发光二极管和其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发光二极管和其应用，并且更具体地说，涉及一种具有改良的光束角的倒装芯片型发光二极管和其应用。
【背景技术】
[0002]已开发氮化镓(GaN)类发光二极管，且GaN类LED已经广泛地用于各种应用中，包括全色LED显示器、LED交通标志牌、背光单元、照明装置等等。
[0003]—般来说，氮化镓类发光二极管通过使外延层在例如蓝宝石衬底等衬底上生长来形成，并且包含N型半导体层、P型半导体层以及插入其间的作用层。另一方面，将N-电极衬垫形成于N型半导体层上并且将P-电极衬垫形成于P型半导体层上。发光二极管通过电极衬垫电连接到外部电源并由此进行操作。这里，电流通过半导体层从P-电极衬垫流动到N-电极衬垫。
[0004]另一方面，倒装芯片型发光二极管用于防止P-电极衬垫的光损失，同时提高热耗散效率。倒装芯片型发光二极管发光穿过生长衬底，并因此相比于发光穿过其外延层的垂直型发光二极管，可以减少P-电极衬垫的光损失。此外，侧向型发光二极管被配置成将热通过例如蓝宝石衬底等生长衬底排放并因此具有低的热耗散效率。相反，倒装芯片型发光二极管通过电极衬垫排放热并因此具有高的热耗散效率。
[0005]此外，垂直型发光二极管通过从外延层去除例如蓝宝石衬底等生长衬底来构造以提高光提取效率。具体地说，垂直型发光二极管可以通过将半导体层的暴露的表面纹理化来防止光因全内反射而损失。
[0006]另一方面，在特定应用中，具体地说，在需要光照射在如背光单元或薄片照明设备中的广泛区域上的应用中，光束角是一个重要的问题。
[0007]—般来说，常规的倒装芯片型发光二极管具有约120°的光束角，并且典型的垂直型发光二极管因表面纹理化而具有小于约120°的光束角。因此，在现有技术中，使用模制构件或另外的二级透镜来在封装级下增加光束角。
[0008]另一方面，例如LED荧光灯等照明设备可能需要根据方向具有不同光束角的LED。当多个LED安装在细长荧光灯形状的照明设备内部时，LED宜在与荧光灯的纵向方向正交的方向上具有大的光束角。
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]本发明的实施例提供一种适合于背光单元或薄片照明设备的倒装芯片型发光二极管以及其应用。
[0011]本发明的实施例提供一种通过改善反射率而提高光提取效率的倒装芯片型发光二极管。
[0012]本发明的实施例提供一种具有提高的电流扩展性能的倒装芯片型发光二极管。
[0013]本发明的实施例提供一种根据方向具有不同光束角的发光二极管以及包括所述发光二极管的照明设备。
[0014]本发明的实施例提供一种具有提高的发光效率的倒装芯片型发光二极管以及包括所述发光二极管的照明设备。
[0015]技术解决方案
[0016]根据本发明的一个方面，发光二极管包含:透明衬底，具有第一表面、第二表面以及将所述第一表面与所述第二表面连接的侧表面；第一导电型半导体层，置于所述透明衬底的第一表面上；第二导电型半导体层，置于所述第一导电型半导体层上；作用层，放置于所述第一导电型半导体层与所述第二导电型半导体层之间；第一衬垫，电连接到所述第一导电型半导体层；以及第二衬垫，电连接到所述第二导电型半导体层。此外，在作用层中产生的光经由透明衬底的第二表面穿过透明衬底放出。此外，发光二极管在其至少一个轴向方向上具有140°或超过140°的光束角。
[0017]不同于典型的发光二极管，根据本发明的实施例的发光二极管在未使用透镜形状的模制构件或二级透镜下具有140°或超过140°的相对较宽的光束角。因此，根据本发明的实施例的发光二极管适合于包含薄片照明设备在内的照明设备。根据本发明的实施例的发光二极管可以不用另一包装工艺而直接用于各种应用。此外，发光二极管可在无二级透镜下使用，或可在二级透镜耦接后连同一起使用。
[0018]在一些实施例中，发光二极管可还包含覆盖透明衬底的第二表面的保形涂层。穿过第二表面发射的光穿过保形涂层放出。保形涂层可以含有磷光体并因此可以将作用层中产生的至少一部分光的波长转换。
[0019]透明衬底与保形涂层的总厚度可以在225微米到600微米范围内。此外，透明衬底的厚度可以是150微米到400微米。此外，保形涂层的厚度可以是20微米到200微米。
[0020]在一些实施例中，透明衬底的厚度可以是225微米到400微米。因为透明衬底具有225微米到400微米的厚度，所以可以提供一种无论是否存在保形涂层，都具有140°或超过140°的光束角的倒装芯片型发光二极管。如果透明衬底的厚度超出400微米，那么难以将衬底分割成个别的发光二极管芯片。
[0021]发光二极管可以在第一导电型半导体层上包含多个彼此分隔开的凸台。每一凸台包含作用层和第二导电型半导体层。
[0022]发光二极管可以还包含:反射电极，分别置于所述多个凸台上并与所述第二导电型半导体层形成欧姆接触；以及电流扩展层，覆盖所述多个凸台和所述第一导电型半导体层并具有分别置于所述多个凸台的上部区域中同时使所述反射电极暴露的开口，所述电流扩展层与第一导电型半导体层形成欧姆接触并与多个凸台隔绝。通过所述开口，第一衬垫可以电连接到电流扩展层并且第二衬垫可以电连接到反射电极。
[0023]因为电流扩展层覆盖多个凸台和第一导电型半导体层，所以发光二极管通过电流扩展层具有提高的电流扩展性能。
[0024]第一导电型半导体层可以为连续的。此外，多个凸台可以具有在一个方向上延伸的细长形状并可以彼此平行安置。电流扩展层的开口可以被放置成偏向多个凸台的同一末端。因此，可以容易地形成将通过电流扩展层的开口暴露的反射电极彼此连接的衬垫。
[0025]电流扩展层可以包含例如Al等反射金属。在此结构下，除反射电极的光反射外，可以通过电流扩展层提供光反射，从而由此可以反射穿过多个凸台的侧壁和第一导电型半导体层的光。
[0026]另一方面，每一反射电极可以包含反射金属层和阻挡金属层。此外，阻挡金属层可以覆盖反射金属层的上表面和侧表面。在此结构下，可以通过防止反射金属层暴露于外部，来防止反射金属层退化。
[0027]发光二极管可以还包含:上部绝缘层，覆盖所述电流扩展层的至少一部分并包含使所述反射电极暴露的开口 ；以及第二衬垫，置于所述上部绝缘层上并电连接到通过上部绝缘层的开口暴露的反射电极。
[0028]第一衬垫和第二衬垫可以具有相同形状和相同尺寸，由此有助于倒装芯片粘结。
[0029]发光二极管可以还包含下部绝缘层，所述下部绝缘层置于多个凸台与电流扩展层之间并将电流扩展层与多个凸台隔绝。下部绝缘层可以包含开口，所述开口分别置于凸台的上部区域中并使反射电极暴露。
[0030]此外，电流扩展层的每一开口可以具有比下部绝缘层的开口大的宽度，从而允许下部绝缘层的对应开口通过其被完全地暴露。也就是说，电流扩展层的侧壁可以置于下部绝缘层上。此外，发光二极管可以还包含上部绝缘层，所述上部绝缘层覆盖电流扩展层的至少一部分并包含使反射电极暴露的开口。上部绝缘层可以覆盖电流扩展层的开口的侧壁。
[0031]下部绝缘层可以是反射介电层，例如分布式布拉格反射器(DBR)。
[0032]根据本发明的另一个方面，发光二极管包含:透明衬底，具有第一表面、第二表面以及将所述第一表面与所述第二表面连接的侧表面；第一导电型半导体层，置于所述透明衬底的第一表面上；第二导电型半导体层，置于所述第一导电型半导体层上；作用层，放置于所述第一导电型半导体层与所述第二导电型半导体层之间；第一衬垫，电连接到所述第一导电型半导体层；以及第二衬垫，电连接到所述第二导电型半导体层。此外，在作用层中产生的光经由透明衬底的第二表面穿过透明衬底放出，并且透明衬底具有225 μ m到400微米的厚度。
[0033]根据本发明的另一个方面，发光二极管包含:透明衬底，具有第一表面、第二表面以及将所述第一表面与所述第二表面连接的侧表面；第一导电型半导体层，置于所述透明衬底的第一表面上；第二导电型半导体层，置于所述第一导电型半导体层上；作用层，置于所述第一导电型半导体层与所述第二导电型半导体层之间；第一衬垫，电连接到所述第一导电型半导体层；第二衬垫，电连接到所述第二导电型半导体层；以及覆盖透明衬底的保形涂层。此外，在作用层中产生的光穿过保形涂层放出，并且透明衬底与保形涂层的总厚度可以在225微米到600微米范围内。
[0034]此外，透明衬底的厚度可以是150微米到400微米。此外，保形涂层的厚度可以是20微米到200微米。
[0035]根据本发明的又一个方面，照明模块包含多个发光二极管，至少一个所述发光二极管包含:透明衬底，具有第一表面、第二表面以及将所述第一表面与所述第二表面连接的侧表面；第一导电型半导体层，置于所述透明衬底的第一表面上；第二导电型半导体层，置于所述第一导电型半导体层上；作用层，置于所述第一导电型半导体层与所述第二导电型半导体层之间；第一衬垫，电连接到所述第一导电型半导体层；以及第二衬垫，电连接到所述第二导电型半导体层。此外，在作用层中产生的光经由透明衬底的第二表面穿过透明衬底放出。此外，至少一个发光二极管在其至少一个轴向方向上具有140°或超过140°的光束角。
[0036]透明衬底具有225微米到400微米的厚度。
[0037]至少一个发光二极管可还包含覆盖透明衬底的第二表面的保形涂层。透明衬底与保形涂层的总厚度可以在225微米到600微米范围内。这里，保形涂层的厚度可以是20微米到200微米。
[0038]根据本发明的又一个方面，提供一种包含所述照明模块的照明设备。所述照明模块包含多个发光二极管，至少一个所述发光二极管具有与上述相同的结构。
[0039]根据本发明的又一个方面，背光单元包含多个发光二极管，至少一个所述发光二极管包含:透明衬底，具有第一表面、第二表面以及将所述第一表面与所述第二表面连接的侧表面；第一导电型半导体层，置于所述透明衬底的第一表面上；第二导电型半导体层，置于所述第一导电型半导体层上；作用层，置于所述第一导电型半导体层与所述第二导电型半导体层之间；第一衬垫，电连接到所述第一导电型半导体层；以及第二衬垫，电连接到所述第二导电型半导体层。此外，在作用层中产生的光经由透明衬底的第二表面穿过透明衬底放出。此外，至少一个发光二极管在其至少一个轴向方向上具有140°或超过140°的光束角。
[0040]透明衬底可以具有225微米到400微米的厚度。
[0041]至少一个发光二极管可以还包含覆盖透明衬底的第二表面的保形涂层，并且透明衬底与保形涂层的总厚度可以在225微米到600微米范围内。此外，保形涂层的厚度可以是20微米到200微米。
[0042]根据本发明的又一个方面，发光二极管包含:透明衬底，具有第一表面、第二表面以及将所述第一表面与所述第二表面连接的侧表面；第一导电型半导体层，置于所述透明衬底的第一表面上；第二导电型半导体层，置于所述第一导电型半导体层上；作用层，置于所述第一导电型半导体层与所述第二导电型半导体层之间；第一衬垫，电连接到所述第一导电型半导体层；以及第二衬垫，电连接到所述第二导电型半导体层。此外，在作用层中产生的光经由透明衬底的第二表面穿过透明衬底放出，并且透明衬底具有包含至少一个锐角的多边形形状。
[0043]因为靠近锐角部分放出的光的量增加，所以发光二极管具有提高的光提取效率并允许其光束角进行调节。因此，可以提供根据方向具有不同光束角的发光二极管。
[0044]透明衬底可以具有100微米到400微米的厚度。此外，包含至少一个锐角的多边形形状可以是三角形形状、平行四边形形状或五边形形状。此外，透明衬底可以是蓝宝石衬底。此外，透明衬底可以具有平行四边形并且透明衬底的侧表面可以由一组m型平面构成。因为透明衬底的侧表面由此群m型平面构成，所以可以沿着此群m型平面的晶体平面进行晶片划线，由此防止在衬底分成个别的发光二极管期间发生例如碎裂等破坏。
[0045]发光二极管可以还包含置于第二导电型半导体层上并反射作用层中产生的光的反射电极。发光二极管允许光被反射电极反射，由此提高了发光效率。
[0046]另一方面，作用层和第二导电型半导体层可以限制性地置于第一导电型半导体层的上部区域内，使得第一导电型半导体层的上表面沿着衬底的边缘暴露。
[0047]发光二极