CN220253262U - 一种倒装led芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种倒装LED芯片，包括：衬底，衬底具有外延生长面和出光面；外延生长面位于所述衬底的一侧；出光面，位于所述衬底的另外一侧，所述出光面具有覆盖整个所述出光面的并向远离所述出光面方向凸起而成的单个凸起结构；所述凸起结构在左、右两侧具有倾斜方向不同的左侧面和右侧面，所述左侧面和右侧面在所述凸起结构的中部凸起处接合；图形化结构，图形化结构覆盖在所述凸起结构的左侧面和右侧面上；外延层，外延层设置在所述衬底的所述外延层生长面上。上述结构的倒装LED芯片有利于提高芯片的出光效率。

Description

一种倒装LED芯片

技术领域

本实用新型属于LED芯片技术领域，具体而言涉及一种倒装LED芯片。

背景技术

LED指发光二极管，是一种常见的发光器件，广泛应用于照明领域。倒装LED芯片的光由衬底一侧射出，由于空气的折射率低于衬底材料的折射率，因此部分光线会在衬底出光面发生全反射，导致出光效率降低。为减少光的全反射，提高光的提取效率，可以对衬底的出光面进行图形化处理，得到多个排布在出光面表面的图形化结构。图形化结构能散射发光层射入的光，使原本发生全反射的光有机会穿过衬底出光面，提高光从芯片内部射出的几率。

公开号为CN104183678A的专利公开了一种倒装LED芯片，在衬底未进行外延生长的一侧设置由多个排布成规则形状的凸起结构组成的图形阵列，还可以在凸起结构表面进行规则或不规则形态的表面粗化，以减少光在衬底出光面的全反射，提高光的提取效率。然而，这种技术方案一方面结构复杂加工难度大，另一方面，由于采用了多个凸起结构，单个凸起结构由于尺寸限制高度有限，因此整个出光面的面积也受到限制，除此之外，在凸起结构之间的连接区域，即谷底区域设置相关的粗化或其它结构也较为不便。

实用新型内容

本实用新型正是基于现有技术的上述情况而提出的，本实用新型要解决的技术问题是提供一种倒装LED芯片以提高倒装LED芯片衬底的出光率。

为了解决上述问题，本实用新型提供以下技术方案。

一种倒装LED芯片，包括：衬底，衬底具有外延生长面和出光面；其中，外延生长面位于衬底的一侧；出光面，位于所述衬底的另外一侧，出光面具有覆盖整个出光面的并向远离所述出光面方向凸起而成的单个凸起结构；凸起结构在左、右两侧具有倾斜方向不同的左侧面和右侧面，左侧面和右侧面在凸起结构的中部凸起处接合；图形化结构，图形化结构覆盖在凸起结构的左侧面和右侧面上；外延层，外延层设置在衬底的外延层生长面上。

优选地，左侧面和右侧面均为倾斜的平面。

优选地，左侧面和右侧面均为曲面。

优选地，倒装LED芯片还包括增透层，增透层设置在所述图形化结构表面。

优选地，外延层包括：N型半导体层，设置在所述衬底上靠近所述外延生长面的一侧；发光层，设置在所述N型半导体层上；P型半导体层，设置在所述发光层上。

优选地，倒装LED芯片还包括：N电极，与N型半导体层电性连接；P电极，与P型半导体层电性连接。

优选地，凸起结构还包括设置在前、后方向的前侧面和后侧面，前侧面和后侧面的倾斜方向不同，前侧面和后侧面在凸起结构的中部凸起处接合。

优选地，前侧面和后侧面均为倾斜的平面。

优选地，前侧面和后侧面均为曲面。

优选地，倒装LED芯片为深紫外倒装LED芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：

(1)提供一种倒装LED芯片，其衬底出光面具有表面经图形化处理的单个凸起结构，单个凸起结构可以设置较高的高度，因而可以具有较大面积的出光的侧面，在出光侧面上可以加工更大面积的图形化结构，从而进一步减小衬底出光面发生全反射的几率，有效提高芯片的出光效率。

(2)衬底出光面的表面设置经图形化处理的单个凸起结构，有利于在整个衬底的出光面上设置增透层等进一步增加光线透射比例的部件，为进一步均匀地提高光线透射提供条件。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书具体实施方式，下面将对具体实施方式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说明书记载的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种倒装LED芯片截面结构示意图；

图2是本实用新型一种倒装LED芯片发出的一束光线路径示意图；

图3是现有技术一种倒装LED芯片发出的一束光线路径示意图。

附图标记：

1、衬底；101、外延生长面；102、出光面；103、图形化结构；2、外延层；201、N型半导体层；202、发光层；203、P型半导体层；3、增透层；4、N电极；5、P电极。

具体实施方式

为使本实用新型具体实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合的附图，对具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的具体实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“连通”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，或通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“上层”、“下层”、“两端”、“一端”、“设置在……上”和“位于……”是指装置部件的相对位置，例如N型半导体层生长在外延生长面上。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

为便于对本实用新型的理解，下面将结合附图以具体实施方式做进一步的解释说明，具体实施方式并不构成对本实用新型的限定。

LED是发光二极管的简称，LED作为一种常用的发光器件，广泛应用于照明领域。倒装LED芯片是指电气面朝下的LED芯片。一种典型的倒装LED包括衬底基板、P电极、P型半导体层、发光层、N型半导体层、N电极。当对芯片施加特定方向的电压时，正向P型半导体层的空穴则会源源不断的游向N型半导体层，N型半导体层的电子则会相对于孔穴向P型半导体层运动，在电子、空穴相对移动的同时，电子空穴互相结对，从而激发出光子形成光。

在使用倒装LED芯片发光的过程中，光由发光层产生，在芯片内部经过多次反射及折射，最终穿透P型半导体层、发光层、N型半导体层和衬底基板，从衬底出光面一侧射出。

由于衬底材料的折射率高于空气的折射率，倒装LED芯片发光层产生的部分光会在衬底出光面处发生全反射。例如，倒装LED芯片的衬底采用蓝宝石衬底时，蓝宝石的折射率近似为1.78，而空气的折射率近似为1。由于蓝宝石的折射率高于空气的折射率，当光从较高折射率的介质进入到较低折射率的介质时，如果入射角达到某一临界角时，折射光线将会消失，所有的入射光线将被反射而不进入低折射率的介质，即发生全反射。因此，入射角不小于临界角的光线会在衬底出光面处发生全反射，无法从衬底出光面射出，导致倒装LED芯片的出光效率降低。

一种有效减少芯片产生的光在衬底出光面发生全反射的几率的方式，是对出光面进行图形化处理，使出光面排布有多个图形化结构。例如，多个形貌为圆锥体的图形化结构排布在出光面表面，或多个形貌为球冠体、圆柱体、多棱锥体、类圆锥体的图形化结构排布在出光面表面。图形化处理后，出光面由原本光滑的表面变为粗糙表面，粗糙的出光面能散射发光层射入的光，使原本发生全反射的光有机会穿过衬底出光面，提高光从芯片内部射出的几率。

另一种有效减少芯片产生的光在衬底出光面发生全反射的几率的方式，是使衬底出光面改变为具有多个凸起结构的不平整表面。例如，出光面具有4个均匀排布的圆锥体凸起结构，或者出光面具有10个不均匀排布的四棱锥体凸起结构。衬底出光面具有多个凸起结构后，原本单一倾斜角度的表面变为倾斜角度不唯一的表面，当一束入射角不小于临界角的光线在出光面第一个位置发生全反射后，反射光线在芯片内部经多次反射再次到达出光面的第二个位置时，由于两个位置的倾斜角度不同，该束光线相对于第二个位置的入射角可能会小于临界角，并有机会从出光面射出，从而提高出光效率。

现有技术公开的衬底出光面具有多个凸起结构的倒装LED芯片，出光面具有表面经图形化处理的多个凸起结构。然而，这种技术方案一方面结构复杂加工难度大，另一方面，由于采用了多个凸起结构，单个凸起结构由于尺寸限制高度有限，因此整个出光面的面积也受到限制，除此之外，在凸起结构之间的连接区域，即谷底区域设置相关的粗化或其它结构也较为不便。

为此，本具体实施方式提出了一种倒装LED芯片，该芯片的出光面具有表面经图形化处理的单个凸起结构，有效提高芯片的出光效率。

一种倒装LED芯片如图1-图2所示。

其中，倒装LED芯片包括，衬底1。

衬底1的材质可以是蓝宝石、硅、碳化硅，在本具体实施方式中，所述衬底1的材质优选为蓝宝石衬底。作为倒装LED芯片，衬底一方面用于承载外延层结构，另一方面，所述衬底整体上透明，作为出光的界面。

因此在本具体实施方式中，所述衬底1具有外延生长面101和出光面102。外延生长面101是衬底1进行外延生长一侧的表面，外延生长面呈平面状。此外，外延生长面101也可以是表面具有图形化结构的平面。

出光面102是衬底1与空气交界的表面，在所述出光面上以及所述出光面的一侧形成外延结构。LED芯片产生的光从所述出光面102射出所述LED芯片。

在本具体实施方式中，所述出光面102具有单个凸起结构。所述单个凸起结构覆盖整个出光面102并向远离出光面102方向凸起而成。凸起结构在左、右两侧具有倾斜方向不同的左侧面和右侧面，左侧面和右侧面在凸起结构的中部凸起处接合；进一步地，所述凸起结构还可以包括前、后两侧具有倾斜方向不同的前侧面和后侧面，前侧面和后侧面在凸起结构的中部凸起处接合。

这样所述凸起结构形成四棱椎体形状，尤其优选地基本上为正四棱锥体的形状，正四棱锥体的底面平行于外延生长面101，正四棱锥体远离外延生长面101的顶点形成单个凸起结构的中部凸起。正四棱锥体的左、右两侧具有倾斜方向相反的左侧面和右侧面，前、后两侧具有倾斜方向相反的前侧面和后侧面，前、后、左、右侧面在凸起结构的中部凸起处接合，凸起结构的四个倾斜表面均为平面，且四个倾斜表面的形状相同。

当芯片内部的任意一束光线到达出光面102发生全反射后，该束光线在芯片内部经多次反射再次到达出光面102的其他位置，由于出光面102具有两个斜率不同的倾斜表面，当一个面上的全反射光经过反射后射至其相对的一侧的倾斜表面时，其入射角相对于上一个表面会有所不同，因此，反射光线有机会不再进行全反射，而从出所述相对一侧的倾斜表面射出射出，从而提高发光效率。当光线反射至于所述一个面相邻的倾斜面上时亦是如此。

以图3为例，当衬底的上下两个表面基本平行时，一束射入到衬底1中的光线I₁，其入射角为40°时(蓝宝石与空气界面的临界角近似为34°)，大于临界角，而进行全反射，I₁到达出光面102时发生全反射形成反射光线I₂；反射光线I₂在蓝宝石衬底与N型半导体层的分界面上发生反射形成反射光线I₃；反射光线I₃相对于出光面102的入射角度仍为40°，反射光线I₃到达出光面102仍会发生全反射形成反射光线I₄；反射光线I₄在蓝宝石衬底与N型半导体层的分界面上再次发生反射形成反射光线I₅，光线在衬底内多次反射从而衰减。

而在本具体实施方式中，一束射入到衬底1中的光线I₁，其入射角为40°，大于临界角。光线I₁射入到凸起结构第一个倾斜表面上的第一个位置，光线I₁相对于该位置的入射角度大于临界角，光线I₁发生全反射，形成反射光线I₂；反射光线I₂射入到凸起结构第二个倾斜表面上的第一个位置，第二个倾斜表面与第一个倾斜表面的倾斜程度相同，但第二个倾斜表面与第一个倾斜表面的倾斜方向沿竖直方向呈镜像关系，反射光线I₂相对于该位置的入射角度小于临界角，能够形成穿过出光面102的折射光线I₂’，以及反射光线I₃；光线在衬底内继续传输，形成反射光线I₄、I₅、I₆以及折射光线I₄’，其中折射光线I₄’基于上述原理可以再次从相对的倾斜表面上射出。

进一步地，在本具体实施方式中，所述衬底的出光面上形成有覆盖所述出光面表面的单个凸起，鉴于衬底的强度要求、凸起加工的要求，本具体实施方式这样的单个凸起相对于多个凸起可以制成尺寸相对较高的形状，从而整体具有较大的倾斜面积，倾斜面积的增加提高了光线出射避免全反射的几率，因而能够进一步提高出光率。

本具体实施方式中所述单个凸起还可以形成为单个球冠状的凸起，其原理与四棱椎体相似，本具体实施方式不再次描述。而由于表面的倾斜角度连续变化，因此球冠的表面的透射效果更加明显。

更进一步地，在本具体实施方式中，所述出光面102表面包括多个图形化结构103。例如，多个形貌为圆锥体的图形化结构103排布在出光面表面，或多个形貌为球冠体、圆柱体、多棱锥体、类圆锥体或不规则形状的图形化结构103排布在出光面表面。图形化结构103能够进一步散射入到出光面102的光，进一步提高光从芯片内部射出的几率。

进一步优选地，倒装LED芯片还包括设置在图形化结构103表面的增透层3。

增透层3是覆于图形化结构103表面的层状结构。增透层可以采用现有技术中的增透层材料来实现，尤其是紫外LED光线增透层。

例如，增透层3材质选择折射率位于衬底材料和空气的折射率之间的材料，增透层的厚度d应等于λ/(4n)，其中n为增透层的折射率，λ为LED芯片所发射的光在空气中的波长。当满足上述条件时，进入增透层3的光线与反射光线能够相互抵消，从而减少反射光，起到增透的效果。

在本具体实施方式中，由于衬底的出光面形成为单个凸起，因此凸起表面上很容易施加均匀且覆盖整个凸起表面的增透层，均匀的增透层能够提高出光效率和出光的均匀性。而如果衬底出光面上形成多个凸起，凸起之间的谷底区域难以形成与其它区域厚度均匀的增透层，从而影响增透效果。

进一步地，在本具体实施方式中，所述外延层2包括N型半导体层201、发光层202和P型半导体层203。

N型半导体层201是能够供给电子的由半导体材料构成的层状结构，N型半导体层201设置在衬底上，位于靠近外延生长面101的一侧。发光层202包括导体量子阱结构，设置在N型半导体层201上。P型半导体层203是能够供给空穴的由半导体材料构成的层状结构，设置在发光层202上。

N型半导体层201可以与N电极4电性连接；P型半导体层可以与P电极5电性连接。电极是芯片中用做导电的部件。

进一步优选地，倒装LED芯片为深紫外倒装LED芯片。即，发出光线的中心波长为200nm至350nm的LED芯片，由于深紫外倒装LED芯片的出光效率在其性能中尤为重要，因此本具体实施方式中的上述结构在深紫外倒装LED芯片上使用时能够提高其深紫外光透射率，提高其性能。

以上所述的实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种倒装LED芯片，其特征在于，包括：衬底(1)，衬底具有外延生长面(101)和出光面(102)；

其中，

外延生长面位于所述衬底的一侧；

出光面，位于所述衬底的另外一侧，所述出光面具有覆盖整个所述出光面的并向远离所述出光面方向凸起而成的单个凸起结构；所述凸起结构在左、右两侧具有倾斜方向不同的左侧面和右侧面，所述左侧面和右侧面在所述凸起结构的中部凸起处接合；

图形化结构(103)；图形化结构覆盖在所述凸起结构的左侧面和右侧面上；

外延层(2)，外延层设置在所述衬底的所述外延层生长面上。

2.根据权利要求1所述的一种倒装LED芯片，其特征在于，所述左侧面和所述右侧面均为倾斜的平面。

3.根据权利要求1所述的一种倒装LED芯片，其特征在于，所述左侧面和所述右侧面均为曲面。

4.根据权利要求1所述的一种倒装LED芯片，其特征在于，倒装LED芯片还包括增透层(3)，所述增透层设置在所述图形化结构(103)表面。

5.根据权利要求1所述的一种倒装LED芯片，其特征在于，所述外延层(2)包括：

N型半导体层(201)，设置在所述衬底上靠近所述外延生长面(101)的一侧；

发光层(202)，设置在所述N型半导体层上；

P型半导体层(203)，设置在所述发光层上。

6.根据权利要求1所述的一种倒装LED芯片，其特征在于，所述倒装LED芯片还包括：

N电极(4)，与N型半导体层(201)电性连接；

P电极(5)，与P型半导体层(203)电性连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种倒装LED芯片，其特征在于，所述凸起结构还包括设置在前、后方向的前侧面和后侧面，所述前侧面和所述后侧面的倾斜方向不同，所述前侧面和后侧面在所述凸起结构的中部凸起处接合。

8.根据权利要求7所述的一种倒装LED芯片，其特征在于，所述前侧面和所述后侧面均为倾斜的平面。

9.根据权利要求7所述的一种倒装LED芯片，其特征在于，所述前侧面和所述后侧面均为曲面。

10.根据权利要求1-6任意一项所述的一种倒装LED芯片，其特征在于，倒装LED芯片为深紫外倒装LED芯片。