Brevet FR2948846A1 — publié le 20110204

DIODE ELECTROLUMINESCENTE À HAUT RENDEMENT La présente invention concerne généralement une diode électroluminescente et, plus particulièrement, une diode électroluminescente à haut rendement pour augmenter sensiblement le rendement de luminescence. Généralement, le rendement optique d'une diode électroluminescente (DEL) est classifié en un rendement quantique interne et un rendement d'extraction optique externe. Le rendement quantique interne est appelé rendement de conversion électro-optique dans une puce à semi-conducteur. D'habitude, le rendement quantique interne est relativement élevé mais son rendement dépend de la capacité technique de l'usine de fabrication de la puce à DEL. D'autre part, le rendement d'extraction optique externe est relativement faible, ce qui est d'habitude la raison principale pour laquelle le rendement de luminescence total de la DEL ne peut pas être mis à niveau. Le faible rendement d'extraction optique est le résultat d'une réflexion interne totale entraînée par des supports différents, ce qui limite la lumière à l'intérieur de la DEL sans efficacement émettre vers l'extérieur. Selon la loi de Snell, la lumière injectée dans des supports différents générerait une réflexion et une réfraction. Une lumière incidente et une lumière réfractive se trouvent dans le même plan, et la relation entre l'angle d'incidence de la lumière incidente et l'angle de réfraction de la lumière réfractive satisfait l'équation suivante : 2 n1sine1 = n2sine2r où nl et n2 sont des indices de réfraction de supports d'incidence et de réfraction respectivement, e1 et e2 sont des angles d'incidence et de réfraction, appelés angle d'incidence et angle de réfraction. Une réflexion interne totale serait générée lorsque la lumière entrant à partir d'un support optiquement plus dense (indice de réfraction plus élevé) dans un support optiquement moins dense (indice de réfraction plus faible) possède un angle d'incidence supérieur à un angle critique e0. L'angle critique e0, est calculé à partir de l'équation suivante : 9c = aresin (n2/nl) D'habitude, l'indice de réfraction du matériau de puce à DEL est environ 2,4 à 2,8, alors que le matériau époxy couramment utilisé pour encapsuler la DEL possède un indice de réfraction d'environ 1,54, et la silicone possède un indice de réfraction d'environ 1,41 à 1,54, les deux étant plus faibles que l'indice de réfraction du matériau de puce à DEL. Lorsque la lumière est émise de la puce à DEL avec un indice de réfraction plus élevé à un matériau d'encapsulation de DEL avec un indice de réfraction plus faible, une réflexion interne totale à l'intérieur de la DEL est inévitablement entraînée, ce qui entraîne un faible rendement d'extraction. En considérant la DEL représentée sur la figure 1 à titre d'exemple, la DEL comprend : un composé 3 d'étanchéité transparent 10, un substrat 21, une structure de couche épitaxiale 22, une première électrode 23 et une seconde électrode 24. La structure de couche épitaxiale 22 est formée sur le substrat 21, et le composé d'étanchéité transparent 10 recouvre le substrat 21, la structure de couche épitaxiale 22, la première électrode 23 et la seconde électrode 24. Le substrat 21 et la structure de couche épitaxiale 22 possèdent un indice de réfraction d'environ 2,4 à 2,8, et le composé d'étanchéité transparent 10 possède un indice de réfraction d'environ 1,41 à 1,54. Donc, selon la loi de Snell, une réflexion interne totale serait générée lorsque la lumière est émise à partir du substrat 21 et de la structure de couche épitaxiale 22 dans le composé d'étanchéité transparent 10. Par conséquent, la lumière est limitée à l'intérieur de la DEL et est absorbée par le matériau de DEL, ce qui générera de l'énergie thermique dans la DEL et ainsi réduira la durée de vie et le rendement de la DEL. Donc, il est souhaitable de proposer une DEL à haut rendement pour réduire et/ou empêcher les problèmes susmentionnés. L'objet de la présente invention est de proposer une DEL à haut rendement pour réduire efficacement la réflexion interne totale à l'intérieur de la DEL et augmenter le rendement de luminescence. Conformément à un aspect de l'invention, une diode électroluminescente à haut rendement est proposée, qui comprend : un substrat, une structure de couche épitaxiale formée sur le substrat, la structure de couche épitaxiale comprenant une couche active, une 4 première position et une seconde position ; une première électrode agencée sur la première position de la structure de couche épitaxiale ; une seconde électrode agencée sur la seconde position de la structure de couche épitaxiale ; une couche de polyimide recouvrant la structure de couche épitaxiale et le substrat, moyennant quoi les lumières émises à partir de la structure de couche épitaxiale passent à travers la couche de polyimide pour la diffusion. Selon un mode de réalisation de l'invention, dans la DEL, la structure de couche épitaxiale comprend une couche de semi-conducteur de type N et une couche de semi-conducteur de type P, la couche active est disposée entre la couche de semi-conducteur de type N et la couche de semi-conducteur de type P, la première électrode est connectée à la couche de semi-conducteur de type N et la seconde électrode est connectée à la couche de semi-conducteur de type P. En outre, dans ladite DEL, la première électrode est une cathode et la seconde électrode est une anode La DEL selon l'invention peut comprendre également un composé d'étanchéité transparent pour recouvrir la structure de couche épitaxiale, le substrat, la première électrode, la seconde électrode et la couche de polyimide. De manière préférée, la couche de polyimide de la DEL de l'invention peut être formée par des molécules de polyimide et peut comprendre des particules sélectionnées parmi le groupe constitué de TiO2, ZnO, Nb2O5r Ta2O5, Zr2O2, Si et GaP. Cette couche possède également une surface sous forme de microstructure ou de rugosité superficielle. En outre, dans la DEL, la couche active de la structure de couche épitaxiale est un puits multi-5 quantique. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, une DEL à haut rendement est proposée, qui comprend : un substrat conducteur ; une structure de couche épitaxiale formée sur le substrat conducteur ; une première électrode agencée sur la structure de couche épitaxiale ; une seconde électrode agencée sur le substrat conducteur ; une couche de polyimide recouvrant la structure de couche épitaxiale et le substrat conducteur, moyennant quoi les lumières émises à partir de la structure de couche épitaxiale passent à travers la couche de polyimide pour la diffusion. Selon ce mode de réalisation de l'invention, dans la DEL, la structure de couche épitaxiale comprend une couche de semi-conducteur de type N , une couche de semi-conducteur de type P , et une couche active disposée entre la couche de semi-conducteur de type N et la couche de semi-conducteur de type P . Dans la DEL selon l'invention, la couche active de la structure de couche épitaxiale est un puits multi-25 quantique. En outre, la DEL comprend un composé d'étanchéité transparent pour recouvrir la structure de couche épitaxiale, le substrat conducteur, la première électrode, la seconde électrode et la couche de 30 polyimide. 6 La couche de polyimide de DEL est formée par des molécules de polyimide. Cette couche de polyimide peut comprendre également des particules sélectionnées parmi le groupe constitué de TiO2, ZnO, Nb2O5, Ta2O5, Zr2O2, Si et GaP. Elle possède de préférence une surface sous forme de microstructure ou de rugosité superficielle. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la desription détaillée qui suit et qui est faite en référence aux figures dans lesquelles : La figure 1 est une vue schématique d'une DEL conventionnelle ; la figure 2 illustre schématiquement une DEL à haut rendement conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention ; la figure 3 illustre la formule chimique de la couche de polyimide conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention ; la figure 4 illustre schématiquement une DEL à haut rendement conformément à un autre mode de réalisation préféré de la présente invention ; et la figure 5 illustre la structure physique de la couche de polyimide conformément à la présente invention. En faisant référence à la figure 2, une DEL à haut rendement conformément à la présente invention est représentée. La DEL à haut rendement comprend : un substrat 21, une structure de couche épitaxiale 22 formée sur le substrat 21, une première électrode 23, une seconde électrode 24 et une couche de polyimide 25. La structure de couche épitaxiale 22 comprend une couche active 221, une couche de semi-conducteur de 7 type P 222, une couche de semi-conducteur de type N 223, une première position 224 et une seconde position 225. La première électrode 23 est formée sur la première position 224 de la structure de couche épitaxiale 22, et la seconde électrode 24 est formée sur la seconde position 225 de la structure de couche épitaxiale 22. De préférence, la couche active 221 est un puits multiquantique formé entre la couche de semi-conducteur de type P 222 et la couche de semi-conducteur de type N 223. Dans un mode de réalisation de la présente invention, la première électrode 23 est une anode connectée à la couche de semi-conducteur de type P 222, et la seconde électrode 24 est une cathode connectée à la couche de semi-conducteur de type N 223. En outre, la DEL à haut rendement de la présente invention comprend un composé d'étanchéité transparent 10 pour recouvrir le substrat 21, la structure de couche épitaxiale 22, la première électrode 23, la seconde électrode 24 et la couche de polyimide 25. Comme cela est représenté sur la figure 2, la DEL à haut rendement de la présente invention est caractérisée en ce que la couche de polyimide 25 est déposée entre le substrat 21 et la structure de couche épitaxiale 22, et le composé d'étanchéité transparent 10. La couche de polyimide 25 se compose de molécules de polyimide, comme cela est représenté sur la figure 3, qui possèdent un indice de réfraction réglable allant de 1,6 à 1,9 dans la région de lumière visible. Par rapport à une diffusion de lumière faible relative entraînée par le matériau d'encapsulation de DEL avec un indice de réfraction allant de 1,41 à 1,54 8 et le matériau de puce intérieur avec un indice de réfraction allant de 2,4 à 2,8 dans l'art antérieur, la couche de polyimide 25 dans la présente invention possède un indice de réfraction plus élevé pour réduire la réflexion interne totale se produisant à l'interface du substrat 21, de la structure de couche épitaxiale 22 et du composé d'étanchéité transparent 10, permettant ainsi en fin de compte à davantage de lumière de passer à travers le composé d'étanchéité transparent 10. En outre, en faisant référence à la figure 4, un autre mode de réalisation de DEL à haut rendement conformément à la présente invention est représenté. La DEL à haut rendement comprend : un substrat conducteur 31, une structure de couche épitaxiale 22 formée sur le substrat conducteur 31, une première électrode 23, une seconde électrode 24 et une couche de polyimide 25. La structure de couche épitaxiale 22 comprend une couche active 221, une couche de semi-conducteur de type P 222 et une couche de semi- conducteur de type N 223. La première électrode 23 est formée sur la structure de couche épitaxiale 22, et la seconde électrode 24 est formée sur le substrat conducteur 31. De préférence, la couche active 221 est un puits multi-quantique formé entre la couche de semi- conducteur de type P 222 et la couche de semi-conducteur de type N 223. La DEL à haut rendement de la présente invention comprend en outre un composé d'étanchéité transparent 10 pour recouvrir le substrat 21, la structure de couche épitaxiale 22, la première électrode 23, la seconde électrode 24 et la couche de polyimide 25. 9 Comme cela est représenté sur la figure 4, la DEL à haut rendement de la présente invention est caractérisée en ce que la couche de polyimide 25 est déposée entre le substrat conducteur 31 et la structure de couche épitaxiale 22, et le composé d'étanchéité transparent 10. La couche de polyimide 25 se compose de molécules de polyimide, qui possèdent un indice de réfraction réglable allant de 1,6 à 1,9 dans la région de lumière visible. Par rapport à une diffusion de lumière faible relative entraînée par le matériau d'encapsulation de DEL avec un indice de réfraction allant de 1,41 à 1,54 et le matériau de puce intérieur avec un indice de réfraction allant de 2,4 à 2,8 dans l'art antérieur, la couche de polyimide 25 dans la présente invention possède un indice de réfraction plus élevé pour réduire la réflexion totale se produisant aux jonctions du substrat conducteur 31, de la structure de couche épitaxiale 22 et du composé d'étanchéité transparent 10, permettant ainsi en fin de compte à davantage de lumière de passer à travers le composé d'étanchéité transparent 10. En outre, en faisant référence à la figure 5, la couche de polyimide 25 de la présente invention comprend des particules sélectionnées parmi le groupe constitué de TiO2, ZnO, Nb2O5, Ta2O5, Zr2O2, Si, GaP. La surface 251 de la couche de polyimide 25 peut être sous forme de microstructure ou de rugosité superficielle pour augmenter davantage le rendement de luminescence. Bien que la présente invention ait été expliquée par rapport à son mode de réalisation préféré, il faut entendre que de nombreuses autres modifications et 10 variations possibles peuvent être apportées sans s'éloigner de la portée de l'invention telle qu'elle est revendiquée ci-après. REVENDICATIONS1. Diode électroluminescente à haut rendement caractérisée en ce qu'elle comprend : un substrat (21) ; une structure de couche épitaxiale (22) formée sur le substrat (21), la structure de couche épitaxiale (22) comprenant une couche active (221), une première position (224) et une seconde position (225) ; une première électrode (23) agencée sur la première position (224) de la structure de couche épitaxiale (22) ; une seconde électrode (24) agencée sur la seconde position (225) de la structure de couche épitaxiale (22) ; une couche de polyimide (25) recouvrant la structure de couche épitaxiale (22) et le substrat (21), moyennant quoi la lumière émise à partir de la structure de couche épitaxiale (22) passe à travers la couche de polyimide (25). 2. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 1, dans laquelle la structure de couche épitaxiale (22) comprend une couche de semi-conducteur de type N (223) et une couche de semi-conducteur de type P (222), la couche active (221) est disposée entre la couche de semi-conducteur de type N (223) et la couche de semi-conducteur de type P (222), la première électrode (23) est connectée à la couche de semi-conducteur de type N (223) et la seconde électrode (24) est connectée à la couche de semi-conducteur de type P (222).12 3. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 2, dans laquelle la première électrode (23) est une cathode. 4. Diode électroluminescente à haut rendement 5 selon la revendication 2, dans laquelle la seconde électrode (24) est une anode. 5. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 1, comprenant en outre un composé d'étanchéité transparent (10) pour recouvrir la 10 structure de couche épitaxiale (22), le substrat (21), la première électrode (23), la seconde électrode (24) et la couche de polyimide (25). 6. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 1, dans laquelle la couche de 15 polyimide (25) est formée par des molécules de polyimide. 7. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 1, dans laquelle la couche de polyimide (25) comprend en outre des particules 20 sélectionnées parmi le groupe constitué de TiO2, ZnO, Nb2O5r Ta2O5, Zr2O2, Si et GaP. 8. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 1, dans laquelle la couche de polyimide (25) possède une surface (251) sous forme de 25 microstructure ou de rugosité superficielle. 9. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 1, dans laquelle la couche active (221) de la structure de couche épitaxiale (22) est un puits multi-quantique. 30 10. Diode électroluminescente à haut rendement comprenant . 13 un substrat conducteur (31) ; une structure de couche épitaxiale (22) formée sur le substrat conducteur (31) ; une première électrode (23) agencée sur la structure de couche épitaxiale (22) ; une seconde électrode (24) agencée sur le substrat conducteur (31) ; une couche de polyimide (25) recouvrant la structure de couche épitaxiale (22) et le substrat conducteur (31), moyennant quoi la lumière émise à partir de la structure de couche épitaxiale (22) passe à travers la couche de polyimide (25) pour la diffusion. 11. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 10, dans laquelle la structure de couche épitaxiale (22) comprend une couche de semi-conducteur de type N (223), une couche de semi-conducteur de type P (222), et une couche active (221) disposée entre la couche de semi-conducteur de type N (223) et la couche de semi-conducteur de type P (222). 12. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 10, dans laquelle la couche active (221) de la structure de couche épitaxiale (22) est un puits multi-quantique. 13. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 10, comprenant en outre un composé d'étanchéité transparent (10) pour recouvrir la structure de couche épitaxiale (22), le substrat conducteur (31), la première électrode (23), la seconde électrode (24) et la couche de polyimide (25). 14. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 10, dans laquelle la couche de 14 polyimide (25) est formée par des molécules de polyimide. 15. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 10, dans laquelle la couche de polyimide (25) comprend en outre des particules sélectionnées parmi le groupe constitué de TiO2, ZnO, Nb2O5r Ta2O5, Zr2O2, Si et GaP, 16. Diode électroluminescente à haut rendement selon la revendication 10, dans laquelle la couche de polyimide (25) possède une surface (251) sous forme de microstructure ou de rugosité superficielle.