射蓝光或者紫外光。
可选地，发光二极管还包括：
第一电极，外延层自第二半导体层向第一半导体层的方向刻蚀并暴露第一半导体层的部分第二面，第一电极设置于第一半导体层的暴露的第二面上，与第一半导体层形成电性连接；
第二电极，设置于第二半导体层上，与第二半导体层形成电性连接。
本实施例还提供一种发光装置，包括：
封装基板；
发光二极管，设置于封装基板的表面，发光二极管的电极与封装基板形成电性连接，该发光二极管为上述的发光二极管。
可选地，封装基板的表面上设置有导电胶膜，封装基板通过导电胶膜与发光二极管的电极形成电性连接。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种发光二极管，参照图3或图4，该发光二极管20包括外延层210以及形成在外延层210出光面2011上的光学部件50。
具体地，参照图3，外延层210包括依次堆叠的第一半导体层211、有源层212及第二半导体层213。外延层210的第一半导体层211远离有源层212的一面为第一面，靠近有源层212的一面为第二面，发光二极管20自第一半导体层211的第一面出光，外延层210的辐射光具有第一波长。其中，第一半导体层211可以是N型半导体层，第二半导体层213为P型半导体层，当然，第一半导体层211为P型半导体层，第二半导体层213为N型半导体层也是可以的。第一半导体层211用于提供进行复合发光的电子，第二半导体层213用于提供进行复合发光的空穴。有源层212为单量子阱或多量子阱，用于进行电子和空穴的复合发光。本实施例中的外延层210能够辐射蓝光或者是紫外光，例如可以是GaN蓝光外延层，或者是AlGaN紫外光外延层。可选地，第一半导体层211的出光面2011上设置有经过粗化所得的图形化结构，以提高出光效率。
外延层210上设置有自第二半导体层213刻蚀至第一半导体层211的台面，该台面暴露部分第一半导体层211的第二面。第一电极221设置于暴露的第一半导体层211的第二面上，并与第一半导体层211形成电性连接。第二电极222设置于第二半导体层213上，并与第二半导体层213形成电性连接。第一电极221及第二电极222的材料可以为诸如A1、Ni、Ti、Pt、Cr、Au等一种材料或者这些材料中的至少两种组成的合金。可选地，在第一电极221与第一半导体层211之间还可以形成透明导电层、电极接触层之类的结构，第二电极222与第二半导体层213之间也可设置透明导电层、电极接触层之类的结构，在此不再赘述。
保护层214形成于外延层210远离第一半导体层211的一侧，并覆盖上述外延层210远离第一半导体层211的一侧的表面及暴露的台面，保护层214上形成有两个开口，这两个开口分别暴露外延层210的第一半导体层211的第二面及第二半导体层213，第一电极221和第二电极222分别通过保护层214上的开口与外延层210的第一半导体层211，第二半导体层213形成接触连接。可选地，该保护层1000也为绝缘层，其材料可以为SiO2、Si3N4、TiO2、Ti2O3、Ti3O5、Ta2O5、ZrO2等材料中的一种或多种。光学部件50设置在第一半导体层211的第一面上，并与第一面相贴合。该光学部件50包括设置于第一半导体层211的第一面上的光学透镜40以及分散于光学透镜40中的量子点30。
光学透镜40的材料可以为二氧化硅或者是其他透明胶材。并且，该光学透镜40可以是出光面为平面的平面型透镜，如图3所示；或者是出光面呈半圆形的曲面透镜，如图4所示。光学透镜40靠近外延层210的出光面2011的一面的面积为外延层210的出光面2011的面积的1～5倍。也即，光学透镜40完全覆盖外延层210的出光面2011，并且其覆盖面积为出光面2011面积1～5倍，由此可以将不同出射角度的光进行聚集，避免光损失。在本实施例中，光学透镜40靠近外延层210的出光面2011的一面的面积为外延层210出光面2011面积的2.5倍。该光学透镜40为二氧化硅透镜，且光学透镜40的出光面为半圆型的曲面透镜。
量子点30能够受外延层210中辐射光的激发，产生第二波长的光，第一波长与第二波长不同。具体地，量子点30可以为受辐射光激发产生红光的红色量子点，产生绿光的绿色量子点以及产生蓝光的蓝色量子点。根据实际需求，可以在外延层210上的光学透镜40中设置不同的量子点30。可选地，量子点30为CdSe量子点、ZnS量子点、PbS量子点或者InP量子点中的一种，量子点30的直径介于1nm～30nm之间。
本实施例中包括光学透镜40以及量子点30的光学部件50可以通过以下方式实现。具体地，提供调配好的二氧化硅溶液，将所需颜色的量子点30混合至二氧化硅溶液中均匀分散，获得混合液。将混合液直接旋转涂布在芯片表面，加热固化。此时，含有量子点30的二氧化硅溶液会由液态变为固态贴附在芯片的表面，也即外延层210出光面2011。由于液态的二氧化硅会填入表面粗化的图形结构的缝隙中，将表面填平，因此不会存在表面不平整的问题。一般情况下直接固化可形成出光面2011接近半圆型的光学透镜40。如果要在每颗芯粒上形成独立的半圆形的形状，可以透过曝光显影的方式上胶后做干蚀刻去形成。若需要其他形状的透镜，也可通过曝光显影的方式刻蚀形成。由于本实施例中光学透镜40的材料为二氧化硅，所以上胶曝光显影形成图案化后，可以再通过干法蚀刻的方式形成所需的形状与角度。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管，其与实施例1的相同之处在此不再赘述，其不同之处在于：参照图5，本实施例中的发光二极管20还包括衬底201，该衬底201设置于第一半导体层211的第一面上，衬底201远离第一半导体层211的一面形成为出光面，光学部件50设置于衬底201的出光面上，并与衬底201的出光面相贴合。可选地，衬底201为透明衬底，衬底201的出光面形成有图形化结构。该透明衬底201可以为绝缘型基板或导电性基板。透明衬底201可以用以使发光构造体生长的生长基板，可包括蓝宝石基板、碳化硅基板、硅基板、氮化镓基板或者氮化铝基板等。衬底201的一个面上形成外延层210，与其相对的另一个面形成为发光二极管20的出光面2011。
由于发光二极管20的出光面2011后续需要旋转涂布二氧化硅溶液以形成光学透镜40，在第一半导体层211上形成衬底201后，后续形成光学透镜40的步骤可以在衬底201上形成，进而可以对外延层210形成保护，避免在后续形成光学透镜40时，对外延层210产生损伤。
实施例3
本实施例提供一种发光装置，参照图3～5，该发光装置包括封装基板10以及至少一个发光二极管20，发光二极管20设置于封装基板10的表面，发光二极管20的电极与封装基板10形成电性连接，发光二极管20为实施例1或者2中的发光二极管20。封装基板10的表面上设置有导电胶膜11，封装基板10通过导电胶膜11与发光二极管20的电极形成电性连接。
需要说明的是，可以先将未设置实施例1以及实施例2中的光学部件的发光二极管设置在封装基板上后，再在发光二极管的出光面上形成光学部件。本申请对光学部件的形成时机不做限制。
综上，本发明中的发光二极管包括外延层以及设置在外延层出光面的光学部件。外延层包括依次堆叠的第一半导体层、有源层及第二半导体层，外延层的第一半导体层远离有源层的一面为第一面，靠近有源层的一面为第二面，发光二极管自第一半导体层的第一面出光，外延层的辐射光具有第一波长。光学部件包括设置于第一面的上方的光学透镜以及分散于光学透镜中的量子点，辐射光激发光学透镜中的量子点，以使量子点产生具有第二波长的光，第二波长与第一波长不同。由此，本发明通过将量子点分散于光学透镜中解决了直接将量子点涂覆在发光二极管的出光面而导致的界面结合问题，提高了器件的可靠性。
本发明中的发光装置的发光二极管的出光面也设置有上述光学部件，同样具备上述技术效果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (16)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
外延层，包括依次堆叠的第一半导体层、有源层及第二半导体层，所述外延层的第一半导体层远离有源层的一面为第一面，靠近所述有源层的一面为第二面，所述发光二极管自所述第一半导体层的第一面出光，所述外延层的辐射光具有第一波长；
光学部件，包括设置于所述第一面的上方的光学透镜以及分散于所述光学透镜中的量子点，所述辐射光激发所述光学透镜中的量子点，以使所述量子点产生具有第二波长的光，所述第二波长与所述第一波长不同。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述光学部件设置于所述第一面上，所述光学部件与所述第一半导体层的第一面相贴合。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述第一半导体层的第一面形成有图形化结构。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括：
衬底，设置于所述第一半导体层的第一面上，所述衬底远离所述第一半导体层的一面形成为出光面，所述光学部件设置于所述衬底的出光面上，并与所述衬底的出光面相贴合。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述衬底为透明衬底，所述衬底的出光面形成有图形化结构。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述光学透镜为二氧化硅透镜。
7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述光学透镜的出光面为平面型。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述光学透镜的出光面为半圆型。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述光学透镜靠近所述外延层的出光面的一面的面积为所述外延层的出光面的面积的1～5倍。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述量子点的直径介于1nm～30nm。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述量子点为CdSe量子点、ZnS量子点、PbS量子点或者InP量子点中的一种。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述量子点包括红色量子点、蓝色量子点或者绿色量子点中的一种。
13.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述外延层用于辐射蓝光或者紫外光。
14.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括：
第一电极，所述外延层自第二半导体层向所述第一半导体层的方向刻蚀并暴露所述第一半导体层的部分第二面，所述第一电极设置于所述第一半导体层的暴露的第二面上，与所述第一半导体层形成电性连接；
第二电极，设置于所述第二半导体层上，与所述第二半导体层形成电性连接。
15.一种发光装置，其特征在于，包括：
封装基板；
发光二极管，设置于所述封装基板的表面，所述发光二极管的电极与所述封装基板形成电性连接，所述发光二极管为权利要求1～14中任一项所述的发光二极管。
16.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，所述封装基板的表面上设置有导电胶膜，所述封装基板通过所述导电胶膜与所述发光二极管的电极形成电性连接。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311421492.7A CN117457831A (zh) | 2023-10-30 | 2023-10-30 | 一种发光二极管及发光装置 |
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2023
- 2023-10-30 CN CN202311421492.7A patent/CN117457831A/zh active Pending
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