CN105720158B - 图案化发光二极管基板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图案化发光二极管基板，其中图案化发光二极管基板包含一表面，该表面上具有多个突起结构，其中，每个突起结构具有一个或多个第一孔洞。本发明还提供一种图案化发光二极管基板，其中图案化发光二极管基板包含一表面，该表面上具有多个突起结构，其中，每个突起结构包括上方部及下方部，该下方部的表面为圆锥面且具有一个或多个第一孔洞。
Description
技术领域
本发明是关于一种发光二极管基板，尤其是关于一种图案化发光二极管基板。
背景技术
发光二极管已广泛使用于日常生活中的各种产品以及应用，例如照明、指示号志、显示设备及计算机等领域。发光二极管是通过电子与电洞的结合，而将电能转换为光的形式。由于发光二极管属于冷发光，因此具有省电、反应速度快、无暖灯时间、组件寿命长等优点。此外，发光二极管体积小、耐冲击、并可通过半导体制程大量生产，因此容易根据需求制成小型或数组型组件。
近年来由于能源问题日益严重，节能减碳成为全球趋势，如何提升发光二极管的出光效率成为目前各界致力研究的目标。在理想的发光二极管中，电子与电洞结合所发出的光线能够全部辐射至外界，而达到100％的出光效率。但在实际的情况下，发光二极管内部的结构与材质会造成各种光线传递的损耗，因而使光线无法完全传递至外界、降低出光效率。
为了提升发光二极管的出光效率，有一现有的技术是使用图案化发光二极管基板，例如图案化蓝宝石基板(patterned sapphire substrate,PSS)。此种基板具有突起结构，能够散射光线、减少基板内全反射的发生，以增加光线辐射至外界的机率，而使出光效率提升。然而，目前图案化发光二极管基板的出光效率仍有相当程度的改善空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种图案化发光二极管基板，其可提供更多的散射表面而提高出光效率。
一种图案化发光二极管基板，包含一表面，所述表面上具有多个突起结构，其中，每个突起结构具有一个或多个第一孔洞。
进一步地，所述一个或多个第一孔洞的宽度小于0.2μm。
进一步地，每个突起结构各自所具有的所述一个或多个第一孔洞的开口面积占其总表面积不超过70％。
进一步地，每个突起结构为圆锥体。
进一步地，所述表面包含不具有所述突起结构的一曝露面部，所述曝露面部具有一个或多个第二孔洞，所述一个或多个第二孔洞的宽度小于0.2μm。
进一步地，所述一个或多个第二孔洞的开口面积占所述曝露面部的总表面积不超过70％。
本发明实施例还提供一种图案化发光二极管基板，包含一表面，所述表面上具有多个突起结构，其中，每个突起结构包括一上方部及一下方部，所述下方部的表面为圆锥面且具有一个或多个第一孔洞。
进一步地，所述一个或多个第一孔洞的宽度小于0.2μm。
进一步地，所述上方部的表面为三角锥面并具有三个平滑面，所述平滑面不具有孔洞。
进一步地，每个突起结构还包括介于所述上方部及所述下方部之间的一中间部，所述中间部的表面为六角锥面并具有三个彼此相间隔的平滑面及三个彼此相间隔的孔洞面，每个孔洞面具有一个或多个第三孔洞。
进一步地，所述一个或多个第三孔洞的宽度小于0.2μm，且每个突起结构各自所具有的所述一个或多个第一孔洞的开口面积及所述一个或多个第三孔洞的开口面积的总和占所述突起结构的总表面积不超过70％。
进一步地，所述上方部的表面为六角锥面并具有三个彼此相间隔的平滑面及三个彼此相间隔的孔洞面，每个孔洞面具有一个或多个第三孔洞。
进一步地，所述一个或多个第三孔洞的宽度小于0.2μm，且每个突起结构各自所具有的所述一个或多个第一孔洞的开口面积及所述一个或多个第三孔洞的开口面积的总和占所述突起结构的总表面积不超过70％。
进一步地，所述上方部的顶面呈圆弧状，且所述上方部具有一个或多个第三孔洞。
进一步地，所述一个或多个第三孔洞的宽度小于0.2μm，且每个突起结构各自所具有的所述一个或多个第一孔洞的开口面积及所述一个或多个第三孔洞的开口面积的总和占所述突起结构的总表面积不超过70％。
进一步地，所述上方部的表面为粗糙表面。
进一步地，所述粗糙表面的表面高低差的范围在20nm至100nm之间，且所述粗糙表面在1μm的距离内具有3至20个高点。
进一步地，所述图案化发光二极管基板的所述表面包含不具有所述突起结构的一曝露面部，所述曝露面部具有一个或多个第二孔洞，所述一个或多个第二孔洞的宽度小于0.2μm。
进一步地，所述一个或多个第二孔洞的开口面积占所述曝露面部的总表面积不超过70％。
本发明实施例的上述技术方案的有益效果如下：
相较于现有的技术，本发明实施例的图案化发光二极管基板可提供更多的散射表面而提高出光效率。
本发明的其他实施态样以及优点，可由以下用以显示本发明原理范例的详细说明并结合随附图式而更显明白。此外，本说明书中将不再赘述为人所熟知的组件与原理，以免对本发明造成不必要的混淆。
附图说明
在本发明的图式中，相同的参考符号是代表相同或类似的组件。此外，由于这些图式仅为示例，故其并非按照实际比例绘制。
图1为本发明一实施例中的图案化发光二极管基板的部分的立体图。
图2为本发明另一实施例中的图案化发光二极管基板的部分的立体图。
图3(a)为图1或图2中图案化发光二极管基板的突起结构的示意性立体图。
图3(b)为图3(a)的突起结构的俯视图。
图4(a)为本发明又另一实施例中的图案化发光二极管基板的突起结构的立体图。
图4(b)为图4(a)的突起结构的俯视图。
图5(a)为本发明又另一实施例中的图案化发光二极管基板的突起结构的立体图。
图5(b)为图5(a)的突起结构的俯视图。
图6(a)为本发明又另一实施例中的图案化发光二极管基板的突起结构的立体图。
图6(b)为图6(a)的突起结构的俯视图。
图7(a)为本发明又另一实施例中的图案化发光二极管基板的突起结构的立体图。
图7(b)为图7(a)的突起结构的俯视图。
图7(c)为图7(a)的Ⅰ部分的放大剖面示意图。
图8(a)为图4(a)的图案化发光二极管基板的部分的侧视扫描式电子显微镜(SEM)影像。
图8(b)为图8(a)的图案化发光二极管基板的突起结构的俯视SEM影像。
图9(a)为图5(a)的图案化发光二极管基板的部分的侧视SEM影像。
图9(b)为图9(a)的图案化发光二极管基板的部分的俯视SEM影像。
图10为图7(a)的图案化发光二极管基板的部分的侧视SEM影像。
附图标记说明：
1 图案化发光二极管基板
10 表面
2 突起结构
2、2'、2" 突起结构
20、20'、20" 第一孔洞
202 开口
21、22 下方部
23、24 上方部
25 中间部
230 平滑面
240 平滑面
242 孔洞面
244 第三孔洞
250 平滑面
252 孔洞面
254 第三孔洞
3 曝露面部
30 第二孔洞
302 开口
4 突起结构
40 第一孔洞
42 下方部
44 上方部
440 顶面
444 第三孔洞
5 突起结构
50 第一孔洞
52 下方部
54 上方部
540 粗糙表面
542 高点
544 低点
Ⅰ 部分
L 距离
d1 差距
具体实施方式
现将参照数个如随附图式中所描述的较佳实施例来详细说明本发明。在以下叙述中，提出许多特定细节以提供本发明通盘的了解。然而，在本技术领域中具有通常知识者应当理解，在缺少若干或全部这些特定细节的情况下仍可实施本发明。
图1为本发明一实施例的图案化发光二极管基板1的部分的立体图。如图1所示，图案化发光二极管基板1包含表面10，表面10具有多个通过蚀刻及/或成长处理所形成的突起结构2。图案化发光二极管基板1可为蓝宝石基板或硅基板，但不以此为限。在图案化发光二极管基板1上，突起结构2可均匀分布或视需要以特定方式分布，在本实施例中突起结构2是以交错排列方式均匀分布。
每个突起结构2具有一个或多个第一孔洞20。一个或多个第一孔洞20的宽度小于0.2μm，而深度小于0.2μm。应注意的是，本文中所述的孔洞可为任何形状，而本文中孔洞的宽度是指孔洞开口的周缘上相距最远二点之间的距离。举例来说，若一个或多个第一孔洞20的开口202为圆形，则一个或多个第一孔洞20的宽度是指一个或多个第一孔洞20的开口202的直径。每个突起结构2各自所具有的一个或多个第一孔洞20的开口202的面积占其总表面积不超过70％(也就是，就单一个突起结构2而言，其所具有的一个或多个第一孔洞20的开口202的面积占此单一个突起结构2的总表面积不超过70％)。一个或多个第一孔洞20可提供更多的散射表面，而有助于使发光二极管组件中所产生的光线更有机会辐射至外界，从而提升出光效率。
在本实施例中，表面10包含不具有突起结构2的曝露面部3。曝露面部3具有一个或多个第二孔洞30。替代地，如图2所示，在另一实施例中，表面10不具有突起结构2的曝露面部3可不具有孔洞。在图1的实施例中，一个或多个第二孔洞30的宽度小于0.2μm，而深度小于0.2μm。一个或多个第二孔洞30的开口302的面积占曝露面部3的总表面积不超过70％。一个或多个第二孔洞30可提供更多的散射表面，而有助于使发光二极管组件中所产生的光线更有机会辐射至外界，从而提升出光效率。
图3(a)是图1或图2中的图案化发光二极管基板1的突起结构2的示意性立体图。图3(b)为图3(a)的突起结构2的俯视图。在本实施例中，突起结构2为圆锥体，但也可为角锥体、角柱体、半球体等等。然而，圆锥体的形态在后续的磊晶制程中，能够提供较佳的制程稳定性。在本实施例中，每个突起结构2的宽度约在2μm～3μm之间，高度则约在1μm～2μm之间，但不以此为限。然而，过高的高度可能会造成后续磊晶上的困难。此处宽度是指突起结构2的直径，而高度是指突起结构2底部至顶部的距离。
图4(a)为本发明又另一实施例的图案化发光二极管基板的突起结构2′的立体图。图4(b)为图4(a)的突起结构2′的俯视图。应注意的是，本实施例的图案化发光二极管基板除了突起结构2′之外，其余部分与图1或图2的图案化发光二极管基板1类似。
如图4(a)及4(b)所示，突起结构2′包括下方部21、上方部23及介于下方部21与上方部23之间的中间部25。在本实施例中，下方部21的表面为圆锥面，而有利于后续磊晶的稳定性，且其具有一个或多个第一孔洞20′。一个或多个第一孔洞20′的宽度小于0.2μm，而深度小于0.2μm。在本实施例中，中间部25的表面为六角锥面，并具有三个彼此相间隔的平滑面250及三个彼此相间隔的孔洞面252，也就是，平滑面250与孔洞面252是交错排列。每个孔洞面252具有一个或多个第三孔洞254，而每个平滑面250则不具有孔洞。一个或多个第三孔洞254的宽度小于0.2μm，而深度小于0.2μm。在本实施例中，上方部23的表面为三角锥面并具有三个平滑面230。每个平滑面230不具有孔洞，且平滑面230与平滑面250相连。在本实施例中，每个突起结构各自所具有的一个或多个第一孔洞20′的开口面积及一个或多个第三孔洞254的开口面积的总和占每个突起结构的总表面积不超过70％(也就是，就单一个突起结构2′而言，其所具有的一个或多个第一孔洞20′的开口面积及一个或多个第三孔洞254的开口面积的总和占此单一个突起结构2′的总表面积不超过70％)。一个或多个第一孔洞20′、一个或多个第三孔洞254、中间部25的六个锥面及上方部23的三个锥面相较于先前技术可提供更多的散射表面，而有助于使发光二极管组件中所产生的光线更有机会辐射至外界，从而提升出光效率。
图5(a)为本发明又另一实施例的图案化发光二极管基板的突起结构2"的立体图。图5(b)为图5(a)的突起结构2"的俯视图。应注意的是，本实施例的图案化发光二极管基板除了突起结构2"外，其余部分与图1或图2的图案化发光二极管基板1类似。
如图5(a)及5(b)所示，突起结构2"包括下方部22及上方部24。下方部22的表面为圆锥面，而有利于后续磊晶的稳定性，且其具有一个或多个第一孔洞20"。一个或多个第一孔洞20"的宽度小于0.2μm，而深度小于0.2μm。在本实施例中，上方部24的表面为六角锥面，并具有三个彼此相间隔的平滑面240及三个彼此相间隔的孔洞面242，也就是，平滑面240与孔洞面242是交错排列。每个孔洞面242具有一个或多个第三孔洞244，而每个平滑面240则不具有孔洞。一个或多个第三孔洞244的宽度小于0.2μm，而深度小于0.2μm。在本实施例中，每个突起结构各自所具有的一个或多个第一孔洞20"的开口面积及一个或多个第三孔洞244的开口面积的总和占每个突起结构的总表面积不超过70％(也就是，就单一个突起结构2"而言，其所具有的一个或多个第一孔洞20"的开口面积及一个或多个第三孔洞244的开口面积的总和占此单一个突起结构2"的总表面积不超过70％)。一个或多个第一孔洞20"、一个或多个第三孔洞244及上方部24的六个锥面相较于先前技术可提供更多的散射表面，而有助于使发光二极管组件中所产生的光线更有机会辐射至外界，从而提升出光效率。
图6(a)为本发明又另一实施例的图案化发光二极管基板的突起结构4的立体图。图6(b)为图6(a)的突起结构4的俯视图。应注意的是，本实施例的图案化发光二极管基板除了突起结构4之外，其余部分与图1或图2的图案化发光二极管基板1类似。
如图6(a)及6(b)所示，突起结构4包括下方部42及上方部44。下方部42的表面为圆锥面，而有利于后续磊晶的稳定性，且其具有一个或多个第一孔洞40。上方部44的顶面440呈圆弧状而非尖锥状，且上方部44具有一个或多个第三孔洞444。一个或多个第一孔洞40及一个或多个第三孔洞444的宽度小于0.2μm，而深度小于0.2μm。每个突起结构4各自所具有的一个或多个第一孔洞40的开口面积及一个或多个第三孔洞444的开口面积的总和占每个突起结构4的总表面积不超过70％(也就是，就单一个突起结构4而言，其所具有的一个或多个第一孔洞40的开口面积及一个或多个第三孔洞444的开口面积的总和占此单一个突起结构4的总表面积不超过70％)。一个或多个第一孔洞40及一个或多个第三孔洞444可提供更多的散射表面，而有助于使发光二极管组件中所产生的光线更有机会辐射至外界，从而提升出光效率。
图7(a)为本发明又另一实施例的图案化发光二极管基板的突起结构5的立体图。图7(b)为图7(a)的突起结构5的俯视图。应注意的是，本实施例的图案化发光二极管基板除了突起结构5之外，其余部分与图1或图2的图案化发光二极管基板1类似。
如图7(a)及7(b)所示，突起结构5包括下方部52及上方部54。下方部52的表面为圆锥面，而有利于后续磊晶的稳定性，且其具有一个或多个第一孔洞50。一个或多个第一孔洞50的宽度小于0.2μm，而深度小于0.2μm。每个突起结构5各自所具有的一个或多个第一孔洞50的开口面积占每个突起结构5的总表面积不超过70％(也就是，就单一个突起结构5而言，其所具有的一个或多个第一孔洞50的开口面积占此单一个突起结构5的总表面积不超过70％)。上方部54的表面为粗糙表面540。
图7(c)为图7(a)的Ⅰ部分的放大剖面示意图。如图7(c)所示，粗糙表面540具有表面高低差。本文中的表面高低差是指同一表面的特定范围内的最高点与最低点之间的差距(例如d1)。在本实施例中，粗糙表面540的表面高低差的范围在20nm至100nm之间。此外，一般而言，粗糙表面540在特定距离L内具有特定数量的高点542及低点544。例如，在本实施例中，粗糙表面540在1μm的距离内具有3至20个高点542。一个或多个第一孔洞50及粗糙表面540可提供更多的散射表面，而有助于使发光二极管组件中所产生的光线更有机会辐射至外界，从而提升出光效率。
图8(a)为图4(a)的图案化发光二极管基板的部分的侧视扫描式电子显微镜(SEM)影像。图8(b)显示如图8(a)的图案化发光二极管基板的突起结构的俯视SEM影像。由图8(a)及8(b)可观察到此实施例的突起结构的下方部的表面为圆锥面且具有孔洞；中间部的表面为六角锥面，并具有三个彼此相间隔且不具有孔洞的平滑面及三个彼此相间隔且具有孔洞的孔洞面；上方部的表面为三角锥面，并具有三个不具有孔洞的平滑面。
图9(a)为图5(a)的图案化发光二极管基板的部分的侧视SEM影像。图9(b)显示如图9(a)的图案化发光二极管基板的部分的俯视SEM影像。由图9(a)及9(b)可观察到此实施例的突起结构的下方部的表面为圆锥面且具有孔洞；上方部的表面为六角锥面，并具有三彼此相间隔且具有孔洞的孔洞面及三彼此相间隔且不具有孔洞的平滑面。
图10为图7(a)的图案化发光二极管基板的部分的侧视SEM影像。由图10可观察到此实施例的突起结构的上方部的表面为粗糙表面，而下方部的表面则为圆锥面且具有孔洞。
虽然本发明已参考较佳实施例及图式详加说明，但其仅为举例性者而非用以限定本发明。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与范畴的情况下，可进行各种修改、变化以及等效替代。故本发明的保护范围当以随附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (10)
1.一种图案化发光二极管基板，包含一表面，所述表面上具有多个突起结构，其中，每个突起结构包括一上方部及一下方部，所述下方部的表面为圆锥面且具有一个或多个第一孔洞，所述一个或多个第一孔洞的宽度小于0.2μm，所述上方部的表面为三角锥面并具有三个平滑面，所述平滑面不具有孔洞。
2.如权利要求1所述的图案化发光二极管基板，其中，每个突起结构还包括介于所述上方部及所述下方部之间的一中间部，所述中间部的表面为六角锥面并具有三个彼此相间隔的平滑面及三个彼此相间隔的孔洞面，每个孔洞面具有一个或多个第三孔洞。
3.如权利要求2所述的图案化发光二极管基板，其中，所述一个或多个第三孔洞的宽度小于0.2μm，且每个突起结构各自所具有的所述一个或多个第一孔洞的开口面积及所述一个或多个第三孔洞的开口面积的总和占所述突起结构的总表面积不超过70％。
4.一种图案化发光二极管基板，包含一表面，所述表面上具有多个突起结构，其中，每个突起结构包括一上方部及一下方部，所述下方部的表面为圆锥面且具有一个或多个第一孔洞，所述一个或多个第一孔洞的宽度小于0.2μm，所述上方部的表面为六角锥面并具有三个彼此相间隔的平滑面及三个彼此相间隔的孔洞面，每个孔洞面具有一个或多个第三孔洞。
5.如权利要求4所述的图案化发光二极管基板，其中，所述一个或多个第三孔洞的宽度小于0.2μm，且每个突起结构各自所具有的所述一个或多个第一孔洞的开口面积及所述一个或多个第三孔洞的开口面积的总和占所述突起结构的总表面积不超过70％。
6.一种图案化发光二极管基板，包含一表面，所述表面上具有多个突起结构，其中，每个突起结构包括一上方部及一下方部，所述下方部的表面为圆锥面且具有一个或多个第一孔洞，所述一个或多个第一孔洞的宽度小于0.2μm，所述上方部的顶面呈圆弧状，且所述上方部具有一个或多个第三孔洞。
7.如权利要求6所述的图案化发光二极管基板，其中，所述一个或多个第三孔洞的宽度小于0.2μm，且每个突起结构各自所具有的所述一个或多个第一孔洞的开口面积及所述一个或多个第三孔洞的开口面积的总和占所述突起结构的总表面积不超过70％。
8.一种图案化发光二极管基板，包含一表面，所述表面上具有多个突起结构，其中，每个突起结构包括一上方部及一下方部，所述上方部的表面为粗糙表面，所述下方部的表面为圆锥面且具有一个或多个第一孔洞，所述一个或多个第一孔洞的宽度小于0.2μm，所述粗糙表面的表面高低差的范围在20nm至100nm之间，且所述粗糙表面在1μm的距离内具有3至20个高点。
9.如权利要求3、5、7或8所述的图案化发光二极管基板，其中，所述图案化发光二极管基板的所述表面包含不具有所述突起结构的一曝露面部，所述曝露面部具有一个或多个第二孔洞，所述一个或多个第二孔洞的宽度小于0.2μm。
10.如权利要求9所述的图案化发光二极管基板，其中，所述一个或多个第二孔洞的开口面积占所述曝露面部的总表面积不超过70％。
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