CN102916095A - 发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种发光二极管，包括一侧向堆迭的半导体复合层及一萤光基板。萤光基板包覆于半导体复合层的一侧面上。
Description
技术领域
本发明是关于一种发光二极管，且特别是关于一种可提升出光效率的发光二极管。
背景技术
随着科技的发展，各式照明技术不断创新。发光二极管为照明技术发展上的一项重要里程碑。发光二极管具有效率高、寿命长、不易破损等优点，使得发光二极管广泛地应用于各式电子装置与灯具中。
发光二极管大致可区分为以下二种：第一种为水平式发光二极管，其两个电极在发光二极管晶片的外延层同侧，且可进一步细分为以打线(wire-bounding)方式与电极连接以及以覆晶(flip-chip)方式与电极连接的两种结构；而第二种为垂直式发光二极管，其两个电极分别位于外延层的不同侧。然而，无论是何种发光二极管结构，其外延层的延伸方向都平行于电极，因此，上述发光二极管结构皆以最大的出光面面向电路板，导致出光效率的降低。再者，无论是何种发光二极管结构，皆须以外部填充胶封装发光二极管，徒增工艺成本及工时。
有鉴于此，提供一种工艺简易、成本降低且可提升出光效率的发光二极管，实为业界所亟需努力的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管，此种发光二极管的出光效率高、工艺可简化且可降低成本。
为达前述目的，本发明的一实施例提供一种发光二极管，包括一侧向堆迭的半导体复合层以及一萤光基板。萤光基板包覆于半导体复合层的一侧面上。
本发明的另一实施例提供一种发光二极管，包括一侧向堆迭的半导体复合层、一第一萤光基板、一第二萤光基板、一萤光覆层、一第一电极以及一第二电极。半导体复合层包括相对的一第一半导体层与一第二半导体层及一发光层且具有相对的一顶面与一底面，其中顶面与底面是分别垂直于第一半导体层与第二半导体层且发光层是夹设于第一半导体层与第二半导体层之间。第一萤光基板包覆于第一半导体层上且第二萤光基板包覆于第二半导体层上，萤光覆层则覆盖于顶面上。第一电极设于底面上且与第一半导体层垂直连接，而第二电极设于底面上且与第二半导体层垂直连接。其中，第一萤光基板与第二萤光基板彼此连接。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例并配合附图进行详细说明。
附图说明
图1A绘示依照本发明一实施例的发光二极管的外观图。
图1B绘示图1A中沿1B-1B’方向的剖视图。
图1A’绘示依照本发明另一实施例的发光二极管外观图。
图1B’绘示图1A’中沿1B’-1B”方向的剖视图。
图2绘示依照本发明另一实施例的发光二极管的剖面图。
图3绘示依照本发明另一实施例的发光二极管的剖面图。
主要元件符号说明：
100、100’、200、300：发光二极管
110：半导体复合层
111：第一半导体层
112：发光层
113：第二半导体层
110b：底面
110u：顶面
110s：侧面
120：第一电极
120u、130u：上表面
130：第二电极
140：萤光覆层
150、250、350：萤光基板
151、251、3521：透光基板
151s1、251s1、351s1、351s3、352s1：第一面
151s2、251s2、351s2、351s4、352s2：第二面
1511：粗糙化结构
152：萤光粒子
2511、3511：第一子透光基板
2512、3512：第二子透光基板
351：第一萤光基板
352：第二萤光基板
具体实施方式
请参照图1A，其绘示依照本发明一实施例的发光二极管100的外观图。发光二极管100包括半导体复合层110、第一电极120、第二电极130、萤光覆层140及萤光基板150。
半导体复合层110具有侧面110s及相对的顶面110u与底面110b，其中顶面110u与底面110b实质上平行，且半导体复合层110的侧面110s实质上垂直于半导体复合层110的顶面110u与底面110b，然而，由于制造公差或误差，半导体复合层110的侧面110s与顶面110u或底面110b间的夹角可略小于或略大于90度。
本实施例中，半导体复合层110的侧面110s的面积大于顶面110u及底面110b面积，在此设计下，由于半导体复合层110的侧面110s的出光率大于顶面110u及底面110b的出光率，故可降低自发光二极管100射出的光线被第一电极120及/或第二电极130遮蔽的机率，进而可提升发光二极管100整体的出光效率。另一实施例中，侧面110s的面积亦可视实际需要而小于或实质上等于顶面110u及底面110b面积。
如图1A所示，萤光基板150包覆于半导体复合层110的侧面110s上。换言之，半导体复合层110的侧面110s完全被萤光基板150所环绕，使从半导体复合层110的侧面110s发出的光线(未绘示)可穿越萤光基板150射出，故可直接提供所欲的混色光，而不必再额外填充封装胶。
请参照图1B，其绘示图1A中沿1B-1B’方向的剖视图。半导体复合层110是一侧向堆迭的半导体复合层，其包括第一半导体层111、发光层112及第二半导体层113，其中第一半导体层111与第二半导体层113实质上平行，而发光层112是夹设于第一半导体层111与第二半导体层113之间。
半导体复合层110可通过一般半导体工艺(例如薄膜沉积、微影、蚀刻、掺杂)来形成。第一半导体层111例如是P型半导体层与N型半导体层的其中一者，而第二半导体层113则为P型半导体层与N型半导体层的另一者。其中，P型半导体层例如是掺杂硼(B)、铟(In)、镓(Ga)或铝(Al)等三价元素的氮基半导体层，而N型半导体层例如是掺杂磷(P)、锑(Ti)、砷(As)等五价元素的氮基半导体层。发光层112可以是三五族二元素化合物半导体(例如是砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN))、三五族多元素化合物半导体(例如是砷化铝镓(AlGaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、砷化铝铟镓(AlInGaAs))或二六族二元素化合物半导体(例如是硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)、硒化锌(ZnSe))。
如图1B所示，第一电极120设于半导体复合层110的底面110b上且与第一半导体层111垂直连接。详细而言，第一电极120以其上表面120u连接于半导体复合层110的底面110b，其中上表面120u实质上垂直于第一半导体层111的侧面110s。第二电极130设于半导体复合层110的底面110b上且与第二半导体层113垂直连接。详细而言，第二电极130以其上表面130u连接于半导体复合层110的底面110b，其中上表面130u实质上垂直于第二半导体层113的侧面110s。
发光二极管100通过第一电极120及第二电极130设于一电路板(未绘示)上，即发光二极管100以底面110b面向电路板。由于发光二极管100的侧面110s未面向电路板，因此从半导体复合层110的侧面110s射出的光线不致受到电路板的阻挡，藉此可提升发光二极管100的整体出光效率。
本实施例的发光二极管100的顶面出光率可达30％以上、底面出光率可达5％以上，而侧面出光率则可达45％以上，整体出光率总计可达至少80％以上，与传统发光二极管的整体出光率仅可达60％至70％相比，本实施例的发光二极管100的整体出光率提升了至少10％至20％以上。
如图1B所示，萤光覆层140可采用贴合方式或涂覆方式而覆盖于半导体复合层110的顶面110u上，较佳但非限定地是覆盖半导体复合层110的整个顶面110u，使射出半导体复合层110的顶面110u的光线穿越萤光覆层140后射出。此外，萤光覆层140例如是一萤光胶层或一萤光基板，其中该萤光胶层例如是封装胶掺杂钇铝石榴石(YAG)萤光粉、硫化锌萤光粉及硅酸盐萤光粉等市售的萤光粉，但不限于此，而该萤光基板可相似于本文实施例中的萤光基板150、250或350。
萤光基板150包括透光基板151及数个萤光粒子152，其中萤光粒子152掺杂于透光基板151内。
透光基板151具有相对的第一面151s1与第二面151s2，透光基板151是以第一面151s1包覆于半导体复合层110的侧面110s上。于本实施例中，透光基板151具有数个粗糙化结构1511，以破坏光线于第二面151s2的全反射角，进而可提升出光效率，然此非用以限制本发明实施例。透光基板151例如是单晶基板、多晶基板、或由透明石英材料、透明玻璃材料或透明高分子聚合物材料所制成的基板。
萤光粒子152分布于透光基板151内，此些萤光粒子152除了均匀分布于透光基板151内的态样之外，萤光粒子152的分布密度亦可自透光基板151的第一面151s1往第二面151s2递增或递减，以使萤光基板150的折射率自第一面151s1往第二面151s2渐变，进而可提高出光效率。于本实施例中，以萤光粒子152的分布密度自透光基板151的第一面151s1往第二面151s2递减为例说明，如图1B所示。经由萤光粒子152的分布密度的渐变设计，可优化萤光基板150，使萤光基板150的折射率不会有局部剧烈变化的情况，进而稳定出光品质并提升出光效率。
此外，亦可针对透光基板151进行优化，例如使透光基板151的折射率分布自透光基板151的第一面151s1往第二面151s2递增或递减，以使萤光基板150的折射率自第一面151s1往第二面151s2渐变，提高出光效率。经由于透光基板151制造过程中控制工艺参数或组成成分，可制作出局部折射率不同的透光基板151，以避免萤光基板150的折射率局部剧烈变化的情形，进而可稳定出光品质并提升出光效率。在透光基板151的折射率递增或递减的设计下，亦可视需要限制或不限制掺杂于透光基板151内的萤光粒子152的分布方式。
请续参图1A’及1B’，图1A’绘示依照本发明另一实施例的发光二极管100’的外观图，图1B’绘示图1A’中沿1B’-1B”方向的剖视图。需说明的是，发光二极管100’与前一实施例发光二极管100的主要差异是在于本实施例的透光基板151不具有粗糙化结构，其它元件与特征皆与前一实施例相同，于此不再赘述。
请续参图2，其绘示本发明另一实施例的发光二极管200的剖面图。发光二极管200包括半导体复合层110、第一电极120、第二电极130、萤光覆层140及萤光基板250。
如图2所示，萤光基板250包覆半导体复合层110的侧面110s。半导体复合层110的侧面110s完全被萤光基板250所环绕，使从半导体复合层110的侧面110s发出的光线(未绘示)可穿越萤光基板250射出，故可直接提供所欲的混色光，在此情况下，可不需额外填充封装胶。萤光基板250可以是单层或多层基板结构，以下是以双层基板结构为例说明，然其它实施例的萤光基板250的基板层数可视需要而超过三层。
萤光基板250包括透光基板251及数个萤光粒子152，其中透光基板251是一双层基板，其包括第一子透光基板2511及第二子透光基板2512。第一子透光基板2511包覆半导体复合层110的侧面110s，而第二子透光基板2512包覆第一子透光基板2511的侧面。第一子透光基板2511及第二子透光基板2512的材质可相似于上述透光基板151，容此不再赘述。
如图2所示，萤光粒子152分布于第一子透光基板2511及第二子透光基板2512内，且第一子透光基板2511的萤光粒子152的分布密度大于第二子透光基板2512的萤光粒子152的分布密度，如此可使萤光粒子152的分布密度自透光基板251的第一面251s1往第二面251s2递减，但不限于此。于其他实施例中，第一子透光基板的萤光粒子的分布密度小于第二子透光基板的萤光粒子的分布密度，使萤光粒子分布密度自透光基板的第一面往第二面递增。经由萤光粒子152的分布密度的渐变设计，可优化萤光基板150，使萤光基板150的折射率不会有局部剧烈变化的情况，进而可稳定出光品质并提升出光效率。
请参照图3，其绘示本发明另一实施例的发光二极管300的剖面图。发光二极管300包括半导体复合层110、第一电极120、第二电极130、萤光覆层140及萤光基板350。
如图3所示，萤光基板350包覆半导体复合层110的侧面110s。半导体复合层110的侧面110s完全被萤光基板150所环绕，使从半导体复合层110的侧面110s发出的光线(未绘示)可穿越萤光基板150射出，故可直接提供所欲的混色光，在此情况下，不需额外填充封装胶。萤光基板350包括第一萤光基板351及第二萤光基板352，其中第一萤光基板351可采用例如是黏合或卡合方式连接于第二萤光基板352，但并不以此为限。于另一实施例中，第一萤光基板与第二萤光基板亦可为一体成形结构。
第一萤光基板351包括第一子透光基板3511及第二子透光基板3512，其中第一子透光基板3511设于半导体复合层110上，而第二子透光基板3512设于第一子透光基板3511上。第一子透光基板3511及第二子透光基板3512的材质可相似于上述透光基板151，容此不再赘述。
第一萤光基板351更包括数个萤光粒子152分布于第一子透光基板3511与第二子透光基板3512内，且第一子透光基板3511的萤光粒子152的分布密度大于第二子透光基板3512的萤光粒子152的分布密度，但不以此为限。于另一实施例中，第一子透光基板的萤光粒子的分布密度可小于第二子透光基板的萤光粒子的分布密度。
于又一实施例中，可针对透光基板进行优化。例如，第一子透光基板3511的折射率分布可自第一子透光基板3511的第一面351s1往第二面351s2递增或递减，在此设计下，可视需要限制或不限制萤光粒子152的分布方式。此外，第二子透光基板3512的折射率分布亦可自第二子透光基板3512的第一面351s3往第二面351s4递增或递减，在此设计下，亦可视需要限制或不限制萤光粒子152的分布方式。
如图3所示，第二萤光基板352包括透光基板3521及数个萤光粒子152，其中透光基板3521的第一面352s1与半导体复合层110连接。此外，透光基板3521的材质可相似于上述透光基板151，容此不再赘述。萤光粒子152分布于透光基板3521内，且此些萤光粒子152的分布密度自透光基板3521的第一面352s1往第二面352s2递增或递减。另一实施例中，萤光粒子152均匀分布于透光基板3521内。
根据本发明实施例的发光二极管具有许多优点，以下说明其中几个：
(1).一实施例中，经由侧向堆迭的半导体复合层构造，可使出光率较高的面位于侧面，进而减少自发光二极管射出的光线被电极及/或电路板遮蔽的机率，提高整体的出光效率；
(2).一实施例中，经由于半导体复合层的侧面包覆萤光基板，可使自侧面发出的光线穿越萤光基板后射出，进而可直接提供所欲的混色光，在此情况下，可不需额外填充封装胶，故可节省工艺成本；以及
(3).一实施例中，经由改变萤光基板内的萤光粒子的分布密度及/或萤光基板的折射率分布，以达到分布密度及/或折射率分布渐变的效果，可避免局部剧烈变化的情形，进而可稳定出光品质及提升出光效率。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (12)
1.一种发光二极管，包括：
一侧向堆迭的半导体复合层；以及
一萤光基板，包覆于该半导体复合层的一侧面上。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该萤光基板包括：
一透光基板，具有相对的一第一面与一第二面，该透光基板的该第一面与该半导体复合层的该侧面连接；以及
数个萤光粒子，分布于该透光基板内，且所述萤光粒子的分布密度自该透光基板的该第一面往该第二面递增或递减。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该萤光基板包括一透光基板，该透光基板具有相对的一第一面与一第二面，该透光基板的该第一面与该半导体复合层的该侧面连接，且该透光基板的折射率分布自该透光基板的该第一面往该第二面递增或递减。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该萤光基板包括：
一第一子透光基板，包覆于该半导体复合层的该侧面上；
一第二子透光基板，包覆于该第一子透光基板上；以及
数个萤光粒子，分布于该第一子透光基板与该第二子透光基板内，且该第二子透光基板的所述萤光粒子的分布密度大于或小于该第一子透光基板的所述萤光粒子的分布密度。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该萤光基板包括：
一第一子透光基板，包覆于该半导体复合层的该侧面；以及
一第二子透光基板，包覆于该第一子透光基板，该第二子透光基板的折射率大于或小于该第一子透光基板的折射率。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该半导体复合层具有一顶面，该半导体复合层的该顶面是垂直于该半导体复合层的该侧面，该发光二极管更包括：
一萤光覆层，覆盖于该半导体复合层的该顶面上。
7.一种发光二极管，包括：
一侧向堆迭的半导体复合层，包括相对的一第一半导体层与一第二半导体层及一发光层且具有相对的一顶面与一底面，其中该顶面与该底面是分别垂直于该第一半导体层与该第二半导体层且该发光层是夹设于该第一半导体层与该第二半导体层之间；
一第一萤光基板，包覆于该第一半导体层上；
一第二萤光基板，包覆于该第二半导体层上；
一萤光覆层，覆盖于该顶面上；
一第一电极，设于该底面上且与该第一半导体层垂直连接；以及
一第二电极，设于该底面上且与该第二半导体层垂直连接；
其中，该第一萤光基板与该第二萤光基板彼此连接。
8.如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，该萤光覆层为一萤光胶层或一萤光基板。
9.如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，该第一萤光基板与该第二萤光基板中的至少一者各包括：
一透光基板，具有相对的一第一面与一第二面，该透光基板的该第一面与该半导体复合层连接；以及
数个萤光粒子，分布于该透光基板内，且所述萤光粒子的分布密度自该透光基板的该第一面往该第二面递增或递减。
10.如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，该第一萤光基板与该第二萤光基板中的至少一者各包括：
一透光基板，具有相对的一第一面与一第二面，该透光基板的该第一面与该半导体复合层连接，且该透光基板的折射率分布自该透光基板的该第一面往该第二面递增或递减。
11.如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，该第一萤光基板与该第二萤光基板中的至少一者各包括：
一第一子透光基板，包覆于该半导体复合层上；
一第二子透光基板，包覆于该第一子透光基板上；以及
数个萤光粒子，分布于该第一子透光基板与该第二子透光基板内，且该第二子透光基板的所述萤光粒子的分布密度大于或小于该第一子透光基板的所述萤光粒子的分布密度。
12.如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，该第一萤光基板与该第二萤光基板中的至少一者各包括：
一第一子透光基板，包覆于该半导体复合层上；以及
一第二子透光基板，包覆于该第一子透光基板上，该第二子透光基板的折射率大于或小于该第一子透光基板的折射率。
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