CN219917200U - 一种led芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种LED芯片，通过将衬底设置具有多个凸起，所述发光结构层叠于所述衬底具有凸起的一侧表面；其中，所述凸起沿第一方向的横截面积逐渐减小；沿第一方向上所述凸起的单位高度所对应的横截面积差值为变化速率，则变化速率和凸起高度的曲线呈“V”形；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述发光结构。基于上述设置所获得的凸起形状，使得光在所述凸起形成更全面的反射方向，从而扩大了LED芯片的发光角度；如此，在后续显屏组装时可简化背光设计，尤其适用于微型LED芯片(如Mini‑LED或Micro‑LED等)。
Description
技术领域
本实用新型涉及发光二极管领域，尤其涉及一种LED芯片。
背景技术
随着半导体发光技术的不断发展，LED的应用日新月异，特别是LED在显示技术的发展。同时，由于LED显示屏的高分辨率的需要，LED芯片的间距及芯片的尺寸也越来越小，如Min i-LED等微发光器件。
Mi n i-LED是尺寸在100微米量级的LED芯片，主要应用于背光和直显。从尺寸上看，Mini-LED的单颗led芯片尺寸在50-200μm之间，像素点间距在0.5-1mm左右。相比于传统的LED芯片背光产品具有更小的点间距，这样同一块显示屏幕上可以集成更多的LED背光灯珠，从而将屏幕划分成更多的精细的背光分区，有利于实现更精细的区域发光调节，可以拥有接近OLED屏幕的对比度。另外相比于OLED屏幕，Mi ni-LED背光屏幕具有长寿命、不易烧屏等优点。
然而，目前Mini-LED芯片的发光角度较小，大多在130～140°，为了达到比较好的显示效果，需要集成了更多的背光灯珠以及背光设计；然而，多背光灯珠集聚也容易产生更大的热量，对设备散热要求更高；因此，使得Mini-LED在较大规格显屏的应用具备极大的挑战。
有鉴于此，本发明人专门设计了一种LED芯片，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种LED芯片，以解决微型发光器件发光角度小的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种LED芯片，包括：
衬底，所述衬底的表面具有多个凸起；
发光结构，所述发光结构层叠于所述衬底具有凸起的一侧表面，用于提供电子和空穴并进行辐射复合发光；
其中，所述凸起沿第一方向的横截面积逐渐减小；沿第一方向上所述凸起的单位高度所对应的横截面积差值为变化速率，则变化速率和凸起高度的曲线呈“V”形；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述发光结构。
优选地，所述凸起的高度为H，则最小变化速率所对应的横截面的高度为0.4H～0.8H，包括端点值。
优选地，相邻凸起之间形成平面。
优选地，所有所述凸起在所述衬底表面的投影面积之和为S1，衬底的面积为S2，则0.2*S2≤S1≤0.8*S2。
优选地，在所述衬底背离所述发光结构的一侧表面设有凹陷，且所述凹陷与所述凸起沿所述第一方向错位设置。
优选地，凹陷深度小于凸起高度。
优选地，所述凹陷的个数少于所述凸起的个数。
优选地，在所述平面设有缓冲层。
优选地，所述LED芯片为倒装结构，则所述发光结构包括：
外延叠层，所述外延叠层至少包括沿所述第一方向依次堆叠的第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的第一型半导体层形成凹槽及台面；其中，所述第一型半导体层覆盖各所述凸起；
反射结构，其设置于台面；
绝缘层，其设置于所述凹槽的侧壁；
第一电极，其通过层叠于所述凹槽的方式与所述第一型半导体层形成接触；
第二电极，其通过层叠于所述台面的方式与所述第二型半导体层形成接触。
优选地，所述反射结构包括绝缘反射镜，且所述第二电极通过通孔嵌入所述绝缘反射镜的方式与所述第二型半导体层形成接触；
或，所述反射结构包括金属反射镜，所述第二电极层叠于金属反射镜的表面。
优选地，所述绝缘反射镜延伸至所述外延叠层的侧壁以及所述凹槽的侧壁。
优选地，所述绝缘反射镜包括DBR反射镜。
优选地，所述绝缘层延伸所述外延叠层的裸露面。
经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的LED芯片，通过将衬底设置具有多个凸起，所述发光结构层叠于所述衬底具有凸起的一侧表面；其中，所述凸起沿第一方向的横截面积逐渐减小；沿第一方向上所述凸起的单位高度所对应的横截面积差值为变化速率，则变化速率和凸起高度的曲线呈“V”形；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述发光结构。基于上述设置所获得的凸起形状，使得光在所述凸起形成更全面的反射方向，从而扩大了LED芯片的发光角度；如此，在后续显屏组装时可简化背光设计，尤其适用于微型LED芯片(如Mi n i-LED或Mi cro-LED等)。
然后，通过设置：所述凸起的高度为H，则最小变化速率所对应的横截面的高度为0.4H～0.8H，使所述凸起横截面积的变化速率拐点位于中间高度的区域，从而扩大单个凸起的光反射方向，以进一步扩大LED芯片的发光角度。
最后，在所述衬底背离所述发光结构的一侧表面设有凹陷，且所述凹陷与所述凸起沿所述第一方向错位设置。即在保证发光角度的同时，又通过所述凹陷与凸起空间位置错开，使得有源层所发出的光实现更优的光路传输系统；特别是在经过外延材料、衬底以及空气两两之间的界面后，光不会在垂直方向重叠，进而减少光在垂直空间上的二次反射，使得光更好地从发光器件逃逸，有效地提高其发光效率。
本实用新型还提供了一种LED芯片的制备方法，在实现上述LED芯片的有益效果的同时，其工艺制作简单便捷，便于生产化。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例所提供的LED芯片的结构示意图；
图2为本实用新型实施例所提供的LED芯片的俯视图；
图3.1至图3.9为本实用新型实施例所提供的LED芯片的制备方法步骤所对应的结构示意图；
图中符号说明：1、衬底，1.1、凸起，1.2、平面，2、缓冲层，3、第一型半导体层，4、有源层，5、第二型半导体层，6、凹槽,7、台面，8、反射结构，9、绝缘层，10、第一电极，11、第二电极，12、凹陷。
具体实施方式
为使本实用新型的内容更加清晰，下面结合附图对本实用新型的内容作进一步说明。本实用新型不局限于该具体实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1、图2所示，一种LED芯片，包括：
衬底1，所述衬底1的表面具有多个凸起1.1；
发光结构，所述发光结构层叠于所述衬底1具有凸起1.1的一侧表面，用于提供电子和空穴并进行辐射复合发光；
其中，所述凸起1.1沿第一方向的横截面积逐渐减小；沿第一方向上所述凸起1.1的单位高度所对应的横截面积差值为变化速率，则变化速率和凸起1.1高度的曲线呈“V”形；所述第一方向垂直于所述衬底1，并由所述衬底1指向所述发光结构。
需要说明的是，衬底1的材料类型在本实施例中不受限制，例如，衬底1可以是但不限于蓝宝石衬底1、硅衬底1等。
需要说明的是，本实施例对于变化速率的具体值不做赘述，只要满足变化速率和凸起1.1高度的曲线呈“V”形，从而呈现出凸起1.1的横截面街在某个区域较为平缓地变化，以获得更大的漫反射面积。
基于上述实施例，在本实用新型的一个实施例中，所述凸起1.1的高度为H，则最小变化速率所对应的横截面的高度为0.4H～0.8H，包括端点值。使所述凸起1.1横截面积的变化速率拐点位于中间高度的区域，从而扩大单个凸起1.1的漫反射面，以进一步扩大LED芯片的发光角度。
基于上述实施例，在本实用新型的一个实施例中，相邻凸起1.1之间形成平面1.2。
基于上述实施例，在本实用新型的一个实施例中，所有所述凸起1.1在所述衬底1表面的投影面积之和为S1，衬底1的面积为S2，则0.2*S2≤S1≤0.8*S2。
基于上述实施例，在本实用新型的一个实施例中，在所述衬底1背离所述发光结构的一侧表面设有凹陷，且所述凹陷与所述凸起1.1沿所述第一方向错位设置。
基于上述实施例，在本实用新型的一个实施例中，凹陷深度小于凸起1.1高度。
基于上述实施例，在本实用新型的一个实施例中，所述凹陷的个数少于所述凸起1.1的个数。
基于上述实施例，在本实用新型的一个实施例中，在所述平面1.2设有缓冲层2。
基于上述实施例，在本实用新型的实施例中，所述LED芯片为倒装结构，则所述发光结构包括：
外延叠层，所述外延叠层至少包括沿所述第一方向依次堆叠的第一型半导体层3、有源层4以及第二型半导体层5，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的第一型半导体层3形成凹槽6及台面7；其中，所述第一型半导体层3覆盖各所述凸起1.1；
反射结构8，其设置于台面7；
绝缘层9，其设置于所述凹槽6的侧壁；
第一电极10，其通过层叠于所述凹槽6的方式与所述第一型半导体层3形成接触；
第二电极11，其通过层叠于所述台面7的方式与所述第二型半导体层5形成接触。
值得一提的是，在上述实施例中，外延叠层的第一型半导体层3、有源层4以及第二型半导体层5的类型在本实施例的LED芯片中也可以不受限制，例如，第一型半导体层3可以是但不限于氮化镓层，相应地，第二型半导体层5可以是但不限于氮化镓层。
在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述反射结构8包括绝缘反射镜，且所述第二电极11通过通孔嵌入所述绝缘反射镜的方式与所述第二型半导体层5形成接触；
在本申请的其他实施例中，所述反射结构8可以包括金属反射镜，所述第二电极11层叠于金属反射镜的表面。
在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述绝缘反射镜延伸至所述外延叠层的侧壁以及所述凹槽6的侧壁。
在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述绝缘反射镜包括DBR反射镜。
在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述绝缘层9延伸所述外延叠层的裸露面。
本实用新型还提供了一种LED芯片的制备方法，所述LED芯片为倒装结构，则所述制备方法包括如下步骤：
S01、如图3.1所示，提供一衬底1，所述衬底1的表面具有多个凸起1.1，且相邻凸起1.1之间形成平面1.2；
其中，所述凸起1.1沿第一方向的横截面积逐渐减小；沿第一方向上所述凸起1.1的单位高度所对应的横截面积差值为变化速率，则变化速率和凸起1.1高度的曲线呈“V”形；所述第一方向垂直于所述衬底1，并由所述衬底1指向所述发光结构；
需要说明的是，衬底1的类型在本实施例中不受限制，例如，衬底1可以是但不限于蓝宝石衬底1、硅衬底1等。
基于上述实施例，在本发明的一个实施例中，所述凸起1.1的高度为H，则最小变化速率所对应的横截面的高度为0.4H～0.8H，包括端点值。使所述凸起1.1横截面积的变化速率拐点位于中间高度的区域，从而扩大单个凸起1.1的漫反射面，以进一步扩大LED芯片的发光角度。
基于上述实施例，在本发明的一个实施例中，相邻凸起1.1之间形成平面1.2。
基于上述实施例，在本发明的一个实施例中，所有所述凸起1.1在所述衬底1表面的投影面积之和为S1，衬底1的面积为S2，则0.2*S2≤S1≤0.8*S2。
S02、如图3.2所示，形成缓冲层2，所述缓冲层2设置于所述平面1.2内；
需要说明的是，缓冲层2类型在本实施例中不受限制，例如，缓冲层2可以是AlN缓冲层2。
需要说明的是，所述缓冲层2不覆盖所述凸起1.1。
S03、如图3.3所示，生长外延叠层，所述外延叠层至少包括沿所述生长方向依次堆叠的第一型半导体层3、有源层4以及第二型半导体层5；其中，所述第一型半导体层3覆盖各所述凸起1.1；
值得一提的是，在上述实施例中，外延叠层的第一型半导体层3、有源层4以及第二型半导体层5的类型在本实施例的LED芯片中也可以不受限制，例如，第一型半导体层3可以是但不限于氮化镓层，相应地，第二型半导体层5可以是但不限于氮化镓层。
S04、如图3.4所示，将所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的第一型半导体层3，从而形成若干个凹槽6及台面7，所述凹槽6与台面7相对设置；
S05、如图3.5所示，通过深蚀刻所述外延叠层至裸露所述衬底1表面，形成通过沟道相互间隔排布的若干个LED单元；
需要强调的是，本实用新型实施例中，为了突显本实用新型的技术点，图中仅示意了微发光器件中的单个LED单元，在实际使用过程中，衬底1表面可含有成千上万个LED单元，具体视情况而定，本申请对此并不做限定。
S06、如图3.6所示，形成反射结构8，其设置于在各所述LED单元的台面7；
在本申请一个实施例中，所述反射结构8包括绝缘反射镜，进一步地，在本申请一个实施例中，所述绝缘反射镜延伸至所述外延叠层的侧壁以及所述凹槽6的侧壁。作为一个优选方案，所述绝缘反射镜包括DBR反射镜。
在本申请的其他实施例中，所述反射结构8可以包括金属反射镜，因此，所述金属反射镜仅设置于所述台面7。
S07、如图3.7所示，形成绝缘层9，其设置于所述凹槽6的侧壁；
在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述绝缘层9包括氧化硅、氮化硅等材料层。
在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述绝缘层9包括具有高热导系数的绝缘材料层，如AlN层、BN层、Al2O3层中的一种或多种。
S08、如图3.8所示，沉积第一电极10和第二电极11；
其中，所述第一电极10通过层叠于所述凹槽6的方式与所述第一型半导体层3形成接触；
所述第二电极11通过层叠于所述台面7的方式与所述第二型半导体层5形成接触。
在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一电极10和第二电极11包括但不限于Cr、Ni、Al、Ti、Pt、Au、Sn、Ag、Cu等金属中一种及多种组合。
S09、如图3.9所示，减薄所述衬底1，并在所述衬底1背离所述发光结构的一侧表面形成若干个凹陷12；
在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述凹陷与所述凸起1.1沿所述第一方向错位设置。
基于上述实施例，在本实用新型的一个实施例中，凹陷深度小于凸起1.1高度。
基于上述实施例，在本实用新型的一个实施例中，所述凹陷的个数少于所述凸起1.1的个数。
经由上述的技术方案可知，本实用新型提供的LED芯片，通过将衬底1设置具有多个凸起1.1，所述发光结构层叠于所述衬底1具有凸起1.1的一侧表面；其中，所述凸起1.1沿第一方向的横截面积逐渐减小；沿第一方向上所述凸起1.1的单位高度所对应的横截面积差值为变化速率，则变化速率和凸起1.1高度的曲线呈“V”形；所述第一方向垂直于所述衬底1，并由所述衬底1指向所述发光结构。基于上述设置所获得的凸起1.1形状，使得光在所述凸起1.1形成更全面的反射方向，从而扩大了LED芯片的发光角度；如此，在后续显屏组装时可简化背光设计，尤其适用于微型LED芯片(如Mini-LED或Micro-LED等)。
然后，通过设置：所述凸起1.1的高度为H，则最小变化速率所对应的横截面的高度为0.4H～0.8H，使所述凸起1.1横截面积的变化速率拐点位于中间高度的区域，从而扩大单个凸起1.1的光反射方向，以进一步扩大LED芯片的发光角度。
最后，在所述衬底1背离所述发光结构的一侧表面设有凹陷，且所述凹陷与所述凸起1.1沿所述第一方向错位设置。即在保证发光角度的同时，又通过所述凹陷与凸起空间位置错开，使得有源层所发出的光实现更优的光路传输系统；特别是在经过外延材料、衬底以及空气两两之间的界面后，光不会在垂直方向重叠，进而减少光在垂直空间上的二次反射，使得光更好地从发光器件逃逸，有效地提高其发光效率。
本实用新型还提供了一种LED芯片的制备方法，在实现上述LED芯片的有益效果的同时，其工艺制作简单便捷，便于生产化。
实施例2
本实施例与实施例1所存在的区别为：本实施例所提供的LED芯片为正装结构，因此在本实施例中，所述LED芯片无需在各所述LED单元表面设置反射结构8，其制备方法可参考实施例1所示的制备方法并省略反射结构8的相关步骤即可。本实施例对此不作赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种LED芯片，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底的表面具有多个凸起；
发光结构，所述发光结构层叠于所述衬底具有凸起的一侧表面，用于提供电子和空穴并进行辐射复合发光；
其中，所述凸起沿第一方向的横截面积逐渐减小；沿第一方向上所述凸起的单位高度所对应的横截面积差值为变化速率，则变化速率和凸起高度的曲线呈“V”形；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述发光结构。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述凸起的高度为H，则最小变化速率所对应的横截面的高度为0.4H～0.8H，包括端点值。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，相邻凸起之间形成平面。
4.根据权利要求3所述的LED芯片，其特征在于，所有所述凸起在所述衬底表面的投影面积之和为S1，衬底的面积为S2，则0.2*S2≤S1≤0.8*S2。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，在所述衬底背离所述发光结构的一侧表面设有凹陷，且所述凹陷与所述凸起沿所述第一方向错位设置。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片为倒装结构，则所述发光结构包括：
外延叠层，所述外延叠层至少包括沿所述第一方向依次堆叠的第一型半导体层、有源层以及第二型半导体层，且所述外延叠层的局部区域蚀刻至部分所述的第一型半导体层形成凹槽及台面；其中，所述第一型半导体层覆盖各所述凸起；
反射结构，其设置于台面；
绝缘层，其设置于所述凹槽的侧壁；
第一电极，其通过层叠于所述凹槽的方式与所述第一型半导体层形成接触；
第二电极，其通过层叠于所述台面的方式与所述第二型半导体层形成接触。
7.根据权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，所述反射结构包括绝缘反射镜，且所述第二电极通过通孔嵌入所述绝缘反射镜的方式与所述第二型半导体层形成接触；
或，所述反射结构包括金属反射镜，所述第二电极层叠于金属反射镜的表面。
8.根据权利要求7所述的LED芯片，其特征在于，所述绝缘反射镜延伸至所述外延叠层的侧壁以及所述凹槽的侧壁。
9.根据权利要求7所述的LED芯片，其特征在于，所述绝缘反射镜包括DBR反射镜。
10.根据权利要求6至9任一项所述的LED芯片，其特征在于，所述绝缘层延伸所述外延叠层的裸露面。
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2023
- 2023-03-29 CN CN202320647681.5U patent/CN219917200U/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |