CN114093998B - 一种发光二极管、显示面板、显示装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种发光二极管、显示面板、显示装置及制备方法，涉及发光二极管技术领域。发光二极管包括发光元件、平坦化层、光路调节层和透镜层；平坦化层位于发光元件和透镜层之间；光路调节层设置在平坦化层内；光路调节层包括第一光路调节层和第二光路调节层，第一光路调节层和第二光路调节层在平坦化层内形成V型结构；第一光路调节层所在平面和第二光路调节层所在平面均与发光元件所在平面具有预设夹角；第一光路调节层以及所第二光路调节层的折射率大于平坦化层的折射率。本公开通过在平坦化层内设置光路调节层，光路调节层可以调整光线出射的方向，实现光线准直的效果。

Description

一种发光二极管、显示面板、显示装置及制备方法

技术领域

本公开涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种发光二极管、显示面板、显示装置及制备方法。

背景技术

随着发光二极管技术的发展，发光二极管被广泛应用在各种领域，包括各种显示系统、照明系统、电子产品等等。发光二极管本身体积小、结构简单、使用寿命长的特点，使其受到更多关注。

由于常规的发光二极管发出的光是复合光，光线会发射到各个方向，经反射会产生各个角度的出射光，最终造成不必要的杂散光干扰以及影响整体光线的出射，导致能量损失，降低发光二极管的出光效率。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种发光二极管、显示面板、显示装置及制备方法。

本公开提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

第一方面，本公开提供一种发光二极管，包括：

发光元件、平坦化层、光路调节层和透镜层；

所述平坦化层位于所述发光元件和所述透镜层之间；

所述光路调节层设置在所述平坦化层内；

所述光路调节层包括第一光路调节层和第二光路调节层，所述第一光路调节层和所述第二光路调节层在所述平坦化层内形成V型结构；所述第一光路调节层所在平面和所述第二光路调节层所在平面均与所述发光元件所在平面具有预设夹角；

所述第一光路调节层以及所述第二光路调节层的折射率大于所述平坦化层的折射率。

可选的，所述发光元件包括层叠设置的N型半导体层、量子阱发光层和P型半导体层；所述P型半导体层位于所述量子阱发光层与所述平坦化层之间。

可选的，所述P型半导体层的侧壁设置有反射结构。

可选的，所述反射结构包括分布布拉格反射层；

所述分布布拉格反射层包括交替层叠的第一折射率材料层和第二折射率材料层；所述第一折射率材料层的折射率大于所述第二折射率材料层的折射率。

可选的，所述平坦化层的侧壁设置有反射层。

可选的，还包括增透膜和增反膜；所述增透膜位于所述增反膜与所述发光元件之间；所述增反膜位于所述增透膜与所述平坦化层之间。

第二方面，本公开还提供一种显示面板，包括如第一方面任意实施例所述的发光二极管。

第三方面，本公开还提供一种显示装置，包括如第二方面实施例所述的显示面板。

第四方面，本公开还提供一种发光二极管的制备方法，包括：

制备形成发光元件；

在所述发光元件上形成第一初始平坦化层；

刻蚀所述第一初始平坦化层，形成V型凹槽；

在所述V型凹槽表面形成所述光路调节层；

形成第二初始平坦化层覆盖所述光路调节层；

在平坦化层上形成透镜层；

其中，所述平坦化层包括刻蚀后的所述第一初始平坦化层和所述第二初始平坦化层；所述光路调节层包括第一光路调节层和第二光路调节层，所述V型凹槽使所述第一光路调节层和所述第二光路调节层形成V型结构；所述第一光路调节层所在平面和所述第二光路调节层所在平面均与所述发光元件所在平面具有预设夹角。

可选的，在所述发光元件上形成第一初始平坦化层之前还包括：

在所述发光元件上形成增透膜；

在所述增透膜上形成增反膜。

本公开通过设置发光元件、平坦化层、光路调节层以及透镜层，达到对光线进行准直的目的。光路调节层包括第一光路调节层和第二光路调节层，第一光路调节层和第二光路调节层在平坦化层内形成V型结构，第一光路调节层所在平面和第二光路调节层所在平面均与发光元件所在平面具有预设夹角。当光线由发光元件射出到达第一光线调节层或者第二光线调节层时，若光线角度不满足出射条件，则会在此处发生全反射，光线经过多次反射调整出射角度，直至光线角度满足出射条件，光线经第一光路调节层或者第二光路调节层射入透镜层，达到准直效果。因此，可以通过在平坦化层内设置光路调节层，光路调节层可以调整光线出射的方向，实现光线准直的效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种发光二极管的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的又一种发光二极管的结构示意图；

图3为本公开实施例提供的一种发光二极管的制备方法流程图；

图4-图9为本公开实施例提供的发光二极管制备过程中的各截面图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，而非对本公开的限定。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

发光二极管发出的光线角度不同，光线会向各个角度发射，造成没必要的杂散光干扰，降低出光效率。而现有技术，通常是对发光二极管外接准直透镜，以实现光线的准直，但是直接外接准直透镜会导致应用发光二极管的设备体积及重量增加，不利于产品的设计。

鉴于以上所述现有技术的缺点，本公开实施例提供一种发光二极管。图1为本公开实施例提供的一种发光二极管的结构示意图，如图1所示，本公开实施例提供的发光二极管包括发光元件11、平坦化层12、光路调节层13和透镜层14。平坦化层12位于发光元件11和透镜层14之间。光路调节层13设置在平坦化层12内。其中发光元件11上方设置平坦化层12，平坦化层12上方设置透镜层14。其中，光线由发光元件11发出，到达光路调节层13，最后经过透镜层14射出，透镜层14对出射光线进行最后的准直。光路调节层13包括第一光路调节层131和第二光路调节层132，第一光路调节层131和第二光路调节层132在平坦化层12内形成V型结构。第一光路调节层131所在平面和第二光路调节层132所在平面均与发光元件11所在平面具有预设夹角γ。第一光路调节层131以及第二光路调节层132的折射率大于平坦化层的折射率。

下面详细介绍发光二极管的出光过程：以第一光路调节层131为例，发光元件11发出光线之后，光线进入到平坦化层12，之后进入到第一光路调节层131，光线由第一光路调节层131出射到平坦化层时，由于第一光路调节层131的折射率大于平坦化层12的折射率，即光线由光密介质入射到光疏介质，可能会发生全反射，只有当光线入射角度小于临界角时，光线才会出射，发生折射。由于光线发生折射，光线折射时与法线的夹角小于光线直接出射的角度，因此达到准直的效果。折射出的光线进入平坦化层12，之后进入透镜层14。其中，发光元件发出的光与法线之间形成的夹角为α，光线由第一光路调节层131入射到平坦化层12时，与法线之间形成的夹角为β，光线在满足出射条件后，由第一光路调节层131出射到平坦化层12，发生折射，此时出射光线与法线的夹角小于β最终进入透镜层14。光线由平坦化层12入射到透镜层14时，出射光线与法线的夹角小于α，达到准直效果。

其中，可以根据最终需求的光线准直程度设置预设夹角的角度，例如，需要发光二极管出射光线的角度与法线夹角角度在一定角度范围内的时候，就可以通过选择预设夹角的角度实现，预设夹角越小，准直效果越好。

若发光元件11发出的光线角度满足发生全反射的条件，可以直接从光路调节层13射出，若不满足要求，即光线与光路调节层13的入射角大于全反射角时，光线不能够从光路调节层13射出，此时需要在平坦化层12与光路调节层13内进行多次反射，完成出射角度的调节。当需要射出的光线角度满足出射条件时，该光线由光路调节层13射出，进入平坦化层12，之后射入透镜层14，完成光线的准直。

本公开实施例通过设置光路调节层、光路调节层与开关元件所在平面的预设夹角，对发光元件射出光线的出射角度进行调节，使射出的光线更加准直。避免与开关元件所在平面的夹角过小的光线经平坦化层直接射出，无法射入透镜层，造成不必要的杂散光以及降低光线整体的利用率。小角度的光线经由光路调节层等结构的调节，能够出射到透镜层，最后经透镜层射出，可以实现光线准直的效果，并且提高光线利用率。

在一些实施例中，发光元件包括层叠设置的N型半导体层、量子阱发光层和P型半导体层。P型半导体层位于量子阱发光层与平坦化层之间。

发光二极管中的发光元件可以选择量子阱发光层，量子阱发光层由两种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限域效应的电子或空穴的势阱。使用量子阱作为发光层，可以通过调整量子阱的结构，在量子阱有源区两端形成两个复合中心，增加有源区中电子和空穴波函数的叠加重合区域，从而提高辐射复合效率，最终提高发光二极管的发光效率。

在发光元件的衬底上制备N型半导体层和P型半导体层，具体的材料不做限定。例如，可以选择蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上制备N型半导体层，N型半导体可以选择氮化镓GaN，N型半导体上层制备量子阱发光层，量子阱发光层上制备P型半导体层，P型半导体可以选择氮化镓GaN，而P型半导体上层为平坦化层。光线由发光元件发出，射入平坦化层。

在一些实施例中，P型半导体层的侧壁设置有反射结构。

图2为本公开实施例提供的又一种发光二极管的结构示意图。如图2所示，为了提高发光二极管的出光效率，可以在P型半导体层的侧壁设置反射结构21。当光线从量子阱发光层111射出时，若有光线射到P型半导体层的侧壁上，可以使光线发生发射，继续在发光二极管内部。防止光线在P型半导体的侧壁发生折射，射出发光二极管。光线若射出发光二极管会导致光线的利用率较低，同时，若周围设置有其他发光元件，由此发光元件射出的光线会与其他发光元件的光线混合，造成光线串扰，干扰其他发光元件的最终效果。因此，P型半导体层的侧壁设置反射结构，将光线最大可能的控制在发光二极管内部。反射结构可以选择反射金属钛、铝等化学性质比较稳定的金属元素，对此不作具体限定，根据实际需求选择即可。

在一些实施例中，反射结构包括分布布拉格反射层。

分布布拉格反射层包括交替层叠的第一折射率材料层和第二折射率材料层。第一折射率材料层的折射率大于第二折射率材料层的折射率。

布拉格反射层由多个基本的反射单元排列而成，通过设置不同层单元的折射率或者厚度，可以选择性调节对不同波长的光进行增强反射，以获得某一光学波段的高反射率。例如通常可以将每一层的厚度设置为对应四分之一的波长，该波长就是想要针对性增加反射率的波长，两种材料层的折射率差越大反射率越高。根据反射原理，当光从光疏介质射向光密介质时，反射光会在界面处发生半波损失，相位产生变化。而第一折射率材料层的折射率大于第二折射率材料层的折射率，当光射入布拉格反射层，会在每层的上下表面各发生一次反射，两次反射同相，叠加增强，增加了总的反射率。布拉格反射层的层数越多，反射率就越高。

在一些实施例中，平坦化层的侧壁设置有反射层。

如图2所示，为了避免光线射出发光二极管，造成光线的损失，以及为了避免光线干扰相邻的其他发光元件，对其他元件发出的光线造成串扰，发光二极管平坦化层的侧壁同样设置有反射层22。当光线从发光元件11射出到平坦化层12时，若有光线射到平坦化层12的的侧壁上，可以使光线发生发射，继续在发光二极管内部。防止光线在平坦化层12的侧壁发生折射，射出发光二极管。光线若射出发光二极管会导致光线的利用率较低，同时，若周围设置有其他发光二极管，由此发光二极管射出的光线会与其他发光元件的光线混合，造成光线串扰，干扰其他发光元件的最终效果。平坦化层12侧壁设置的反射层22可以选择反射金属，金属稳定性较强，可以选择钨或者其他金属材料。其中，钨的硬度高、熔点高，常温下不受空气侵蚀，化学性质比较稳定。

在一些实施例中，还包括增透膜和增反膜。如图2所示，增透膜23位于增反膜24与发光元件11之间，增反膜24位于增透膜23与平坦化层12之间。

可以在发光元件11上方设置增透膜23，增透膜23使发光元件11射出的光线最大限度的透过整体膜层，进入平坦化层12。平坦化层12下方设置有增反膜24，当平坦化层12内光线无法直接射出光路调节层13，需要在平坦层12内多次反射调节角度时，增反膜24可以增大光线的反射，增加整体光线利用率，避免光线在反射过程中造成损失。

本公开实施例还提供一种显示面板，包括如上述任意实施例所述的发光二极管。本公开实施例包括如上述任意实施例中的发光二极管，因此与上述各实施例中所述的发光二极管具有相同或相应的有益效果。

本公开实施例还提供一种显示装置，包括如上述实施例所述的显示面板。本公开实施例包括如上述实施例中的显示面板，因此与上述实施例中所述的显示面板具有相同或相应的有益效果。例如，显示装置可以应用在手机、AR显示器、VR显示器以及电子大屏幕等各种设备上。

本公开实施例还提供一种发光二极管的制备方法，图3为本公开实施例提供的一种发光二极管的制备方法流程图。图4-图9为本公开实施例提供的发光二极管制备过程中的各截面图。如图3所示，发光二极管的制备方法包括：

S101、制备形成发光元件。

例如参见图4所示，发光元件11可以选择量子阱结构设置成的量子阱发光层111，量子阱发光层的复合效率高，可以提高发光效率。也可以选择其他结构作为发光元件，对此不做限定。

S102、在发光元件上形成第一初始平坦化层。

例如参见图5所示，第一初始平坦化层121可以选择氧化硅层，平坦化层可以避免发光元件表面结构不平坦，影响光的出射效果，因此设置第一初始平坦化层121。本公开对于平坦化层材料不作具体限定。

S103、刻蚀第一初始平坦化层，形成V型凹槽。

例如参见图6所示，刻蚀第一初始平坦化层121，可以选择干法刻蚀、湿法刻蚀等刻蚀技术，本公开对此不作限定，根据实际需求选择，在第一初始平坦化层121处形成V型凹槽，为了后续光路调节层可以在此形成预设夹角。

S104、在V型凹槽表面形成光路调节层。

例如参见图7所示，光路调节层13包括右侧第一光路调节层和左侧第二光路调节层，光路调节层13的折射率大于平坦化层折射率，可以通过光路调节层13调节光线出射角度。光路调节层的材料可以选择氮化铝等高折射率材料，具体材料不设限定。

S105、形成第二初始平坦化层覆盖光路调节层。

可选的，例如参见图8所示，在光路调节层13上方设置第二初始化平坦化层122，用于覆盖光路调节层13，之后还可以将第二初始平坦化层122上方磨平，防止影响光线最终的出光效果。其中，第一初始平坦化层121与第二初始平坦化层122作为整体的初始化层12。

S106、在平坦化层上形成透镜层。

例如参加图9所示，平坦化层12上方形成透镜层14，对射入透镜层的光线进行最后的准直操作，提高光线准直程度。

其中，平坦化层包括刻蚀后的第一初始平坦化层和第二初始平坦化层。光路调节层包括第一光路调节层和第二光路调节层，V型凹槽使第一光路调节层和第二光路调节层形成V型结构。第一光路调节层所在平面和第二光路调节层所在平面均与发光元件所在平面具有预设夹角。

光线由发光元件射出，之后到达平坦化层，平坦化层包括刻蚀后的第一初始平坦化层和第二初始平坦化层。第一平坦化层与第二平坦化层中间设置有光路调节层。光线经由第一初始平坦化层到达光路调节层，若光线与光路调节层的角度小于全反射临界角，该光线射出光路调节层到达第二平坦化层，最后射入透镜层进行最后的准直。若光线与光路调节层的角度大于全反射临界角，该光线无法出射，在第一初始平坦层以及光路调节层内内进行角度调整，直至光线与光路调节层的角度小于全反射临界角，该光线射出光路调节层到达第二平坦化层，最后射入透镜层进行最后的准直。

通过调节在平坦化层内设置光路调节层，光路调节层可以调整光线射入透镜层的角度。预设夹角越小，光线准直效果越好。还可以改变平坦化层与光路调节层的材料，选择不同折射率的材料达到准直效果。平坦化层材料的折射率必须小于光路调节层材料的折射率，以满足光线发生全反射的条件之一。

在一些实施例中，在发光元件上形成第一初始平坦化层之前还包括：在发光元件上形成增透膜，在增透膜上形成增反膜。例如最终可形成类似图2所示的发光二极管的结构。

发光元件上方可以形成增透膜，增加发光元件射出光的出射率，使其更多的射入平坦化层。增透膜上形成增反膜，无法一次出射到透镜层的光线，在平坦化层内会发生多次反射，调整自身角度，增反膜可以增加光线反射率，避免光线在反射过程中产生损失。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：

发光元件、平坦化层、光路调节层和透镜层；

所述平坦化层位于所述发光元件和所述透镜层之间；

所述光路调节层设置在所述平坦化层内；

所述光路调节层包括第一光路调节层和第二光路调节层，所述第一光路调节层和所述第二光路调节层在所述平坦化层内形成V型结构；所述第一光路调节层所在平面和所述第二光路调节层所在平面均与所述发光元件所在平面具有预设夹角；

所述第一光路调节层以及所述第二光路调节层的折射率大于所述平坦化层的折射率。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光元件包括层叠设置的N型半导体层、量子阱发光层和P型半导体层；所述P型半导体层位于所述量子阱发光层与所述平坦化层之间。

3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述P型半导体层的侧壁设置有反射结构。

4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述反射结构包括分布布拉格反射层；

所述分布布拉格反射层包括交替层叠的第一折射率材料层和第二折射率材料层；所述第一折射率材料层的折射率大于所述第二折射率材料层的折射率。

5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述平坦化层的侧壁设置有反射层。

6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括增透膜和增反膜；所述增透膜位于所述增反膜与所述发光元件之间；所述增反膜位于所述增透膜与所述平坦化层之间。

7.一种显示面板，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的发光二极管。

8.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求7所述的显示面板。

9.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，包括：

制备形成发光元件；

在所述发光元件上形成第一初始平坦化层；

刻蚀所述第一初始平坦化层，形成V型凹槽；

在所述V型凹槽表面形成光路调节层；

形成第二初始平坦化层覆盖所述光路调节层；

在平坦化层上形成透镜层；

其中，所述平坦化层包括刻蚀后的所述第一初始平坦化层和所述第二初始平坦化层；所述光路调节层包括第一光路调节层和第二光路调节层，所述V型凹槽使所述第一光路调节层和所述第二光路调节层形成V型结构；所述第一光路调节层所在平面和所述第二光路调节层所在平面均与所述发光元件所在平面具有预设夹角。

10.根据权利要求9所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，在所述发光元件上形成第一初始平坦化层之前还包括：

在所述发光元件上形成增透膜；

在所述增透膜上形成增反膜。

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