TWI504022B - 發光二極體 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種發光二極體。
由氮化鎵半導體材料製成的高效藍光、綠光和白光發光二極體具有壽命長、節能、綠色環保等顯著特點，已被廣泛應用於大螢幕彩色顯示、汽車照明、交通訊號、多媒體顯示和光通訊等領域，特別係在照明領域具有廣闊的發展潛力。
傳統的發光二極體通常包括一第一半導體層、第二半導體層、設置在第一半導體層與第二半導體層之間的活性層、設置在第一半導體層上的第一電極以及設置在第二半導體層上的第二電極(通常為透明電極)。發光二極體處於工作狀態時，在第一半導體層與第二半導體層上分別施加正、負電壓，這樣，存在於第一半導體層中的空穴與存在於第二半導體層中的電子在活性層中發生複合而產生光，該光透過透明電極從發光二極體中射出。
先前技術中，所述第二電極一般採用透明的氧化銦錫(ITO)材料，然而ITO材料具有機械性能不夠好、阻值分佈不均勻等缺點，故，該發光二極體的效率較低，而且性能不穩定。
有鑒於此，提供一高效、穩定的發光二極體實為必要。
一種發光二極體，其包括：一第一半導體層、一活性層、一第二半導體層、一第一電極以及一第二電極；所述第二電極、第二半導體層、活性層以及第一半導體層依次層疊設置，所述第二電極與第二半導體層電連接，所述第一電極與所述第一半導體層電連接，所述第二半導體層遠離活性層的表面為所述發光二極體的出光面，所述第二電極設置於所述發光二極體的出光面；其中，所述第二電極為一奈米碳管膜，該奈米碳管膜包括複數個奈米碳管線以及複數個奈米碳管團簇，所述複數個奈米碳管線間隔設置，所述奈米碳管團簇設置於相鄰兩個奈米碳管線之間且通過凡得瓦力與所述奈米碳管線緊密相連，且相鄰的奈米碳管線之間的複數個奈米碳管團簇間隔設置。
一種發光二極體，其包括：一第一半導體層、一活性層、一第二半導體層、一第一電極以及一第二電極；所述第二電極、第二半導體層、活性層以及第一半導體層依次層疊設置，所述第二電極與第二半導體層電連接，所述第一電極與所述第一半導體層電連接，所述第二半導體層遠離活性層的表面為所述發光二極體的出光面，所述第二電極設置於所述發光二極體的出光面；其中，所述第二電極包括複數個奈米碳管及複數個孔隙，所述複數個奈米碳管組成複數個奈米碳管線及複數個奈米碳管團簇，所述複數個奈米碳管線間隔設置，所述奈米碳管團簇設置於相鄰兩個奈米碳管線之間且間隔設置，相鄰兩個奈米碳管線及兩個奈米碳管團簇之間定義出所述孔隙，所述複數個奈米碳管的面積與所述複數個孔隙的面積比大於0，且小於等於1：19。
與先前技術相比較，本發明的發光二極體中，由於奈米碳管組成
的奈米碳管線及奈米碳管團簇具有更為優異的力學性能，故，該奈米碳管膜具有較強的機械性能，從而可以提高所述發光二極體的耐用性及穩定性。其二，由於奈米碳管具有優異的導電性能，則由奈米碳管組成的奈米碳管膜也具有優異的導電性能，因此，採用上述奈米碳管膜作發光二極體的電極，可以相應的提高發光二極體的有效工作電流，從而提高所述發光二極體的效率。最後，該奈米碳管膜中奈米碳管的面積與所述複數個孔隙的面積比大於0，且小於等於1：19，故，該碳奈米膜的透光率可以高於95%，從而可以提高發光二極體的出光效率。
10；40‧‧‧發光二極體
100‧‧‧基底
110；410‧‧‧第一半導體層
120；420‧‧‧活性層
130；430‧‧‧第二半導體層
140；440‧‧‧第一電極
150；450‧‧‧第二電極
22‧‧‧通孔
24‧‧‧連接部
26‧‧‧延伸部
30‧‧‧奈米碳管膜
32‧‧‧奈米碳管線
34‧‧‧奈米碳管團簇
圖1為本發明第一實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
圖2為本發明第一實施例提供的發光二極體中所使用的第二電極的光學顯微鏡照片。
圖3為本發明第一實施例提供的發光二極體中所使用的第二電極的光學顯微鏡照片。
圖4為本發明第一實施例提供的發光二極體中製備第二電極的方法流程圖。
圖5為本發明第一實施例提供的發光二極體中製備第二電極所使用的奈米碳管初級膜的掃描電鏡照片。
圖6為本發明第一實施例提供的發光二極體中製備第二電極所使用的形成有一行通孔的奈米碳管初級膜的平面結構示意圖。
圖7為本發明第一實施例提供的發光二極體中製備第二電極所使用的形成有多行通孔的奈米碳管初級膜的平面結構示意圖。
圖8為本發明第一實施例提供的發光二極體中製備第二電極所使用的形成有多行通孔的奈米碳管初級膜的光學顯微鏡照片。
圖9為本發明第一實施例提供的發光二極體中所使用的第二電極的結構示意圖。
圖10為本發明第一實施例提供的發光二極體中所使用的第二電極的結構示意圖。
圖11為本發明第二實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
下面將結合附圖及具體實施例，對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種發光二極體10，包括：一基底100、一第一半導體層110、一活性層120、一第二半導體層130、一第一電極140以及一第二電極150。所述第一半導體層110、活性層120、第二半導體層130以及第二電極150依次層疊設置於基底100的表面，所述第一半導體層110與所述基底100接觸設置。所述第二半導體層130遠離活性層120的表面為所述發光二極體10的出光面，所述第一電極140與所述第一半導體層110電連接。所述第二電極150與所述第二半導體層130電連接。
所述基底100主要起支撐作用，所述基底100具有一支持外延生長的外延生長面。所述基底100的厚度為300至500微米，所述基底100的材料可以為SOI(silicon on insulator，絕緣基底上的矽)、LiGaO2、LiAlO2、Al2O3、Si、GaAs、GaN、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlP、AlAs、AlSb、AlN、GaP、SiC、SiGe、GaMnAs、GaAlAs、GaInAs、GaAlN、GaInN、AlInN、GaAsP、InGaN、
AlGaInN、AlGaInP、GaP：Zn或GaP：N等。所述基底100的材料可根據所述需要生長的半導體層的材料進行選擇，所述基底100的材料與所述半導體層的材料具有較小的晶格失配及相近的熱膨脹係數，從而可以減少生長的半導體層中的晶格缺陷，提高其質量。本實施例中，所述基底100的厚度為400微米，其材料為藍寶石。
所述第一半導體層110設置於所述基底100的外延生長面。所述第一半導體層110、第二半導體層130分別為N型半導體層和P型半導體層兩種類型中的一種。具體地，當所述第一半導體層110為N型半導體層時，第二半導體層130為P型半導體層；當所述第一半導體層110為P型半導體層時，第二半導體層130為N型半導體層。所述N型半導體層起到提供電子的作用，所述P型半導體層起到提供空穴的作用。N型半導體層的材料包括N型氮化鎵、N型砷化鎵及N型磷化銅等材料中的一種或幾種。P型半導體層的材料包括P型氮化鎵、P型砷化鎵及P型磷化銅等材料中的一種或幾種。所述第一半導體層110的厚度為1微米至5微米。本實施例中，第一半導體層110的材料為N型氮化鎵。可選擇地，一緩衝層(圖未示)可以設置於基底100和第一半導體層110之間，並與基底100和第一半導體層110分別接觸，此時第一半導體層110靠近基底100的表面與緩衝層接觸。所述緩衝層有利於提高所述第一半導體層110的外延生長質量，減少晶格缺陷。所述緩衝層的厚度為10奈米至300奈米，其材料可以為氮化鎵或氮化鋁等。
本實施例中，所述第一半導體層110具有相對的第一表面(未標示)及第二表面(未標示)，所述第一表面與所述基底100相接觸，所述第二表面為第一半導體層110遠離基底100的表面。所述
第二表面按其功能可區分為一第一區域(未標示)及第二區域(未標示)，其中所述第一區域用於設置所述活性層120，所述第二區域用於設置所述第一電極140。
所述活性層120設置於所述第一半導體層110的第一區域。優選地，所述活性層120和第一半導體層110的接觸面積與第一區域的面積相等。即所述活性層120完全覆蓋所述第一半導體層110的第一區域。所述活性層120為包含一層或多層量子阱層的量子阱結構(Quantum Well)。所述活性層120用於提供光子。所述活性層120的材料為氮化鎵、氮化銦鎵、氮化銦鎵鋁、砷化稼、砷化鋁稼、磷化銦鎵、磷化銦砷或砷化銦鎵中的一種或幾種，其厚度為0.01微米至0.6微米。本實施例中，所述活性層120為兩層結構，包括一氮化銦鎵層及一氮化鎵層，其厚度約為0.03微米。
所述第二半導體層130設置於所述活性層120遠離基底100的表面，具體的，所述第二半導體層130覆蓋所述活性層120遠離基底100的整個表面。所述第二半導體層130的厚度為0.1微米~3微米。所述第二半導體層130可為N型半導體層或P型半導體層兩種類型，並且所述第二半導體層130與第一半導體層110分屬兩種不同類型的半導體層。所述第二半導體層130遠離基底100的表面作為發光二極體10的出光面。本實施例中，所述第二半導體層130為鎂(Mg)摻雜的P型氮化鎵，其厚度為0.3微米。
所述第二半導體層130遠離活性層120的表面可以進一步包括複數個三維奈米結構。所述三維奈米結構用於提高所述發光二極體10的出光率。
所述第一電極140與所述第一半導體層110電連接。本實施例中，
所述第一電極140設置於所述第一半導體層110的第二區域，並覆蓋所述第二區域的部分表面。所述第一電極140與所述活性層120間隔設置。所述第一電極140至少為一層的結構，其材料為鈦、銀、鋁、鎳、金或其任意組合。本實施例中，所述第一電極140為兩層結構，一層為厚度15奈米的鈦，另一層為厚度200奈米的金。
所述第二電極150設置於所述第二半導體層130遠離活性層的表面，優選地，所述第二電極150覆蓋整個第二半導體層130遠離活性層的表面。所述第二電極150與所述第二半導體層130電連接。所述第二電極150為一層狀的奈米碳管膜。
請參閱圖2及3，具體地，所述奈米碳管膜包括複數個間隔設置的奈米碳管線以及複數個奈米碳管團簇，所述複數個奈米碳管線與複數個奈米碳管團簇通過凡得瓦力相互連接。所述複數個奈米碳管團簇通過所述複數個奈米碳管線隔開，且位於相鄰的兩個奈米碳管線之間的奈米碳管團簇間隔設置。
所述複數個奈米碳管線基本沿第一方向延伸且相互間隔設置。優選地，所述複數個奈米碳管線平行且等間距設置，所述複數個奈米碳管線設置於一個平面內。所述奈米碳管線的橫截面可以為橢圓形、圓形、扁平狀、或者其他形狀。優選地，該奈米碳管線的橫截面為圓形，其直徑大於等於0.1微米，且小於等於100微米。更優選地，每個奈米碳管線的直徑大於等於5微米，且小於等於50微米。所述複數個奈米碳管線之間的間隔不限，優選地，相鄰的奈米碳管線之間的間距大於0.1毫米。所述複數個奈米碳管線的直徑及間隔可以根據實際需要確定。優選地，所述複數個奈米
碳管線的直徑基本相等。每個奈米碳管線包括複數個第一奈米碳管，所述複數個第一奈米碳管基本沿所述第一方向擇優取向排列，即，所述複數個第一奈米碳管沿所述奈米碳管線的軸向擇優取向排列。位於所述奈米碳管線的軸向上的相鄰的第一奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。優選地，所述複數個奈米碳管的軸向基本與所述奈米碳管線的軸向平行。其中，所述第一方向基本平行於所述奈米碳管線的軸向及所述第一奈米碳管的軸向。
所述複數個奈米碳管團簇間隔設置，且搭接於相鄰的奈米碳管線之間，使得所述奈米碳管膜具有自支撐特性，為一自支撐結構。所謂“自支撐”係指所述奈米碳管膜不需要支撐體支撐就可以保持其固有的形狀。所述複數個奈米碳管團簇在第二方向上間隔設置，且通過所述複數個奈米碳管線區分開。也可以說，位於所述第二方向上的複數個奈米碳管團簇通過所述複數個奈米碳管線連接在一起。位於第二方向上的複數個奈米碳管團簇可以交錯排列，不成行排列，由此，通過所述複數個奈米碳管線連接在第二方向上形成非直線形的導電通路。位於所述第二方向上的複數個奈米碳管團簇整齊排列成行，通過所述複數個奈米碳管線形成一連續的直線形導電通路。優選地，所述複數個奈米碳管團簇在所述奈米碳管膜中呈陣列排布。其中，所述第二方向與所述第一方向相交設置，優選地，所述第二方向與第一方向垂直設置。每個奈米碳管團簇在所述第二方向上的長度基本與與所述奈米碳管團簇相連的奈米碳管線的間距相等。所以，所述奈米碳管團簇在第二方向上的長度優選地大於0.1毫米。另外，位於相鄰的奈米碳管線之間的複數個奈米碳管團簇間隔設置，即，所述複數個奈米碳管團簇在所述第一方向上間隔設置。優選地，相鄰的奈米碳管團
簇在第一方向上的間距大於等於1毫米。
所述奈米碳管團簇包括複數個第二奈米碳管，所述複數個第二奈米碳管通過凡得瓦力相互作用在一起。所述複數個第二奈米碳管的軸向可以基本平行於所述第一方向，即，所述複數個第二奈米碳管的軸向可以基本平行於所述奈米碳管線的軸向。所述複數個第二奈米碳管的軸向也可以與所述第一方向相交設置，因此，所述奈米碳管團簇中的第二奈米碳管可以交叉設置形成網狀結構。
由此可見，所述奈米碳管膜包括複數個奈米碳管，所述複數個奈米碳管分別形成所述複數個奈米碳管線及複數個奈米碳管團簇。優選地，所述奈米碳管膜僅由奈米碳管組成。所述奈米碳管膜還包括複數個孔隙，所述複數個孔隙主要係由所述奈米碳管膜中的複數個奈米碳管線及複數個奈米碳管團簇間隔設置形成的。所以，當所述複數個奈米碳管線及複數個奈米碳管團簇有規律排列時，所述複數個孔隙也有規律排列。如，當所述複數個奈米碳管團簇及奈米碳管線呈陣列排布時，所述複數個孔隙也會隨之呈陣列排布。所述奈米碳管膜中的奈米碳管線與奈米碳管團簇的面積之和與所述複數個孔隙的面積的比值大於0，且小於等於1：19。也可以說，所述奈米碳管膜中的複數個奈米碳管與所述複數個孔隙的面積比大於0，且小於等於1：19，故，所述奈米碳管膜的透光度大於等於95%。更優選地，所述奈米碳管膜中的奈米碳管的面積與所述複數個孔隙的面積比大於0，且小於等於1：49，所述奈米碳管膜的透光度大於等於98%。所述複數個奈米碳管線沿第一方向延伸，從而使得所述奈米碳管膜在第一方向上形成一第一導電通路；所述複數個奈米碳管團簇可以在第二方向上形成
一第二導電通路；從而使得所述奈米碳管膜為導電異向性膜，且在第一方向及第二方向上具有不同的導電異向性。所述奈米碳管膜在第二方向上的電阻與其在第一方向上的電阻的比值大於等於10。另外，所述奈米碳管膜中的奈米碳管線通過其中的奈米碳管團簇連接一起，從而使得所述奈米碳管膜具有較好的強度及穩定性，不易破壞。
需要說明的係，所述奈米碳管膜中的奈米碳管線及奈米碳管團簇的周圍還存在有少量的奈米碳管，但這些奈米碳管的存在基本上不會影響所述奈米碳管膜的性質。
請參閱圖4，所述奈米碳管膜的製備方法包括以下步驟：S10，提供一初始奈米碳管膜，所述初始奈米碳管膜包括複數個奈米碳管，所述複數個奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且沿第一方向擇優取向延伸；S20，圖案化所述初始奈米碳管膜，使所述初始奈米碳管膜在所述第一方向上形成至少一行通孔，且每行上至少有兩個間隔設置的通孔；以及S30，採用溶劑處理所述形成有至少一行通孔的初始奈米碳管膜，使所述形成有至少一行通孔的初始奈米碳管膜收縮。
請參閱圖5，步驟S10中的初始奈米碳管膜中的奈米碳管沿第一方向擇優取向延伸。所述初始奈米碳管膜可以通過從一奈米碳管陣列中拉伸而獲得。具體地，所述初始奈米碳管膜的製備方法包括以下步驟：S11，提供一奈米碳管陣列，且所述奈米碳管陣列包括複數個彼此平行的奈米碳管；以及S12，從所述奈米碳管陣列
中選定一定寬度的奈米碳管片段，並拉取所述具有一定寬度的奈米碳管片段得到所述初始奈米碳管膜。
其中，優選地，所述奈米碳管陣列為一超順排奈米碳管陣列，即所述奈米碳管陣列包括複數個基本相互平行的奈米碳管。所述奈米碳管陣列形成於一基底，且所述奈米碳管陣列中的奈米碳管基本垂直於所述基底。在上述拉伸過程中，所述奈米碳管陣列中的選定的奈米碳管在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底的同時，由於凡得瓦力作用，所述選定的奈米碳管分別與奈米碳管陣列中的其他奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連地連續地被拉出形成所述初始奈米碳管膜。所述初始奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向基本平行於奈米碳管膜的拉伸方向。因此，所述初始奈米碳管膜係由奈米碳管組成，且通過奈米碳管之間的凡得瓦力的作用，使得所述初始奈米碳管膜具有自支撐特性，為一自支撐膜。所述初始奈米碳管膜中的奈米碳管之間會形成複數個微孔，所述微孔的尺寸小於100奈米。其中，該微孔的尺寸係指微孔橫截面上一點到另一點的最遠距離。
所述步驟S20對初始奈米碳管膜進行圖案化處理的目的係在所述初始奈米碳管膜上沿第一方向上形成成行排列且間隔設置的通孔。所述步驟可以採用雷射照射處理或電子束照射處理等方法在所述初始奈米碳管膜上形成所述複數個通孔。當所述步驟S20採用雷射照射法對所述初始奈米碳管膜進行圖案化處理時，所述步驟S20具體可以包括以下分步驟：首先，提供一雷射器，所述雷射器的雷射光束的照射路徑可通過電腦程式控制。其次，將所述待形成複數個通孔的初始奈米碳管膜的結構輸入電腦程式中，以便
控制雷射器中的雷射光束的照射路徑，在所述初始奈米碳管膜上燒蝕形成複數個通孔。然後，開啟雷射器，採用雷射光束照射所述初始奈米碳管膜，在所述初始奈米碳管膜上形成所述複數個通孔。可以理解，還可以通過固定雷射光束，移動所述初始奈米碳管膜使雷射光束照射所述初始奈米碳管膜的表面，控制所述初始奈米碳管膜的運動路徑，在所述初始奈米碳管膜上燒蝕形成複數個通孔。其中，所述雷射光束的功率密度為10000-100000瓦/平方毫米，掃描速度為800-1500毫米/秒。優選地，所述雷射光束的功率密度為70000-80000瓦/平方毫米，掃描速度為1000-1200毫米/秒。
所述步驟S12中形成的通孔的形狀可以為四邊形、圓形、橢圓形或三角形等圖形。優選地，該四邊形具有至少一對平行邊，如，平行四邊形、梯形、長方形、菱形等。當長方形的寬度比較小時，可以認為該長方形為一直線，即可以認為該通孔的形狀為直線形。所述通孔的尺寸大於所述奈米碳管初級膜中的微孔的尺寸。
優選地，該通孔的尺寸大於等於0.1毫米。相鄰的通孔之間的間距大於所述奈米碳管初級膜中的微孔的尺寸。優選地，該相鄰通孔之間的間距大於等於0.1毫米。更優選地，該通孔的形狀為長方形，其長、寬都大於等於0.1毫米，且該相鄰通孔之間的間距大於等於0.1毫米。所述通孔的形狀、尺寸以及相鄰的通孔之間的間距可以根據實際需要確定。
所述步驟S20中對所述初始奈米碳管膜進行圖案化處理，在所述初始奈米碳管膜上形成的通孔可以按照下面的幾種方式分佈：
(1)請參閱圖6，在所述初始奈米碳管膜上形成複數個間隔設置
的通孔22，所述複數個間隔設置的通孔22在所述初始奈米碳管膜中沿所述第一方向X排列成一行。其中，所述第一方向X基本平行於所述初始奈米碳管膜中的奈米碳管的軸向延伸方向。所述複數個通孔22將所述初始奈米碳管膜分成複數個連接部24以及兩個延伸部26，所述初始奈米碳管膜的連接部24為同一行中相鄰的通孔22之間的部分，也就係說，所述初始奈米碳管膜的連接部24間隔設置且通過通孔22隔開，並與所述複數個通孔22交替排布。所述初始奈米碳管膜的兩個延伸部26指的係所述初始奈米碳管膜中除了所述連接部24外的其他部分，且分別位於所述複數個連接部24及通孔22的兩側。也可以說，在與第一方向X相交的第二方向Y上，所述兩個延伸部26通過所述複數個連接部24隔開。所以，所述複數個連接部24與兩個延伸部26係一體結構，所述兩個延伸部26通過所述複數個連接部24連接在一起。優選地，所述第二方向Y垂直於第一方向X。每個延伸部26基本沿所述第一方向X連續延伸。
(2)請參閱圖7及圖8，在所述初始奈米碳管膜上形成複數個通孔22，所述複數個通孔22沿所述第一方向X排列成多行，且位於同一行中的通孔22沿所述第一方向X間隔排列。所述複數個通孔22在所述第二方向Y上可以交錯設置。所謂“交錯設置”指的係，所述複數個通孔22在第二方向Y上沒有成列排布。可以理解，所述複數個通孔22也可以沿所述第二方向Y排列成多列，且位於同一列上的通孔22沿所述第二方向Y間隔排列，所以，所述複數個通孔22呈陣列狀，行列排布。即，所述複數個通孔22在所述初始奈米碳管膜上排列成多行多列。
所述複數個通孔22將所述初始奈米碳管膜分成複數個連接部24及複數個延伸部26。所述複數個連接部24位於同一行中相鄰的通孔22之間，所述複數個連接部24的排列方式與所述複數個通孔22的排列方式相同，同一行的連接部24沿第一方向X間隔設置，並通過同一行的通孔22隔開。每個連接部24在第二方向Y上的長度等於與其相鄰的通孔22在第二方向Y上的長度，每個連接部24沿第一方向上的長度基本等於與其位於同一行並與其相鄰的兩個通孔22之間的間距。所述複數個延伸部26在第一方向X上係一連續的整體，且位於相鄰行的通孔22及所述初始奈米碳管膜的連接部24之間。每個延伸部26在第二方向Y上的長度為其相鄰兩行的通孔22在第二方向Y上的間距，且將與其相鄰的兩行中的複數個連接部24隔開。同樣地，所述複數個連接部24與所述複數個延伸部26為一體結構，所述複數個延伸部26通過所述複數個連接部24連接在一起。優選地，每個通孔22在第一方向X上的有效長度大於其相鄰的通孔22在第二方向Y上的間距。
需要說明的係，本文所謂的“位於同一行的通孔”指的係至少有一條基本平行於所述第一方向X的直線可以同時貫穿所述位於同一行中的通孔；本文中所謂的“位於同一列中的通孔”指的係至少有一條基本平行於所述第二方向Y的直線可以同時貫穿所述位於同一列中的通孔。所述初始奈米碳管膜中的連接部24的排列方式與所述初始奈米碳管膜中的通孔的排列方式基本相同。由於受到製備工藝的影響，每個通孔的周圍可能會有少量奈米碳管毛刺存在，從而使得通孔的邊緣存在參差不齊的現象。
在步驟S30中，所述圖案化的初始奈米碳管膜優選地懸空設置。
請一併參閱圖2、3、8及9，所述步驟S30可以為，將所述溶劑滴落或噴灑在懸空設置的形成有複數個通孔22的初始奈米碳管膜的表面，以浸潤所述具有至少一行通孔22的初始奈米碳管膜，使所述具有至少一行通孔22的初始奈米碳管膜收縮。由於所述初始奈米碳管膜中的每個延伸部26中的奈米碳管首尾相鄰且基本沿第一方向排列，且每個延伸部26在第一方向上為一個連續的整體，故，在介面張力的作用下，所述初始奈米碳管膜中的複數個延伸部26收縮形成複數個奈米碳管線32，也就係說，所述初始奈米碳管膜的每個延伸部26向其中心收縮形成一個奈米碳管線32，同時使得位於所述延伸部26兩側的通孔22的尺寸增大，從而形成複數個間隔設置的奈米碳管線32。同時，每個延伸部26在收縮成奈米碳管線32的過程中會對其鄰近的連接部24產生一個拉力，使得所述連接部24形成所述奈米碳管團簇34，從而形成所述奈米碳管膜30，使得所述奈米碳管膜30包括複數個間隔的奈米碳管線32，及被所述複數個奈米碳管線32隔開的複數個奈米碳管團簇34。因此，所述奈米碳管膜30中相鄰的奈米碳管線32之間的間距大於其對應的初始奈米碳管膜上相鄰的延伸部26之間夾持的通孔在第二方向上的長度，大於0.1毫米；且每個奈米碳管線32由複數個通過凡得瓦力首尾相連且基本沿同一方向延伸的奈米碳管構成，所述複數個奈米碳管基本沿第一方向延伸。所述複數個奈米碳管團簇34將相鄰的奈米碳管線32通過凡得瓦力連接在一起形成所述奈米碳管膜30。
根據所述溶劑對奈米碳管的浸潤性的不同，所述溶劑對所述初始奈米碳管膜的介面張力也不同，所述初始奈米碳管膜的延伸部26在收縮成奈米碳管線32的過程中對其相鄰的連接部24產生的拉力
的大小也不同，從而使得所述初始奈米碳管膜的連接部24中的奈米碳管的排列方式不同，進而使得所述奈米碳管團簇34的結構也不同。
請一併參閱圖2及9，當所述溶劑為有機溶劑，乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等對奈米碳管具有較高浸潤性的溶劑時，對所述初始奈米碳管膜的介面張力就比較大，所述初始奈米碳管膜的延伸部26在收縮成奈米碳管線32的過程中對其相鄰的連接部24產生的拉力就比較大，可以使得所述連接部24中的奈米碳管的由基本沿第一方向延伸轉變為與所述第一方向相交的方向延伸，形成第二奈米碳管；同時在介面張力的作用下，每個連接部24中的奈米碳管會收縮形成一網狀結構，所述網狀結構即為所述奈米碳管團簇34。所以，所述複數個連接部24形成複數個具有網狀結構的奈米碳管團簇34。優選地，所述第二奈米碳管的軸向與所述第一方向具有較大的第一夾角，且所述第一夾角大於等於45度，且小於等於90度。本實施例通過測量樣品1-初始奈米碳管膜、樣品2-雷射處理的初始奈米碳管膜(雷射處理的初始奈米碳管膜指的係上述經過雷射處理形成有複數個通孔22的初始奈米碳管膜，其中，該複數個通孔22為長方形且以陣列形式排布，該通孔22的長度為3毫米、寬度為1毫米，該通孔22與其長度方向上相鄰的通孔22之間的間距為1毫米，該通孔22與其寬度方向上相鄰的通孔22之間的間距為1毫米)、樣品3所述奈米碳管膜30的透光度。各個樣品的透光度在各個樣品在懸空狀態下測得的，如表1所示。
表1 各種奈米碳管膜的透光度不同波長下的透光度樣品
請一併參閱圖3及10，當所述溶劑為水等對奈米碳管具有較低的浸潤性時，所述溶劑對所述初始奈米碳管膜的介面張力相對比較小，所述初始奈米碳管膜的延伸部26在收縮成奈米碳管線32的過程中對其相鄰的連接部24產生的拉力相對比較小，對所述初始奈米碳管膜的連接部24中的奈米碳管的拉力就比較小，從而使得所述複數個連接部24中的奈米碳管的軸向基本不發生改變或改變較小，形成複數個奈米碳管團簇34，此時，所述奈米碳管團簇34中的奈米碳管的軸向基本平行於所述奈米碳管線32中的奈米碳管的軸向及所述第一方向，或所述奈米碳管團簇34中的奈米碳管的軸向與所述奈米碳管線32中的奈米碳管及第一方向具有較小的第二夾角，且所述第二夾角小於等於30度。優選地，所述夾角小於等於15度。如，當溶劑為水時，所述初始奈米碳管膜的連接部24中的奈米碳管的排列方向基本不發生改變，從而使得所述奈米碳管團簇34中的奈米碳管的排列方向基本平行於所述第一方向。
可以理解，當步驟S20中的通孔呈多行排布時，在所述奈米碳管膜中，由所述初始奈米碳管膜的延伸部形成的複數個奈米碳管線基本平行設置。另，當所述初始奈米碳管膜中的通孔呈多行多列排布時，所述初始奈米碳管膜中的複數個延伸部會形成複數個奈米碳管線，所述複數個奈米碳管線沿第一方向軸向延伸，且沿第二方向相互平行且間隔設置；且所述初始奈米碳管膜中的複數個
連接部會形成複數個奈米碳管團簇，所述奈米碳管團簇會沿著所述第二方向通過所述奈米碳管線搭接在一起，且沿第一方向間隔設置。所以，此時，所述奈米碳管膜中的複數個奈米碳管線相互平行地沿第一方向延伸且沿第二方向間隔設置，形成複數個間隔設置的第一導電通路；所述奈米碳管膜中的複數個奈米碳管團簇沿所述第一方向間隔設置，並沿所述第二方向通過奈米碳管線連接形成所述複數個間隔設置的第二導電通路。
可以理解，通過控制沿第二方向排列的通孔之間的間距以及通孔的形狀可以控制所述奈米碳管線的直徑；通過控制位於第二方向上的相鄰通孔之間的間距以及通孔的寬度可以控制相鄰的奈米碳管線之間的間距。當所述通孔為長方形，所述通孔的在第二方向的長度分別相等，且位於同一列上的相鄰通孔之間的間距相等時，所述複數個奈米碳管線的直徑相等，且相鄰的奈米碳管線之間的間距也相等；進一步，當所述複數個通孔的在第一方向的長度分別相等，所述複數個奈米碳管團簇基本沿第二方向排列，甚至所述複數個奈米碳管團簇的形狀基本相同。因此，本發明提供的奈米碳管膜的製備方法可以有效地、簡單地控制其中的奈米碳管線之間的間距及奈米碳管線的直徑。
可以通過調整所述通孔的數量來改變所述奈米碳管膜的電阻，尤其係改變所述奈米碳管膜的導電異向性，也就係說，可以根據對所述奈米碳管膜的電阻的需求來進行步驟S20。
需要說明的係，通孔的相關參數影響所述奈米碳管膜的導電性。其中，假定所述初始奈米碳管膜上的通孔均勻分佈，且每個通孔為長方形，每個通孔在第一方向上的長度為a，每個通孔在第二
方向上的長度為b，相鄰的通孔在第一方向上的間距為c，相鄰的通孔在第二方向上的間距為d。優選地，參數a大於參數d。其中，所述參數b相對於參數a相當小時，參數b可以認為係0，所述通孔可以被認為為直線。具體地，通孔的相關參數對奈米碳管膜的電阻及導電異向性的影響如下：
(1)當通孔的參數c和d固定，改變參數a和b時，所述奈米碳管膜在第二方向與第一方向上的電阻的比值隨著參數a和b的比值(a/b)的增大而變大。也就係說，所述奈米碳管膜的導電異向性與參數a和b的比值成正比。
(2)當通孔的參數a和c固定，改變參數b和d時，所述奈米碳管膜在第一方向的電阻基本隨著參數b與d的比值(b/d)的增大而變大。
(3)當通孔的參數b和d固定，改變參數a和c時，所述奈米碳管膜在第二方向上的電阻隨著參數a與參數c的比值(a/c)增大而增大；另，可以通過減小參數a與c的比值的方法來提高所述奈米碳管膜的導電異向性。
可以理解，所述步驟S20中的初始奈米碳管膜在圖案化處理之前，應所述事先固定所述初始奈米碳管膜，優選地，將所述初始奈米碳管膜懸空設置。如，當所述初始奈米碳管膜直接從一奈米碳管陣列中拉取獲得時，可以先固定所述初始奈米碳管膜遠離所述奈米碳管陣列的一端於一固定體，然後再圖案化處理所述初始奈米碳管膜形成所述複數個通孔，之後再用有機溶劑處理所述圖案化的初始奈米碳管膜。另外，當收集所述奈米碳管膜時，尤其係採用一可轉動的收集軸收集所述奈米碳管膜時，轉動所述收集軸
，可以一邊將製備好的奈米碳管膜收集在所述收集軸上，一邊不斷的從所述奈米碳管陣列中拉取獲得所述預製的奈米碳管膜，從而可以實現自動化生產所述奈米碳管膜。
進一步的，可在基底100遠離活性層120的表面設置一反射層(圖未示)，所述反射層的材料可為鈦、銀、鋁、鎳、金或其任意組合。當活性層120中產生的光子到達所述反射層後，所述反射層可將光子反射，從而使之從所述發光二極體10的出光面射出，進而可進一步提高所述發光二極體10的出光效率。
請參閱圖11，本發明第二實施例提供的發光二極體40，其包括：一第一半導體層410、一活性層420、一第二半導體層430、一第一電極440以及一第二電極450。所述第二電極450、第二半導體層430、活性層420以及第一半導體層410依次層疊設在所述第一電極440的表面。所述第一半導體層410與所述第一電極440接觸設置；所述第二電極450與第二半導體層430接觸設置。所述第二半導體層430遠離所述活性層420的表面為所述發光二極體40的出光面。所述第一半導體層410、活性層420、第二半導體層430、第一電極440以及第二電極450分別與本發明第一實施例中的第一半導體層110、活性層120、第二半導體層130、第一電極140以及第二電極150。
進一步的，可在第一電極440遠離第一半導體層410的表面設置一反射層(圖未示)，所述反射層的材料可為鈦、銀、鋁、鎳、金或其任意組合。當活性層中產生的光子到達所述反射層後，所述反射層可將光子反射，從而使之從所述發光二極體40的出光面射出，進而可進一步提高所述發光二極體40的出光效率。
本發明實施例提供的發光二極體具有以下優點：其一，由於奈米碳管具有優異的導電性能，則由奈米碳管組成的奈米碳管膜也具有優異的導電性能，因此，採用上述奈米碳管膜作發光二極體的電極，可以相應的提高發光二極體的有效工作電流，減少電流的損失。其二，由於所述奈米碳管膜具有良好的透光度，其透光度大於95%，故，可以使所述發光二極體具有較好的透明度，從而提高出光效率。其三，由於所述奈米碳管膜包括複數個集聚成束的奈米碳管線及奈米碳管團簇，且奈米碳管線及奈米碳管團簇由複數個奈米碳管通過凡得瓦力緊密收縮聚集而成，故，所述奈米碳管膜比初始奈米碳管膜以及圖案化的初始奈米碳管膜具有更強的機械性能，從而可以提高所述發光二極體的耐用性。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧發光二極體
100‧‧‧基底
110‧‧‧第一半導體層
120‧‧‧活性層
130‧‧‧第二半導體層
140‧‧‧第一電極
150‧‧‧第二電極
Claims (16)
- 一種發光二極體，其包括：一第一半導體層、一活性層、一第二半導體層、一第一電極以及一第二電極；所述第二電極、第二半導體層、活性層以及第一半導體層依次層疊設置，所述第二電極與第二半導體層電連接，所述第一電極與所述第一半導體層電連接，所述第二半導體層遠離活性層的表面為所述發光二極體的出光面，所述第二電極設置於所述發光二極體的出光面；其改良在於，所述第二電極為一奈米碳管膜，包括複數個奈米碳管線以及複數個奈米碳管團簇，所述複數個奈米碳管線間隔且平行設置，並沿一第一方向延伸形成一第一導電通路，所述奈米碳管團簇設置於相鄰兩個奈米碳管線之間且通過凡得瓦力與所述奈米碳管線緊密相連，相鄰的奈米碳管線之間的奈米碳管團簇之間間隔設置，所述複數個奈米碳管團簇沿所述第一方向間隔設置，並沿一第二方向整齊排列成行，且通過所述複數個奈米碳管線形成一連續的直線形導電通路，其中，所述第二方向與所述第一方向垂直。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述複數個奈米碳管團簇由多個奈米碳管組成。
- 如請求項2所述的發光二極體，其中，所述複數個奈米碳管團簇中奈米碳管的軸向基本平行於所述第一方向。
- 如請求項2所述的發光二極體，其中，所述複數個奈米碳管團簇中奈米碳管的軸向基本平行於所述第二方向。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，每個奈米碳管線由複數個奈米碳管構成，所述複數個奈米碳管基本沿奈米碳管線的軸向方向延伸且通過凡 得瓦力首尾相連。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述奈米碳管線的橫截面為圓形，且所述奈米碳管線的直徑大於等於0.1微米，且小於等於100微米。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述奈米碳管膜的透光度大於95%。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，相鄰的奈米碳管線之間的間距大於0.1毫米。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，相鄰的奈米碳管線之間相鄰的奈米碳管團簇之間的間距大於1毫米。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述發光二極體進一步包括一基板，所述基板設置於所述第一半導體層遠離活性層的表面。
- 一種發光二極體，其包括：一第一半導體層、一活性層、一第二半導體層、一第一電極以及一第二電極；所述第二電極、第二半導體層、活性層以及第一半導體層依次層疊設置，所述第二電極與第二半導體層電連接，所述第一電極與所述第一半導體層電連接，所述第二半導體層遠離活性層的表面為所述發光二極體的出光面，所述第二電極設置於所述發光二極體的出光面；其改良在於，所述第二電極包括複數個奈米碳管及複數個孔隙，所述複數個奈米碳管組成複數個奈米碳管線及複數個奈米碳管團簇，所述複數個奈米碳管線間隔設置，所述奈米碳管團簇設置於相鄰兩個奈米碳管線之間且間隔設置，相鄰兩個奈米碳管線及兩個奈米碳管團簇之間定義出所述孔隙，所述複數個奈米碳管的面積與所述複數個孔隙的面積比大於0，且小於等於1：19。
- 如請求項11所述的發光二極體，其中，所述複數個奈米碳管的面積與該複數個孔隙的面積比大於0，且小於等於1：49。
- 如請求項11所述的發光二極體，其中，所述複數個奈米碳管線沿一第一方向延伸，並在一第二方向上平行排布，其中該第二方向與該第一方向垂直設置。
- 如請求項13所述的發光二極體，其中，相鄰的奈米碳管線之間的奈米碳管團簇沿所述第一方向間隔設置，所述複數個奈米碳管團簇在第二方向上通過凡得瓦力與所述複數個奈米碳管線緊密連接。
- 如請求項13所述的發光二極體，其中，每個奈米碳管團簇包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管的軸向與所述第一方向相交設置。
- 如請求項13所述的發光二極體，其中，每個奈米碳管團簇包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管的軸向平行於所述第一方向。
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