具有分布式布拉格反射器的发光二极管芯片的制作方法

本发明涉及一种发光二极管芯片，尤其涉及一种包括分布式布拉格反射器以提高光提取效率的发光二极管芯片。

背景技术：

被构造成发射蓝光或UV光的氮化镓基发光二极管用于各种应用中，特别地，被构造成发射用于背光单元或普通照明的混合光(例如白光)的不同类型的发光二极管封装在市场上可买到。

由于发光二极管封装件的光输出通常取决于发光二极管芯片的发光效率，所以已经作出了连续尝试来提高发光二极管芯片的发光效率。例如，在光出射面的一个表面上形成粗糙表面，或者对外延层或透明衬底的形状进行改进，以提高发光二极管芯片的光提取效率。

可选择地，将金属反射器(例如，Al反射器)提供到光出射面的另一表面(例如，衬底的下表面)，以通过反射朝向芯片安装平面行进的光来提高发光效率。可以通过使用金属反射器对光进行反射以减少光损耗来改善发光二极管芯片的发光效率。然而，这种反射金属可能因为氧化而造成反射不良，并且反射金属器的反射率比较低。

因此，使用通过交替叠放具有不同折射率的材料而形成的分布式布拉格反射器(DBR)来实现高反射率，同时确保相对稳定的反射特征。

DBR通常通过交替叠放高折射率材料层和低折射率材料层来形成。具体地，在包括中心波长的一定的光谱范围内(即在阻带中)具有高反射率的DBR可以通过交替叠放高折射率材料层和低折射率材料层来形成，高折射率材料层和低折射率材料层中的各个材料层具有等于λ/4(λ：中心波长)的光学厚度(实际厚度×折射率)。

然而，阻带不能简单地通过将各自具有等于λ/4的光学厚度的高折射率材料层和低折射率材料层交替叠放而被充分加宽。为了克服这个问题，阻带可通过将波长大于中心波长的DBR1与波长小于中心波长的DBR2进行叠放而加宽，从而所提供的DBR基本上在整个可见光范围内具有高反射率。DBR每层的厚度可使用诸如Macleod或Filmstar之类的模拟工具进行微调。

图1是示出了通过使用模拟工具将DBR1和DBR2叠放来设计具有相对宽的阻带的DBR的过程的模拟图。

为了设计在425纳米-700纳米的波段内具有90％或更高反射率的DBR，首先，参照555纳米的中心波长(λ)，设计在555纳米-700纳米的波段内具有高反射率的DBR1以及在555纳米及更短波段内具有高反射率的DBR2，并将它们一个在另一个上地叠放。此时，使用模拟工具对DBR1和DBR2中每个材料层的厚度进行调节，从而实现在425纳米-700纳米的波段内具有90％或更高反射率的DBR的设计。

技术实现要素：

【技术问题】

在其中蓝宝石衬底上形成包括有源层的氮化镓基发光结构并将DBR提供至衬底的下表面的结构中，从有源层发射的一些光在穿过衬底后到达反射器。在这种情况下，光不仅以0°入射角(与反射器成直角)而且以各种入射角进入反射器。具体地，在其中蓝宝石衬底是图案化的蓝宝石衬底的结构中，大于0°的倾斜入射角的光量增加。

图2是示出取决于到达衬底下表面的光的入射角的光功率的示意图。在这个图中，Ex表示在衬底下表面上的沿X方向的入射角，Ez表示沿垂直于在衬底的下表面上的X方向的Z方向的入射角。基于包括图案化的蓝宝石衬底的发光二极管芯片的实际尺寸，通过时域有限差分(FDTD)数值分析方法以10°的间隔对基于到达衬底的下表面的光的入射角的光功率进行分析。

参照图2，以近似直角(即小于0°－10°的入射角)入射到衬底的下表面上的光的光功率小于约3.5％。反之，以20°或更高(具体地，在20°－50°范围内)的角度入射的光的光功率约为60％或更高，其占据了到达衬底下表面的光的大部分功率。在采用图案化蓝宝石衬底(PSS)的结构中，光被形成在衬底上的图案散射，从而增加了到达衬底的下表面的光的入射角。因此，在采用图案化的蓝宝石衬底(PSS)的结构中，由于大量的光以较大入射角到达衬底的下表面，所以必须通过考虑光的入射角来对被构造成反射衬底的下表面上的入射光的DBR进行设计。

另一方面，相对于以0°入射角进入的光，在宽波长范围内，典型的DBR具有约100％的高反射。然而，随着入射角的变化，DBR的阻带朝短波长偏移且阻带的频谱带宽变窄。此外，即使在阻带内，典型DBR受导致反射率降低的波动现象影响。

图3A、图3B和图3C是模拟图，其表示典型DBR的反射率随入射角的变化而变化。

参见图3A、图3B和图3C，可以看出随着入射角增大至20°、25°和30°，阻带朝短波长偏移并且阻带的带宽变窄。例如，在20°的入射角处，阻带在长波长带上向左偏移约65nm并且在短波长带上向左偏移约20nm，因此阻带的带宽减少约45nm。此外，在25°的入射角处，阻带在长波长带上向左偏移约90nm并且在短波长带上向左偏移约25nm，因此阻带的带宽减少约65nm。另外，在30°的入射角处，阻带在长波长带上向左偏移约120nm并且在短波长带上向左偏移约30nm，因此阻带的带宽减少约90nm。同样地，随着入射角的增大，阻带的带宽预期将会进一步减小。

另一方面，随着入射角从20°增大到30°，在阻带中观察到具有相对低反射率的波动R。可以看出，波动R中的反射率随着入射角的增大而逐渐减小。此外，随着入射角的增大，波动R也朝短波长偏移。因此，例如，即使在阻带包括450nm的情况下，在发出具有约450nm的波长(λe)的光的发光二极管芯片中，对于在20°到50°的入射角处进入的光的反射率可因波动R而迅速降低。

本发明的示例性实施例提供了一种包括DBR的发光二极管芯片，所述DBR不仅相对于在直角处进入的光还相对于在各种入射角处进入的光均展现出良好的反射率以改善发光效率。

本发明的示例性实施例提供了一种分布式布拉格反射器，其可防止或抑制在阻带中生成随着入射角增大而表现出低反射率的波动。

【技术方案】

本发明的示例性实施例提供一种发光二极管芯片，其包括：包括有源层的发光结构；以及分布式布拉格反射器(DBR)，其布置在发光结构的一侧处以反射从发光结构发出的光，其中DBR包括具有高折射率的第一材料层和具有低折射率的第二材料层，所述第一材料层和第二材料层交替地堆叠在彼此上方，且相对于可见范围的中心波长(λ：554nm)，包括：第一区域，其中具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第一组和具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第二组交替地布置；第二区域，其包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度且连续布置的第一材料层的第三组；以及第三区域，其布置在第一区域和第二区域之间且包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度的第一材料层和具有大于0.25λ的光学厚度的第一材料层，第一区域被放置地比第二区域更接近发光结构。

本发明的另一个示例性实施例提供一种发光二极管芯片，其包括：包括发出具有第一波长的光的有源层的发光结构；以及分布式布拉格反射器(DBR)，其布置在发光结构的一侧处以反射从发光结构发出的光，其中DBR包括具有低折射率的第一材料层和具有高折射率的第二材料层，所述第一材料层和第二材料层交替地堆叠在彼此上方，且相对于比第一波长长75nm至125nm的第二波长(λ)，包括：第一区域，其中具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第一组和具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第二组交替地布置；第二区域，其包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度且连续布置的第一材料层的第三组；以及第三区域，其布置在第一区域和第二区域之间且包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度的第一材料层和具有大于0.25λ的光学厚度的第一材料层，第一区域被放置地比第二区域更接近发光结构。

【有益效果】

根据示例性实施例，不仅相对于以直角进入的光还相对于以各种入射角进入的光，分布式布拉格反射器均展现出良好的反射率，从而改善包括该反射器的发光二极管芯片的发光效率。具体地，根据示例性实施例，DBR可防止或抑制在阻带中生成随着入射角增大而表现出低反射率的波动，从而改善发光二极管芯片的发光效率。另外，借助包括DBR的发光二极管芯片，发光二极管封装以及照明装置具有改善的发光效率。

附图说明

图1为模拟图，其示出了使用模拟工具通过堆叠DBR1和DBR2设计具有相对宽阻带的DBR的工艺。

图2为图表，其描述了取决于到达衬底下表面的光的入射角的光功率。

图3A、图3B和图3C为模拟图，其描述了典型DBR的反射率随入射角的变化的变化。

图4A为根据本发明的一个示例性实施例的发光二极管芯片100的剖面图。

图4B为根据本发明的另一示例性实施例的发光二极管芯片200的剖面图。

图5为描述了取决于位置的TiO₂/SiO₂对的光学厚度的图表，其用于说明根据本发明的一个示例性实施例的DBR结构。

图6A、图6B和图6C是描绘如根据本发明的一个示例性实施例设计的取决于入射角的DBR的反射率中的变化的模拟图表。

图7A为描述了取决于位置的光学厚度的图表，其说明了其中具有较高光学厚度的第一组材料层与具有较小光学厚度的第二组材料层彼此分离的一个实例。

图7B为描述了取决于位置的光学厚度的图表，其说明了其中具有较高光学厚度的第一组材料层和具有较小光学厚度的第二组材料层被交替地布置的一个实例。

图8为描述了取决于入射角的图7A和图7B的DBR的反射率的图表。

图9为描述了包含根据本发明示例性实施例的DBR的发光二极管芯片的光输出的图表。

图10为其上应用了根据本发明的一个示例性实施例的发光二极管芯片的照明装置的一个示例性实施例的分解透视图。

图11为其上应用了根据本发明的一个示例性实施例的发光二极管芯片的显示器的一个示例性实施例的剖面图。

图12为其上应用了根据本发明的一个示例性实施例的发光二极管芯片的显示器的另一示例性实施例的剖面图。

图13为其上应用了根据本发明的一个示例性实施例的发光二极管芯片的前灯的一个示例性实施例的剖面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细的描述本发明的示例性实施例。通过举例方式提供以下实施例，以便为那些本发明涉及的技术人员充分地传达本发明的精神。相应地，本发明并不限于此处公开的实施例，还可以以不同的形式来实施。在附图中，为了清晰和描述目的，元件的带宽、长度、厚度等会被夸大。在整个说明书中，相同的参考标号表示具有相同或相似功能的相同元件。

根据本发明的一个示例性实施例，发光二极管芯片包含：包含有源层的发光结构；分布式布拉格反射器(DBR)，其被设置在发光结构的一侧以便反射从发光结构发射的光。在这个示例性实施例中，DBR包含具有高折射率的第一材料层和低折射率的第二材料层，其中第一材料层和第二材料层彼此交替地堆叠。对于可见范围的中心波长(λ：554nm)，DBR包含：第一区域，其中，具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第一组第一材料层和具有大于0.25λ-10％以及小于0.25λ+10％的光学厚度的第二组第一材料层被交替地布置；第二区域，其包含光学厚度小于0.25λ-10％且连续设置的第三组第一材料层；和第三区域，其被设置在第一区域和第二区域之间并且包含具有小于0.25λ-10％的光学厚度的第一材料层和具有大于0.25λ的光学厚度的第一材料层。第一区域被放置成比第二区域更接近发光结构。

在第一区域中，第一材料层被分成其光学厚度大于0.25λ+10％的第一组第一材料层和其光学厚度接近0.25λ的第二组第一材料层，并且这些组被交替的布置，从而改善DBR在中心波长(λ)附近以及在其波长大于中心波长的光谱范围中的反射特性。借助这种结构，DBR可以在进入DBR的光的各种入射角下防止在阻带中发生波动。

另外，第三区域被设置在第一区域和第二区域之间，从而防止在光谱区域的中心附近发生波动。

另一方面，对于宽的光谱范围内的入射光，其中第一区域被设置成比第二区域更靠近发光结构的结构可以提高反射效率。这是因为，较短波长的光可以比具有较长波长的光更深地渗透到DBR。

此外，第一组第一材料层可以包括具有小于0.3λ+10％的光学厚度的第一材料层，第三组第一材料层可具有大于0.2λ-10％的光学厚度。第一组第一材料层通常具有接近0.3λ的光学厚度，而第三组第一材料层通常具有接近0.2λ的光学厚度。因此，第一组第一材料层在比中心波长更长的波长范围内增大反射率，而第三组第一材料层在比中心波长更短的波长范围内增大反射率。

根据示例性实施例，第一材料层在第一区域中的光学厚度偏差小于第一材料层在第二区域中的光学厚度偏差。第一材料层在第一区域中的光学厚度偏差通过明确地区分第一组第一材料层的光学厚度和第二组第一材料层的光学厚度而增加。

第一区域内的第二材料层包括具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第一组第二材料层和具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ+10％的光学厚度的第二组第二材料层；第二区域中的第二材料层包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度且连续设置的第三组第二材料层；以及，第三区域中的第二材料层包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度的第二材料层和具有大于0.25λ且小于0.25λ+10％的光学厚度的第二材料层。

在第一区域中，第二材料层可以被分成两组，就像第一材料层那样。第二材料层还可以包括第一组第二材料层和第二组第二材料层，其中第一组和第二组可以交替设置。

第一组第二材料层可以具有小于0.25λ+20％的光学厚度。此外，第一组第二材料层可以具有小于第一组第一材料层的平均光学厚度。

通常来说，具有高折射率的材料层具有高于具有低折射率材料层的光吸收率。因此，具有高折射率的第二材料层的光学厚度可以被调整为比具有低折射率的第一材料层的光学厚度小，以减少光吸收所造成的光损失。具体地讲，在具有相对较大光学厚度的第一区域中，第二材料层的厚度可以相对减小，以实现对光吸收引起的光损失的有效预防。

第二材料层在第一区域中的光学厚度偏差大于第二材料层在第二区域中的偏差。在第一区域中，第二材料层可被分成具有不同光学厚度的两组，就像第一材料层那样。与此相反，在第二区域中，第二材料层具有基本上类似的光学厚度，因此具有相对小的厚度偏差。

在一些示例性实施例中，第三区域可还包括具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第二材料层。此外，DBR还可以包括设置在第三区域中、具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ的光学厚度的第一材料层。

第三区域包括的层少于第一区域和第二区域。然而，第三区域中的层可以具有比第一区域或第二区域更多样的光学厚度。

在一些示例性实施例中，发光二极管芯片还可以包括设置在发光结构与DBR之间的衬底。该衬底可以是图案化蓝宝石衬底(PSS)。光线以20°至50°范围的入射角度入射到DBR，由此，发光二极管芯片可以通过根据本示例性实施例的DBR维持高反射率。

发光二极管芯片还可以包括设置在衬底与DBR之间且由与DBR中第一材料层相同的材料形成的中间层，其中中间层具有比第一材料层更大的厚度。中间层减小了衬底的粗糙底表面对形成在衬底底表面上的DBR的影响。

发光二极管芯片可以还包括设置在DBR最上层从而面对中间层的表面层，其中表面层由与DBR中第一材料层相同的材料形成，并且具有大于第一材料层的厚度。表面层防止了在发光二极管芯片的封装时DBR被发光二极管芯片的安装平面的粗糙表面损坏。

在一些示例性实施例中，发光二极管芯片可以还包括设置在DBR和发光结构之间以面对DBR的衬底。例如，发光二极管芯片可以是倒装芯片发光二极管芯片，使有源层中产生的光线在被DBR反射之后通过衬底被放出。

在一些示例性实施例中，有源层可以产生蓝光。具体地讲，有源层可以发射具有425纳米至475纳米范围内波长的光，例如，具有比中心波长(554纳米)短约100纳米的波长的蓝光。

如这里使用的，术语“高折射率”和“低折射率”被用于指示第一材料层的折射率与第二材料层的折射率之间的差异。也就是，低折射率的第一材料层具有比高折射率的第二材料层更低的折射率。在一个示例性实施例中，第一材料层可以是SiO₂层，且第二材料层可以是TiO₂层。例如，SiO₂层可具有约1.47的折射率，且TiO₂层可具有约2.41的折射率。应当被理解的是，第一材料层和第二材料层并不限于SiO₂层和TiO₂层。只要第一材料层和第二材料层具有不同的折射率且是光学透明的，不仅绝缘层而且半导体层可以被用作为第一和第二材料层。这里，例如SiO₂层和TiO₂层的电介质层由于其高透光率、易沉积和相对大的折射率差异而是更合适的。

根据本发明的另一示例性实施例，发光二极管芯片包括：发光结构，其包括发射具有第一波长的光的有源层；以及分布式布拉格反射器(DBR)，其设置在发光结构的一侧，以便反射从发光结构发射出的光。在这个示例性实施例中，DBR包括具有低折射率的第一材料层和具有高折射率的第二材料层，其中，第一和第二材料层彼此交替地堆叠。针对比第一波长长75nm到125nm的第二波长(λ)，DBR包括第一区域，在该第一区域中，交替地布置有第一组第一材料层和第二组第一材料层，该第一组第一材料层具有大于0.25λ+10％的光学厚度，该第二组第一材料层具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ+10％的光学厚度；第二区域，该第二区域包括第三组第一材料层，其具有小于0.25λ-10％的光学厚度且被连续地布置；以及设置在第一区域与第二区域之间的第三区域，且该第三区域包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度的第一材料层和具有大于0.25λ的光学厚度的第一材料层，其中，与第二区域相比，第一区域被设置的更接近于发光结构。

在根据该示例性实施例的发光二极管芯片中，为了DBR的设计，比从有源层发射出的光的第一波长长75nm到125nm的第二波长被设置为参考波长(λ)。第二波长可以比第一波长长100nm。从有源层发射出的光的波长根据有源层的材料可能有所不同。因此，该DBR可以参考第二波长(λ)来制作，该第二波长比第一波长长100nm，以便实现从有源层发出的光的有效反射，同时还相对于以DBR的各种入射角进入DBR的光保持高的反射率。

下面，将参照附图来更加详细地描述本发明的示例性实施例。

图4A是根据本发明的一个示例性实施例的发光二极管芯片100的剖视图。

参考图4A，该发光二极管芯片100包括衬底21、发光结构30和DBR43。该发光二极管芯片100还可包括缓冲层23、透明电极31、第一电极焊盘33、第二电极焊盘35、电流阻挡层39、中间层41和表面层45。

衬底21可以是任何透明衬底，其可以是但不限于例如蓝宝石衬底或SiC衬底。衬底21可以是适合于GaN基化合物半导体层的生长的生长衬底。例如，衬底21可具有在其上表面形成的预定图案，如图案化的蓝宝石衬底(PSS)。由于图案化的蓝宝石衬底通常允许光以范围在20°到50°内的入射角进入其底表面，因此根据本发明的DBR在被应用于其上时可以更有效地展示出有利的效果。

发光结构30设置在衬底21的上表面上。发光结构30包括第一导电型半导体层25、第二导电型半导体层29和介入在第一导电型半导体层25与第二导电型半导体层29之间的有源层27。这里，第一导电型和第二导电型是相反的导电类型，且第一导电型为n型和第二导电型为p型，或者反过来。

第一导电型半导体层25、有源层27和第二导电型半导体层29可以由GaN基化合物半导体材料，也就是(Al,In,Ga)N形成。有源层27的组成元素和组合物被确定，以使得该有源层27可发射具有期望波长的光，例如，紫外光或蓝光。如图中所示，第一导电型半导体层25和/或第二导电型半导体层29可以由单层组成，或可以具有多层结构。此外，有源层27可具有单量子阱结构或多量子阱结构。进一步，缓冲层23可介入在衬底21与第一导电型半导体层25之间。

半导体层25、27、29可以由MOCVD或MBE形成，且第一导电型半导体层25可以进行图案化处理，以便通过光刻和蚀刻来暴露该第一导电型半导体层25的一些区域。

透明电极层31可以使用例如ITO、ZnO或Ni/Au形成在第二导电型半导体层29上。透明电极层31具有比第二导电型半导体层29更低的电阻率，且因而传播电流。第一电极焊盘33(例如n型电极焊盘33)形成在第一导电型半导体层25上，并且第二电极焊盘35(例如p型电极焊盘35)形成在透明电极层31上。如图中所示，p型电极焊盘35可以通过透明电极层31电连接至第二导电型半导体层29。

在电极焊盘35与第二导电型半导体层29之间设置有电流阻挡层39。电流阻挡层39可设置在透明电极层31的下方，或可设置在透明电极层31之上。在其中电流阻挡层39设置在透明电极层31与电极焊盘35之间的结构中，电极焊盘35可以通过延伸腿(未示出)电连接至透明电极层31。

电流阻挡层39反射在有源层27内生成的且朝向电极焊盘35行进的光。这样一种电流阻挡层39可被形成相对于在有源层27中生成的光具有高的反射率，且可由其中具有不同折射率的电介质层(例如TiO₂层和SiO₂层)彼此相互交替地堆叠的分布式布拉格反射器组成。这种结构可以防止由于电极焊盘35的光吸收引起的光损耗，因而提高了发光二极管芯片的发光效率。

DBR 43设置在衬底21的下侧。也就是，衬底21介于发光结构30与DBR 43之间。DBR 43通过交替地堆叠第一材料层和第二材料层形成，该第一材料层具有第一折射率(低折射率)，例如SiO₂层(n：约1.47)，该第二材料层具有第二折射率(高折射率)，例如TiO₂层(n：约2.41)。以下参考图5将更详细地描述DBR 43的堆叠结构。

中间层41可介入在衬底21与DBR 43之间。中间层41可由与第一材料层相同的材料(例如SiO₂)形成。中间层41用于防止在衬底21的底表面上形成的DBR 43受到衬底21的底表面的表面状态的影响，且该中间层41比第一材料层厚。例如，中间层41可具有300nm到500nm的厚度，特别是400nm。

此外，表面层45可形成作为DBR 43的最上层，以便覆盖DBR 43。表面层45消除了在封装发光二极管芯片100时将发光二极管芯片100安装于其上的安装平面的表面状态对DBR 43的影响，且被形成相对高的厚度，像中间层41一样。例如，表面层45可具有300nm到500nm的厚度，特别是400nm。

在这个示例性实施例中，DBR 43被设置成面向发光结构30，且衬底21介入在它们两者之间。在有源层27中生成的光由DBR 43反射，以从发光二极管芯片100向上发射。

图4B是根据本发明的另一示例性实施例的发光二极管芯片200的剖视图。

参考图4B，在这个示例性实施例中，DBR 53大致类似于DBR 47，除了DBR 53经由发光结构30被设置成面向衬底21。如在该图中所示，DBR 53可覆盖透明电极层31以及第一导电型半导体层25的暴露表面。DBR 53将在有源层27中生成的光朝向衬底21反射。以下参考图5将更详细地描述DBR 53的结构。

发光二极管芯片200可以是例如倒装芯片型发光二极管芯片。因而，透明电极层31、n型电极焊盘33和p型电极焊盘35的详细形状和位置可以被改进以适用于倒装芯片型发光二极管芯片。

如参考图4A和图4B所描述的，DBR 43和DBR 53可在衬底21的下表面或发光结构30的上表面上形成。尽管在此未示出，DBR可以介入衬底21与发光结构30之间。在这个示例性实施例中，DBR可利用例如半导体层来形成。

图5为描述了取决于位置的TiO₂/SiO₂对的光学厚度的图表，其用于说明根据本发明的一个示例性实施例的DBR结构。在这里，光学厚度指的是与可视范围内的中心波长(λ：554nm)有关的厚度。

形成第一材料层和第二材料层的顺序并不重要且根据状况可能改变。例如，如在图4A中所示的实施例中，在中间层41由与第一材料层相同的材料(例如，SiO₂)形成的结构中，DBR 43的第一层可以是第二材料层。可替换地，在中间层41可以省略的结构中，DBR 43的第一层可以是第一材料层。此外，在如图4B中所示的实施例中，在不需要中间层41的结构中，DBR53的第一层可以是第一材料层或第二材料层。通常地，由于SiO₂层的粘合强度优于TiO₂层的粘合强度，该SiO₂层可以被用作为被粘合至衬底21或发光结构30的层。

另一方面，形成于DBR 43或53的表面上的表面层45具有相对大的厚度以保护DBR 43或DBR 53，且可以由与第一材料层相同的材料形成。因此，除了表面层45之外的DBR 43的最后一层通常为第二材料层并且不形成一对。

图5示出了插入在中间层41和表面层45之间的DBR43，其中DBR 43的第一层和最后一层为第二材料层(TiO₂层)。这里，第二材料层(TiO₂层)/第一材料层(SiO₂层)构成一对且最后的第二材料层不会形成一对。

参照图5，可以确认，DBR的结构可以明显地分成第一区域、第二区域和第三区域。这里，第一区域比第二区域更接近于发光结构30放置，第三区域介于第一区域和第二区域之间。

(第一区域)

第一区域用于增加中心波长(λ)附近以及具有比中心波长(λ)更长的波长的光谱区域中的反射率。因此，在第一区域中，第一材料层和第二材料层通常具有接近0.25λ或大于0.25λ的光学厚度。

确切地说，在第一区域中，第一材料层(SiO₂层)被分成具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第一组第一材料层和具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ+10％的光学厚度的第二组第一材料层。第一组第一材料层和第二组第一材料层交替布置。如图5所示，具有相对大厚度的第一组第一材料层和具有相对小厚度的第二组第一材料层交替布置。第一组第一材料层可以在第二组第一材料层之前形成，反之亦然。

此外，第一组第一材料层通常具有小于0.3λ+10％的光学厚度。在本示例性实施例中，第一组包括五个第一材料层，且该第一组中除了第一层之外的四个层具有小于0.3λ+10％的光学厚度。

在第一区域中，第二材料层(例如，SiO₂层)包括具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第一组第二材料层和具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ+10％的光学厚度的第二组第二材料层。

第一组第二材料层的光学厚度与第二组第二材料层的光学厚度明显不同。此外，可以看出，尽管第一组第二材料层和第二组第二材料层并非完全交替布置，但第一和第二组第二材料层中的大部分是交替布置的。

另一方面，第一组第二材料层通常具有小于第一组第一材料层的光学厚度。进一步地，第一组第二材料层具有小于第一组第一材料层的平均光学厚度。由于具有较大折射率的第二材料层显示出比具有较低折射率的第一材料层更大的光吸收率，故第一组第二材料层可以形成为具有相对小的厚度以降低光损失。

第一组第二材料层可以具有小于0.25λ+20％(即，0.3λ)的光学厚度。相反地，第一组第一材料层通常具有大于0.25λ+20％的光学厚度。

另一方面，尽管第二组第二材料层还可具有小于第二组第一材料层的光学厚度以降低光损失，但由于第二组第二材料层具有小于第一组第二材料层的光学厚度，故第二组第二材料层的厚度降低不会对光损失降低提供实质效果。因此，第二组第二材料层和第二组第一材料层可基本具有类似的光学厚度。

(第二区域)

提供了第二区域以增加具有比中心波长(λ)更短的波长的光谱区域中的反射率。因此，在第二区域中，第一材料层和第二材料层通常具有小于0.25λ的光学厚度。

确切的说，第二区域包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度并连续布置的第三组第一材料层。此外，第三组第一材料层具有大于0.2λ-10％的光学厚度。

参照图5，可以清楚地看出，第二区域中的第一材料层的光学厚度偏差小于第一区域中的第一材料层的光学厚度偏差。由于第一区域中的第一组第一材料层和第二组第一材料层具有明显不同的光学厚度，故第一区域中的第一材料层具有大于第二区域中的第一材料层(其通常具有较小的光学厚度)的光学厚度。

在第二区域中，第二材料层包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度并连续布置的第三组第二材料层。在第二区域中，仅第一第二材料层(即，第十三对中的第二材料层)具有大于0.25λ-10％的光学厚度，且所有的其他第二材料层具有小于0.25λ-10％的光学厚度。

(第三区域)

第三区域设置在第一区域和第二区域之间以去除在堆叠具有不同反射段的DBR时产生的波动。

第三区域通常是由很少数量的对组成。如从图5中可以看到的那样，在此示例性实施例中，第一区域是由最多数量的对组成，且第三区域是由最小数量的对组成。

确切地说，第三区域包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度的第一材料层和具有大于0.25λ的光学厚度的第一材料层。另外，第三区域可以包括具有大于0.25λ-10％并且小于0.25λ的光学厚度的第一材料层。

另外，在第三区域中，第二材料层包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度的第二材料层和具有大于0.25λ并且小于0.25λ+10％的光学厚度的第二材料层。另外，在第三区域中，第二材料层可以进一步包括具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第二材料层。

在由相对较少数量的对组成的第三层中，第一材料层和第二材料层具有比第一区域和第二区域中的材料层更多样的光学厚度。

根据此示例性实施例，设置成相对靠近发光结构30并且反射长波长带中的光的第一区域中的第一和第二材料层被分成具有较高光学厚度的第一组和具有较小光学厚度的第二组，由此即使在其中入射角增大的情况下也能够实现对产生在阻带中的波动的消除。

虽然在此示例性实施例中第一区域是由9对组成、第二区域是由7.5对组成且第三区域是由3对组成，但是应当理解的是，在其它示例性实施例中可改变对数。然而，应注意，其中第一区域中的对数大于其它区域中的对数的结构有利于补偿长波长带中的反射率。

构成DBR的层中的每一个的光学厚度可使用诸如Macleod或Filmstar的模拟工具来调整。另外，DBR的材料层中的每一个可使用离子辅助沉积设备形成在衬底21的底面上或发光结构30的上表面上。

图6A、6B和6C是描绘如根据本发明的一个示例性实施例设计的取决于入射角的DBR的反射率中的变化的模拟图表。

图5中示出了DBR的材料层中的每一个的光学厚度。另外，在取决于入射角的反射率中的变化的模拟中增加了厚度为400nm的SiO₂中间层41和厚度为400nm的SiO₂表面层45，且模拟结果连同0度入射角下的反射率一起被示出。

参考图6A、6B和6C，根据此示例性实施例的DBR关于以0°入射角进入的光在约410nm至700nm的光谱区域中展现出90％或更高的反射率。因此，在其中发光二极管芯片与荧光体一同使用的结构中，从荧光体中产生并且进入发光二极管芯片的光可使用DBR来反射。

另一方面，可以看到的是，随着入射角增加至20°、25°和30°，阻带朝短波长移动且阻带的带宽变窄。然而，可以看到，根据此示例性实施例的DBR在约550nm的波长下保持大致100％的反射率，并且不会在阻带中产生波动。

因此，可使用根据此示例性实施例的DBR来实现发光二极管芯片中光的有效反射，该发光二极管芯片发射具有例如420nm至500nm的波长的蓝光。

根据此示例性实施例，在DBR的第一区域中，具有较高光学厚度的第一材料层的第一组和具有较小光学厚度的第一材料层的第二组交替地布置，且具有较高光学厚度的第二材料层的第一组和具有较小光学厚度的第二材料层的第二组也大致上交替地布置。因而，具有其中具有不同光学厚度的第一和第二材料层交替地布置的结构的DBR可展现出比具有其中第一组和第二组彼此分开的结构的DBR更优越的反射特性。这将参考图7和8更详细地描述。

图7A是描绘取决于位置的光学厚度的图表，其说明了其中具有较高光学厚度的材料层的第一组和具有较小光学厚度的材料层的第二组彼此分开的一个实例。图7B是描绘取决于位置的光学厚度的图表，其说明了其中具有较高光学厚度的材料层的第一组和具有较小光学厚度的材料层的第二组交替地布置的一个实例。

各自具有0.3λ的光学厚度的第一材料层和第二材料层的第一组以及各自具有0.25λ的光学厚度的第一材料层和第二材料层的第二组可以不同方式布置。例如，第一组和第二组可以被布置成彼此分开(图7A)或可以交替地布置(图7B)。在此处，DBR是由8.5对组成。

图8是描绘图7A和7B的DBR取决于入射角的反射率的图表。

参照图8，图7A中的DBR提供了其中处于0°入射角下的反射率A-0°不具有清晰边界的阻带。相反地，图7B中的DBR提供了其中处于0°入射角下的反射率B-0°具有清晰边界的阻带。如由处于30°入射角下的A-30°和B-30°所指示的那样，在图7B中所示的DBR的阻带具有更清晰的边界。

相应地，可以看出，在具有不同光学厚度的材料层的布置中，其中具有较大厚度的材料层和具有较小厚度的材料层交替地布置的结构可以改进反射特性。

在另一方面，基于FDTD数值分析，使用典型的DBR和按照本发明的示例性实施例的DBR来分析处于芯片级和处于封装级的光提取率。在这种分析中，DBR设为设置在衬底的下表面并且其它部件具有与实际的发光二极管芯片相同的尺寸。

从这种分析中，可以看出，在芯片级上，与在使用典型DBR(63.10％)的情况下相比，在使用根据该示例性实施例的DBR(63.35％)的情况下总光提取率增加了约0.25％。此外，在芯片级处，在使用典型的DBR的情况下通过衬底的下表面放出的光为0.35％，在使用根据该示例性实施例的DBR的情况下降低至0.15％。进一步地，可以看出，在封装级处，与在使用典型DBR(65％)的情况下相比，在使用根据该示例性实施例的DBR(65.53％)的情况下总光提取率增加了约0.53％。这种光提取率的增加是在相同的条件下仅通过DBR的改变发生的，并且是非常显著的结果。

图9示出了使用其上应用了典型的DBR(比较示例)和根据示例性实施例的DBR(本发明的示例)的实际发光二极管芯片的在芯片级上的光输出。

参照图9，在20mA处，比较示例的发光二极管芯片具有80.83mW的平均光输出，且本发明示例的发光二极管芯片具有81.91mW的平均光输出。相应地，可以看出，发光二极管芯片的光提取率可以通过改变DBR的设计来改进，由此发光二极管芯片的光输出可增加。

在该示例性实施例中，参照可见光范围的中心波长(即为554nm的波长)来设置DBR的每个材料层的光学厚度。对于配置为发射蓝光的发光二极管芯片，当考虑到随着入射角的增加阻带朝向短波长移动时，建立以可见光范围的中心波长为中心波长是有意义的。此外，在其中发光二极管芯片与荧光体一起使用的结构中，当考虑到关于通过荧光体发射出的光的反射时，DBR需要参照中心波长进行设计。

然而，应该理解，本发明不局限于配置为发射蓝光的发光二极管芯片且也不局限于包括与发光二极管芯片一起的荧光体的结构。相应地，本发明还可以应用到配置为发射UV光的发光二极管芯片，且在这种情况下，可通过考虑从发光二极管芯片发射的光的波长(第一波长)选择新的参照波长(第二波长)来替代可见光范围的中心波长。

第二波长可以比第一波长长75nm至125nm。即使当随着入射角的增大阻带朝向短波长移动时，相对于从发光二极管芯片发射的光，DBR可通过以这种方式来设置第二波长维持高反射率。如果第二波长比第一波长长小于75nm，第一波长太接近于第二波长，从而随着入射角增加，相对于具有第一波长的光，DBR会经历反射率的减少。如果第二波长比第一波长长125nm或更多，则会难以制造在0°入射角上相对于具有第一波长的光具有高反射率的DBR。具体地说，第二波长比第一波长长约100nm。

除了第二波长设置为参照波长来替代中心波长554nm之外，第一材料层和第二材料层中的每一个的光学厚度可设置为如上所述。

本文中，尽管SiO₂层和TiO₂层分别被示为第一材料层和第二材料层，但应该理解，本发明不限于此，且其它的绝缘层或半导体层也可以用作第一和第二材料层。

图10是其上应用有根据本发明的一个示例性实施例的发光二极管芯片的照明设备的一个示例性实施例的分解透视图。

参照图10，根据本实施例的照明设备包括扩散盖1010、发光二极管模块1020、和主体1030。主体1030可容纳发光二极管模块1020并且扩散盖1010可以设置在主体1030上以覆盖发光二极管模块1020的上侧。

主体1030可以具有任何形状，只要该主体可将电功率供应至发光二极管模块1020并同时容纳和支撑发光二极管模块1020。例如，如图中所示，主体1030可以包括主体外壳1031、电源1033、电源外壳1035以及电源连接段1037。

电源1033被容纳在电源外壳1035中以电连接至发光二极管模块1020，并且可以包括至少一个IC芯片。IC芯片可以调节、改变或控制供应给发光二极管模块1020的电功率。电源外壳1035可以容纳和支撑电源1033。其中固定有电源1033的电源外壳1035可以被设置在主体外壳1031内。电源连接段1037被设置在电源外壳1035的下端处并且耦合至电源外壳1035。因此，电源连接段1037电连接至电源外壳1035内的电源1033并且可以充当功率可通过其从外部电源供应至电源1033的通道。

发光二极管模块1020包括衬底1023以及设置在衬底1023上的发光二极管芯片1021。发光二极管模块1020可以被设置在主体外壳1031的上部处并且电连接至电源1033。

可以使用能够支撑发光二极管芯片1021的任何衬底作为衬底1023，而不受任何限制。例如，衬底1023可以包括上面形成互连件的印刷电路板。衬底1023可以具有与形成于主体外壳1031的上部处的固定部分相对应的形状，以便稳定地固定至主体外壳1031。发光二极管芯片1021可以包括根据上述实施例的发光二极管芯片中的至少一个。

扩散盖1010被设置在发光二极管芯片1021上并且可以被固定至主体外壳1031上以遮盖发光二极管芯片1021。扩散盖1010可以由透光材料形成，且照明设备的光定向可以通过调节扩散盖1010的形状和光学透射率而调整。因而，扩散盖1010可以根据照明设备的用途和应用场合而修改成各种形状。

图11是应用有根据本发明的一个示例性实施例的发光二极管芯片的显示器的一个示例性实施例的剖面图。

根据此实施例的显示器包括显示面板2110、将光供应至显示面板2110的背光单元以及支撑显示面板2110的下缘的面板导向器。

显示面板2110没有特别限制并且可以是(例如)包括液晶层的液晶面板。栅极驱动PCB可以被进一步设置在显示面板2110的边缘处以将驱动信号供应至栅极线。在此处，栅极驱动PCB可以形成在薄膜晶体管衬底上而非形成在单独的PCB上。

背光单元包括光源模块，其包括至少一个衬底以及多个发光二极管芯片2160。背光单元可以进一步包括底盖2180、反射片2170、扩散板2131以及光学片2130。

底盖2180可以在其上侧处敞开以接收衬底、发光二极管芯片2160、反射片2170、扩散板2131以及光学片2130。另外，底盖2180可以耦合至面板导向器。衬底可以被设置在反射片2170下方以被反射片2170包围。或者，当反射材料被涂布至其表面上时，衬底可以被设置在反射片2170上。另外，多个衬底可以被布置成彼此平行。然而，应当了解，其它实施方案也是可行的且光源模块可以包括单个衬底。

发光二极管芯片2160可以包括根据上述实施例的发光二极管芯片中的至少一个。发光二极管芯片2160可以规则地以预定图案布置在衬底上。另外，透镜2210可以被设置在每个发光二极管芯片2160上以改进从多个发光二极管芯片2160发出的光的均匀性。

扩散板2131和光学片2130被设置在发光装置2160上。发射自发光装置2160的光可以通过扩散板2131和光学片2130以片状光的形式被供应至显示面板2110。

以此方式，根据实施例的发光二极管芯片可以应用至直接型显示器，如根据此实施例的显示器这样。

图12是应用有根据本发明的一个示例性实施例的发光二极管芯片的显示器的另一个示例性实施例的剖面图。

根据此实施例的显示器包括上面显示图像的显示面板3210，以及被设置在显示面板3210的后侧处并且将光发射至显示面板3210的背光单元。另外，显示器包括支撑显示面板3210并且接收背光单元的框架，以及包围显示面板3210的盖3240、3280。

显示面板3210没有特别限制，并且可以是例如包括液晶层的液晶面板。栅极驱动PCB可以被进一步设置在显示面板3210的边缘处以将驱动信号供应至栅极线。在此处，栅极驱动PCB可以形成在薄膜晶体管衬底上而非形成在单独的PCB上。显示面板3210是由被设置在其上侧和下侧处的盖3240、3280所固定，且被设置在显示面板3210的下侧处的盖3280可以结合至背光单元。

将光供应至显示面板3210的背光单元包括其上侧处部分敞开的下盖3270、设置在下盖3270内侧的一侧处的光源模块，以及设置成平行于光源并且将点状光转换为片状光的导光板3250。另外，根据此实施例的背光单元可以进一步包括设置在导光板3250上以传播并且收集光的光学片3230，以及设置在导光板3250的下侧处并且将沿导光板3250的向下方向行进的光朝显示面板3210反射的反射片3260。

光源模块包括衬底3220以及以恒定间隔布置在衬底3220的一个表面上的多个发光二极管3110。可以使用能够支撑发光二极管3110并且电连接至其的任何衬底作为衬底3220，而没有任何限制。例如，衬底3220可以包括印刷电路板。发光二极管3110可以包括根据上述示例性实施例的发光二极管芯片中的至少一个。发射自光源模块的光进入导光板3250并且通过光学片3230供应至显示面板3210。导光板3250和光学片3230将发射自发光二极管3110的点状光转换为片状光。

以此方式，根据实施例的发光二极管芯片可以被应用于边缘型显示器，如根据此实施例的显示器这样。

图13是应用有根据本发明的一个示例性实施例的发光二极管芯片的前灯的一个实施例的剖面图。

参考图13，根据此实施例的前灯包括灯体4070、衬底4020、发光二极管芯片4010以及覆盖透镜4050。前灯可以进一步包括散热单元4030、支撑支架4060和连接构件4040。

衬底4020是由支撑支架4060固定并且被设置在灯体4070上方。可以使用能够支撑发光二极管芯片4010的任何构件作为衬底4020，而没有任何限制。例如，衬底4020可以包括具有导电图案的衬底，诸如印刷电路板。发光二极管芯片4010被设置在衬底4020上并且可以由衬底4020支撑和固定。另外，发光二极管芯片4010可以通过衬底4020的导电图案电连接至外部电源。另外，发光二极管芯片4010可以包括根据上述示例性实施例的发光二极管芯片中的至少一个。

覆盖透镜4050被设置在发射自发光二极管芯片4010的光的路径上。例如，如图中所示，覆盖透镜4050可以通过连接构件4040与发光二极管芯片4010分隔开并且可以被设置在发射自发光二极管芯片4010的光的供应方向上。通过覆盖透镜4050，可以调整由前灯发射的光的定向角和/或颜色。另一方面，连接构件4040被设置成将覆盖透镜4050固定至衬底4020，同时包围发光二极管芯片4010，且因此可以用作提供发光路径4045的光导。连接构件404可以由反光材料形成或上面涂布有反光材料。另一方面，散热单元4030可以包括散热鳍片4031和/或散热风扇4033，并且消散发光二极管芯片4010运行时产生的热。

以此方式，根据示例性实施例的发光二极管芯片可以被应用于前灯，尤其是车辆的前灯，如根据此实施例的前灯这样。

虽然本文已经描述了某些示例性实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，这些实施例仅仅是通过说明方式给定，且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可做出各种修改、改变和更改。因此，本发明的范围应当仅仅是由随附权利要求书和其等效物限制。