一种发光角度可控的LED倒装芯片及其电子设备的制作方法

本发明涉及半导体光电芯片技术领域，尤其涉及一种发光角度可控的LED倒装芯片。

背景技术：

通常，发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种能将电转化为光的半导体电子元件，可广泛用于显示器、汽车灯、通用照明等领域。现有LED芯片，特别是倒装芯片，如图1和图2所示，一般由衬底5a起自上至下依次层状叠加的设置有N型层4a、发光层3a和P型层2a，并在P型层2a上设有P电极1a，N型层4a上设有N电极6a，发光时光线直接从平整的衬底5a背面出射，光线在衬底5a与空气截面处发生折射，出光角度较小。而在一些特定的客户端应用中，LED要求具有广泛的发光角度；例如，在手机背光应用领域中，由于芯片出光角度小，难以达到背光的均匀性。

当前增加LED发光角度的方法有很多，最常见的方式是在芯片表面添加透镜或者二次光学，随着透镜或二次光学的引入，LED封装的体积就会增加。而在某些应用场合，如手机背光应用领域中，LED的体积是有严格限制的，在不引入透镜或二次光学的前提下，如何增大LED的发光角度是解决问题的关键；在另外一些应用领域中，又会存在需减小芯片发光角度的需求。

因此，在控制LED封装体积较小的情况下，实现出光角度的改变是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明通过激光烧蚀倒装芯片的衬底，在衬底表面形成单个或多个陈列排布的凹槽，当光线经过衬底表面的凹槽向空气传播时，因发生折射现象进而改变出光角度的，提供一种通过折射即可实现出光角度改变的发光角度可控的LED倒装芯片及其电子设备。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种发光角度可控的LED倒装芯片，包括衬底、N型层、发光层和P型层，由衬底起自上至下依次层状叠加的设置有N型层、发光层和P型层，并在P型层上设有p电极，在N型层上设有N电极；所述衬底的背部表面形成单个、或多个大小及形状一致且采用阵列排布的、通过折射实现出光角度可控改变的塑形凹陷槽。

进一步地，所述塑形凹陷槽在衬底上的剖面形状为V形、弧形、半圆形或梯形结构。

进一步地，所述塑形凹陷槽在衬底上的开口形状为圆形、椭圆形或方形。

进一步地，所述衬底的背部形成具有单个剖面形状为V形、弧形、半圆形或梯形的塑形凹陷槽，该单个塑形凹陷槽的深度为H1，所述衬底的厚度为H2，该单个塑形凹陷槽的深度与衬底的厚度比值范围为H1∶H2＝1/3～2/3。

进一步地，所述塑形凹陷槽的开口尺寸面积为衬底背面表面总面积的1/2～4/5。

进一步地，所述塑形凹陷槽为单个剖面形状为V形的槽体，且该剖面形状为V形的塑形凹陷槽在衬底上的开口形状为圆形，且该塑形凹陷槽具有第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁与衬底表面的夹角为β，第二侧壁与衬底表面的夹角为α，夹角α和夹角β的角度范围为30～60°。

进一步地，所述夹角α与夹角β的角度值相等，第一侧壁和第二侧壁对称设置。

进一步地，所述夹角α与夹角β不等时，所述第一侧壁或第二侧壁的出光角度向夹角α和夹角β中角度小的夹角对应的侧壁方向偏斜。

进一步地，所述衬底的背部形成多个采用阵列排布且每个剖面形状为V形、弧形、半圆形或梯形的塑形凹陷槽，多个塑形凹陷槽呈连续或间断排布；多个塑形凹陷槽呈间断排布时相邻的两个塑形凹陷槽之间的衬底背部表面上具有未激光烧蚀的平台；多个塑形凹陷槽呈连续排布时相邻的两个塑形凹陷槽在衬底上的开口相连。

进一步地，所述衬底的背部形成具有单个剖面形状为梯形的塑形凹陷槽，该单个梯形的塑形凹陷槽的深度为H1，所述衬底的厚度为H2，该单个塑形凹陷槽的深度与衬底的厚度比值范围为H1∶H2＝1/3～2/3。

进一步地，所述剖面形状为梯形的塑形凹陷槽在衬底上的开口形状为圆形，且该梯形的塑形凹陷槽具有第一侧壁、第二侧壁和底面，所述第一侧壁与衬底表面的夹角为β’，第二侧壁与衬底表面的夹角为α’，夹角α’和夹角β’的角度范围为30～60°。

进一步地，所述第一侧壁包括第一直段和第一弧形段，第二侧壁包括第二直段和第二弧形段。

进一步地，所述第一直段与第二直段关于底面中心线对称设置，第一弧形段与第二弧形段关于底面中心线对称设置。

一种电子设备，该电子设备中设有手机背光模块、背光板装置或电子显示屏装置，该手机背光模块、背光板装置或电子显示屏装置均采用上述的一种发光角度可控的LED倒装芯片。

本发明的有益效果是：

本发明衬底的背部表面采用激光烧蚀形成单个或多个大小及形状一致且采用阵列排布的通过折射实现出光角度可控改变的塑形凹陷槽，该塑形凹陷槽在衬底上的剖面形状为V形、弧形、半圆形或梯形结构，对应的塑形凹陷槽在衬底上的开口形状为圆形、椭圆形或方形。

这样，通过激光烧蚀倒装芯片的衬底，在衬底表面形成单个或陈列排布的凹陷槽，此凹陷槽与蓝宝石衬底平面呈一定的角度，当光线经过蓝宝石衬底表面的凹陷槽时，向空气传播时，会发生折射现象，进而实现改变出光角度，实现增大或减小倒装芯片的发光角度，满足不同客户端应用的需求。

【附图说明】

图1为现有技术中LED倒装芯片的结构示意图；

图2为现有技术中LED倒装芯片的衬底光出射时的放大示意图；

图3为本发明实施例一中单个塑形凹陷槽的V形剖面结构示意图；

图4为本发明实施例一中V形塑形凹陷槽的剖面出光示意图；

图5为本发明实施例一中俯视结构示意图；

图6为本发明实施例二中塑形凹陷槽的圆弧形剖面结构示意图；

图7为本发明实施例三中多个V形塑形凹陷槽相连的俯视结构示意图；

图8为本发明实施例三中多个V形塑形凹陷槽相连分布的剖面结构示意图；

图9为本发明实施例四中多个V形塑形凹陷槽间隔分布的俯视结构示意图；

图10为本发明实施例四中多个V形塑形凹陷槽间隔分布的剖面结构示意图；

图11为本发明实施例五中单个梯形塑形凹陷槽的剖面结构示意图；

图12是图11中的A部放大结构示意图；

图13是图11中的B部放大结构示意图；

图14为本发明实施例五中单个梯形塑形凹陷槽的俯视结构示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。

实施例一

一种发光角度可控的LED倒装芯片，应用于手机背光模块、背光板装置或电子显示屏装置等电子设备中，该电子设备中设有，如图3至图5，包括衬底5、N型层4、发光层3和P型层2，由衬底5起自上至下依次层状叠加的设置有N型层4、发光层3和P型层2，并在P型层2上设有P电极1，在N型层4上设有N电极6，发光时光线直接从平整的衬底5背面出射；在衬底5的背部表面采用激光烧蚀形成单个剖面形状为V形通过折射实现出光角度可控改变的塑形凹陷槽7。

继续如图1至图3，该单个塑形凹陷槽7的深度为H1，衬底的厚度为H2，该单个塑形凹陷槽7的深度与衬底5的厚度比值范围为H1∶H2＝1/3～2/3，单个塑形凹陷槽7的开口尺寸面为衬5底背面表面总面积的1/2～4/5；

且该剖面形状为V形的塑形凹陷槽7在衬底5上的开口形状为圆形，且该塑形凹陷槽具有第一侧壁71和第二侧壁72，所述第一侧壁71与衬底表面的夹角为β，第二侧壁72与衬底5表面的夹角为α，夹角α和夹角β的角度范围为30～60°；如此能够保证合适的侧壁坡度，进而控制出光角度在合适的范围。

其中，优选H1：H2比值为1/2，优选凹陷槽的开口尺寸面为衬底背面表面总面积的为2/3，优选夹角α和夹角β的角度均为45°。当然，在具体实施中，夹角α和夹角β的角度可相等，当夹角α与夹角β的角度值相等时，第一侧壁71和第二侧壁72对称设置，用于有效增大倒装芯片的发光角度。当夹角α与夹角β不等时，所述第一侧壁71或第二侧壁72的出光角度向夹角α和夹角β中角度小的夹角对应的侧壁方向偏斜。例如，当夹角α小于夹角β时，使得整体出光角度向第二侧壁72方向倾斜，使得出光角度具有一定的方向性，从而可增加出光角度。

另外，第一侧壁71和第二侧壁72分别与衬底5背面的底边夹角处也可采用圆滑倒角设置。

实施例二

如图6所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，该剖面形状为圆弧形的塑形凹陷槽7，塑形凹陷槽7在衬底5上的开口形状也为圆形，且该塑形凹陷槽7具有的第一侧壁71和第二侧壁72为圆弧形；其他结构与实施例一相似，在此不做过多赘述。

实施例三

如图7和图8所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，在衬底5的背部表面采用激光烧蚀形成多个大小及形状一致且采用阵列排布的通过折射实现出光角度可控改变的塑形凹陷槽7，且每个塑形凹陷槽7在衬底5上的剖面形状为V形，多个塑形凹陷槽7呈连续排布，相邻的两个塑形凹陷槽7在衬底5上的开口相连。

实施例四

如图9和图10所示，本实施例与实施例三的不同之处在于，在衬底5的背部表面也采用激光烧蚀形成多个大小及形状一致且采用阵列排布的通过折射实现出光角度可控改变的塑形凹陷槽7，每个塑形凹陷槽7在衬底5上的剖面形状为V形，多个塑形凹陷槽7呈间断排布，相邻的两个塑形凹陷槽7之间的衬底5背部表面上具有未激光烧蚀的平台8。

实施例五

如图11和图14所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，在衬底5的背部表面采用激光烧蚀形成单个剖面形状为梯形的塑形凹陷槽7’，该单个梯形的塑形凹陷槽7’的深度为H1，所述衬底的厚度为H2，该单个塑形凹陷槽的深度与衬底的厚度比值范围为H1∶H2＝1/3～2/3，且该剖面形状为梯形的塑形凹陷槽在衬底上的开口形状为圆形，且该梯形的塑形凹陷槽具有第一侧壁71’、第二侧壁72’和底面73，第一侧壁71’与衬底5表面的夹角为β’，第二侧壁72’与衬底5表面的夹角为α’，夹角α’和夹角β’的角度范围为30～60°。第一侧壁71’包括第一直段710和第一弧形段711，第二侧壁72’包括第二直段720和第二弧形段721。

其中，第一直段710与第二直段720关于底面73中心线对称设置，第一弧形段与第二弧形段优选的采用圆弧倒角，第一弧形，711与第二弧形段711关于底面73中心线对称设置；当光线穿过衬底5和底面73向上透出时，光线在第一侧壁71’和第二侧壁72’处发生折射，从而可减小出光角度。

以上实施例中，在衬底5上制作N型半导体层和P型半导体层，形成LED晶圆；其中，衬底5为蓝宝石衬底，N型半导体层为N型氮化镓层，P型半导体层为P型氮化镓层。

加工时，由于激光烧蚀技术具有超快激光脉冲，持续时间极短；在纳秒、皮秒甚至是飞秒级别，将适度的激光能量作用在材料表面，通过打断材料的化学键而实现材料去除的目的。在这个过程中，激光能量还来不及向加工范围周围传递，加工过程便已经结束。因此产生的热量几乎可以忽略不计，材料不会产生热损伤。这种技术尤其适合蓝宝石、玻璃、陶瓷等薄脆性非金属的精密加工。

在衬底5表面，将激光脉冲通过光学系统聚焦成一个极小的光斑，从而获得极高的能量密度和极高的温度，导致材料被瞬时急剧熔化和气化，在工件表面直接形成塑形凹陷槽7。

加工过程中，通过调节激光脉冲的能量、焦距和间距等参数，可改变塑形凹陷槽7的角度及阵列排布方式。当LED激发出的光源，经过衬底5表面的塑形凹陷槽7时，直接通过界面折射即可实现出光角度的改变；至此，完成LED倒装芯片的塑形衬底凹槽的加工制造。

采用激光脉冲的方法，在LED衬底表面形成塑形衬底凹槽，无需引入新的反射材料，直接通过折射即可实现出光角度的改变。加工简单方便，实现增大或减小倒装芯片的发光角度，满足不同客户端应用的需求。

以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，除了具体实施例中列举的情况外；凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。