CN104300055A - 发光元件 - Google Patents
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Abstract
一种发光元件，包含一发光迭层，包含一主动层；以及一非氧化物绝缘层，位于发光迭层之下，其中非氧化物绝缘层的折射率小于1.4。
Description
技术领域
本发明关于一种发光元件，特别是关于一种具有高反射率的发光元件。
背景技术
光电元件，例如发光二极管(Light-emitting Diode；LED)，目前已经广泛地使用在光学显示装置、交通号志、数据储存装置、通讯装置、照明装置与医疗器材上。此外，上述的LED可与其它元件组合连接以形成一发光装置。图1为已知的发光装置结构示意图，如图1所示，一发光装置1包含一具有一电路14的次载体12；一焊料16位于上述次载体12上，藉由此焊料16将LED11固定于次载体12上并使LED11与次载体12上的电路14形成电连接；以及一电性连接结构18，以电性连接LED11的电极15与次载体12上的电路14；其中，上述的次载体12可以是导线架或大尺寸镶嵌基底。
发明内容
一种发光元件，包含一发光迭层，包含一主动层；以及一非氧化物绝缘层，位于发光迭层之下，其中非氧化物绝缘层的折射率小于1.4。
附图说明
图1绘示已知的发光装置结构示意图。
图2A绘示本发明一实施例的发光元件的上视图。
图2B绘示图2A沿剖面线AA’的剖面图。
图3绘示第一接触上表面表面积相对于第一接触上表面和第二接触上表面的表面积总和的百分比对功率的示意图。
图4绘示本发明一实施例的灯泡分解示意图。
[标号说明]
1 发光装置 11 LED
12 次载体 13、20 基板
14 电路 15 电极
16 焊料 18 电性连接结构
2、40 发光元件 21 导电黏结层
22 反射结构 220 欧姆接触层
222 阻障层 224 反射黏结层
226 反射层 23 透明导电结构
230 第一导电氧化层 231 第一接触上表面
232 第二导电氧化层 24 非氧化物绝缘层
241 第二接触上表面 242 孔隙
25 发光迭层 251 第一半导体层
252 发光层 253 第二半导体层
254 出光上表面 26 电接触层
27 第一电极 271 电流注入部
272 延伸部 273 突出部
2721 第一支线 2722 第二支线
28 第二电极 29 窗户层
4 灯泡 41 灯罩
42 透镜 43 载体
44 照明模块 45 灯座
46 散热槽 47 连结部
48 电连结器
具体实施方式
本发明的实施例会被详细地描述，并且绘制于图式中，相同或类似的部分会以相同的号码在各图式以及说明出现。
图2A为本发明一实施例的发光元件上视图，图2B绘示图2A沿剖面线AA’的剖面图。如图2B所示，一发光元件2具有一基板20；一导电黏结层21，位于基板20之上；一反射结构22，位于导电黏结层20之上；一透明导电结构23，位于反射结构22之上；一窗户层29，位于透明导电结构23之上；一非氧化物绝缘层24，位于透明导电结构23与窗户层29之间；一发光迭层25，位于窗户层29之上；一电接触层26，位于发光迭层25之上，一第一电极27，位于发光迭层25与电接触层26之上；以及一第二电极28，位于基板20之下。发光迭层25具有一第一半导体层251，位于窗户层29与第一电极27之间；一主动层252，位于第一半导体层251与第一电极27之间；以及一第二半导体层253，位于主动层252与第一电极27之间。
第一电极27及/或第二电极28用以接受外部电压，可由透明导电材料或金属材料所构成。透明导电材料包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铟钨(IWO)、氧化锌(ZnO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、氧化铟锌(IZO)或类钻碳薄膜(DLC)。金属材料包含但不限于铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、锡(Sn)、金(Au)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、锑(Sb)、钴(Co)或上述材料的合金等。第一电极27具有一电流注入部271与一延伸部272。如图2A所示，电流注入部271大致位于第二半导体层253的中心之上，延伸部272具有一第一支线2721自电流注入部271向发光元件2的边界延伸，以及一第二支线2722自第一支线2721延伸，以提升电流扩散。如图2B所示，延伸部272包含一突部273，位于电接触层26之上，包覆电接触层26至少一表面，增加与电接触层26形成欧姆接触的面积，降低发光元件2的电阻，其中突部273高于电流注入部271。
电接触层26位于第二支线2722与发光迭层25之间，用以形成第二支线2722与发光迭层25之间的欧姆接触。电接触层26与第二支线2722之间的电阻值以及电接触层26与发光迭层25之间的电阻值分别小于第一电极27与发光迭层25之间的电阻值。电接触层26的材料可为半导体材料，包含一种以上的元素，此元素可选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、磷(P)、氮(N)、锌(Zn)、镉(Cd)与硒(Se)所构成的群组，其电性可与第二半导体层253相同。
发光迭层25的材料可为半导体材料，包含一种以上的元素，此元素可选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、磷(P)、氮(N)、锌(Zn)、镉(Cd)与硒(Se)所构成的群组。第一半导体层251与第二半导体层253的电性相异，用以产生电子或电洞。第二半导体层253之一出光上表面254可为一粗糙表面以降低全反射，提升光电元件2的发光效率。主动层252可发出一种或多种色光，可为可见光或不可见光，其结构可为单异质结构、双异质结构、双侧双异质结构、多层量子井或量子点。窗户层29的电性可与第一半导体层251的电性相同，可用作光摘出层以提升发光元件2的发光效率。窗户层29对于主动层252所发的光为透明，其材料可为透明导电材料，包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铟钨(IWO)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)或氧化铟锌(IZO)。
透明导电结构23对于发光迭层25所发的光为透明，用以增加窗户层251与反射结构22之间的欧姆接触以及电流传导与扩散，并可与反射结构22形成全方位反射镜(Omni-Directional Reflector，ODR)。其材料可为透明导电材料，包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铟钨(IWO)、氧化锌(ZnO)、磷化镓(GaP)、氧化铟铈(ICO)、氧化铟钨(IWO)、氧化铟钛(ITiO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化镓铝锌(GAZO)或上述材料的组合。透明导电结构23具有一第一导电氧化层230，位于非氧化物绝缘层24之下，以及一第二导电氧化层232，位于发光迭层25与第一导电氧化层230之间。其中，第一导电氧化层230与第二导电氧化层232材料不同。另一实施例中，第一导电氧化层230与第二导电氧化层232的材料相较至少一组成元素相异，例如第一导电氧化层230的材料为氧化铟锌(IZO)，第二导电氧化层232的材料为氧化铟锡(ITO)。第二导电氧化层232可与非氧化绝缘层24及/或窗户层29直接接触，且覆盖非氧化绝缘层24至少一表面。
非氧化物绝缘层24对于发光迭层25所发的光的穿透率大于90%，折射率小于1.4，较佳为介于1.3与1.4之间。非氧化物绝缘层24的材料可为非氧化物绝缘材料，例如为苯并环丁烯(BCB)、环烯烃聚合物(COC)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、氮化硅(SiNx)、氟化钙(CaF2)或氟化镁(MgF2)。另一实施例中，非氧化物绝缘层24的材料可包含卤化物或IIA族及VII族的化合物，例如氟化钙(CaF2)或氟化镁(MgF2)。非氧化物绝缘层24的折射率小于窗户层29与透明导电结构23的折射率。由于非氧化物绝缘层24的折射率小于窗户层29与透明导电结构23的折射率，窗户层29与非氧化物绝缘层24间接口的临界角小于窗户层29与透明导电结构23间接口的临界角，所以发光迭层25所发的光射向非氧化物绝缘层24后，在窗户层29与非氧化物绝缘层24之间的接口形成全反射的机率增加。此外，原本在窗户层29与透明导电结构23之间的接口未形成全反射而进入透明导电结构23的光，在透明导电结构23与非氧化物绝缘层24之间的接口亦会形成全反射，因而提升发光元件2的出光效率。透明导电结构23具有一第一接触上表面231与窗户层29接触，非氧化物绝缘层24具有一第二接触上表面241与窗户层29接触，第一接触上表面231与第二接触上表面241大致位于同一水平面，即第一接触上表面231与出光上表面254的距离大致和第二接触上表面241与出光上表面254的距离相等。图3绘示第一接触上表面231表面积相对于第一接触上表面231和第二接触上表面241的表面积总和的百分比对发光元件2的功率的示意图。如图3所示，第一接触上表面231的表面积相对于第一接触上表面231和第二接触上表面241的表面积总和的百分比约为10%～50%时，发光元件2的功率在50mW之上，相较于百分比为50之上的发光元件功率为佳。更佳为百分比约为12.5%～25%时，功率在55mW之上。换言之，非氧化物绝缘层24相对窗户层29的表面面积与窗户层29相对非氧化物绝缘层24的表面面积的比值约为0.5～0.9，发光元件2的功率较佳。另一实施例中，第二接触上表面241可为一粗糙表面，散射发光迭层所发的光以提升光电元件2的出光效率。非氧化物绝缘层24可具有图案化分布，例如大致位于电接触层26及/或电流注入部271的正下方，增进电流的扩散。另一实施例中，非氧化物绝缘层24可以呈现非规则性的分布，或非位于电接触层26及/或电流注入部271的正下方。非氧化物绝缘层24的厚度小于透明导电结构23的一半厚度；另一实施例中，非氧化物绝缘层24的厚度小于透明导电结构23的1/5厚度，以避免透明导电结构23形成后的表面平坦化制程破坏非氧化物绝缘层24的结构。非氧化物绝缘层24至少一表面被透明导电层23覆盖，增加透明导电层23与窗户层29之间的接合，提升结构的机械强度。另一实施例中，非氧化物绝缘层24可与反射结构22直接接合，避免透明导电结构23与反射结构22之间黏结力不足，导致剥离。非氧化物绝缘层24还包含多个孔隙242穿过非氧化物绝缘层24，其中透明导电结构23填入多个孔隙242中，与窗户层29形成欧姆接触。
反射结构22可反射来自发光迭层25的光，其材料可为金属材料，包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、锡(Sn)、金(Au)、银(Ag)、铅(Pb)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、钨(W)或上述材料的合金等。反射结构22包含一反射层226；一反射黏结层224位于反射层226之下；一阻障层222，位于反射黏结层224之下；以及一欧姆接触层220，位于阻障层222之下。反射层226可反射来自发光迭层25的光，反射黏结层224黏结反射层226与阻障层222，阻障层222可防止反射层226的材料扩散至电极层220，破坏反射层226的结构，导致反射层226的反射率降低，欧姆接触层220与下方导电黏结层21形成欧姆接触。导电黏结层21可连接基板20与反射结构22，可具有多个从属层(未显示)。导电黏结层21的材料可为透明导电材料或金属材料，透明导电材料包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、磷化镓(GaP)、氧化铟铈(ICO)、氧化铟钨(IWO)、氧化铟钛(ITiO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化镓铝锌(GAZO)或上述材料的组合。金属材料包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、锡(Sn)、金(Au)、银(Ag)、铅(Pb)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、钨(W)或上述材料的合金等。
基板20可用以支持位于其上的发光迭层25与其它层或结构，其材料可为透明材料或导电材料。透明材料包含但不限于蓝宝石(Sapphire)、钻石(Diamond)、玻璃(Glass)、环氧树脂(Epoxy)、石英(Quartz)、压克力(Acryl)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)等。导电材料包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、锡(Sn)、锌(Zn)、镉(Cd)、镍(Ni)、钴(Co)、类钻碳薄膜(Diamond Like Carbon；DLC)、石墨(Graphite)、碳纤维(Carbon fiber)、金属基复合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、陶瓷基复合材料(Ceramic MatrixComposite；CMC)、硅(Si)、磷化碘(IP)、硒化锌(ZnSe)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化铟(InP)、镓酸锂(LiGaO2)或铝酸锂(LiAlO2)。
图4是绘示出一灯泡分解示意图，一灯泡4具有一灯罩41；一透镜42，置于灯罩41之中；一照明模块44，位于透镜42之下；一灯座45，具有一散热槽46，用以承载照明模块44；一连结部47；以及一电连结器48，其中连结部47连结灯座45与电连接器48。照明模块44具有一载体43；以及多个前述任一实施例的发光元件40，位于载体43之上。
惟上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化。因此本发明的权利要求保护范围如所述的权利要求范围所列。
Claims (23)
1.一种发光元件，包含：
一发光迭层，包含一主动层；以及
一非氧化物绝缘层，与该发光迭层连接；
其中该非氧化物绝缘层的折射率小于1.4。
2.根据权利要求1所述的发光元件，还包含一窗户层，位于该主动层与该非氧化物绝缘层之间，其中该窗户层的折射率大于该非氧化物绝缘层的折射率。
3.根据权利要求1所述的发光元件，还包含一电接触层，位于该非氧化物绝缘层的正上方。
4.根据权利要求3所述的发光元件，其中该电接触层包含半导体材料。
5.根据权利要求3所述的发光元件，还包含一第一电极，位于该发光迭层之上。
6.根据权利要求5所述的发光元件，该第一电极包含一突部位于该电接触层之上，及/或该第一电极包含一延伸部包覆该电接触层。
7.根据权利要求1所述的发光元件，其中该非氧化物绝缘层的折射率介于1.3与1.4之间。
8.根据权利要求1所述的发光元件，还包含一反射层，位于该非氧化物绝缘层之下。
9.根据权利要求8所述的发光元件，其中该非氧化物绝缘层与该反射层直接连接。
10.根据权利要求8所述的发光元件，还包含：
一反射黏结层位于该反射层之下；
一阻障层，位于该反射黏结层之下；以及
一欧姆接触层，位于该阻障层之下。
11.根据权利要求1所述的发光元件，还包含一透明导电结构覆盖该非氧化物绝缘层的一表面。
12.根据权利要求11所述的发光元件，其中该透明导电结构包含一第一接触上表面接触该发光迭层，该非氧化物绝缘层包含一第二接触上表面接触该发光迭层，该第一接触上表面的表面积相对于该第一接触上表面和该第二接触上表面的表面积总和的百分比约为10%～50%。
13.根据权利要求11所述的发光元件，还包含多个孔隙穿过该非氧化物绝缘层；其中，该透明导电结构填入该多个孔隙中。
14.根据权利要求11所述的发光元件，其中该非氧化物绝缘层的厚度小于该透明导电结构的一半厚度。
15.根据权利要求11所述的发光元件，其中该非氧化物绝缘层的厚度小于该透明导电结构的1/5厚度。
16.根据权利要求11所述的发光元件，其中该透明导电结构包含：
一第一导电氧化层，位于该非氧化物绝缘层之下；以及
一第二导电氧化层，位于该发光迭层与该第一导电氧化层之间。
17.根据权利要求16所述的发光元件，其中该第一导电氧化层与该第二导电氧化层的材料相较至少一组成元素相异。
18.根据权利要求1所述的发光元件，还包含：
一基板，位于该非氧化物绝缘层之下；以及
一导电黏结层，位于该基板与该非氧化物绝缘层之间。
19.根据权利要求1所述的发光元件，其中该非氧化物绝缘层材料包含卤化物。
20.根据权利要求1所述的发光元件，其中该非氧化物绝缘层材料包含IIA族及VIIA族的化合物。
21.根据权利要求1所述的发光元件，其中该非氧化物绝缘层相对于该活性层发出的一光线的穿透率大于90%。
22.根据权利要求1所述的发光元件，还包含：
一窗户层，位于该非氧化物绝缘结构与该发光迭层之间；以及
一透明导电结构，位于该窗户层与该非氧化物绝缘层之下，
其中该窗户层与该非氧化物绝缘层的接口的临界角小于窗户层与透明导电结构的接口的临界角。
23.根据权利要求1所述的发光元件，其中该非氧化物绝缘层相对该窗户层的表面面积与该窗户层相对该非氧化物绝缘层的表面面积的比值约为0.5～0.9%。
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