发光器件、其制作方法及具有其的显示面板与流程

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种发光器件、其制作方法及具有其的显示面板。

背景技术：

目前，发光器件的种类包括有led、lcd和oled等，为了能够应用于更多的工作环境，发光器件逐渐向微米级进行发展。然而，对于尺寸属于微米级的发光器件，存在受尺寸的限制无法对其进行封装的情况，导致发光器件的光提取率大幅度降低。

在现有的发光器件中，微型发光二级管(microlightemittingdiode，micro-led)作为新一代显示技术，相比于液晶显示器(liquidcrystaldisplay，lcd)、有机发光半导体(organiclightemittingdiode，oled)技术，其亮度更高、发光效率更好、同时具有低功耗和长寿命的性能。现有技术中将microled中的电极与驱动基板电连接，以形成显示面板，microled在驱动基板的作用下发出目标颜色的光。

目前，microled的根据材料的不同具有很多种类，对于铝镓铟磷(algainp)microled而言，其出光层的材料磷化镓与空气之间的折射率偏差较大，这两种介质之间的临界角为17°，若出光面为平面，且半导体内的光是各向同性的自发发射光，使绝大多数射向上表面的光发生全反射，被反射回器件内部，进一步导致发光器件的光提取率降低，光提取率大约仅为2％。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种发光器件、其制作方法及具有其的显示面板，旨在解决现有技术中发光器件的出光效率较低的问题。

一种发光器件，其包括：

发光单元，发光单元的一侧具有第一半导体层，第一半导体层具有第一粗糙面，第一粗糙面构成发光单元的出光面；

透明聚光层，透明聚光层覆盖至少部分第一粗糙面，且透明聚光层的折射率介于第一半导体层与空气之间。

在本发明中，通过使发光单元中作为发光层的第一半导体层具有第一粗糙面，能够使发光单元的出光面为第一粗糙面，从而增加了发光单元的出射光在界面处折射时入射角度的随机性，进而能够使得更多的光子出射到空气中，有效地避免了全反射；并且，通过将透明聚光层覆盖至少部分上述第一粗糙面，其折射率介于第一半导体层与空气之间，能够增加发光器件的光提取率。此外，上述透明聚光层可以看作是发光器件自带的封装体，从而解决了发光单元因尺寸过小而无法进行封装的问题。

可选地，上述透明聚光层具有远离第一粗糙面的第一表面，该第一表面相对于第一粗糙面突出设置。通过上述突出的第一表面能够实现对穿过光线起到聚光的作用，可以使上述第一表面为弧形面或部分球形表面。

可选地，上述第一表面在第一粗糙面上的投影与第一粗糙面重合。上述设置方式能够使透明聚光层完全覆盖于第一粗糙面上，从而能够使更多的出射光在第一表面发生折射，进而使更多的出射光能够聚集到发光单元的出光面上方，有效地提高了发光器件的光提取率。

可选地，上述发光器件还包括保护层，上述保护层至少部分覆盖于透明聚光层远离发光单元的一侧表面，且保护层的折射率小于透明聚光层的折射率。上述保护层能够在保证光线射出的同时保护透明聚光层免受外力挤压。

可选地，上述保护层的材料选自氧化硅、氮氧化硅和氟化钙中的任一种或多种。上述材料形成的保护层均具有小于透明聚光层的折射率，从而使来自透明聚光层光线能够更多地从保护层射出。

可选地，上述保护层远离透明聚光层的一侧具有第二粗糙面。通过使透明聚光层具有上述第二粗糙面，能够进一步增大光子出射到空气中的概率，从而进一步增强了发光器件的光提取率。

可选地，上述发光单元包括铝镓铟磷发光结构，第一半导体层包括磷化镓层。由于铝镓铟磷发光结构的出光层材料为磷化镓，其与空气之间的折射率偏差较大，这两种介质之间的临界角为17°，使绝大多数射向上表面的光发生全反射，被反射回芯片内部，导致芯片的光提取率降低，而本发明通过使第一半导体层具有第一粗糙面，同时在第一粗糙面上设置透明聚光层，有效地提高了发光器件的光提取率。

可选地，形成上述透明聚光层的材料选自光刻胶、氧化铝和氮化硅中的任一种或多种。上述材料能够使形成的透明聚光层在630nm处具有较高的透过率，同时，其折射率介于磷化镓与空气之间。

可选地，上述保护层的厚度为上述微刻蚀工艺用于将保护层30的表面形成为具有多个第二微结构，从而成为第二粗糙面301，上述第二微结构使第二粗糙面301构成具有波峰波谷的波浪面，通过使保护层满足上述厚度范围，能够使形成的第二粗糙面301的波峰与波谷之间具有较大的高度差，从而使保护层的第二粗糙面具有较大的粗糙度，进而使更多的光在经过第二粗糙面后出射到空气中。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种上述发光器件的制作方法，该制作方法包括以下步骤：

提供发光单元，发光单元的一侧具有第一半导体层，将第一半导体层的一侧表面形成第一粗糙面，第一粗糙面构成发光单元的出光面；

将透明聚光层覆盖于至少部分第一粗糙面，透明聚光层的折射率介于第一半导体层与空气之间。

在本发明中，由于将发光单元中第一半导体层的一侧表面形成第一粗糙面，且第一粗糙面构成发光单元的出光面，从而增加了发光单元的出射光在界面处折射时入射角度的随机性，进而能够使得更多的光子出射到空气中，有效地避免了全反射；并且，通过将透明聚光层覆盖至少部分上述第一粗糙面，其折射率介于第一半导体层与空气之间，能够增加发光器件的光提取率。此外，上述透明聚光层可以看作是发光器件自带的封装体，从而解决了发光单元因尺寸过小而无法进行封装的问题。

可选地，采用激光直写技术在所述第一粗糙面形成所述透明聚光层。激光直写技术利用强度可变的激光束对基片表面的抗蚀材料实施变剂量曝光，显影后在抗蚀材料表面形成所需的轮廓结构，采用激光直写技术形成上述透明聚光层不仅具有优异的工艺灵活性，还能够较高的制作精度。

可选地，在形成所述透明聚光层的步骤之后，所述制作方法还包括以下步骤：将保护层至少部分覆盖于所述透明聚光层远离所述发光单元的一侧表面，所述保护层的折射率小于所述透明聚光层的折射率。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种显示面板，包括驱动基板以及设置于该驱动基板上的上述发光器件。

在本发明中，显示面板具有设置于驱动基板上的发光单元，通过使发光单元中作为发光层的第一半导体层具有第一粗糙面，能够使发光单元的出光面为第一粗糙面，从而增加了发光单元的出射光在界面处折射时入射角度的随机性，进而能够使得更多的光子出射到空气中，有效地避免了全反射；并且，通过将透明聚光层覆盖至少部分上述第一粗糙面，其折射率介于第一半导体层与空气之间，能够增加发光器件的光提取率。此外，上述透明聚光层可以看作是发光器件自带的封装体，从而解决了发光单元因尺寸过小而无法在驱动基板上进行封装的问题。

附图说明

图1为根据本发明一种实施例中提供的发光器件的剖面结构示意图；

图2为一种在图1中透明聚光层表面覆盖透明聚光层的发光器件的剖面结构示意图；

图3为一种使图2中保护层具有第二粗糙面的发光器件的剖面结构示意图；

图4为根据本发明一种实施例中提供的发光器件的制作方法的流程示意图；

图5为根据本发明另一种实施例中提供的发光器件的制作方法的流程示意图。

附图标记说明：

110-第一半导体层；111-第一粗糙面；120-有源层；130-第二半导体层；140-第一电极；150-第二电极；160-绝缘层；20-透明聚光层；30-保护层；301-第二粗糙面；40-驱动基板；410-第一接触层；420-第二接触层。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

正如背景技术部分所描述的，由于尺寸的限制无法对发光器件进行封装，导致其光提取率大幅度降低；同时，发光器件的出光层材料与空气之间的折射率偏差较大，使发光器件的出射光易发生全反射，被反射回器件内部，进一步导致发光器件的光提取率降低。

基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。

本申请的发明人针对上述问题进行研究，提出了一种发光器件，其包括：发光单元，发光单元的一侧具有第一半导体层110，第一半导体层110具有第一粗糙面111，第一粗糙面111构成发光单元的出光面；透明聚光层20，透明聚光层20覆盖至少部分第一粗糙面111，且透明聚光层20的折射率介于第一半导体层110与空气之间，如图1所示。

在本发明中，通过使发光单元中作为发光层的第一半导体层具有第一粗糙面，能够使发光单元的出光面为第一粗糙面，从而增加了发光单元的出射光在界面处折射时入射角度的随机性，进而能够使得更多的光子出射到空气中，有效地避免了全反射；并且，通过将透明聚光层覆盖至少部分上述第一粗糙面，其折射率介于第一半导体层与空气之间，能够增加发光器件的光提取率。此外，上述透明聚光层可以看作是发光器件自带的封装体，从而解决了发光单元因尺寸过小而无法进行封装的问题。

在一些可选的实施方式中，上述透明聚光层20具有远离第一粗糙面111的第一表面，该第一表面相对于第一粗糙面111突出设置。

在上述实施方式中，可以使上述第一表面为弧形面或部分球形表面，从而能够通过使出射光在第一表面发生折射，使出射光能够聚集到发光单元的出光面上方，从而提高了发光器件的光提取率。

为了使更多的出射光在弧形面发生折射，从而提高了发光器件的光提取率，在一个可选的实施例中，上述透明聚光层20的第一表面在第一粗糙面111上的投影与第一粗糙面111重合。

本发明的上述发光器件可以为微型发光二级管(microlightemittingdiode，micro-led)、液晶显示器(liquidcrystaldisplay，lcd)和有机发光半导体(organiclightemittingdiode，oled)。

示例性地，上述发光器件为microled，发光器件的发光单元包括铝镓铟磷发光结构(algainp发光结构)，第一半导体层110包括磷化镓层(gap层)。由于algainp发光结构的出光层材料为gap，其与空气之间的折射率偏差较大，这两种介质之间的临界角为17°，使绝大多数射向上表面的光发生全反射，被反射回芯片内部，导致芯片的光提取率降低，而本发明通过使第一半导体层110具有第一粗糙面111，同时在第一粗糙面111上设置透明聚光层20，有效地提高了发光器件的光提取率。

在一个可选的实施例中，上述algainp发光结构包括第一半导体层110、第一接触层410、第二半导体层130、第二接触层420、有源层120、第一电极140和第二电极150，如图1至图3所示，第一半导体层110、有源层120和第二半导体层130顺序层叠设置，外侧包覆有绝缘层160，用于防止第一半导体层110与第二半导体层130相连而发生短路，第一电极140穿过绝缘层160与第一半导体层110接触，第二电极150穿过绝缘层160与第二半导体层130接触，第一接触层410与第二接触层420分别与第一电极140和第二电极150接触，用于连接驱动基板40。

在上述实施例中，第一半导体层110为p型磷化镓层(gap层)，第二半导体层130可以为n型铝镓铟磷层(algainp层)，本领域技术人员可以根据上述n型半导体层和p型半导体层的具体种类对其厚度进行合理设定，如上述n型algainp层的厚度可以为100～300nm。

在上述实施例中，有源层120可以为量子阱(mqw)，量子阱由周期性的阱/垒交替堆叠而成，周期对数优选为5～15层。

示例性地，形成透明聚光层20的材料可以选自光刻胶、氧化铝(al2o3)和氮化硅(sin)中的任一种或多种。上述材料能够使形成的透明聚光层20在630nm处具有较高的透过率，同时，其折射率介于gap与空气之间。

为了保护透明聚光层20免受外力挤压，在一个可选的实施例中，上述发光器件还包括保护层30，如图2所示，保护层30至少部分覆盖于透明聚光层20远离发光单元的一侧表面，且保护层30的折射率小于透明聚光层20的折射率。

示例性地，上述保护层30的材料可以选自氧化硅(sio2)、氮氧化硅(sion)和氟化钙(caf2)中的任一种或多种。上述材料形成的保护层30均具有小于透明聚光层20的折射率，从而使来自透明聚光层20光线能够更多地从保护层30射出。

在上述实施例中，保护层30远离透明聚光层20的一侧可以具有第二粗糙面301，如图3所示。通过使透明聚光层20具有上述第二粗糙面301，能够进一步增大光子出射到空气中的概率，从而进一步增强了发光器件的光提取率。

在上述实施例中，保护层30的厚度为上述微刻蚀工艺用于将保护层30的表面形成为具有多个微结构，从而成为第二粗糙面301，上述微结构使第二粗糙面301构成具有波峰波谷的波浪面，通过使保护层30满足上述厚度范围，能够使形成的第二粗糙面301的波峰与波谷之间具有较大的高度差，从而使保护层30的第二粗糙面301具有较大的粗糙度，进而使更多的光在经过第二粗糙面301后出射到空气中。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种上述发光器件的制作方法，如图4所示，该制作方法包括以下步骤：

提供发光单元，发光单元的一侧具有第一半导体层110，将第一半导体层110的一侧表面形成第一粗糙面111，第一粗糙面111构成发光单元的出光面；

将透明聚光层20覆盖于至少部分第一粗糙面111，透明聚光层20的折射率介于第一半导体层110与空气之间。

在本发明中，由于将发光单元中第一半导体层的一侧表面形成第一粗糙面，且第一粗糙面构成发光单元的出光面，从而增加了发光单元的出射光在界面处折射时入射角度的随机性，进而能够使得更多的光子出射到空气中，有效地避免了全反射；并且，通过将透明聚光层覆盖至少部分上述第一粗糙面，其折射率介于第一半导体层与空气之间，能够增加发光器件的光提取率。此外，上述透明聚光层可以看作是发光器件自带的封装体，从而解决了发光单元因尺寸过小而无法进行封装的问题。

在一些可选的实施方式中，上述第一粗糙面111通过粗化液对第一半导体层110进行微粗化形成。采用粗化液进行的微粗化处理能够提高发光单元的出射光在界面处折射时入射角度的随机性，从而避免全反射的发生。

在上述实施方式中，采用的粗化液种类可以根据第一半导体层110的材料不同进行合理选取，例如，当上述第一半导体层110为gap层时，上述粗化液可以包括盐酸、磷酸、硫酸和双氧水中任一种或多种酸性溶液。

示例性地，可以采用激光直写技术在第一半导体层110的第一粗糙面111形成上述透明聚光层20。激光直写技术利用强度可变的激光束对基片表面的抗蚀材料实施变剂量曝光，显影后在抗蚀材料表面形成所需的轮廓结构，采用激光直写技术形成上述透明聚光层20不仅具有优异的工艺灵活性，还能够较高的制作精度。

在一个可选的实施例中，上述发光器件的制作方法还包括以下步骤：将保护层30至少部分覆盖于透明聚光层20远离发光单元的一侧表面，上述保护层30的折射率小于透明聚光层20的折射率，如图5所示。

在上述实施方式中，保护层30远离透明聚光层20的一侧可以形成有第二粗糙面301，如图3所示。通过使透明聚光层20具有上述第二粗糙面301，能够进一步增大光子出射到空气中的概率，从而进一步增强了发光器件的光提取率。

示例性地，可以使用反应耦合等离子(icp)刻蚀工艺对sio2表面进行微刻蚀，以使保护层30的表面形成上述第二粗糙面301。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种显示面板，包括驱动基板40以及设置于驱动基板40上的上述发光器件，发光器件包括第一电极140和第二电极150，驱动基板40分别与上述第一电极140和上述第二电极150电连接，如图1至图3所示。

在本发明中，由于显示面板具有设置于驱动基板上的上述发光单元，通过使发光单元中作为发光层的第一半导体层具有第一粗糙面，能够使发光单元的出光面为第一粗糙面，从而增加了发光单元的出射光在界面处折射时入射角度的随机性，进而能够使得更多的光子出射到空气中，有效地避免了全反射；并且，通过将透明聚光层覆盖至少部分上述第一粗糙面，其折射率介于第一半导体层与空气之间，能够增加发光器件的光提取率。此外，上述透明聚光层可以看作是发光器件自带的封装体，从而解决了发光单元因尺寸过小而无法在驱动基板上进行封装的问题。

示例性地，上述驱动基板40可以为具有多个ubm(underbumpmetallurgy，底部凸块金属化)结构的基板。

在一些可选的实施方式中，上述显示面板还包括位于驱动基板40表面的第一接触层410和第一接触层420，通过将上述第一接触层410和上述第一接触层420分别与第一电极140和第二电极150接触，以实现第一电极140和第二电极150与驱动基板40的电连接。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。