专利名称：白光发光器件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光器件，尤其是一种具有混合式白光发光器件及其制作方法。
背景技术：
随着固态照明应用迅速发展，其中重要的是如何发出白光，而在可见光光谱的波长范围380nm 760nm内，此范围中是没有白色光的光谱，因为白光不是单一波长的光，而是由多种单一波长光合成的复合光，正如太阳光是由七种单色光合成的白色光，而彩色电视机中的白色光也是由三基色红、绿、蓝合成。由此可知，要使发光器件发出白光，它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。但要制造这种性能的发光器件，在目前的工艺条件下是不可能的。根据人们对可见光的研究，人眼睛所能见的白光，至少需两种光的混合，即二波长发光(蓝色光+黄色光)也就是目前普遍使用的蓝光发光源加上黄色荧光粉或者是三波长发光(蓝色光+绿色光+红色光)的模式，也有短波长的紫外发光源加上蓝、绿、红三色荧光粉。另外，普遍使用的蓝光发光源加上无机黄色荧光粉或短波长的紫外发光源加上无机蓝、绿、红三色荧光粉，在转换成白光的过程，需要考虑到荧光粉本身的吸收及转换效率且荧光粉本身不是一个主动发光光源，致使白光转换效率必须依赖荧光粉的质量好坏。如图1所示为一种常规的白光发光器件，其包括:生长衬底110 ;由N型氮化镓基外延叠层121、发光层122、P型氮化镓基外延叠层123、透明导电层130、P电极140、N电极141以及荧光胶150
发明内容
`本发明提供一种具无须经过荧光粉转换且为主动发光的白光发光器件，混和无机发光二极管的发光源与有机发光二极管的发光源，两者并连在一起，来达成更高效率且主动式的白光光源。无机发光二极管与有机发光二极管，两者以并联方式做电性结合，最底层为有机发光二极管，无机发光二极管叠置于有机发光二极管之上，所述无机发光二极管包含η(η ^ I的整数)个独立单元，与有机发光二极管并联时的电压匹配，从而发出白光。无机发光二极管包含η (η > 2的整数)个独立单元的电性连接方式为串联。所述无机发光二极管与有机发光二极管的电性连接方式为:所述无机发光二极管分为m (m > 2的整数)个模组，各个无机发光二极管模组为一个独立单元或多个独立单元串联而成，所述m个模组与有机发光二极管做并联电性结合。无机发光二极管构成的m (m ^ 2的整数)个模组可以作为点光源，集成在第一衬底上，而有机发光二极管作为一个面光源，与所述无机发光二极管共用第一衬底。所述白光发光器件的尺寸与所述第一衬底的尺寸一致。所述同一个衬底的尺寸可以为2英寸或4英寸或6英寸或8英寸及以上。
无机发光二极管,包含:第一衬底，其具有第一表面与第二表面； ^型II1-V族基外延叠层、主动发光层与P型II1-V族基外延叠层，依次形成于所述第一衬底的第一表面上。在一些实施例中,所述无机发光二极管的发光波长介于200 700nm。在一些实施例中，所述有机发光二极管具有一个或一个以上的主动发光层，且具一个或一个以上的发光波长，且不与无机发光二极管波长重叠。在一些实施例中，所述发出白光方式为440nnT470nm蓝光无机发光二极管搭配530 560nm绿光及610nnT640nm红光有机发光二极管来达成。在`一些实施例中，所述发出白光方式为530 560nm绿光无机发光二极管搭配440nnT470nm蓝光及610nnT640nm红光有机发光二极管来达成。在一些实施例中，所述发出白光方式为610nnT640nm红光无机发光二极管搭配440nnT470nm蓝光及53(T560nm绿光有机发光二极管来达成。在一些实施例中,所述发出白光方式为200nnT400nm紫外光无机发光二极管搭配440nnT470nm蓝光、530 560nm绿光及610nnT640nm红光有机发光二极管来达成。在一些实施例中，所述透光性生长衬底为蓝宝石生长衬底或碳化硅生长衬底。在一些实施例中，所述透明导电层为ΙΤ0、IWO或ΙΖ0。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
图1为现有的白光发光器件的结构示意图。图2为本发明实施例1之一种正装白光发光器件结构示意图。图3 图9为图2所示正装白光发光器件制作过程的截面示意图。图10为本发明实施例2之一种倒装白光发光器件结构示意图。图11 图18为图10所示倒装白光发光器件制作过程的截面示意图。图19为图2所示倒装白光发光器件制作过程的俯视图。图中各标号表不:
110，210，310:第一衬底(生长衬底)；
121，221，321:N型氮化镓基外延叠层；
122，222，322:发光层；
123，223，323:P型氮化镓基外延叠层；
130，230，330:透明导电层；
140，240，340:P 电极；
141，241，341:N 电极；
150:荧光胶；
250,350:绝缘保护层；
260，360:内部PN导线连接层；
261，361:正极连接层；
262，362:负极连接层； 270,370:有机发光器件阳极；
280,380:有机发光层；
290,390:有机发光器件阴极；
410:第二衬底(绝缘衬底)。
具体实施例方式下面将结合示意图对本发明的白光发光器件结构及其制作方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。以下各实施例公开了白光发光器件及其制作方法，其中白光发光器件的制作方法，包括无机发光二极管与有机发光二极管的制作步骤。无机发光二极管的制作步骤:
(1)无机发光二极管，II1-V族基发光外延叠层形成于所述透光性生长衬底的第一表面上，包含II1-V族基N型外延叠层、主动发光层与II1-V族基P型外延叠层；
(2)此器件中，可利用湿式蚀刻或干式蚀刻来形成η个独立单元，再藉由金属布线彼此形成串联或并联。有机发光二极管及并联连接的制作步骤:
(O在正装白光发光器件中是依序将透明性阳极、电洞传输层、主动发光层、电子传输层、反射式阴极直接蒸镀在第一衬底的第二表面上，再将透明性的阳极与无机发光二极管P型区做连接，反射式的阴极与无机发光二极管N型区做连接；
(2)在倒装白光发光器件中是依序将透明性阳极、电洞传输层、主动发光层、电子传输层、反射式阴极蒸镀在第二衬底上，再将无机发光二极管倒置与蒸镀在第二衬底上的有机发光二极管并联，将透明性阳极与无机发光二极管P型区做连接，反射式阴极与无机发光二极管N型区做连接。白光发光器件中，用于混合发出白光的无机发光二极管与有机发光二极管的波长搭配形式可以为以下几种:
(I)白光形成方式为440nnT470nm蓝光无机发光二极管搭配530 560nm绿光及610nnT640nm红光有机发光二极管来达成。(2)白光形成方式为530 560nm绿光无机发光二极管搭配440nnT470nm蓝光及610nnT640nm红光有机发光二极管来达成。(3)白光形成方式为610nnT640nm红光无机发光二极管搭配440nnT470nm蓝光及53(T560nm绿光有机发光二极管来达成。(4)白光形成方式为200nnT400nm紫外光无机发光二极管搭配440nnT470nm蓝光、530 560nm绿光及610nnT640nm红光有机发光二极管来达成。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。实施例1
图2所示为一种正装白光发光器件，其自下而上包括:有机发光器件阴极270，有机发光层280，有机发光器件阳极290，第一衬底210，N型氮化镓基外延叠层221，发光层222，P型氮化镓基外延叠层223，透明导电层230，P电极240，N电极241，绝缘保护层250，内部PN导线连接层260，正极连接层261，负极连接层262。上述正装白光发光器件的制作工艺，具体包括下面步骤。如图3所示，先提供第一衬底210，例如透光性蓝宝石衬底，在第一表面形成N型氮化镓基半导体层221，发光层222，P型氮化镓基外延叠层223，透明导电层230，例如ΙΤ0。如图4所示，采用干式蚀刻的方式形成平台。如图5所示，采用干式蚀刻的方式形成η (η≥2的整数)个独立单元。如图6所示，采用化学气相沉积(CVD)的方式形成绝缘保护层250，并采用黄光与湿式蚀刻来定义出绝缘保护层图形。如图7所示，采用黄光及物理气相沉积(PVD)方式定义出P电极240，N电极241，及内部PN导线连接层260来形成内部串接。如图8所示，在第一衬底210的第二表面利用物理气相沉积(PVD)方式依序形成有机发光器件阳极270，有机发光层280，有机发光器件阴极290，其中阳极270由透光性材料构成。如图9所示，采用物理气相沉积(PVD)方式形成正极连接层261，将P电极240与机发光器件阳极270做连接；采用物理气相沉积(PVD)方式形成负极连接层262，将N电极241与有机发光器件阴极290做连接，至此形成正装白光发光器件，经由无机发光二极管器件与有机发光二极管器件两者波长的搭配，能够调配出白光光源且此光源并无经由光转换来达成，所以无任何光损失在光转换的过程之中，能制造更高效率的白光器件。实施例2
图10所示为一种具有倒装白光发光器件，其自下而上包括:第二衬底410，有机发光器件阳极370，有机发光层380，有机发光器件阴极390，正极连接层361，负极连接层362，P电极340，N电极341，内部PN导线连接层360，绝缘保护层350，透明导电层330，P型氮化镓基外延叠层323，发光层322，N型氮化镓基外延叠层321，生长衬底310。上述倒装白光发光器件的制作工艺，具体包括下面步骤。如图11所示，先提供第一衬底(生长衬底)310，例如碳化硅衬底，在第一表面形成N型氮化镓基半导体层321，发光层322，P型氮化镓基外延叠层323以及透明导电层330，例如ΙΖ0。如图12所示，采用干式蚀刻的方式形成平台。如图13所示，采用湿式蚀刻的方式形成η个独立单元。如图14所示，采用化学气相沉积(CVD)的方式形成绝缘保护层350，并采用黄光与湿式蚀刻来定义出绝缘保护层图形。如图15所示，采用黄光及物理气相沉积(PVD)方式定义出P电极340，N电极341，及内部PN导线连接层360来形成内部串接。如图16所示，对第一衬底310减薄并将其倒置。如图17所示，在第二衬底(绝缘衬底)410利用物理气相沉积(PVD)方式依序形成有机发光器件阴极390，有机发光层380，有机发光器件阳极370，并采用物理气相沉积(PVD)方式形成正极连接层361及负极连接层362，其中有机发光层380包括电洞传输层、主动发光层、电子传输层。
如图18所示，采用倒置固晶方式藉由正极连接层361，将P电极340以及机发光器件阳极370做连接；采用倒置固晶方式藉由负极连接层362，将N电极341以及机发光器件阴极390做连接，至此完成倒装白光发光器件的制作经由无机发光二极管器件与有机发光二极管器件两者波长的搭配，能够调配出白光光源且此光源并无经由光转换来达成，所以无任何光损失在光转换的过程之中，能制造更高效率的白光器件。实施例3
本实施例与实施例1的区别在于:将无机发光二极管划分为多个模组，每个模组可以为一个独立单元或多个独立单元串联而成。如图19所示,分别具有相同数目的η (n ^ 2的整数)个独立单元无机发光二极管串联后构成2个模组，所述2个模组与有机发光二极管(图中未示出)做并联电性结合。在本实施例中，上述无机发光二极管构成的2个模组作为点光源，通过集成方式，形成于在第一衬底210上,而有机发光二极管作为一个面光源,与无机发光二极管共用第一衬底210。本实施例形成的白光发光器件的尺寸与所述第一衬底的尺寸一致，第一衬底210的尺寸4英寸。实施例4
本实施例与实施例2的区别在于:先制备 好LED芯片，然后采用旋转盘吸取设备将LED芯片按粒置于有机发光二极管上面，并采用固晶方式进行连接。具体可以为:首先，采用常规LED芯片工艺制备获得一系列LED芯片。接着，在绝缘衬底410利用物理气相沉积(PVD)方式依序形成有机发光器件阴极390，有机发光层380，有机发光器件阳极370，并采用物理气相沉积(PVD)方式形成正极连接层361及负极连接层362,其中有机发光层380包括电洞传输层、主动发光层、电子传输层。然后，米用旋转盘吸取设备将LED芯片按粒置于有机发光二极管上面，并采用固晶方式进行连接。本实施例适用于大尺寸的面光源，可根据应用需要设置绝缘衬底的面积。
权利要求
1.光发光器件，包括:无机发光二极管与有机发光二极管，两者以并联方式做电性结合，其特征在于:所述无机发光二极管叠置于所述有机发光二极管之上，所述无机发光二极管包含η (η ^ I的整数)个独立单元，当器件通电后，激发无机发光二极管和有机二极管发光，两者混合从而发出白光。
2.根据权利要求1所述的白光发光器件，其特征在于:所述无机发光二极管包含η(η ^ 2的整数)个独立单元，其电性连接方式为串联。
3.根据权利要求2所述的白光发光器件，其特征在于:所述无机发光二极管与有机发光二极管的电性连接方式为:所述无机发光二极管分为m (m > 2的整数)个模组，各个无机发光二极管模组为一个独立单元或多个独立单元串联而成，所述m个模组与有机发光二极管做并联电性结合。
4.根据权利要求1所述的白光发光器件，其特征在于:所述无机发光二极管与有机发光二极管并联的形式为直接并联或倒装并联形式。
5.根据权利要求4所述的白光发光器件,其特征在于:还包括第一衬底,其具有第一表面与第二表面；所述无机发光二极管形成于第一表面上，所述有机发光二极管形成于第二表面上。
6.根据权利要求5所述的混合式白光发光器件,其特征在于:所述白光发光器件的尺寸与所述第一衬底的尺寸一致。
7.根据权利要求4所述的白光发光器件，其特征在于:所述有机发光二极管还包含第二衬底，其具有第一表 面与第二表面，所述有机发光二极管形成于第一表面上，所述无机发光二极管倒装形成于所述有机发光二极管之上。
8.根据权利要求1所述的白光发光器件，其特征在于:所述有机发光二极管具有一个或一个以上的主动发光层，且具一个或一个以上的发光波长，其不与无机发光二极管波长重叠。
9.根据权利要求8所述的白光发光器件,其特征在于:所述白光发光器件发出白光的方式为440nnT470nm蓝光无机发光二极管搭配530 560nm绿光及610nnT640nm红光有机发光二极管来达成。
10.根据权利要求8所述的白光发光器件,其特征在于:所述白光发光器件发出白光的方式为530 560nm绿光无机发光二极管搭配 440nnT470nm蓝光及610nnT640nm红光有机发光二极管来达成。
11.根据权利要求8所述的白光发光器件,其特征在于:所述白光发光器件发出白光的方式为610nnT640nm红光无机发光二极管搭配440nnT470nm蓝光及530 560nm绿光有机发光二极管来达成。
12.根据权利要求8所述的白光发光器件，其特征在于:所述白光发光器件发出白光的方式为200nnT400nm紫外光无机发光二极管搭配440nnT470nm蓝光、53CT560nm绿光及610nnT640nm红光有机发光二极管来达成。
13.光发光器件的制作方法，包括步骤: 1)分别制作无机发光二极管和有机发光二极管，其中所述无机发光二极管叠置于所述有机发光二极管之上，所述无机发光二极管包含η (η > I的整数)个独立单元； 2)并联连接所述无机发光二极管与所述有机发光二极管，当器件通电后，激发无机发光二极管和有机二极管发光，两者混合从而发出白光。
14.根据权利要求13所述的白光发光器件的制作方法，所述步骤I)包括: 提供第一衬底，其具有两个表面； 在所述第一衬底的第一表面上外延生长N型半导体材料层、主动发光层和P型半导体材料层，形成无机发光二极管； 在所述第一衬底的第二表面上直接蒸镀透明性阳极、电洞传输层、主动发光层、电子传输层与反射式的阴极，形成有机发光二极管。
15.根据权利要求13所述的白光发光器件的制作方法，所述步骤I)包括: 提供第一衬底，其具有两个表面，在所述第一衬底的第一表面上外延生长N型半导体材料层、主动发光层和P型半导体材料层，形成无机发光二极管； 提供第二衬底，其具有两个表面，在所述第二衬底的第一表面上依次蒸镀透明性阳极、电洞传输层、主动发光层、电子传输层、反射式阴极，形成有机发光二极管； 将所述无机发光二极管倒装置于所述有机发光二极管上。
16.根据权利要求14或15所述的白光发光器件的制作方法，所述步骤2)为:将所述有机发光二极管的透明性阳极与无机发光二极管的P型半导体材料层做连接，反射式的阴极与无机发光 二极管的N型半导体材料层做连接。
全文摘要
本发明公开了一种无须经过荧光粉转换且为主动发光的白光发光器件，混和无机发光二极管的发光源与有机发光二极管的发光源，两者以并联方式做电性结合。最底层为有机发光二极管，无机发光二极管叠置于有机发光二极管之上，所述无机发光二极管包含n(n≥1的整数)个独立单元，与有机发光二极管并联时的电压匹配，从而达成更高效率且主动式的白光光源。
文档编号H01L25/16GK103094269SQ20131004888
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月7日 优先权日2013年2月7日
发明者江彦志, 黄少华, 赵志伟 申请人:厦门市三安光电科技有限公司