CN102468392A - 具有网状结构的发光二极管 - Google Patents

Abstract

一种具有网状结构的发光二极管，包含基板、形成于该基板顶面的磊晶单元、形成于该磊晶单元上的透明导电层、设置于该磊晶单元与该透明导电层之间的第一网状结构，以及电极单元。磊晶单元可将电能转换为光能，透明导电层可将垂直进入的电流横向均匀扩散，第一网状结构与外界连通，电极单元将外界的电能提供至磊晶单元使磊晶单元发光，本发明利用形成于该透明导电层底面的第一网状结构，增加光的折射，进而提升光取出效率及光均匀度，减少滞留于该发光二极管内部的光形成废热能，以提高发光二极管的使用寿命。

Description

具有网状结构的发光二极管

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，特别是涉及一种具有网状结构的发光二极管。

背景技术

发光二极管主要为将电能转换成光能释出，而发光二极管整体的发光亮度主要取决于光电转换间的内部量子效率(internal quantumefficiency)与外部量子效率(external quantum efficiency)、辐射发光效率(radiant efficiency)，及将电能转换为光能后的光取出效率(extraction efficiency)。其中，提升光取出效率可直接提升发光二极管的发光亮度。

参阅图1，目前发光二极管包含一基板11、一磊晶单元12、一透明导电层13，及一电极单元14。

该基板11以蓝宝石(sapphire)为材料所构成，主要是供氮化镓系半导体可在其表面顺利磊晶成长。

该磊晶单元12包括由邻近而远离该基板11且形成于该基板11顶面的一第一披覆层121、一发光层122，及一第二披覆层123。该第一披覆层121以n型氮化镓系半导体为主要构成材料磊晶形成于该基板11上，该第二披覆层123以相异于该n型半导体的p型氮化镓系半导体为主要构成材料磊晶形成。该发光层122主要为多重量子井发光结构(MQW，Multiple Quantum Well)。该第一披覆层121、第二披覆层123与该发光层122可配合将经由该第一披覆层121、第二披覆层123输入的电能在该发光层122转换成光能。

该透明导电层13形成于该磊晶单元12的第二披覆层123上，可将自顶面垂直传送进入的电流横向均匀扩散。

该电极单元14包括一设置于该第一披覆层121上并与该第一披覆层121欧姆接触(ohmic contact)的第一电极141，及一设置于该透明导电层13上并与该第二披覆层123欧姆接触的第二电极142，所述第一电极141、第二电极142相配合而可将外界的电能提供至该磊晶单元12。

外界经由该电极单元14的第一电极141、第二电极142对该磊晶单元12提供电能，电能经该第一披覆层121、第二披覆层123至该发光层122将电能转换而产生光。

产生的光部份经该第二披覆层123及该透明导电层13释出，而由于该第二披覆层123及该透明导电层13皆为平板结构，因此，自发光二极管内部产生的往正向方向前进的光容易在相邻层体的界面间发生全反射而恒停留在元件内部成为废热能，而累积的废热能将导致发光二极管过热；此外，其余产生的往基板11方向行进的光，也由于该基板11及该第一披覆层121皆为平板结构，无法经由该基板11及该第一披覆层121反射及折射成为具有多角度及方向的光，而无法有效增加正向光取出的机率及光均匀度。

由上述说明可知，目前发光二极管长期使用易过热，且整体的光取出效率、光均匀度均不甚理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以提高发光亮度及发光均匀度，且避免元件过热的具有网状结构的发光二极管。

本发明的具有网状结构的发光二极管，包含：一个基板、一个磊晶单元、一个透明导电层，及一个电极单元。

该磊晶单元形成于该基板且在接受电能时将电能转换而产生光，该透明导电层形成于该磊晶单元上增加电流扩散，该电极单元将外界的电能提供至该磊晶单元使该磊晶单元发光；该具有网状结构的发光二极管还包含一个第一网状结构，该第一网状结构位于该磊晶单元与该透明导电层之间并与外界连通。

本发明所述的第一网状结构包括多个自该透明导电层底面往远离该基板方向凹陷的第一微孔洞，及多个自该透明导电层的底面往远离该基板方向凹陷且分别连通两相邻的第一微孔洞的第一微通道。

本发明所述的第一网状结构还包括多个自该透明导电层底面往远离该基板方向凹陷的第二微孔洞，所述第二微孔洞彼此间隔地形成规则的周期排列，并界定出多个等边长的多边形区域，所述第一微孔洞分别对应地位于所述区域的中央，所述第一微通道连接两两相邻的第一微孔洞与第二微孔洞。

本发明所述的每一个第一微孔洞的深度大于每一个第一微通道的深度，每一个第一微孔洞的径宽大于每一个第二微孔洞的径宽。

本发明所述的具有网状结构的发光二极管还包含一个位于该磊晶单元与该基板之间并与外界连通的第二网状结构。

本发明所述的第二网状结构包括多个自该第一披覆层底面往该基板方向凹陷的第三微孔洞，及多个自该第一披覆层的底面往该基板方向凹陷且分别连通两相邻的第三微孔洞的第二微通道。

本发明所述的第二网状结构还包括多个自该第一披覆层底面往该基板方向凹陷的第四微孔洞，所述第四微孔洞彼此间隔地形成规则的周期排列，并界定出多个等边长的多边形区域，所述第三微孔洞分别对应地位于所述区域的中央，所述第二微通道连接两两相邻的第三微孔洞与第四微孔洞。

本发明所述的每一个第三微孔洞的深度大于每一个第二微通道的深度，每一个第三微孔洞的径宽大于每一个第四微孔洞的径宽。

本发明所述的具有网状结构的发光二极管还包含充填于所述微通道中的填充体，所述填充体包括荧光粉。

本发明所述的具有网状结构的发光二极管还包含充填于所述微通道中的填充体，所述填充体选自氖气、氦气，及其组合为材料所构成。

本发明的有益效果在于：利用该第一网状结构供由该磊晶单元发出的光经过多角度的折射而正向发光，使光的取出效率更高，也可提升光的均匀程度，降低光滞留在发光二极管内部转换成为的废热能，增加发光二极管的使用寿命。

附图说明

图1是一种现有「发光二极管」的示意图；

图2是本发明具有网状结构的发光二极管的第一较佳实施例的一示意图；

图3是该第一较佳实施例的一示意图，说明该第一网状结构还包括多个第二微孔洞；

图4是该第一较佳实施例的一示意图，说明该第一网状结构还可为环形通道态样；

图5是本发明具有网状结构的发光二极管的第二较佳实施例的一示意图；

图6是该第二较佳实施例的一示意图，说明该第二网状结构还包括多个第四微孔洞；

图7是该第二较佳实施例的一示意图，说明该第二网状结构还可为环形通道态样。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2，本发明具有网状结构的发光二极管的第一较佳实施例包含一基板2、一磊晶单元3、一透明导电层4、一第一网状结构5，及一电极单元6。

该基板2为平坦不透光的板状结构，且具有易于反射光的特性，在该第一较佳实施例中，是以蓝宝石为该基板2的主要材料。

该磊晶单元3包括依序自该基板2顶面往上堆叠的一第一披覆层31、一发光层32，及一第二披覆层33，该第一披覆层31以n型的氮化镓铟系化合物为主要的半导体材料所构成，该第二披覆层33以p型的氮化镓铟系化合物为主要的半导体材料所构成，且该第一披覆层31、第二披覆层33皆为透明可透光的薄膜。该发光层32为可将电子电洞对限制于较窄能阶范围的多重量子井结构。因此，当该磊晶单元3在接受电能时，该第一披覆层31、第二披覆层33的电子与电洞相对该发光层32形成一预定能障，而使来自该第一披覆层31、第二披覆层33的电子电洞对在该发光层32再结合而放光。

该透明导电层4自该磊晶单元3的第二披覆层33往上延伸且透明可透光，使相对该基板2为垂直进入该透明导电层4的电流可横向均匀扩散。在该第一较佳实施例中，该透明导电层4的材料选自于氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锌铝、氧化锌镓，及其中的任一组合。

该第一网状结构5与外界连通并形成于该透明导电层4及该磊晶单元3的第二披覆层33之间，且包括自该透明导电层4底面往远离该基板2方向凹陷的多个第一微孔洞51，及多个第一微通道52，每一第一微孔洞51呈半球型且间隔排列，且深度大于每一第一微通道52的深度，并利用所述第一微通道52使所述微孔洞两两连通不封闭。

该电极单元6包括一设置于该磊晶单元3的第一披覆层31顶面的第一电极61，及一设置于该透明导电层4顶面的第二电极62，该第一电极61、第二电极62分别与该第一披覆层31、该透明导电层4欧姆接触，且可将外界所提供的电能传送到该磊晶单元3。

当外界自该电极单元6的第一电极61与第二电极62相配合地施加电能时，电流经过该透明导电层4横向均匀分散流通后进入该磊晶单元3的第一披覆层31、第二披覆层33产生电子电洞对，电子电洞对再于该发光层32再结合，将电能转换为光能而产生光。

一部份往正向发出的光在经过该第一网状结构5的第一微孔洞51及第一微通道52时，利用存在于所述第一微孔洞51及所述第一微通道52内的空气，及与该透明导电层4之间的界面，使光进行再次的折射而可更均匀地正向发出，且该发光层32所产生的光也能拥有较目前发光二极管更多不同折射角度得以正向发光，而不会受困于发光二极管内部成为废热能造成发光二极管过热的状态，延长该发光二极管的使用寿命。

其余另一部份往该基板2方向的光在经过基板2反射后，由于在通过该第一网状结构5的同时，被该第一网状结构5折射，使反射自该基板2的光更容易正向发光，提高发光二极管整体发光亮度。

参阅图3，此外，特别说明的是，该第一网状结构5还可包括多个自该透明导电层4往远离该基板2方向凹陷的第二微孔洞53，每一第二微孔洞53的深度及径宽皆较每一第一微孔洞51的深度及径宽小，且所述第二微孔洞53彼此间隔且呈周期排列，界定出多个每边皆等长的正六边形区域，所述第一微孔洞51分别位于所述六边形区域的中央，使每一第一微孔洞51与每一第二微孔洞53的距离为0.3μm～3μm，且所述第一微通道52连通相邻的第一微孔洞51与第二微孔洞53及两两相邻的第二微孔洞53。

当每一第一微孔洞51与每一第二微孔洞53间的距离为0.3μm～3μm时，该磊晶单元3发出的光受所述微孔洞51、53的折射而增加正向出光的机率为最佳。特别地，若该磊晶单元3发出的光的波长表示为λ，当第一微孔洞51与第二微孔洞53间的距离，及两两第二微孔洞53间的间隔距离为N×λ/4(N为正整数)时，则可经由光在两两微孔洞间形成驻波，更为加强该磊晶单元3发出的光在经过所述微孔洞51、53时受到折射及散射的程度，进而使光正向发光的亮度及整体均匀度皆提高。其中，所述第二微孔洞53可排列为多个等边长的多边形区域。

参阅图4，该第一网状结构5不限定为上述态样，也可为环形通道或是其他型态，视发光二极管所产生的光的波长、角度，及其相关特性决定。

需说明的是，该第一网状结构5的形成方式：首先，在该磊晶单元3的第二披覆层33顶面镀上一以金属或是金属氧化物为材料所构成的牺牲层(图未示)，再经由图案化制程(也就是曝光、显影及蚀刻等流程)，将该牺牲层的态样成型为所欲形成的第一网状结构5的态样，而成为一牺牲结构(图未示)，并使部份该第二披覆层33顶面裸露；接着，在该第二披覆层33所裸露出的顶面，及该牺牲结构的顶面形成一透明导电层4；最后，利用具有蚀刻选择比而可蚀刻该牺牲结构的蚀刻液进行该牺牲结构的湿蚀刻制程，并将该牺牲结构蚀刻完全，以形成一位于该磊晶单元3及该透明导电层4之间，且不破坏该磊晶单元3的第二披覆层33的表面晶格排列的第一网状结构5。该第一网状结构5与外界连通，该发光二极管可通过与外界连通的该第一网状结构5的第一微孔洞51、第二微孔洞53及第一微通道52将所述第一微孔洞51、第二微孔洞53及所述第一微通道52抽真空、通入例如氦气(He)、氖气(Ne)等特定气体，或是在封装时充填荧光粉等利用光激发而产生混光的材料。

因此，需说明的是，该具有网状结构的发光二极管的第一较佳实施例还可包含位于该第一微通道52的填充体，所述填充体包括荧光粉。特别地，该填充体亦可选自氖气、氦气，及其组合为材料所构成。

参阅图5，为本发明具有网状结构的发光二极管的第二较佳实施例，该第二较佳实施例与该第一较佳实施例相似，其不同的地方仅在于该第二较佳实施例还包含一形成于该基板2及该磊晶单元3的第一披覆层31之间，且与外界连通的第二网状结构7。

该第二网状结构7包括形成于该第一披覆层31底面且往该基板2方向凹陷的多个的第三微孔洞71，及多个第二微通道72。所述第三微孔洞71呈半球状且间隔排列地于该第一披覆层31底面而形成，且每一第三微孔洞71的深度大于每一第二微通道72的深度，所述第二微通道72将所述第三微孔洞71两两相互连通，再与外界连通。

该电极单元6的第一电极61与第二电极62相配合地接受来自外界的电能时，电流经过该透明导电层4横向均匀分散流通后进入该磊晶单元3，该第一披覆层31、第二披覆层33及该发光层32配合将电能转换而产生光。

除其中一部份正向发出的光经该透明导电层4、该第一网状结构5正向发光外，其中另一部份朝向基板2的光，则先通过该第二网状结构7，利用不同的介质及非平坦的态样增加光反射的角度，经过该基板2反射后，再借由通过该第二网状结构7，再次增加光的折射角度，提升反射的光取出的机率与均匀程度。

参阅图6，需提出的是，该第二网状结构7还可再包括多个自该第一披覆层31往该基板2方向凹陷的第四微孔洞73，每一第四微孔洞73的深度及径宽较每一第三微孔洞71的深度及径宽小，且所述第四微孔洞73间隔且整齐地呈周期排列，并界定多个等边长的六边形区域，所述第三微孔洞71分别对应地位于所述六边形区域的中央，每一第三微孔洞71与每一第四微孔洞73的距离为0.3μm～3μm，并且所述第二微通道72连通相邻的第三微孔洞71与第四微孔洞73及两两相邻的第四微孔洞73，并与外界连通。

当每一第三微孔洞71与每一第四微孔洞73间的距离为0.3μm～3μm时，该磊晶单元3发出的光受所述微孔洞71、73的折射而增加正向出光的机率，较每一第三微孔洞71与每一第四微孔洞73间的距离在此范围外的正向出光机率更佳。特别地，若该磊晶单元3发出的光的波长表示为λ，当第三微孔洞71与第四微孔洞73间的距离，及两两第四微孔洞间73的间隔距离为N×λ/4(N为正整数)时，则可经由光在两两微孔洞71、73间形成驻波，更为加强该磊晶单元3发出的光在经过该第二网状结构7时受到折射及散射的程度，进而使光正向发光的亮度及整体均匀度皆提高。其中，该第二网状结构7不限制为上述态样，所述第四微孔洞73可排列为多个等边长的多边形区域、环形通道态样(如图7)，或其他型态。

再需说明的是，该第二网状结构7的形成方式：先在该基板2顶面镀上一以金属或是金属氧化物为材料所构成的牺牲层(图未示)，再利用图案化制程将该牺牲层的态样成型为所欲形成的第二网状结构7的态样，而成为一牺牲结构(图未示)，并使该基板2的部份顶面裸露；继续在该基板2所裸露出的顶面，及该牺牲结构的顶面形成一第一披覆层31；最后，利用具有蚀刻选择比而可蚀刻该牺牲结构的蚀刻液进行该牺牲结构的蚀刻，以形成一位于该基板2及该磊晶单元3之间，且不破坏该基板2表面晶格排列的第二网状结构7。该第二网状结构7与外界连通，该发光二极管可通过与外界连通的第二网状结构7将该第二网状结构7抽真空、通入氦气(He)或氖气(Ne)等特定气体，或是在封装时利用毛细现象充填荧光粉等利用光激发而产生混光的材料。

因此，需说明的是，该具有网状结构的发光二极管的第二较佳实施例还可包含位于该第二微通道72的填充体，该填充体包括荧光粉。特别地，该填充体亦可选自氖气、氦气，及其组合为材料所构成。

该荧光粉供来自该磊晶单元3发出的光激发而转变成为较原光所具有的波长范围更宽的波长范围的混光，不仅不需如目前在封装时才能利用掺荧光粉的封装胶包覆于该发光二极管表面才能得到混光，还可供已在发光二极管内形成的混光在通过附着于该发光二极管表面的掺荧光粉的封装胶达到二次混光的效果，使混光更为均匀。该封装领域非本案的重点，且为本领域技术人员所知，所以仅以上简略描述。

由以上说明可知，本发明利用该第一网状结构5与第二网状结构7的微孔洞及所述微通道52、72内抽真空、充填空气或是特定气体，增加及改变磊晶单元3将电能转换而产生的光的折射及反射角度，以提升正向光取出效率，从而提升整体具有网状结构的发光二极管的发光亮度及光均匀度，也减少存于发光二极管内部的光转变为废热能，且可增加该发光二极管的使用期限。另外，向该第一网状结构5与第二网状结构7充填荧光粉，使光在该该第一网状结构5与第二网状结构7内通过该荧光粉而再次激发，使光在发光二极管内部就可产生混光的功效。

Claims (10)

1.一种具有网状结构的发光二极管，包含：一个基板、一个磊晶单元、一个透明导电层，及一个电极单元，该磊晶单元形成于该基板且在接受电能时将电能转换而产生光，该透明导电层形成于该磊晶单元上增加电流扩散，该电极单元将外界的电能提供至该磊晶单元使该磊晶单元发光；其特征在于：该具有网状结构的发光二极管还包含一个第一网状结构，该第一网状结构位在该磊晶单元与该透明导电层之间并与外界连通。

2.根据权利要求1所述的具有网状结构的发光二极管，其特征在于：该第一网状结构包括多个自该透明导电层底面往远离该基板方向凹陷的第一微孔洞，及多个自该透明导电层的底面往远离该基板方向凹陷且分别连通两相邻的第一微孔洞的第一微通道。

3.根据权利要求2所述的具有网状结构的发光二极管，其特征在于：该第一网状结构还包括多个自该透明导电层底面往远离该基板方向凹陷的第二微孔洞，所述第二微孔洞彼此间隔地形成规则的周期排列，并界定出多个等边长的多边形区域，所述第一微孔洞分别对应地位于所述区域的中央，所述第一微通道连接两两相邻的第一微孔洞与第二微孔洞。

4.根据权利要求3所述的具有网状结构的发光二极管，其特征在于：每一个第一微孔洞的深度大于每一个第一微通道的深度，每一个第一微孔洞的径宽大于每一个第二微孔洞的径宽。

5.根据权利要求4所述的具有网状结构的发光二极管，其特征在于：该发光二极管还包含一个位于该磊晶单元与该基板之间并与外界连通的第二网状结构。

6.根据权利要求5所述的具有网状结构的发光二极管，其特征在于：该第二网状结构包括多个自该第一披覆层底面往该基板方向凹陷的第三微孔洞，及多个自该第一披覆层的底面往该基板方向凹陷且分别连通两相邻的第三微孔洞的第二微通道。

7.根据权利要求6所述的具有网状结构的发光二极管，其特征在于：该第二网状结构还包括多个自该第一披覆层底面往该基板方向凹陷的第四微孔洞，所述第四微孔洞彼此间隔地形成规则的周期排列，并界定出多个等边长的多边形区域，所述第三微孔洞分别对应地位于所述区域的中央，所述第二微通道连接两两相邻的第三微孔洞与第四微孔洞。

8.根据权利要求7所述的具有网状结构的发光二极管，其特征在于：每一个第三微孔洞的深度大于每一个第二微通道的深度，每一个第三微孔洞的径宽大于每一个第四微孔洞的径宽。

9.如权利要求2至8中任一权利要求所述的具有网状结构的发光二极管，其特征在于：该发光二极管还包含充填于所述微通道中的填充体，所述填充体包括荧光粉。

10.如权利要求2至8中任一权利要求所述的具有网状结构的发光二极管，其特征在于：该发光二极管还包含充填于所述微通道中的填充体，所述填充体选自氖气、氦气，及其组合为材料所构成。

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