CN213878095U - 一种发光二极管芯片及其应用的背板、液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种发光二极管芯片及其应用的背板、液晶显示器，包括：衬底，包括相对设置的第一表面和第二表面；反射层，位于所述衬底的所述第一表面上；外延层，位于所述反射层上，其中所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；第二电极，位于所述第二半导体层；第一电极，位于所述衬底的所述第二表面上；其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率；其中，所述第二半导体层上包括图案化结构，所述图案化结构包括微结构。本实用新型提出的发光二极管芯片可以提高出光效率。

Description

一种发光二极管芯片及其应用的背板、液晶显示器

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管芯片及其应用的背板、液晶显示器。

背景技术

LED因具有色纯度高、响应速度快、体积小、可靠性好、寿命长、环保等优点，无疑成为最受重视的光源技术，随着技术的发展，高像素屏要求越显突出，对尺寸芯片提出更高要求的。根据TrendForce发布的2018年科技产业发展趋势中指出，由于Mini LED技术可搭配软性基板，达成高曲面背光的形式，将有机会使用在手机、电视、车载面板等多种应用上。

近年来，随着半导体照明的不断深入发展，发光二极管(LED)以其高电光转换效率和绿色环保的优势受到越来越广泛的关注。半导体照明产品中的核心组成部分是LED芯片，其研究与生产技术有了飞速的发展，芯片亮度和可靠性不断提高。在LED芯片的研发和生产过程中，其出光效率直接影响LED的发光性能。因此，提高LED的出光效率成为技术人员关注的焦点。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本实用新型提出一种发光二极管芯片，该发光二极管芯片可以具有更高的出光效率，从而可以提高背板和显示面板的性能。

为实现上述目的及其他目的，本实用新型提出一种发光二极管芯片，包括：

衬底，包括相对设置的第一表面和第二表面；

反射层，位于所述衬底的所述第一表面上；

外延层，位于所述反射层上，其中所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

第二电极，位于所述第二半导体层；

第一电极，位于所述衬底的所述第二表面上；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率；

其中，所述第二半导体层上包括图案化结构，所述图案化结构包括微结构。

进一步地，所述第一材料层位于所述第二材料层上，所述第二材料层的厚度等于所述第一材料层的厚度。

进一步地，在所述反射层和所述外延层之间还包括电流扩散层。

进一步地，所述第一半导体层为N型半导体层，所述第二半导体层为P型半导体层。

进一步地，所述发光层包括交替生长的阱层和垒层。

进一步地，所述阱层和所述垒层的总层数为40-50层。

进一步地，所述第二电极覆盖部分所述第二半导体层。

进一步地，所述第一电极和所述第二电极包括金属层叠结构。

进一步地，所述衬底为导电介质。

进一步地，所述图案化结构包括规则图案化结构。

进一步地，本实用新型还提出一种发光二极管背板，包括：

基板；

多个发光二极管芯片，设置在所述基板上，所述发光二极管芯片包括：

衬底，包括相对设置的第一表面和第二表面；

反射层，位于所述衬底的所述第一表面上；

外延层，位于所述反射层上，其中所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

第二电极，位于所述第二半导体层；

第一电极，位于所述衬底的所述第二表面上；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率；

其中，所述第二半导体层上包括图案化结构，所述图案化结构包括微结构；

其中，所述发光层包括交替生长的阱层和垒层，所述阱层和所述垒层的总层数为40-50 层。

进一步地，本实用新型还提出一种液晶显示器，其特征在于，包括：

电路板；

多个发光二极管芯片，设置在所述电路板上，

液晶显示面板，设置在所述发光二极管芯片的出光方向上，所述发光二极管芯片包括：

衬底，包括相对设置的第一表面和第二表面；

反射层，位于所述衬底的所述第一表面上；

外延层，位于所述反射层上，其中所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

第二电极，位于所述第二半导体层；

第一电极，位于所述衬底的所述第二表面上；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率；

其中，所述第二半导体层上包括图案化结构，所述图案化结构包括微结构；

其中，所述发光层包括交替生长的阱层和垒层，所述阱层和所述垒层的总层数为40-50 层。

综上所述，本实用新型提出一种发光二极管芯片及其应用的背板和液晶显示器，在作为出光面的第二半导体层的表面上形成有图形化结构，还进一步地在该图像化结构上形成微结构，使得第二半导体层的表面进一步粗化，表面粗造化通过散射光的方向减少了光的反射，增加了光的透射率，将满足全反射定律的光改变方向，继而在另一表面被反射回来原表面时不被全反射而透过界面，所以该图形化结构和微结构起到了防反射功能，使LED芯片的发光层发出的光能够有效地被取出，从而提高了LED的出光效率。由于发光二极管芯片具有更高的出光效率，因此可以提高背板和显示面板的性能。

附图说明

图1：本实用新型中发光二极管芯片的示意图。

图2：本实用新型中反射层的示意图。

图3：本实用新型中发光层的示意图。

图4：本实用新型中发光二极管背板的示意图。

图5：本实用新型中液晶显示器的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型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型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提出一种发光二极管芯片100，该发光二极管芯片100包括衬底110，衬底119例如采用导热导电材质，例如掺杂的氮化镓、掺杂的碳化硅、掺杂的硅、金属或者合金中的一种或者几种。

如图1-图2所示，在本实施例中，在衬底110的第一表面上形成有N键合层111，反射层112和电流扩散层113，N键合层位于衬底110上，反射层112位于键合层111上，电流扩散层113位于反射层112上。反射层112包括第一材料层1121和第二材料层1122，第一材料层1121位于第二材料层1122上。第一材料层1121和第二材料层1122的厚度可以相同，第一材料层1121的厚度例如为140-190nm。第一材料层1121的折射率小于第二材料层1122 的折射率。第一材料层1121和第二材料层1122可以组合形成布拉格反射层，布拉格反射层可以将部分射向衬底的光反射回去，从而增大整个LED芯片的出光效率，也就是提高LED 芯片的亮度。在本实施例中，该反射层112的反射波长例如为560-740nm。第一材料层1121 和第二材料层1122的厚度也可以为其反射波长的四分之一。所述第一材料层111可以为 AlAS，第二材料层112可以为AlGaAS。电流扩散层113的材料可以包括ITO，ZITO，ZIO， GIO，ZTO，FTO，AZO，GZO，In₄Sn₃O₁₂或NiAu等透明导电层，不以此为限。本实施例可采用热蒸镀或者溅射的方式形成所述电流扩散层113，所述电流扩散层113的厚度介于 60nm-240nm，例如为100nm。在形成电流扩散层113之后，还可以进行快速热退火工艺，从而对电流扩散层113进行退火。

如图1所示，在形成电流扩散层113之后，然后在电流扩散层113形成外延层，外延层包括第一半导体层114，发光层115和第二半导体层116。第一半导体层114位于电流扩散层 113上，发光层115位于第一半导体层114上，第二半导体层116位于发光层115上。第一半导体层114例如为N型半导体层，例如为N型氮化镓；第二半导体层116例如为P型半导体层，例如为P型氮化镓。也就是说第一半导体层114和第二半导体层116类型不同。在形成所述第一半导体层114时，可以将衬底110放置在沉积腔体内，然后向沉积腔体内通入Ga 源(三甲基镓)和N源(氨气)，然后将沉积腔体的温度升高至1100-1200℃，从而可以在衬底110上生长第一半导体层114。第一半导体层114的厚度可以为4-5微米。在一些实施例中，第一半导体层114还可以为硅掺杂的半导体层。

如图1-图3所示，在本实施例中，发光层115包括缓冲层1151，阱层1152和垒层1153，阱层1152和垒层1153可以依序周期交替生长。缓冲层1151可以位于第一半导体层114上，在形成缓冲层1151时，将衬底110放置在沉积腔体中，然后将沉积腔体加热至1100℃时，向沉积腔体内通入氢气，通入氢气的时间为6-7分钟，然后将沉积腔体降低至900-1000℃时，向沉积腔体内通入Ga源(三甲基镓)和N源(氨气)，然后在第一半导体层114上形成缓冲层1151。所述缓冲层1151的厚度可以为30-40nm。

如图3所示，在形成缓冲层1151之后，将沉积腔体的温度降低至800-900℃，通入In源， Ga源，N源生长阱层1152，阱层1152位于缓冲层1151上，然后在阱层1152上生长垒层1153。在本实施例中，阱层1152和垒层1153依序周期交替生长，因此可以在发光层中形成至少一个复合阱，复合阱可以提高发光二极管芯片的发光效率。阱层1152的厚度可以为5-6nm，垒层1153的厚度可以为5-6nm。

如图3所示，在本实施例中，阱层1152和垒层1153周期交替生长，阱层1152和垒层1153的总层数可以为40-50层，例如为41-45层。需要说明的是，在形成阱层1152时，不需掺杂离子，在形成垒层1153时，还可以掺杂硅离子，硅离子的掺杂浓度可以为10¹⁸-3×10¹⁸/cm³。

如图1所示，在形成发光层115之后，还可以在发光层115上生长第二半导体层116，第二半导体层116可以为P型氮化镓层，第二半导体层116的形成过程可以参考第一半导体层114的形成过程。

如图1所示，在本实施例中，第二半导体层116的表面设置有非光滑平整的表面，该表面上具有图形化结构117，且在图形化结构117的表面上还具有微结构118。图形化结构117 和微结构118的存在，使第二半导体层116的表面显著地减少光的反射，增加光的透射率，将满足全反射定律的光改变方向，继而在另一表面被反射回到原表面时不被全反射而透过界面，所以该图形化结构117和微结构118起到了防反射功能，使LED芯片的发光层115发出的光能够有效地被取出，提高了LED的出光效率。

需要说明的是，本实施例所述的微结构118可以采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法处理第二半导体层116的图形化表面，使其粗化，形成一种图形化表面不光滑的微结构118。

如图1所示，所述图形化结构117可以为规则图形化结构，也可以为无规则图形化结构。本实施例采用规则图形化结构，这样便于控制LED芯片出光角度和效率。本实施例所述的图形化结构117可以为圆台状结构、条状结构还可以为半球形结构、弧形结构或梯形或圆锥形结构，还可以为其他形状的结构。

如图1所示，在第二半导体层116上还形成有第二电极119，第二电极119仅覆盖部分第二半导体层116，在衬底110的第二表面上形成有第一电极120，第一电极119和第二电极 120可以为多层金属结构，所述多层金属结构包括依次叠层排列的CrAlTiNiTiNiTiNiAu或 CrAlNiPtNiPtNiPtAu。第二电极119可以为P电极，第一电极120可以为N电极。

综上所述，本实用新型提出一种发光二极管芯片，在作为出光面的第二半导体层的表面上形成有图形化结构，还进一步地在该图像化结构上形成微结构，使得第二半导体层的表面进一步粗化，表面粗造化通过散射光的方向减少了光的反射，增加了光的透射率，将满足全反射定律的光改变方向，继而在另一表面被反射回来原表面时不被全反射而透过界面，所以该图形化结构和微结构起到了防反射功能，使LED芯片的发光层发出的光能够有效地被取出，从而提高了LED的出光效率。

在本实施例中，可以通过金属有机化合物化学气相沉积方法形成该发光二极管芯片。

需要说明的是，本实施例中所述的发光二极管芯片可应用于诸如MiniLED、MircoLED 或小间距LED中，当然也可应用于更大或更小尺度LED中；也即本实施例中所述的发光二极管芯片尺度可处于微米尺度，亦可大于或者小于微米尺度。

如图5所示，本实施例还提出一种使用发光二极管芯片的背板，包括基板10和多个发光二极管芯片100，发光二极管芯片100可以固晶设置在基板10上，发光二极管芯片100的结构可以参考上述描述。

如图5所示，本实施例还提出一种液晶显示器，包括电路板11，多个发光二极管芯片100 和液晶显示面板200，发光二极管芯片200可以固晶设置在电路板11上。液晶显示面板200 位于发光二极管芯片100的出光方向上。发光二极管芯片100的结构可以参考上述描述。由于发光二极管芯片100具有更高的亮度，因此可以提高背板和液晶显示器的亮度。

综上所述，本实用新型提出一种发光二极管芯片及其用于的背板和液晶显示器，通过在衬底和发光层之间设置反射层，该反射层可以为布拉格反射层，该反射层可以将部分射向衬底的光反射回去，从而增大整个LED芯片的出光效率，也就是提高LED芯片的亮度。由于发光二极管芯片100具有更高的亮度，因此可以提高背板和显示面板的亮度。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本实用新型的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种发光二极管芯片，其特征在于，包括：

衬底，包括相对设置的第一表面和第二表面；

反射层，位于所述衬底的所述第一表面上；

外延层，位于所述反射层上，其中所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

第二电极，位于所述第二半导体层；

第一电极，位于所述衬底的所述第二表面上；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率；

其中，所述第二半导体层上包括图案化结构，所述图案化结构包括微结构；

其中，所述发光层包括交替生长的阱层和垒层，所述阱层和所述垒层的总层数为40-50层。

2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一材料层位于所述第二材料层上，所述第二材料层的厚度等于所述第一材料层的厚度。

3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，在所述反射层和所述外延层之间还包括电流扩散层。

4.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一半导体层为N型半导体层，所述第二半导体层为P型半导体层。

5.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第二电极覆盖部分所述第二半导体层。

6.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极包括金属层叠结构。

7.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述衬底为导电介质。

8.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述图案化结构包括规则图案化结构。

9.一种发光二极管背板，其特征在于，包括：

基板；

多个发光二极管芯片，设置在所述基板上，所述发光二极管芯片包括：

衬底，包括相对设置的第一表面和第二表面；

反射层，位于所述衬底的所述第一表面上；

外延层，位于所述反射层上，其中所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

第二电极，位于所述第二半导体层；

第一电极，位于所述衬底的所述第二表面上；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率；

其中，所述第二半导体层上包括图案化结构，所述图案化结构包括微结构；

其中，所述发光层包括交替生长的阱层和垒层，所述阱层和所述垒层的总层数为40-50层。

10.一种液晶显示器，其特征在于，包括：

电路板；

多个发光二极管芯片，设置在所述电路板上，

液晶显示面板，设置在所述发光二极管芯片的出光方向上，所述发光二极管芯片包括：

衬底，包括相对设置的第一表面和第二表面；

反射层，位于所述衬底的所述第一表面上；

外延层，位于所述反射层上，其中所述外延层包括第一半导体层，发光层和第二半导体层；

第二电极，位于所述第二半导体层；

第一电极，位于所述衬底的所述第二表面上；

其中，所述反射层包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率；

其中，所述第二半导体层上包括图案化结构，所述图案化结构包括微结构；

其中，所述发光层包括交替生长的阱层和垒层，所述阱层和所述垒层的总层数为40-50层。

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