基于量子點(diǎn)的白光led器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體照明裝置，具體地說，涉及一種白光LED器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)是一種半導(dǎo)體制造技術(shù)加工的電致發(fā)光器件，主要發(fā)光原理是化合物半導(dǎo)體材料在加載正向電壓的條件下，有源電子與空穴復(fù)合產(chǎn)生光子，其中可見光成分能夠被人眼識(shí)別產(chǎn)生可見光。目前由于LED的亮度問題被極大地改善，LED被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括背光單元、汽車、電信號(hào)、交通信號(hào)燈、照明裝置等。
[0003]當(dāng)前市場(chǎng)上主流的商品化白光LED，是采用藍(lán)光LED芯片加上黃、綠、紅一種或多種熒光粉來實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)有技術(shù)中熒光粉必須均勻地涂覆在芯片表面，否則會(huì)出現(xiàn)光色不均勻的光斑現(xiàn)象；而且熒光粉轉(zhuǎn)換的白光LED燈具光源在照明領(lǐng)域顯色性不足。量子點(diǎn)發(fā)光材料具有色純度高、發(fā)光顏色多樣性等優(yōu)點(diǎn)，多種量子點(diǎn)材料混合使用可以實(shí)現(xiàn)高顯色性，讓LED燈具在室內(nèi)照明獲得廣泛應(yīng)用，但是綠色、黃色發(fā)光的量子點(diǎn)材料所發(fā)出的光也可能會(huì)被紅色量子點(diǎn)二次吸收，降低白光LED的發(fā)光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于量子點(diǎn)的白光LED器件及其制作方法，以解決現(xiàn)有白光LED的顯色性不足，發(fā)光二次吸收的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于量子點(diǎn)的白光LED器件，包括LED芯片、涂覆在所述LED芯片上的光轉(zhuǎn)換層以及承載所述LED芯片的載體，所述LED芯片倒裝于所述載體內(nèi)，所述LED芯片包括襯底，所述襯底上設(shè)置有多個(gè)圖形窗口，所述光轉(zhuǎn)換層中設(shè)置有發(fā)光材料，所述發(fā)光材料包括具有不同發(fā)光顏色的量子點(diǎn)和透明高分子材料，不同發(fā)光顏色的所述量子點(diǎn)間相互獨(dú)立設(shè)置并覆蓋于所述圖形窗口內(nèi)。
[0007]進(jìn)一步,所述量子點(diǎn)為I1-VI族或II1-V族元素組成的半導(dǎo)體化合物中的一種或幾種，其尺寸小于10nm。
[0008]進(jìn)一步，所述透明高分子材料為丙烯酸酯類樹脂、有機(jī)硅氧烷樹脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸脂、改性有機(jī)硅樹脂或環(huán)氧樹脂中的一種。
[0009]進(jìn)一步，所述圖形窗口為設(shè)置在所述襯底表面的多個(gè)矩形平面，所述矩形平面為長(zhǎng)方形平面或正方形平面。
[0010]進(jìn)一步，所述圖形窗口為蝕刻在所述襯底上的多個(gè)凹槽。
[0011]一種基于量子點(diǎn)的白光LED器件的制作方法，包括以下步驟:在襯底上通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法制作外延片；在所述外延片上加工制作LED芯片P-N結(jié)的兩個(gè)電極；在所述襯底上設(shè)置劃分多個(gè)圖形窗口 ；在所述襯底上涂覆光轉(zhuǎn)換層，所述光轉(zhuǎn)換層設(shè)置有由不同發(fā)光顏色的量子點(diǎn)與透明高分子材料混合而成的發(fā)光材料，不同發(fā)光顏色的所述量子點(diǎn)間相互獨(dú)立設(shè)置并覆蓋于所述圖形窗口內(nèi)；加工制作成單顆的LED芯片，將所述LED芯片倒裝于載體內(nèi)。
[0012]進(jìn)一步，所述圖形窗口為設(shè)置在所述襯底表面的多個(gè)矩形平面。
[0013]進(jìn)一步，所述圖形窗口為蝕刻在所述襯底上的多個(gè)凹槽，或者是相互間隔排列的所述矩形平面和所述凹槽。
[0014]進(jìn)一步，襯底上涂覆的光轉(zhuǎn)換層中發(fā)光材料的顏色順序排布如下:紅-綠-藍(lán)-黃依顏色順序作為陣列呈周期性分布。
[0015]進(jìn)一步，襯底上涂覆的光轉(zhuǎn)換層中的不同發(fā)光顏色的量子點(diǎn)的發(fā)光光譜在460-780nm內(nèi)且連續(xù)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用多種不同發(fā)光顏色的量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換發(fā)光，具有顯色指數(shù)高、色域?qū)拸V的特點(diǎn)，利于LED器件的廣泛應(yīng)用；多種不同發(fā)光顏色的量子點(diǎn)分區(qū)域涂覆，避免了不同發(fā)光顏色的量子點(diǎn)之間的再吸收，提高了 LED器件的發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的白光LED器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明制作外延片后的LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明制作金屬電極后的LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明制作電極凸點(diǎn)后的基板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明的光轉(zhuǎn)換層中發(fā)光材料的分布截面圖；
[0022]圖6為本發(fā)明的光轉(zhuǎn)換層中發(fā)光材料的分布俯視圖；
[0023]圖7為本發(fā)明的另一實(shí)施例的光轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖8為本發(fā)明的白光LED器件的發(fā)射光譜圖。
[0025]圖中:1—白光LED器件；11—LED芯片；111—襯底；112—N型氮化鎵；113—量子阱發(fā)光層；114一P型氮化鎵；115 — N接觸層；116 — P接觸層；12—光轉(zhuǎn)換層；13—載體；131一基板；1311—P電極凸點(diǎn)；1312—N電極凸點(diǎn)；1313—第一通孔；1314—第二通孔；1315 — P焊盤；1316 — N焊盤；1317—散熱焊盤；132—保護(hù)透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明基于量子點(diǎn)的白光LED器件及其制作方法作進(jìn)一步說明。
[0027]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明公開了一種基于量子點(diǎn)的白光LED器件1，所述基于量子點(diǎn)的白光LED器件I包括LED芯片11、涂覆在所述LED芯片11上的光轉(zhuǎn)換層12以及承載所述LED芯片11的載體13，所述LED芯片11倒裝于所述載體13內(nèi)。
[0028]請(qǐng)參閱圖2，所述LED芯片11包括襯底111、覆蓋在所述襯底111上的N型氮化鎵112、部分覆蓋在所述N型氮化鎵112上的量子阱發(fā)光層113、覆蓋在所述量子阱發(fā)光層113上的P型氮化鎵114、部分覆蓋在所述N型氮化鎵112上的N接觸層115、覆蓋在所述P型氮化鎵114上的P接觸層116。所述襯底111可為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、氮化鎵襯底、硅襯底。所述襯底111上設(shè)置有多個(gè)圖形窗口，所述圖形窗口為設(shè)置在所述襯底111表面的多個(gè)矩形平面，所述矩形平面為長(zhǎng)方形平面或正方形平面。當(dāng)然，本發(fā)明并不限于此，在其他實(shí)施例中，所述圖形窗口也可以為蝕刻在所述襯底111上的多個(gè)凹槽。
[0029]所述光轉(zhuǎn)換層12中設(shè)置有發(fā)光材料，所述發(fā)光材料包括具有不同發(fā)光顏色的量子點(diǎn)和透明高分子材料。不同發(fā)光顏色的所述量子點(diǎn)間相互獨(dú)立設(shè)置并覆蓋于所述圖形窗口內(nèi)，相鄰的所述量子點(diǎn)之間不交叉重疊，同時(shí)又緊密接觸。所述量子點(diǎn)為處于可見光譜的紅色-綠色-藍(lán)色范圍內(nèi)具有不同發(fā)光顏色的納米材料，所述量子點(diǎn)為I1-VI族或II1-V族元素組成的半導(dǎo)體化合物中的一種或幾種，其尺寸小于10nm。所述量子點(diǎn)可以是I1-VI元素組成的半導(dǎo)體化合物如 CdSe、CdTe, MgS、MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe,BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe和CdS的一種或多種組合，也可以是II1-V族元素組成的半導(dǎo)體化合物如GaN、GaP、GaAs、InN、InP和InAs的一種或多種組合，或者是由I1-VI族元素組成的半導(dǎo)體化合物和πι-v族元素組成的半導(dǎo)體化合物中的幾種混合而成。所述透明高分子材料為丙烯酸酯類樹脂、有機(jī)硅氧烷樹脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸脂、改性有機(jī)硅樹脂或環(huán)氧樹脂中的一種。
[0030]請(qǐng)參閱圖1，所述載體13為陶瓷支架、環(huán)氧模塑支架、硅膠基模塑支架、PPA支架、金屬支架、柔性支架。所述載體13包括基板131和設(shè)置于所述基板131外部的保護(hù)透鏡132，所述保護(hù)透鏡132采用液態(tài)透明高分子材料通過模頂工藝進(jìn)行包封形成，經(jīng)過固化成型后圍設(shè)于所述基板131外部，以保護(hù)所述LED芯片11和所述光轉(zhuǎn)換層12。
[0031]請(qǐng)參閱圖3和圖4，所述基板131上設(shè)置有P電極凸點(diǎn)1311和N電極凸點(diǎn)1312，所述基板131內(nèi)對(duì)應(yīng)所述P電極凸點(diǎn)1311和所述N電極凸點(diǎn)1312分別設(shè)有第一通孔1313和第二通孔1314，所述基板131底部設(shè)置有P焊盤1315、N焊盤1316和散熱焊盤1317，所述P焊盤1315和所述N焊盤1316分別對(duì)應(yīng)位于所述P電極凸點(diǎn)1311和所述N電極凸點(diǎn)1312的下方。所述P電極凸點(diǎn)1311和所述N電極凸點(diǎn)1312分別通過所述第一通孔1313和所述第二通孔1314與所述P焊盤1315和所述N焊盤1316互通，以實(shí)現(xiàn)器件的電性連接。
[0032]請(qǐng)參閱圖1和圖2，本發(fā)明還公開了一種基于量子點(diǎn)的白光LED器件的制作方法，主要步驟包括外延層的制作、外延層金屬化、制作光轉(zhuǎn)換層和封裝制成白光LED器件，具體如下:
[0033]首先，請(qǐng)參閱圖2，在襯底111上制作氮化鎵(GaN)基的外延片。為便于敘述，本實(shí)施例以藍(lán)寶石襯底為例，當(dāng)然，本發(fā)明并不限于此，在其他實(shí)施例中，所述襯底111也可為碳化娃襯底、氮化鎵襯底、娃襯底。
[0034]在藍(lán)寶石襯底111上分別生長(zhǎng)制作N型氮化鎵(GaN) 112、P型氮化鎵(GaN) 113、量子阱發(fā)光層114，從而制成外延片。在所述藍(lán)寶石襯底111上生長(zhǎng)制作外延片的過程，主要是在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積外延片爐(MOCVD)中完成的。MOCVD是利用氣相反應(yīng)物及III族的有機(jī)金屬和V族的NH3在襯底表面進(jìn)行反應(yīng)，將所需的產(chǎn)物沉積在襯底表面，通過控制溫度、壓力、反應(yīng)物濃度和種類比例，從而控制鍍膜成分、晶相等品質(zhì)。
[0035]其次，在所述外延片上加工制作LED芯片P-N結(jié)的兩個(gè)電極。
[0036]對(duì)LED PN結(jié)的兩個(gè)電極進(jìn)行加工是制作LED芯片的關(guān)鍵工序，包括清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨。將制作好的外延片，經(jīng)過活化、涂膠、光刻、刻蝕蒸鍍、沉積和鈍化等系列工藝步驟后，形成LED芯片上的N型接觸層115和P型接觸層116，所述N型接觸層115包括N型歐姆接觸電極以及N型歐姆接觸電極上的金屬凸點(diǎn)，所述P型接觸層116包括P型歐姆接觸電極以及P型歐姆接觸電極上的金屬凸點(diǎn)，所述P型接觸層116和所述N型接觸層115的制作材料為Ag、Au、Al、Cu、Cr、Ni中的一種、多種或其合金，制作所述P型接觸層116和所述N型接觸層115的工藝可以采用蒸發(fā)、電鍍、金屬線