CN101237011A - 具有一层状微光学结构的微光学基板及发光二极管 - Google Patents
具有一层状微光学结构的微光学基板及发光二极管 Download PDFInfo
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Abstract
本发明具有一层状微光学结构的微光学基板及一具有一层状微光学结构的发光二极管，尤指一种具有一有序的纳米级层状微光学结构的发光二极管。本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管是包括：一基板；一位于此基板的表面的第一半导体层；一位于此第一半导体层的表面并具有多数个微凹穴的发光层；一位于此发光层的表面的第二半导体层；一电连接于此基板的第一电接触部；以及一电连接于此第二半导体层的第二电接触部。
Description
技术领域
本发明涉及一具有一层状微光学结构的微光学基板及一具有一层状微光学结构的发光二极管，尤指一种具有一有序的纳米级层状微光学结构的发光二极管。
背景技术
图1是现有的发光二极管的示意图，此现有的发光二极管1是配合一外部回路(图中未示)，以将来自外界环境的电能转换为光能输出。此发光二极管1包括一基板11、一位于此基板11的表面的第一半导体层12、一位于此第一半导体层12的表面的发光层13、一位于此发光层13的表面的第二半导体层14、一电连接于此基板11的第一电接触部15以及一电连接于此第二半导体层14的第二电接触部16。
而当此现有的发光二极管1运作时，来自外界环境的电能分别经由第一电接触部15与第二电接触部16而到达第一半导体层12与第二半导体层14，使得第一半导体层12与第二半导体层14分别产生电子及电洞。此时，发光层13便受到这些电子及电洞的激发而产生光线，而这些产生的便经过介于发光层13与第二半导体层14之间的「平滑界面」而入射至第二半导体层14，再从第二半导体层14到达外界环境。但是，由于此一「平滑界面」很容易引发「全反射效应」，即那些入射角大于「临界角」的光线会此一平滑界面被反射回发光层13中，而无法入射至第二半导体层14。因此，当现有的发光二极管1运作时，有一部分由发光层13所产生的光线会被局限于发光层13内，而无法顺利地到达第二半导体层14，更别论外界环境。也就是说，由于现有的发光二极管1所具有的「平滑界面」，其发光层13的「取光率」并无法进一步提升，进而使得此现有的发光二极管1的「发光效率」及「发光亮度」也受到不小的限制。因此，目前现有的发光二极管的发光亮度并无法与传统照明灯具匹敌，且若要产生相同的亮度，现有的发光二极管反而需要消耗较多的能源，而无法发挥其节省能源的优点，且造成现有的发光二极管的使用寿命缩短。
因此，为了符合近来的省能照明的趋势并以程序简单、所需材料取得容易的方法以大量生产，业界亟需一种形成一层状微光学结构的方法、一种具有此层状微光学结构的微光学基板以及一种具有此层状微光学结构的发光二极管。
发明内容
本发明目的是提供一种具有一层状微光学结构的微光学基板及发光二极管。
本发明的形成一层状微光学结构的方法，是包括下列步骤：(A)提供一基板及多数个纳米球，且此等纳米球是堆叠于此基板的表面；(B)形成一光学膜层于此基板的部分表面及此等纳米球的间隙；以及(C)移除此等纳米球，形成一层状微光学结构于此基板的表面。
本发明的形成一层状微光学结构的方法，是包括下列步骤：(A)提供一基板及多数个纳米球，且此等纳米球是堆叠于此基板的表面；(B)形成一成模膜层于此基板的部分表面及此等纳米球之间隙；(C)热处理此基板、此等纳米球及此成模膜层，以形成一硬质母模；以及(D)将此硬质母模压印于一软质基材的表面，再将此硬质母模与此软质基材互相脱离，以形成此层状微光学结构。
本发明的具有一层状微光学结构的微光学基板，是适用于一发光二极管，包括：一基板；以及一层状微光学结构，是位于此基板的表面并具有多数个微凹穴。
本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管，是包括：一基板；一第一半导体层，是位于此基板的表面；一发光层，是位于此第一半导体层的表面并具有多数个微凹穴；一第二半导体层，是位于此发光层的表面；一第一电接触部，是电连接于此基板；以及一第二电接触部，是电连接于此第二半导体层。
本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管，是包括：一基板；一第一半导体层，是位于此基板的表面；一发光层，是位于此第一半导体层的表面；一第二半导体层，是位于此发光层的表面；一层状微光学结构，是位于此第二半导体层的表面并具有多数个微凹穴；一第一电接触部，是电连接于此基板；以及一第二电接触部，是电连接于此第二半导体层。
因此，本发明的形成一层状微光学结构的方法不仅程序简单，其所需的材料也非常容易取得，所以此方法相当适合大量生产所需。此外，本发明的形成一层状微光学结构的方法可通过由选择不同直径的纳米球，轻易地形成一具有任何直径大小的微凹穴的层状微光学结构，以分别适用于不同工作波长的发光二极管内，提升其「发光效率」及「发光亮度」。另一方面，由于本发明的形成一层状微光学结构的方法是利用纳米球的「自组装」特性，即这些纳米球会自动且有序地排列于一基板的表面，本发明的形成一层状微光学结构的方法可轻易地形成一具有纳米级粗糙度的界面于一层状微光学结构的表面，且此层状微光学结构可位于一微光学基板或一发光二极管中。另一方面，由于本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管具有一纳米级粗糙度的界面，所以此发光二极管所产生的光线可轻易地通过此一界面而不会被全反射回原先的介质，如此发光二极管的发光层或半导体层，进一步提升此发光二极管的「发光效率」及「发光亮度」，使得发光二极管可在各种不同的应用领域中取代传统照明灯具，如阴极荧光灯管等，进一步省下人们花费于照明目的的能源。
本发明的形成一层状微光学结构的方法可利用任何方法将此等纳米球堆叠于此基板的表面，其较佳使用一包括下列步骤的方法：(A1)提供此基板及一位于一容器内的胶体溶液，且此胶体溶液具有此等纳米球及一界面活性剂；(A2)放置此基板于此容器中，且此胶体溶液覆盖于此基板的表面；以及(A3)加入一具挥发性的溶液于此容器中，移除此界面活性剂并于此基板的表面堆叠形成此等纳米球。本发明的形成一层状微光学结构的方法可形成此层状微光学结构于一任何材质的基板，此基板的材质较佳为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。本发明的形成一层状微光学结构的方法可使用任何材质的纳米球，此等纳米球的材质较佳为陶瓷、金属氧化物或塑料。本发明的形成一层状微光学结构的方法可利用任何方法将此光学膜层形成于此基板的部分表面及此等纳米球之间隙，其较佳使用化学气相沈积法、溅镀法或物理气相沈积法。
本发明的形成一层状微光学结构的方法可使用任何材质的光学膜层以形成此层状微光学结构，其材质较佳为介电材质、陶瓷材质或金属。本发明的形成一层状微光学结构的方法所形成的光学膜层可具有任何厚度，其厚度较佳小于此等纳米球的直径，其厚度最佳为此等纳米球的直径的二分之一。本发明的形成一层状微光学结构的方法所使用的纳米球可具有任何直径，它们的直径较佳介于100nm至1.2μm之间，且大部分的纳米球具有相近的直径。本发明的形成一层状微光学结构的方法可使用任何方法移除此等纳米球，此等纳米球较佳利用湿蚀刻方式移除或先以干蚀刻方式(激光或电浆)移除此等纳米球的一部分，再以湿蚀刻方式移除此等纳米球的剩余部分。
本发明的形成一层状微光学结构的方法可形成一任何材质的成模膜层于此基板的部分表面及此等纳米球之间隙，此成模膜层的材质较佳为陶瓷、单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、磷化铟、磷化镓铟或硒化铟铜。本发明的形成一层状微光学结构的方法所形成的成模膜层可具有任何厚度，其厚度较佳小于此等纳米球的直径，其厚度最佳为此等纳米球的直径的二分之一。本发明的形成一层状微光学结构的方法可便用任伺材质的软质基材，其材质较佳为塑料或树脂。本发明的形成一层状微光学结构的方法可使用任何方法对此基板、此等纳米球及此成模膜层进行热处理以形成此硬质母模，此热处理较佳为对此基板、此等纳米球及此成模膜层进行退火处理。
本发明的具有一层状微光学结构的微光学基板的基板可由任何材质构成，其较佳为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。本发明的具有一层状微光学结构的微光学基板可具有任何材质的层状微光学结构于其表面，其材质较佳为介电材质、陶瓷材质或金属。本发明的具有一层状微光学结构的微光学基板的基板可为任何类型的硅基板，其较佳为P型硅基板或N型硅基板。本发明的具有一层状微光学结构的微光学基板的层状微光学结构可具有任何形状的微凹穴，此等微凹穴的形状较佳为半球状或杯状。本发明的具有一层状微光学结构的微光学基板的层状微光学结构可具有任何大小的微凹穴，此等微凹穴的直径较佳介于100nm至1.2μm之间。本发明的具有一层状微光学结构的微光学基板的层状微光学结构可具有任何类型排列的微凹穴，此等微凹穴较佳呈数组状排列。
本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管可具有任何材质的基板，其材质较佳为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。位于本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管的发光层的微凹穴可形成有任何类型的反射层于其表面，其较佳半透式反射层或全反射式反射层。本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管的基板可为任何类型的硅基板，其较佳为P型硅基板或N型硅基板。本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管的层状微光学结构可具有任何形状的微凹穴，此等微凹穴的形状较佳为半球状或杯状。本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管的层状微光学结构可具有任何大小的微凹穴，此等微凹穴的直径较佳介于100nm至1.2μm之间。本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管的层状微光学结构所具的微凹穴可具有任何类型的排列，此等微凹穴较佳呈数组状排列。本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管可具有任何材质的层状微光学结构于其第二半导体层的表面，其材质较佳为介电材质、陶瓷材质或金属。
附图说明
图1是现有的发光二极管的示意图；
图2是本发明第一较佳实施例的形成一层状微光学结构的方法的示意图；
图3A及图3B是本发明第一较佳实施例的形成一层状微光学结构方法中，形成一具有多数个纳米球堆叠于其表面的基板步骤的示意图；
图4A及图4B是本发明第二较佳实施例的形成一层状微光学结构的方法的示意图；
图5A及图5B是本发明第三较佳实施例的形成一层状微光学结构的方法的示意图；
图6是本发明第四较佳实施例的具有一层状微光学结构的微光学基板的示意图；
图7是本发明第五较佳实施例的具有一层状微光学结构的发光二极管的示意图；
图8是本发明第六较佳实施例的具有一层状微光学结构的发光二极管的示意图。
【主要组件符号说明】
1发光二极管 11基板 12第一半导体层
13发光层 14第二半导体层 15第一电接触部
16第二电接触部 21基板 211表面
22内米球 23光学膜层 24层状微光学结构
241微凹穴 25胶体溶液 26容器
27挥发性溶液 41基板 411表面
42纳米球 43光学膜层 44层状微光学结构
441微凹穴 51基板 511表面
52内米球 53成模膜层 54硬质母模
55软质基材 56层状微光学结构 561微凹穴
61基板 62层状微光学结构 621微凹穴
7发光二极管 71基板 72第一半导体层
73发光层 731微凹穴 74第二半导体层
75第一电接触部 76第二电接触部 8发光二极管
81基板 82第一半导体层 83发光层
84第二半导体层 85层状微光学结构 851微凹穴
86第一电接触部 87第二电接触部
具体实施方式
请参阅图2，其是本发明第一较佳实施例的形成一层状微光学结构的方法的示意图。此方法是包括下列步骤：
首先，步骤(A)是提供一基板21及多数个纳米球22，且这些纳米球22是堆叠于此基板21的表面211，至于将这些纳米球22有序地堆叠于此基板21的表面211的步骤则将详述于后。在本较佳实施例中，这些纳米球22的材质是为氧化硅(SiOx)，它们直径均介于100nm至1.2μm之间，且绝大部分的纳米球22具有相近的直径。
接着，步骤(B)是利用化学气相沈积法将一光学膜层23形成于此基板21的部分表面211与这些纳米球22之间隙。其中，此光学膜层23较佳由介电材质、陶瓷材质或金属材质构成，且此光学膜层23的厚度小于这些纳米球22的直径。
最后，步骤(C)是利用湿蚀刻方式移除这些纳米球22，即将前述的具有光学膜层23及多数个纳米球22的基板21浸入一氢氟酸溶液(图中未示)中，以移除这些纳米球22并形成一具有多数个微凹穴241的层状微光学结构24于此基板21的表面211，且这些微凹穴241的形状是为半球状。此外，步骤(C)亦可先以干蚀刻的方式，如激光或电浆，移除这些纳米球22的一部分，然后再以湿蚀刻方式移除这些纳米球22的剩余部分。而此一移除这些纳米球22的方法，将另叙述于后。
此外，虽然在本较佳实施例中，前述的纳米球22的材质是为氧化硅，但是在不同的应用场合中，这些纳米球22的材质亦可为陶瓷、金属氧化物或塑料，且它们的尺寸也不仅限于前述的范围。但是，需注意的是，若使用不同材质的纳米球，则前述的步骤(C)则需使用不同的溶液才能将这些纳米球自基板移除。举例来说，若使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质的纳米球，步骤(C)所使用的移除溶液是为甲酸(formicacid)；若使用聚苯乙烯(PS)材质的纳米球，步骤(C)所使用的移除溶液则为四氢咈喃(THF)或甲苯。此外，虽然在本较佳实施例中，步骤(A)所使用的基板21是为P型硅基板，但在不同的应用场合中，此基板21的材质亦可为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。
如前所述，本发明第一较佳实施例的形成一层状微光学结构的方法的步骤(A)是提供一具有多数个纳米球22有序地堆叠于其表面的基板21，而此步骤则进一步包括下列三个子步骤，分别如图3A及图3B所示：
首先，步骤(A1)是提供一基板21及一位于一容器26中的胶体溶液25，其中此胶体溶液25是由多数个纳米球(图中未示)及一界面活性剂(图中未示)混合而成。接着，步骤(A2)是将此基板21放置于容器26中并使得基板21完全浸入于胶体溶液25中。在静置数分钟以后，前述的纳米球22便逐渐有序地堆积于基板21的表面211，即形成所谓的「纳米模板」。最后，步骤(A3)是将一挥发性溶液27倒入容器26中，以将前述的胶体溶液25挥发掉。等到前述的胶体溶液25完全被挥发后，便将基板21从容器26中取出并得到一具有多数个纳米球22有序地堆叠于其表面的基板21。
图4A及图4B是本发明第二较佳实施例的形成一层状微光学结构的方法的示意图，此方法与本发明第一较佳实施例的形成一层状微光学结构的方法大致相同，两者的差异仅在于自基板移除纳米球的方法，即步骤(C)。请参阅图4A及图4B，本方法是包括下列步骤：
首先，步骤(A)是提供一基板41及多数个纳米球42，且这些纳米球42是堆叠于此基板41的表面411。在本较佳实施例中，这些纳米球42的材质是为氧化硅(SiOx)，它们直径均介于100nm至1.2μm之间，且绝大部分的纳米球42具有相近的直径。
接着，步骤(B)是利用化学气相沈积法将一光学膜层43形成于此基板41的部分表面411与这些纳米球42之间隙。其中，此光学膜层43较佳由介电材质、陶瓷材质或金属材质构成，且此光学膜层43的厚度小于这些纳米球42的直径。
其次，步骤(C)是将前述的具有光学膜层43及多数个纳米球42的基板41先进行「干蚀刻」处理，如利用激光或电浆对光学膜层43及这些纳米球42进行蚀刻，以一部分一部分地去除光学膜层43及这些纳米球42，直到这些纳米球42剩下的部分约为原先的一半为止。最后，再将经过「干蚀刻」处理的基板41浸入一氢氟酸溶液(图中未示)中，以移除剩余的纳米球42并形成一具有多数个微凹穴441的层状微光学结构44于此基板41的表面411，且这些微凹穴441的形状是为半球状。
同样地，如前所述，虽然在本较佳实施例中，前述的纳米球42的材质是为氧化硅，但是在不同的应用场合中，这些纳米球42的材质亦可为陶瓷金属氧化物或塑料，且它们的尺寸也不仅限于前述的范围。但是，需注意的是，若使用不同材质的纳米球，则前述的步骤(C)则需使用不同的溶液才能将这些纳米球自基板移除。举例来说，若使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质的纳米球，步骤(C)所使用的移除溶液是为甲酸(formic acid)；若使用聚苯乙烯(PS)材质的纳米球，步骤(C)所使用的移除溶液则为四氢咈喃(THF)或甲苯。此外，虽然在本较佳实施例中，步骤(A)所使用的基板41是为P型硅基板，但在不同的应用场合中，此基板41的材质亦可为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。
图5A及图5B是本发明第三较佳实施例的形成一层状微光学结构的方法的示意图。此方法是包括下列步骤：
首先，步骤(A)是提供一基板51及多数个纳米球52，且这些纳米球52是堆叠于此基板51的表面511。在本较佳实施例中，这些纳米球52的材质是为氧化硅(SiOx)，它们直径均介于100nm至1.2μm之间，且绝大部分的纳米球52具有相近的直径。
接着，步骤(B)是利用化学气相沈积法将一成模膜层53形成于此基板51的部分表面511与这些纳米球52之间隙。其中，此成模膜层53较佳亦由氧化硅(SiOx)构成，且此成模膜层53的厚度小于这些纳米球52的直径。
其次，步骤(C)是将前述的具有成模膜层53及多数个纳米球52的基板51进行热处理，即将此基板51以300℃至900℃进行退火处理，以使前述的具有成模膜层53及多数个纳米球52的基板51形成一硬质母模54。
最后，步骤(D)是将此硬质母模54压印于一软质基材55的表面，再将此硬质母模54与此已被压印的软质基材55互相脱离，以形成一层状微光学结构56。其中，此层状微光学结构56具有多数个微凹穴561，且这些微凹穴561的形状是为半球状。
另一方面，虽然在本较佳实施例中，前述的纳米球52的材质是为氧化硅，但是在不同的应用场合中，这些纳米球52的材质亦可为其它陶瓷材料，且它们的尺寸也不仅限于前述的范围。但是，需注意的是，这些材质必须能够承受热处理程序的高温环境而不致造成这些纳米球发生变形，且这些材质必须使这些纳米球在经过热处理程序后能与成模膜层及基板结合为一体，以形成步骤(C)所欲形成的硬质母模。此外，虽然在本较佳实施例中，步骤(A)所使用的基板51是为P型硅基板，但在不同的应用场合中，此基板51的材质亦可为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。另一方面，步骤(D)所使用的软质基材55的材质较佳为塑料或树脂，以经由压印程序而形成层状微光学结构56。
图6是本发明第四较佳实施例的具有一层状微光学结构的微光学基板的示意图，其是适用于一发光二极管。此微光学基板是应用本发明第一较佳实施例的方法而形成，其包括一基板61；以及一层状微光学结构62。其中，此层状微光学结构62较佳由介电材质、陶瓷材质或金属材质构成，其是位于此基板61的表面并具有多数个微凹穴621。如图6所示，这些微凹穴621的形状均为半球状，且它们的直径大致相同，均介于100nm至1.2μm之间。此外，这些微凹穴621是呈数组状排列，即它们有序地排列于此层状微光学结构62，并非杂乱无章地排列此层状微光学结构62。在本较佳实施例中，基板61是为P型硅基板，但在不同的应用场合中，此基板61的材质亦可为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。
图7是本发明第五较佳实施例的具有一层状微光学结构的发光二极管的示意图，此发光二极管7是配合一外部回路(图中未示)，以将来自外界环境的电能转换为光能输出。在此较佳实施例中，此发光二极管7包括一基板71、一位于此基板71的表面的第一半导体层72、一位于此第一半导体层72的表面的发光层73、一位于此发光层73的表面的第二半导体层74、一电连接于此基板71的第一电接触部75以及一电连接于此第二半导体层74的第二电接触部76。其中，此发光层73是使用前述的本发明第一较佳实施例或第二较佳实施例的形成一层状微光学结构的方法形成。如图7所示，此发光层73是具有多数个微凹穴731，且它们的形状均为半球状，它们的直径也大致相同，均介于100nm至1.2μm之间。另一方面，这些微凹穴731是呈数组状排列，即它们有序地排列于此发光层73，并非杂乱无章地排列此发光层73。这些微凹穴731更形成有一反射层(图中未示)，如半透式反射层或全反射式反射层，以进一步将这些光线反射至第二半导体层74。此外，虽然在本较佳实施例中，基板71是为P型硅基板，但在不同的应用场合中，此基板71的材质亦可为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。
而当此发光二极管7运作时，来自外界环境的电能分别经由第一电接触部75与第二电接触部76而到达第一半导体层72与第二半导体层74，使得第一半导体层72与第二半导体层74分别产生电子及电洞。此时，发光层73便受到这些电子及电洞的激发而产生光线。接着，这些产生的光线经过有序地排列于此发光层73的微凹穴731的折射，即通过此具有均匀化的纳米级粗糙度的界面(介于此发光层73与此第二半导体层74之间)而顺利地入射至第二半导体层74，而不会被此一界面反射回此发光层73。最后，这些顺利到达此第二半导体层74的光线再从第二半导体层74入射至外界环境。也就是说，通过由这些微凹穴731，此发光层73的「取光率」可显著地提升，且可克服现有的发光二极管具有的平滑界面(介于其发光层与其半导体之间)所引发的「全反射效应」对于现有的发光二极管的发光层的「发光效率」的不良影响。因此，本较佳实施例的具有一层状微光学结构的发光二极管的「发光效率」及「发光亮度」均可进一步提升，使得此发光二极管可在各种不同的应用领域中取代传统照明灯具，如阴极荧光灯管等，进一步省下人们花费于照明目的的能源。
图8是本发明第六较佳实施例的具有一层状微光学结构的发光二极管的示意图，此发光二极管8是配合一外部回路(图中未示)，以将来自外界环境的电能转换为光能输出。在此较佳实施例中，此发光二极管8包括一基板81、一位于此基板81的表面的第一半导体层82、一位于此第一半导体层82的表面的发光层83、一位于此发光层83的表面的第二半导体层84、一位于此第二半导体层84的表面的层状微光学结构85、一电连接于此基板81的第一电接触部86以及一电连接于此第二半导体层84的第二电接触部87。其中，此层状微光学结构85较佳由介电材质、陶瓷材质或金属材质构成，且其是使用前述的本发明第三较佳实施例的形成一层状微光学结构的方法形成。如图8所示，此层状微光学结构85是具有多数个微凹穴851，且它们的形状均为半球状，它们的直径也大致相同，均介于100nm至1.2μm之间。另一方面，这些这些微凹穴851是呈数组状排列，即它们有序地排列于此层状微光学结构85，并非杂乱无章地排列此层状微光学结构85。此外，虽然在本较佳实施例中，基板81是为P型硅基板，但在不同的应用场合中，此基板81的材质亦可为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。
而当此发光二极管8运作时，来自外界环境的电能分别经由第一电接触部86与第二电接触部87而到达第一半导体层82与第二半导体层84，使得第一半导体层82与第二半导体层84分别产生电子及电洞。此时，发光层83因受到这些电子及电洞的激发而产生光线。接着，这些产生的光线通过第二半导体层84而到达层状微光学结构85。此时，这些光线经过有序地排列于此层状微光学结构85的微凹穴851的折射，即通过此具有均匀化的纳米级粗糙度的界面(介于此层状微光学结构85与外界环境之间)，这些光线均可顺利地入射至外界环境而不会被此一界面反射回此层状微光学结构85。也就是说，通过由这些微凹穴851，此层状微光学结构85的「取光率」可显著提升，且可克服现有的发光二极管具有平滑界面(介于其「半导体层」与外界环境之间)所引发的「全反射效应」对于现有的发光二极管的「发光效率」的不良影响。因此，本较佳实施例的具有一层状微光学结构的发光二极管的「发光效率」及「发光亮度」均可进一步提升，使得此发光二极管可在各种不同的应用领域中取代传统照明灯具，如阴极荧光灯管等，进一步省下人们花费于照明目的的能源。
综上所述，本发明的形成一层状微光学结构的方法不仅程序简单，其所需的材料也非常容易取得，所以此方法相当适合大量生产所需。此外，本发明的形成一层状微光学结构的方法可通过由选择不同直径的纳米球，轻易地形成一具有任何直径大小的微凹穴的层状微光学结构，以分别适用于不同工作波长的发光二极管内，提升其「发光效率」及「发光亮度」。另一方面，由于本发明的形成一层状微光学结构的方法是利用纳米球的「自组装」特性，即这些纳米球会自动且有序地排列于一基板的表面，本发明的形成一层状微光学结构的方法可轻易地形成一具有纳米级粗糙度的界面于一层状微光学结构的表面，且此层状微光学结构可位于一微光学基板或一发光二极管中。另一方面，由于本发明的具有一层状微光学结构的发光二极管具有一纳米级粗糙度的界面，所以此发光二极管所产生的光线可轻易地通过此一界面而不会被全反射回原先的介质，如此发光二极管的发光层或半导体层，进一步提升此发光二极管的「发光效率」及「发光亮度」，使得发光二极管可在各种不同的应用领域中取代传统照明灯具，如阴极荧光灯管等，进一步省下人们花费于照明目的的能源。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (21)
1. 一种具有一层状微光学结构的微光学基板，是适用于一发光二极管，其特征在于包括：
一基板；以及
一层状微光学结构，是位于该基板的表面并具有多数个微凹穴。
2. 如权利要求1所述的微光学基板，其特征在于：该基板的材质是为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。
3. 如权利要求1所述的微光学基板，其特征在于：该层状微光学结构的材质是为金属。
4. 如权利要求1所述的微光学基板，其特征在于：该基板是为P型硅基板。
5. 如权利要求1所述的微光学基板，其特征在于：该微凹穴的形状是为半球状。
6. 如权利要求1所述的微光学基板，其特征在于：该微凹穴的直径是介于100nm至1.2μm之间。
7. 如权利要求1所述的微光学基板，其特征在于：该微凹穴是呈数组状排列。
8. 一种具有一层状微光学结构的发光二极管，其特征在于包括：
一基板；
一第一半导体层，是位于该基板的表面；
一发光层，是位于该第一半导体层的表面并具有多数个微凹穴；
一第二半导体层，是位于该发光层的表面；
一第一电接触部，是电连接于该基板；以及
一第二电接触部，是电连接于该第二半导体层。
9. 如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：该基板的材质是为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。
10. 如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：该微凹穴的表面更形成有一反射层。
11. 如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：该基板是为P型硅基板。
12. 如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：该微凹穴的形状是为半球状。
13. 如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：该微凹穴的直径是介于100nm至1.2μm之间。
14. 如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：该微凹穴是呈数组状排列。
15. 一种具有一层状微光学结构的发光二极管，其特征在于包括：
一基板；
一第一半导体层，是位于该基板的表面；
一发光层，是位于该第一半导体层的表面；
一第二半导体层，是位于该发光层的表面；
一层状微光学结构，是位于该第二半导体层的表面并具有多数个微凹穴；
一第一电接触部，是电连接于该基板；以及
一第二电接触部，是电连接于该第二半导体层。
16. 如权利要求15所述的发光二极管，其特征在于：该基板的材质是为P型单晶硅、N型单晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅、N型非晶硅、P型砷化镓、N型砷化镓、P型磷化铟、N型磷化铟、P型磷化镓铟、N型磷化镓铟、P型硒化铟铜或N型硒化铟铜。
17. 如权利要求15所述的发光二极管，其特征在于：该层状微光学结构的材质是为介电材质。
18. 如权利要求15所述的发光二极管，其特征在于：该基板是为P型硅基板。
19. 如权利要求15所述的发光二极管，其特征在于：该微凹穴的形状是为半球状。
20. 如权利要求15所述的发光二极管，其特征在于：该微凹穴的直径是介于100nm至1.2μm之间。
21. 如权利要求15所述的发光二极管，其特征在于：该微凹穴是呈数组状排列。
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