CN101488540A

CN101488540A - 具有反射式图案结构的发光装置

Info

Publication number: CN101488540A
Application number: CNA2008100015783A
Authority: CN
Inventors: 傅建中; 陈政寰; 郭浩中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2008-01-14
Publication date: 2009-07-22

Abstract

本发明提供一种具有反射式图案结构的发光装置，所述发光装置包含基板及发光单元。基板上具有图案结构，图案结构包含多个凹凸结构。发光单元形成于图案结构上，发光单元具有连接至图案结构的背光面，及位于背光面反侧的出光面。图案结构将发光单元朝向背光面所发出的光线反射至出光面。

Description

具有反射式图案结构的发光装置

技术领域

本发明涉及一种发光装置，尤其涉及一种具有反射式图案结构的发光装置，图案结构可以是一种纳米图案结构或是一种由纳米图案结构与微米图案结构所组成的复合图案结构。

背景技术

目前逐渐受到青睐的发光装置包含发光二极管及激光二极管。发光二极管是一种冷光发光元件，其利用半导体材料中电子空穴结合所释放出的能量，以光的形式释出。依据使用材料的不同，其可发出不同波长的光。其所发出的光涵盖可见光与不可见光(红外光或是紫外光)。由于发光二极管相比较于传统灯泡发光的形式，具有省电、耐震、寿命长及闪烁速度快等优点，因此成为日常生活中不可或缺的重要元件。激光二极管则主要被应用于光通讯与光储存。

基本的发光二极管，是由基板、形成于所述基板上的缓冲层、形成于所述缓冲层上的N型半导体层、局部地覆盖N型半导体层的发光层、形成于所述发光层的P型半导体层及两分别形成于这两个半导体层上的接触电极层所构成。

传统的发光二极管的发光层的差排密度高，因而降低发光二极管的内部量子效率，进而降低其发光亮度并产生热，而使发光二极管的温度上升，从而影响发光效率。此外，发光层所发出来的光线朝向多个方向，朝着背光面发出的光线会被基板吸收，因而降低其发光亮度。

图6显示一种传统的发光装置的封装示意图。如图6所示，发光装置100被封装于反射杯110内。基于前述理由，有部分的光线会朝着从出光面102往背光面104的方向射出，因此必须提供反射杯110来将这一部分的光线反射向上，以便提高发光亮度。反射杯110对于成本的降低与体积的缩小是不利的因子。

因此，如何提供一种具有反光效果，同时能有效降低差排密度、提升发光效率及降低温升的发光装置，实为本案所要解决的问题。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种具有反射式图案结构的发光装置，可以免除装置反射杯，同时可以有效降低差排密度、提升发光效率及降低温升。

为达上述目的，本发明提供一种发光装置，其包含基板及发光单元。基板上具有图案结构，图案结构包含多个凹凸结构。发光单元形成于图案结构上，发光单元具有连接至图案结构的背光面，及位于背光面反侧的出光面。图案结构将发光单元朝向背光面所发出的光线反射至出光面。

本发明提供一种具有反射式图案结构的发光装置，可以有效地提升输出功率和出光效率，获致完美的单面出光的效果，使发光半角减小，而具有相同于缩小发光面积的功效。

附图说明

图1显示依据本发明较佳实施例的发光装置的示意图。

图2至图4显示依据本发明较佳实施例的发光装置的图案结构的数个例子。

图5A至图5E显示对应本发明较佳实施例的发光装置的制造方法的部分流程的结构图。

图6显示一种传统的发光装置的封装示意图。

附图标号：

10：基板

12：图案结构

14：凹凸结构

20：发光单元

21：第一型半导体层

22：背光面

23：发光层

24：出光面

25：第二型半导体层

30：光线

41：蓝宝石基板

42：辅助层

43：光阻图案层

44：氮化物半导体层

45：凹凸结构

46：凹槽

具体实施方式

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

图1显示依据本发明较佳实施例的发光装置的示意图。如图1所示，本实施例的发光装置可以是一种发光二极管装置或激光二极管装置，且包含基板10及发光单元20。发光二极管装置可以是蓝光、红光或其他波长的二极管。

基板的材料可以是由硅、碳化硅、氧化镁、砷化物(譬如是砷化镓(GaAs)、磷化铝镓铟(InGaAlP)、磷砷化镓(AlGaAs))、磷化物(譬如是磷化镓(GaP)、GaPN(氮磷化镓)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化铟铝镓(InAlGaP))、氧化锌与蓝宝石等所组成的群组。基板10上具有图案结构12。图案结构12可以是一种纳米图案结构或是一种由纳米图案结构与微米图案结构所组成的复合图案结构。发光单元20形成于图案结构12上。发光单元20具有连接至图案结构12的背光面22，及位于背光面22反侧的出光面24。图案结构12将发光单元20朝向背光面22所发出的光线30反射至出光面24。

于本实施例中，发光单元20包含第一型半导体层21、发光层23及第二型半导体层25。第一型半导体层21与图案结构12直接接触。发光层23位于第一型半导体层21上，并发出光线30。第二型半导体层25位于发光层23上。发光单元20也具有两电极(未显示)，两电极被通电后可以激发发光层23发出光线30。

第一型半导体层21可以是P型或N型半导体层，第二型半导体层25可以是N型或P型半导体层。第一型半导体层21譬如是氮化镓(GaN)层、氮化铝铟镓(AlInGaN)层、氮化铝镓(AlGaN)层、氮化铝铟(AlInN)，其与图案结构12直接接触。

于本实施例中，图案结构12包含多个凹凸结构14。凹凸结构14的形状可以是矩形、正方形、圆形、椭圆形、长条型或其他任意形状。凹凸结构14可以被非周期性地配置成直线，或被周期性地配置成直线。或者，凹凸结构14可以被非周期性地配置成二维阵列，或被周期性地配置成二维阵列。所谓非周期的配置，是指但不限于此等凹凸结构14具有不相同的节距(Pitch)或不相同的责任周期(Duty cycle)。

凹凸结构14具有纳米等级的尺寸，举例而言，凹凸结构14的节距(Pitch)P小于一微米。各凹凸结构14的深度D介于数十纳米与数微米之间。图案结构12可以有效降低第一型半导体层(譬如是GaN层)21中的差排密度，更可以产生特殊的光学特性。也即，依据等效媒介理论(Effective mediumtheory)，图案结构12可以被设计成等效于双折射特性薄膜，从而具有反射功能。举例而言，可见光发光二极管所发出来的光线为例，其波长大约在350至750nm之间，通过将凹凸结构14的节距设计成小于或等于光线30的波长的二分之一或更小，可以产生反射光线30的效果。此时，光线30不会进入到基板10中，故可增加发光亮度。

图2至图4显示依据本发明较佳实施例的发光装置的图案结构的数个例子。如图2与图3所示，可以将凹凸结构14配置成二维阵列，二维阵列具有X方向及Y方向，凹凸结构14在X方向与Y方向具有相同的节距及/或相同的责任周期(Duty cycle)。责任周期是指凹部与凸部的长度比例。于其他实施例中，凹凸结构14在X方向与Y方向具有不相同的节距及/或不相同的责任周期。或者，这些凹凸结构14可以被周期性地配置成一维阵列，如图4所示，或非周期性地配置成一维阵列。

通过调整图1至图4的凹凸结构14在X方向与Y方向的节距、责任周期及/或深度，可以将凹凸结构14被配置成二维阵列(或于图4中是一维阵列)而具有极化选择性反射的功能，以便选择性反射不同极化方向的光线30，使得凹凸结构14等效于一个特定光线滤波器。

图5A至图5E显示对应本发明较佳实施例的发光装置的制造方法的部分流程的结构图。首先，在蓝宝石基板41上形成一个辅助层(二氧化硅SiO₂或氮化硅SiN_x)42，然后在辅助层42上以微影技术形成光阻图案层43，如图5A所示。接着，以蚀刻技术来对辅助层42刻以图案，并移除光阻图案层43，如图5B所示。然后，利用被刻以图案的辅助层42作为光罩来蚀刻蓝宝石基板41以形成数个凹槽46，并移除辅助层42，如图5C所示。接着，利用金属有机物化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)技术来在蓝宝石基板41上形成氮化物半导体层(譬如是GaN层)44，氮化物半导体层44的沉积可以被控制成主要沿着特定方向沉积，如图5D所示。最后，氮化物半导体层44将沿着水平方向封住蓝宝石基板41的凹槽而形成凹凸结构45，如图5E所示。此处的凹凸结构45对应于图1的凹凸结构14。

依据本发明的发光装置，其输出功率可以有效被提升，主要原因是图案结构，不但可以提供反射光线的效果，也可以有效降低氮化物半导体层与蓝宝石基板的差排，大幅提升出光效率。此外，由于图案结构具有反射光线的效果，故可获致完美的单面(出光面)出光的效果，使得本发明的发光装置在封装时，可以在不需要传统的反射杯的情况下，获得良好的效果。另一方面，可以减少发光层所发出的光线被蓝宝石基板吸收，提升总发光效率。再者，由于发光面只有在上方的出光面，所以发光面积为传统的一半，且光展量(Etendue)也是传统的一半，有助于具有小受光面积的照明应用(譬如显示器照明、车头灯、手电筒及工作岗位照明(Task lighting))之中集中光效率(Collection efficiency)的提升。此外，图案结构对正向光反射的改善较大，将使出光光型分布改变。因此，整体而言的光型更具方向性。亦即，发光半角将被减小，而具有相同于缩小发光面积的功效。

在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及权利要求的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。

Claims

1.一种具有反射式图案结构的发光装置，其特征在于，所述发光装置包含：

基板，其上具有图案结构，所述图案结构包含多个凹凸结构；及

发光单元，形成于所述图案结构上，所述发光单元具有连接至所述图案结构的背光面，及位于所述背光面反侧的出光面，其中所述图案结构将所述发光单元朝向所述背光面所发出的光线反射至所述出光面。

2.如权利要求1所述的具有反射式图案结构的发光装置，其特征在于，所述的多个凹凸结构的节距小于或等于所述光线的波长的二分之一。

3.如权利要求1所述的具有反射式图案结构的发光装置，其特征在于，所述的多个凹凸结构被配置成二维阵列而具有极化选择性反射的功能，并选择性反射不同极化方向的所述光线。

4.如权利要求1所述的具有反射式图案结构的发光装置，其特征在于，所述的多个凹凸结构被配置成二维阵列，所述二维阵列具有X方向及Y方向，所述的多个凹凸结构在所述X方向与所述Y方向具有不同的节距。

5.如权利要求1所述的具有反射式图案结构的发光装置，其特征在于，所述的多个所述的多个凹凸结构被配置成二维阵列，所述二维阵列具有X方向及Y方向，所述的多个凹凸结构在所述X方向与所述Y方向具有不同的责任周期。

6.如权利要求1所述的具有反射式图案结构的发光装置，其特征在于，所述的多个凹凸结构被配置成一维阵列而具有极化选择性反射的功能，并选择性反射不同极化方向的所述光线。

7.如权利要求1所述的具有反射式图案结构的发光装置，其特征在于，所述的多个凹凸结构的节距小于一微米。

8.如权利要求1所述的具有反射式图案结构的发光装置，其特征在于，所述发光单元包含氮化物半导体层，所述氮化物半导体层与所述图案结构直接接触。

9.如权利要求1所述的具有反射式图案结构的发光装置，其特征在于，所述发光单元包含：

第一型半导体层，其与所述图案结构直接接触；

发光层，位于所述第一型半导体层上，并发出所述光线；及

第二型半导体层，位于所述发光层上。

10.如权利要求1所述的具有反射式图案结构的发光装置，其特征在于，所述图案结构是一种纳米图案结构或一种由纳米图案结构与微米图案结构所组成的复合图案结构。