發光二極體晶片及其製造方法以及包括其的液晶顯示器件的製作方法
2023-04-23 01:52:11 1
專利名稱：發光二極體晶片及其製造方法以及包括其的液晶顯示器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體(LED)，特別是涉及一種背光單元的發光二極體(LED)晶片及其製造方法，以及包括該晶片的液晶顯示(LCD)器件。
背景技術：
發光二極體(LED)由於其小尺寸、低功耗和高可靠性而被廣泛用作光源。
LED由III-V半導體化合物形成。通常，發出紅、綠和黃光的LED由包括作為V族的元素的砷化物(As)和磷化物(P)的III-V半導體化合物形成，例如砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷化鎵鋁(GaAlP)、磷化鎵(GaP)或磷化鋁鎵銦(InGaAlP)。發出綠或藍光的LED由包括氮化鎵(GaN)的III-V半導體化合物形成。
圖1示出了根據相關技術的LED晶片的示意圖。
在圖1中，LED晶片37包括襯底21、緩衝層23、n型半導體層25、發光層27以及p型半導體層29。LED晶片37還包括n型電極35、p型電極33以及透明電極31。n型電極35設置在n型半導體層25的上面，並通過部分去除p型半導體層29、發光層27和n型半導體層25被暴露。透明電極31設置在p型半導體層29上，並且p型電極33形成在透明電極31上。n型電極35和p型電極33分別將載流子提供到n型半導體層25和p型半導體層29。
當正向偏壓施加到n型電極35和p型電極33時，電子和空穴經由n型半導體層25和p型半導體層29傳輸到發光層27中，並且電子與空穴複合，從而發光。
包括LED晶片37的LED燈被廣泛用作戶外廣告公告牌或液晶顯示(LCD)器件，這些器件不是自發光的並且需要額外光源。
從LED晶片37發出的光是包括各種偏振光的自然光，其具有不同的電場振動面。
然而，在例如LCD器件的採用偏振光的器件中，需要偏振器，並且從LED晶片37發出的光僅有約50％通過偏振器。此外，通過偏振器的光當通過例如液晶層或絕緣層的其它層時，被部分吸收或反射。因此，存在光損失並且器件的亮度不高。為了提高器件的亮度，就需要增加功耗。
發明內容
因此，本發明涉及一種背光單元的發光二極體晶片及其製造方法以及包括該晶片的液晶顯示器件，能夠基本上克服因相關技術的局限和缺點帶來的一個或多個問題。
本發明的附加優點和特徵將在後面的描述中得以闡明，通過以下描述，將使它們對於本領域普通技術人員在某種程度上顯而易見，或者可通過實踐本發明來認識它們。本發明的這些和其他優點可通過書面描述及其權利要求以及附圖中具體指出的結構來實現和得到。
本發明的一個優點是提供了一種發出預定偏振光的發光二極體晶片及其製造方法。
本發明的另一個優點是提供了一種包括發光二極體的液晶顯示(LCD)器件，其能夠提高光效率並具有低功耗和高亮度。
在第一個方面，一種發光二極體晶片包括襯底，襯底上的緩衝層，緩衝層上的第一半導體層，第一半導體層上的發光層，發光層上的第二半導體層，其中通過第二半導體層和發光層部分地暴露出第一半導體層，在暴露出的第一半導體層上的第一電極，以及第二半導體層上具有格狀的第二電極。
在第二個方面，一種發光二極體晶片的製造方法包括在襯底上形成緩衝層，在緩衝層上形成第一半導體層，在第一半導體層上形成發光層，在發光層上形成第二半導體層，選擇性地去除第二半導體層和發光層從而部分地暴露出第一半導體層，在暴露出的第一半導體層上形成第一電極，以及在第二半導體層上形成具有格狀的第二電極。
在第三個方面，一種液晶顯示器件包括底蓋；底蓋上面的背光單元，所述背光單元包括印刷電路板、印刷電路板上的發光二極體燈、以及發光二極體燈上的光學片，其中各發光二極體燈具有發光二極體晶片，所述發光二極體晶片包括襯底，襯底上的緩衝層，緩衝層上的第一半導體層，第一半導體層上的發光層，發光層上的第二半導體層，其中通過第二半導體層和發光層部分地暴露出第一半導體層，在暴露出的第一半導體層上的第一電極，以及第二半導體層上具有格狀的第二電極；構成背光單元的邊緣的主架；背光單元上面的液晶面板，所述液晶面板包括第一和第二基板以及夾在第一和第二基板之間的液晶層；以及連接到主架和底蓋並覆蓋液晶面板的正面邊緣的頂蓋。
應該理解，上面的概括性描述和下面的詳細描述都是示意性和解釋性的，意欲對本發明的權利要求提供進一步的解釋。
本申請所包括的附圖用於提供對本發明的進一步理解，並且包括在該申請中並且作為本申請的一部分，示出了本發明的實施方式並且連同說明書一起用於解釋本發明的原理。附圖中圖1示出了根據相關技術的LED晶片的示意圖；圖2A示出了根據本發明的LED燈的示意圖，並且圖2B示出了沿圖2A的線I I-II提取的截面圖；圖3示出了根據本發明示例性實施方式的LED晶片的示意圖；圖4示出了根據本發明示例性實施方式的LED晶片的截面圖；以及圖5示出了根據本發明包括LED背光單元的LCD器件的透視圖。
具體實施例方式
現在具體描述本發明的優選實施方式，它們的實施例示於附圖中。
圖2A示出了根據本發明的發光二極體(LED)燈的示意圖，並且圖2B示出了沿圖2A的線II-II提取的截面圖。
在圖2A和圖2B中，LED燈141包括設置在印刷電路板149上並具有開口的反射框架143。控制單元(未示出)形成在印刷電路板149上。LED晶片137設置在開口內，並且引線部分151夾在LED晶片137和印刷電路板149之間。磷光材料147覆蓋LED晶片137。透鏡145形成在磷光材料147和LED晶片137的上面，並且覆蓋反射框架143的開口。LED晶片137發出偏振光，並且透鏡145均勻地散射來自LED晶片137的光。
反射框架143由反射性能好的材料形成。當發光時，反射框架143釋放產生的高溫。印刷電路板149可以是能夠輻射熱量的金屬芯印刷電路板。LED燈141可以包括用紅、綠和藍色之一著色的透明樹脂。
當電壓施加到LED晶片137時，從LED晶片137發光。光入射到磷光材料147上並被透鏡145散射。如上所述，LED燈141的LED晶片137發射預定偏振光。
圖3示出了根據本發明示例性實施方式的LED晶片的示意圖。LED晶片可以具有基本上正方形的形狀。
在圖3中，LED晶片137包括順序設置在襯底121的第一表面上的緩衝層123、第一半導體層125、發光層127、第二半導體層129以及透明電極131。LED晶片137還包括第一電極135和第二電極133。反射層139形成在襯底121的第二表面上。
部分去除第二半導體層129和發光層127，從而暴露第一半導體層125。也可以部分去除第一半導體層125。第一電極135設置在暴露的第一半導體層125上。第二電極133設置在透明電極131上。第二電極133具有包括平行線的格狀。因此，由于格狀第二電極133，從LED晶片137發出的光被偏振。
下面將描述根據本發明的LED晶片的製造方法。LED晶片137可以是氮化鎵基(gallium nitride-based)的。
在襯底121上形成緩衝層123。襯底121可以由例如藍寶石或碳化矽(SiC)的絕緣材料形成。緩衝層123使位錯最小並控制缺陷的傳播。緩衝層123可以通過低溫生長方法來形成。緩衝層123可以包括氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlGaN)和氮化銦鎵(InGaN)之一。例如，緩衝層123可以通過使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)方法、分子束外延(MBE)方法和氣相外延(VPE)方法之一由氮化鎵(GaN)形成。
在緩衝層123上形成第一半導體層125。第一半導體層125可以是n型的並且可以由例如矽摻雜氮化鎵(GaN:Si)形成。
在第一半導體層125上形成發光層127。發光層127可以由氮化銦鎵/氮化鋁鎵(InGaN/AlGaN)、氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)和氮化鎵/氮化鋁鎵(GaN/AlGaN)之一形成。InGaN/AlGaN或GaN/AlGaN的發光層127發出紫外(UV)光，其中為了提供光效率，可以在發光層127上進一步形成鎂摻雜的氮化鋁鎵(AlGaN:Mg)層。InGaN/GaN的發光層127發出藍光。
第二半導體層129可以是p型。第二半導體層129可以由例如鎂摻雜的氮化鎵(GaN:Mg)形成。
為了高效注射載流子，在第二半導體層129上形成透明電極131，並且可以也可以省略透明電極131。透明電極131沿第二半導體層129的水平方向均勻並高效地擴散載流子。透明電極131可以由超薄金屬層形成。例如，透明電極131可以由鎳和金(Ni/Au)形成。
通過幹刻法部分去除透明電極131、第二半導體層129、發光層127和第一半導體層125，從而暴露第一半導體層125。
在暴露的第一半導體層125上形成第一電極135。第一電極135可以由金屬材料形成，從而與第一半導體層125形成歐姆接觸。例如，第一電極135可以由鈦和鋁(Ti/Al)形成。
通過沉積金屬材料並隨後用例如光刻法的構圖方法選擇性地蝕刻該金屬材料而在透明電極131上形成格狀第二電極133。第二電極133可以由金屬材料形成，從而與第二半導體層129形成歐姆接觸。例如第二電極133可以由鎳和金(Ni/Au)形成。
在襯底121的與緩衝層123相對的表面上形成反射層139。反射層139可以通過濺射方法或蒸鍍方法由金屬材料形成。
圖4示出了根據本發明示例性實施方式的LED晶片的截面圖。圖4示出了LED晶片中光的行進。
當正向偏壓施加在第一電極135和第二電極133之間時，電子和空穴分別通過第一半導體層125和第二半導體層129被傳輸到發光層127中。電子和空穴在發光層127中複合，並且隨後發光。從發光層127發出的光是非偏振的並且包括偏振光，所述偏振光具有與格狀第二電極133的線平行或垂直的電場。
在此，具有與格狀第二電極133的線平行的電場的第一偏振光使電子沿線的長度移動。因為電子自由移動，當反射光時格狀第二電極133以與金屬表面相似的方式工作。因此，第一偏振光的一部分被吸收到格狀第二電極133中，並且第一偏振光的剩餘部分向入射方向反射。
同時，對於具有與格狀第二電極133的線垂直的電場的第二偏振光，電子不能穿越各線的寬度而移動很遠。因而，極少的能量被損失或反射，並且第二偏振光可以通過格狀第二電極133行進。
由格狀第二電極133反射的第一偏振光被反射層139再次反射，並且發射到格狀第二電極133。如果襯底121的厚度比第一偏振光的相干長度厚，所述相干長度是指從相干源到電磁波保持特定相干程度的點的傳播距離，那麼第一偏振光失去偏振特性。因而，通過襯底121併到達格狀第二電極133的第一偏振光的部分具有與格狀第二電極133的線垂直的電場，並通過格狀第二電極133。可選地，即使襯底121的厚度不比第一偏振光的相干長度厚，第一偏振光通過處理反射層139的表面或在反射層139的表面上形成不平坦而可以失去偏振特性。
因為全部第一偏振光在反射層139沒有發生反射，為了提高反射光的效率，在襯底121和反射層139之間可以形成λ/4板。λ/4板構成全反射條件，並且基本上可以反射來自格狀第二電極133的全部第一偏振光。
包括LED晶片的LED燈可以用作液晶顯示(LCD)器件的背光單元。
圖5示出了根據本發明包括LED背光單元的LCD器件的透視圖，並且LED背光單元向液晶面板提供偏振光。
在圖5中，背光單元161設置在液晶面板151的背面，並且矩形框架的主架171構成背光單元161和液晶面板151的邊緣。用於避免光損失的底蓋181在液晶面板151的背面與主架171結合，從而覆蓋背光單元161。頂蓋191連接到主架171和底蓋181，並且覆蓋液晶面板151的正面的邊緣。
液晶面板151產生圖像。液晶面板151包括彼此粘接的第一和第二基板(未示出)，其間夾有液晶層。液晶面板151在第一和第二基板之一上包括柵線、數據線、薄膜電晶體、和液晶電容。數據和柵驅動集成電路153和155分別粘接到液晶面板151的相鄰側面。柵驅動電路155通過柵線提供用於導通/截止薄膜電晶體的掃描信號。數據驅動集成電路153通過數據線向液晶電容提供各幀的圖像信號。雖然在圖中未具體示出，液晶面板151在外側還包括第一和第二偏振器。更具體的，第一偏振器可以設置在液晶面板151的第一基板和背光單元161之間。第二偏振器可以設置在液晶面板151的第二基板的外表面上。第一和第二偏振器具有彼此垂直的光軸。平行於光軸的線性偏振光透射通過第一和第二偏振器。
背光單元161向液晶面板161提供光。背光單元161包括多個金屬芯印刷電路板(MCPCB)149、多個LED燈141、反射片169、透明板165、和多個光學片157。
各MCPCB 149為條狀。MCPCB 149排列在底蓋181的內表面上並彼此間隔。多個LED燈141呈一條線設置在各MCPCB 149上。LED燈141可以是紅、綠和藍LED燈之一，並且紅、綠和藍LED燈141可以順序排列在各MCPCB 149上，由此混合紅、綠和藍光以產生白光。可選地，LED燈141可以是白LED燈。反射片169設置在底蓋181上。反射片169覆蓋多個MCPCB 149並且具有分別對應於多個LED燈141的多個通孔(未示出)。因而，多個LED燈141分別通過多個通孔突出。光學片157設置在LED燈141和反射片169的上面。光學片157可以包括稜鏡片和散射片。透明板165設置在多個LED燈141和光學片157之間。透明板165包括對應於各LED燈141的反射點163。
各LED燈141包括圖3所示的LED晶片，並且因而發出預定偏振光。如上所述，從LED燈141發出的偏振光與圖3的格狀第二電極133的線垂直。第一偏振器的光軸有益地設置為與格狀第二電極133的線垂直。基本上，從LED燈141發出的全部光通過第一偏振器。因此，光損失極少，並且光效率被提高為相關技術的約兩倍。
在本發明中，因為LED晶片發出偏振光，在包括具有LED晶片的背光單元的LCD器件中的光損失極少。此外，降低了功耗，並且提高了器件的亮度。
很明顯，本領域技術人員可在不背離本發明精神或範圍的基礎上對本發明的發光二極體晶片和液晶顯示器件做出修改和變化。因此，本發明意欲覆蓋落入本發明權利要求及其等效範圍內的各種修改和變化。
權利要求
1.一種發光二極體晶片，包括襯底；襯底上的緩衝層；緩衝層上的第一半導體層；第一半導體層上的發光層；發光層上的第二半導體層，其中通過第二半導體層和發光層部分地暴露出第一半導體層；在暴露出的第一半導體層上的第一電極；以及第二半導體層上具有格狀的第二電極。
2.根據權利要求1所述的發光二極體晶片，其特徵在於，所述第二電極包括線，並且發光二極體僅發出與所述線垂直的線性偏振光。
3.根據權利要求1所述的發光二極體晶片，其特徵在於，還包括在第二半導體層和第二電極之間的透明電極。
4.根據權利要求1所述的發光二極體晶片，其特徵在於，第一半導體層由矽摻雜氮化鎵形成，並且第二半導體層由鎂摻雜氮化鎵形成。
5.根據權利要求4所述的發光二極體晶片，其特徵在於，發光層由氮化銦鎵/氮化鎵形成。
6.根據權利要求4所述的發光二極體晶片，其特徵在於，發光層由氮化銦鎵/氮化鋁鎵和氮化鎵/氮化鋁鎵之一形成。
7.根據權利要求6所述的發光二極體晶片，其特徵在於，還包括在發光層和第二半導體層之間的鎂摻雜氮化鋁鎵層。
8.根據權利要求1所述的發光二極體晶片，其特徵在於，還包括在所述襯底的與緩衝層相對的一面的反射層。
9.根據權利要求1所述的發光二極體晶片，其特徵在於，所述襯底由藍寶石和碳化矽之一形成。
10.一種發光二極體晶片的製造方法，包括在襯底上形成緩衝層；在緩衝層上形成第一半導體層；在第一半導體層上形成發光層；在發光層上形成第二半導體層；選擇性地去除第二半導體層和發光層從而部分地暴露出第一半導體層；在暴露出的第一半導體層上形成第一電極；以及在第二半導體層上形成具有格狀的第二電極。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，還包括在第二半導體層和第二電極之間形成透明電極。
12.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，還包括在襯底的與緩衝層相對的一面上形成反射層。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，通過濺射方法和蒸鍍方法之一形成反射層。
14.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，通過沉積金屬層和用光刻法對金屬層構圖來形成第二電極。
15.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，通過金屬有機化學氣相沉積方法、分子束外延方法、和氣相外延方法之一來形成第一半導體層、發光層和第二半導體層。
16.一種液晶顯示器件，包括底蓋；底蓋上面的背光單元，所述背光單元包括印刷電路板、印刷電路板上的發光二極體燈、以及發光二極體燈上的光學片，其中各發光二極體燈具有發光二極體晶片，所述晶片包括襯底；襯底上的緩衝層；緩衝層上的第一半導體層；第一半導體層上的發光層；發光層上的第二半導體層，其中通過第二半導體層和發光層部分地暴露出第一半導體層；在暴露出的第一半導體層上的第一電極；以及第二半導體層上具有格狀的第二電極；構成背光單元的邊緣的主架；背光單元上面的液晶面板，所述液晶面板包括第一和第二基板以及夾在第一和第二基板之間的液晶層；以及連接到主架和底蓋並覆蓋液晶面板的正面邊緣的頂蓋。
17.根據權利要求16所述的器件，其特徵在於，液晶面板還包括在背光單元和第一基板之間的偏振器，其中所述偏振器具有與第二電極的線垂直的光軸。
18.根據權利要求16所述的器件，其特徵在於，各發光二極體燈還包括在印刷電路板上並具有開口的反射框架，覆蓋發光二極體晶片的磷光材料，以及磷光材料上面的透鏡，其中發光二極體晶片設置在開口內。
全文摘要
一種發光二極體晶片包括襯底，襯底上的緩衝層，緩衝層上的第一半導體層，第一半導體層上的發光層，發光層上的第二半導體層，其中通過第二半導體層和發光層部分地暴露出第一半導體層，在暴露出的第一半導體層上的第一電極，以及第二半導體層上具有格狀的第二電極。
文檔編號G02F1/13GK101079463SQ20071010374
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月22日 優先權日2006年5月23日
發明者金哲世, 蘇淮燮 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社