CN214956937U - 高出光率的覆晶式发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
一种高出光率的覆晶式发光二极管装置，其包括覆晶式发光二极管晶粒、波长转换构件，及保护层。该覆晶式发光二极管晶粒包括已移除磊晶基板且具有微米级至纳米级的图案的出光侧。所述波长转换构件填置于该微米级至纳米级的图案内，且所述波长转换构件是选自量子点或尺寸介于微米至纳米间的荧光粉。该保护层由原子层沉积法所制得，且沉积在所述波长转换构件上以覆盖该出光侧的微米级至纳米级的图案与波长转换构件。本发明覆晶式发光二极管晶粒的出光侧已移除掉该磊晶基板，不存在有业界所诟病的散热阻碍，能在解决散热问题的前提下，也利用该微米级至纳米级的图案与所述波长转换构件降低光子的全反射机率以提升出光率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种覆晶式发光二极管装置，特别是涉及一种高出光率的覆晶式发光二极管装置。
背景技术
相较于冷阴极荧光灯管(cold cathode fluorescent lamp，简称CCFL)，发光二极管(light emitting diode；以下简称LED)基于其自身所具备的亮度高与省电等特性，因而被液晶显示器相关业者选择作为背光源来使用。此外，LED更于近十年来广泛地应用于照明相关技术产业。LED相关技术领域的技术人员皆知，提升LED的出光率可取决于内部量子效率与外部量子效率。就提升LED的外部量子效率来说，不外乎是对LED的出光面施予表面粗糙化，以借此降低自LED的发光层(active layer)所放射的光子产生全反射的机率并提升光子的出光效果。
参阅图1，中国台湾实用新型专利第M491255号(以下称前案1)公开一种现有的覆晶式发光二极管晶片1，其包括一具有多个凹陷101的基板10、一磊制于该基板10上的缓冲层11、一磊制于该缓冲层11上的发光二极管磊晶膜层结构12，及一对接触电极13。该基板10是经由微影蚀刻制程予以图案化，借此在该基板10的一成长表面100处形成有所述凹陷101。该发光二极管磊晶膜层结构12具有一磊制于该缓冲层11上的第一型半导体层121、一磊制于该第一型半导体层121的发光层122，及一磊制于该发光层122上的第二型半导体层123。所述接触电极13是分别设置在该第一型半导体层121与该第二型半导体层123上。
具体来说，该前案1一方面是利用所述凹陷101以确保该发光二极管磊晶膜层结构12的磊晶质量，另一方面是利用所述凹陷101令该发光层122所放射的光波(光子)能有效地被散射，并借此降低光波(光子)的全反射机率以提高其整体的出光率。
上述前案1所公开的技术手段是目前业界用来提升LED出光率所常见的惯用技术，其虽然可提升LED的出光率，然而，前案1的基板10是影响其覆晶式发光二极管晶片1整体散热效果的主要问题所在。纵使前案1的结构能提升整体出光率，但是对于散热问题来说，仍是欠缺考量。
经上述说明可知，在提升覆晶式发光二极管装置的出光率的前提下也能考量到散热问题，是所属技术领域中的相关技术人员有待突破的课题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能解决散热问题且具备有高出光率的覆晶式发光二极管装置。
本实用新型高出光率的覆晶式发光二极管装置，其包括覆晶式发光二极管晶粒、波长转换构件，及保护层。该覆晶式发光二极管晶粒包括已移除磊晶基板且具有微米级至纳米级的图案的出光侧。所述波长转换构件填置于该微米级至纳米级的图案内，且所述波长转换构件是选自量子点(quantum dots；简称QDs)或尺寸介于微米至纳米间的荧光粉(phosphor)。该保护层由原子层沉积法(atomic layer deposition，以下简称ALD)所制得，且沉积在所述波长转换构件上以覆盖该出光侧的微米级至纳米级的图案与波长转换构件。
本实用新型的高出光率的覆晶式发光二极管装置，该微米级至纳米级的图案是凹坑、凸块，或凹坑及凸块的组合。
本实用新型的高出光率的覆晶式发光二极管装置，该微米级至纳米级的图案是由具有该出光侧的磊晶膜的多个晶面所共同定义而成。
本实用新型的高出光率的覆晶式发光二极管装置，还包含波长调变层，该波长调变层是形成于该保护层。
本实用新型的有益效果在于：覆晶式发光二极管晶粒的出光侧已移除掉该磊晶基板，不存在有业界所诟病的散热阻碍，能在解决散热问题的前提下，也利用该微米级至纳米级的图案与所述波长转换构件降低光子的全反射机率以提升出光率。
附图说明
本实用新型的其他的特征及功效，将于参照附图的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是一主视示意图，说明中国台湾第M491255证书号实用新型专利案所公开的现有的覆晶式发光二极管晶片；
图2是一主视示意图，说明本实用新型高出光率的覆晶式发光二极管装置的一实施例的制法的一步骤(a’)与一步骤(a)；
图3是一主视示意图，说明本实用新型该实施例的制法的一步骤(b)；
图4是一主视示意图，说明本实用新型该实施例的制法的一步骤(c)；
图5是一主视示意图，说明本实用新型该实施例的制法的一步骤(d)及执行完该步骤(d)所得的高出光率的覆晶式发光二极管装置；及
图6是一扫描式电子显微镜(SEM)影像，说明本实用新型该实施例的高出光率的覆晶式发光二极管装置的一出光侧。
具体实施方式
在本实用新型被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
本实用新型高出光率的覆晶式发光二极管装置的一实施例的制法，其包括以下步骤：一步骤(a’)、一步骤(a)、一步骤(b)，及一步骤(c)。
如图2所示，该步骤(a’)是移除一磊晶基板21以裸露出一覆晶式发光二极管晶粒2的一出光侧221。该步骤(a)是对已移除该磊晶基板21的覆晶式发光二极管晶粒2的出光侧221施予一图案化(patterning)处理，以在该出光侧221形成一微米级至纳米级的图案2230。较佳地，本实用新型该步骤(a)是实施一湿蚀刻(wet etching)或一干蚀刻(dryetching)；且该步骤(a)的微米级至纳米级的图案2230是凹坑、凸块，或凹坑与凸块的组合。更佳地，该微米级至纳米级的图案2230是由具有该出光侧221的一磊晶膜22的多个晶面2231所共同定义而成。具体来说，该覆晶式发光二极管晶粒2具有该磊晶膜22，及一对接触电极23。该磊晶膜22包括该出光侧221，及一相反于该出光侧221并设置有该对接触电极23的电连接侧222。在本实用新型该实施例中，该磊晶膜22自该出光侧221朝该电连接侧222依序具有一磊制于该磊晶基板21的n型GaN层223、一磊制于该n型GaN层223上的发光层224，及一磊制于该发光层224的p型GaN层225。本实用新型该实施例的磊晶膜22是以GaN为主的III-V族光电半导体化合物为例做说明，但不限于此。
更佳地，该步骤(a)是实施该湿蚀刻，且该湿蚀刻是使用一酸性蚀刻剂或一碱性蚀刻剂来实施。适用于本实用新型的酸性蚀刻剂可以是选自盐酸(HCl)溶液、氢氟酸(HF)溶液，或草酸(H2C2O4)溶液；适用于本实用新型的碱性蚀刻剂可以是氢氧化钾(KOH)溶液。在本实用新型该实施例中，该步骤(a)是使用氢氧化钾溶液来对该n型GaN层223实施湿蚀刻，以令该n型GaN层223的特定晶面，如(111)、(100)等晶面裸露于外，并通过前述(111)、(100)等晶面共同定义出该微米级至纳米级的图案2230。此处须说明的是，蚀刻剂的浓度与湿蚀刻的时间，与方法(如增加电化学处理)用于决定该微米级至纳米级的图案2230的深度、尺寸与凹坑、凸块的数量，且前述微米级至纳米级的图案2230的深度、尺寸与凹坑、凸块的数量更决定了自该发光层224放射出来的光子行进至此微米级至纳米级的图案2230后所产生的光场型。进一步特别说明的是，基于该n型GaN层223本质上为六方晶相(hexagonal crystalphase)的单晶体，以至于经该湿蚀刻后所裸露的特定的晶面2231与生俱有长程周期性的规则纹理，因而由这些特定的晶面2231所共同定义而成的微米级至纳米级的图案2230是呈现出纳米柱状结构(columnar structure)并可被视为一光子晶体(photonic crystal)。
如图3所示，该步骤(b)是于该出光侧221的微米级至纳米级的图案2230内填入多个波长转换构件3，所述波长转换构件3是选自量子点或尺寸介于微米至纳米间的荧光粉。适用于本实用新型该步骤(b)的荧光粉可以是钙钛矿(perovskite)结构的荧光粉。较佳地，该步骤(b)是经由一喷印技术(inject printing)或一旋涂技术(spin coating)将一含有所述波长转换构件3的溶液涂覆于该出光侧221的微米级至纳米级的图案2230后，并予以干燥。更佳地，该溶液含有所述波长转换构件3、有机溶剂、光敏材料与分散剂。在本实用新型该实施例中，该步骤(b)是采用喷印技术来实施，且该溶液含有由硫化镉(CdS)所制成的量子点、甲苯，与聚对羟基苯乙烯[poly(4-hydroxystyrene)]的光敏材料。本实用新型该实施例是以该溶液含有CdS量子点、甲苯，与聚对羟基苯乙烯例作说明，但其不限于此，前述的CdS量子点也可以改用InP量子点。
此处需补充说明的是，量子点是由III-V族或II-VI族光电半导体化合物所构成且尺寸达数纳米至数十纳米等级的光电材料。本实用新型该实施例的波长转换构件3采用量子点的主要用意是在于，一方面利用量子点本质上的光致发光特性来调变该出光侧221的波长，另一方面则是借助量子点的纳米尺寸使自该发光层224放射出来的光子行进至量子点时能降低其全反射的机率，以借此提升光子的出光率。
如图4所示，该步骤(c)是以原子层沉积法(ALD)在所述波长转换构件3上沉积一保护层4，令该保护层4覆盖该出光侧221的微米级至纳米级的图案2230与波长转换构件3。适用于本实用新型该步骤(c)的保护层4是由金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、氧化硅(SiO2)，或氧化锗(GeO2)所构成。举例来说，前述的金属、金属氧化物与金属氮化物可以是铝(Al)、氧化铝(Al2O3)与氮化铝(AlN)。此处须说明的是，量子点基于其自身的纳米尺度导致稳定性不足；因此，本实用新型是使量子点受该保护层4所覆盖，以借此维持量子点的稳定性，而本实用新型该实施例的步骤(c)所实施的ALD主要用意在于，ALD具备有充分的覆盖率，有利于覆盖该出光侧221的微米级至纳米级的图案2230，因而能有效地覆盖该微米级至纳米级的图案2230与波长转换构件3(量子点)，使量子点充分地受该保护层4所覆盖。
较佳地，本实用新型该实施例的制法于该步骤(c)后还包含一步骤(d)。如图5所示，该步骤(d)是于该保护层4上形成一波长调变层5，且该波长调变层5是由氮化物、氮氧化物或硒化物(selenide)所构成。该波长调变层5可以是经由ALD所制得，也可以是通过其他薄膜沉积法所制得。须说明的是，该波长调变层5主要目的在于，一方面进一步地保护该保护层4内的波长转换构件3(量子点)，另一方面是借由其自身的折射率来改变光子行进至波长调变层5时的波长，以调整光子离开该波长调变层5的波长。
经本实用新型上述对该实施例的制法的详细说明可知，本实用新型高出光率的覆晶式发光二极管装置的实施例，是如图5所示，其包括该覆晶式发光二极管晶粒2、所述波长转换构件3、该保护层4，及该波长调变层5。
该覆晶式发光二极管晶粒2包括已移除磊晶基板21且具有该微米级至纳米级的图案2230的出光侧221。该微米级至纳米级的图案2230是凹坑、凸块，或凹坑及凸块的组合。该微米级至纳米级的图案2230是由具有该出光侧221的磊晶膜22的所述晶面2231所共同定义而成。
所述波长转换构件3填置于该微米级至纳米级的图案2230内，且所述波长转换构件3是选自量子点或尺寸介于微米至纳米间的荧光粉。
该保护层4由原子层沉积法(ALD)所制得，且沉积在所述波长转换构件3上以覆盖该出光侧221的微米级至纳米级的图案2230与波长转换构件3。
该波长调变层5是形成于该保护层4上，且是由氮化物、氮氧化物，或硒化物所构成。
图6显示有取自本实用新型该实施例的制法所制得的高出光率的覆晶式发光二极管装置的SEM影像，由SEM影像显示可知，本实用新型该实施例的出光侧的微米级至纳米级的图案2230是呈现出纳米柱状结构，且纳米柱状结构内均匀填置有粒径约15nm至20nm的量子点(QDs)。
整合上述各段的详细说明，本实用新型该实施例已移除掉业界所诟病的散热阻碍(也就是，磊晶基板21)，更对该磊晶膜22的出光侧221的n型GaN层223施予湿蚀刻，以通过该n型GaN层223的晶面2231定义出可被视为一光子晶体的微米级至纳米级的图案2230，从而降低行进至该微米级至纳米级的图案2230处的光子的全反射机率。此外，进一步地利用该微米级至纳米级的图案2230内的波长转换构件3(量子点)来调变光子行进至该出光侧221的波长并降低其全反射的机率以借此提升光子的出光率。
综上所述，本实用新型高出光率的覆晶式发光二极管装置，能在解决散热问题的前提下利用该微米级至纳米级的图案2230与所述波长转换构件3(量子点)降低光子的全反射机率以提升出光率，所以确实能达成本实用新型的目的。
以上所述者，只为本实用新型的实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，凡是依本实用新型权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型涵盖的范围内。
Claims (4)
1.一种高出光率的覆晶式发光二极管装置，其特征在于：包含：
覆晶式发光二极管晶粒，包括已移除磊晶基板且具有微米级至纳米级的图案的出光侧；
波长转换构件，填置于该微米级至纳米级的图案内，且所述波长转换构件是选自量子点或尺寸介于微米至纳米间的荧光粉；及
保护层，由原子层沉积法所制得且沉积在所述波长转换构件上以覆盖该出光侧的微米级至纳米级的图案与波长转换构件。
2.根据权利要求1所述的高出光率的覆晶式发光二极管装置，其特征在于：该微米级至纳米级的图案是凹坑、凸块，或凹坑及凸块的组合。
3.根据权利要求1所述的高出光率的覆晶式发光二极管装置，其特征在于：该微米级至纳米级的图案是由具有该出光侧的磊晶膜的多个晶面所共同定义而成。
4.根据权利要求1所述的高出光率的覆晶式发光二极管装置，其特征在于：所述高出光率的覆晶式发光二极管装置还包含波长调变层，该波长调变层是形成于该保护层上。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115602780A (zh) * | 2021-07-08 | 2023-01-13 | 抱朴科技股份有限公司（Tw） | 高出光率的覆晶式发光二极管装置的制法及其制品 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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