CN108011001A - 具有羽化表面的堆叠式图形化led衬底及led器件 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底，包括衬底主体以及形成于衬底主体上的多个堆叠式图形，堆叠式图形包括与衬底主体连接的第一图形块以及堆叠于第一图形块上的第二图形块，第一图形块的顶面面积大于第二图形块的底面面积，堆叠式图形以及衬底主体的暴露表面设置有羽化结构。相对于传统的图形设计，第一图形块的顶面相当于增加了一个光发射的界面，有利于光的逃逸，并且该顶面结构也减小了在堆叠式图形上形成羽化结构的难度，降低了工艺难度，同时，纳米级的羽化结构相当于在图形化的衬底表面增加了极大量的可供光随机反射的反射面，特殊的图形化衬底与羽化结构的配合可以极大地增加LED的出光效率。
Description
技术领域
本发明属于LED发光技术领域，具体涉及一种具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底以及具有其的LED器件。
背景技术
传统白炽灯耗能高、寿命短，在全球资源紧缺的今天，已渐渐被各国政府禁止生产，随之替代产品是电子节能灯，电子节能灯虽然提高了节能效果，但由于使用了诸多污染环境的重金属元素，又有悖于环境保护的大趋势。随着LED技术的高速发展LED照明逐渐成为新型绿色照明的不二之选。LED在发光原理、节能、环保的层面上都远远优于传统照明产品。
众所周知，运用PSS图形化衬底来生长LED外延片，是目前业内公认的提升芯片亮度最有效最直接的方法，也是大功率高亮度外延片的最佳选择。通过在蓝宝石衬底C面上刻蚀出规则排列的圆锥体来实现光在衬底内的多次反射，从而达到芯片外部光的萃取效率的提升。
为满足器件性能的要求，图案的种类已几番更新，从最初的槽形到六角形、锥形、棱台型等，图形化衬底技术的应用效果已受到认可。S.Suihkonen等人的实验证明：具有较大高度的六角形图案增强了对光线的反射、散射作用，并且具有尖锥状凸起结构的锥形图案的倾斜角对LED的出光有较大的影响。
然而，截至目前，图形衬底技术的图案设计一直仅限于单一图案的规则性排布，如圆锥、六棱锥、三棱锥、半球等单一图案的矩形或六角排布，对于LED芯片出光效率的提升遇到了瓶颈。
发明内容
本申请一实施例提供一种具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底，其可以大幅提升提高LED芯片的出光效率，该具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底包括：
衬底主体以及形成于所述衬底主体上的多个堆叠式图形，所述堆叠式图形包括与所述衬底主体连接的第一图形块以及堆叠于所述第一图形块上的第二图形块，所述第一图形块的顶面面积大于所述第二图形块的底面面积，所述堆叠式图形以及所述衬底主体的暴露表面设置有羽化结构。
一实施例中，所述堆叠式图形以及所述衬底主体的暴露表面沉积有材料层，所述羽化结构形成于所述材料层上。
一实施例中，所述材料层为氮化镓单晶薄膜，所述LED衬底的材质为蓝宝石。
一实施例中，所述第一图形块为平顶多棱锥台状，所述第二图形块为椎体状。
一实施例中，所述第一图形块的底面半径为1μm～4.5μm。
一实施例中，所述的多个堆叠式图形在所述衬底主体上呈阵列排布，相邻的所述堆叠式图形之间的距离为2μm～5μm。
一实施例中，所述第一图形块和所述第二图形块具有至少一个不同角度的光反射面。
一实施例中，所述第一图形块和第二图形块中的一个具有曲面反射面。
本发明一实施例还提供一种LED器件，包括如上所述的具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底。
与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益效果：
通过设置衬底主体以及形成于衬底主体上的多个堆叠式图形，堆叠式图形包括与衬底主体连接的第一图形块以及堆叠于第一图形块上的第二图形块，第一图形块的顶面面积大于第二图形块的底面面积，堆叠式图形以及衬底主体的暴露表面设置有羽化结构，第一图形块的顶面相当于增加了一个光发射的界面，有利于光的逃逸，并且该顶面结构也减小了在堆叠式图形上形成羽化结构的难度，降低了工艺难度，同时，纳米级的羽化结构相当于在图形化的衬底表面增加了极大量的可供光随机反射的反射面，特殊的图形化衬底与羽化结构的配合可以极大地增加LED的出光效率。
附图说明
图1是本申请一实施方式中具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底的结构示意图；
图2是本申请一实施方式中具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底去除材料层后的结构示意图；
图3是本申请一实施方式中具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底的材料层上羽化结构的SEM图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
参图1和图2，介绍本发明具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底100的一具体实施方式。在本实施方式中，该具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底100包括衬底主体101以及形成于衬底主体101上的多个堆叠式图形102。
堆叠式图形102包括与衬底主体101连接的第一图形块1021以及堆叠于第一图形块1021上的第二图形块1022，第一图形块1021的顶面面积大于第二图形块1022的底面面积，在本实施方式中，堆叠式图形102以及衬底主体101的暴露表面设置有羽化结构103。
需要说明的是，本发明所述的“羽化结构103”是指相对于平面具有纹状表面结构，图3示意性地示出了本发明一些实施例中两种羽化结构103的SEM图。
一些实施例中，所述的羽化结构103可以是直接形成在构成堆叠式图形102以及衬底的材料上。
在本实施方式中，堆叠式图形102以及所述衬底主体101的暴露表面沉积有材料层，羽化结构103形成于所述材料层上，一实施例中，材料层可以为氮化镓单晶薄膜，所述的LED衬底100的材质为蓝宝石。
一实施例中，第一图形块1021为平顶多棱锥台状，第二图形块1022为椎体状。
一实施例中，第一图形块1021的底面半径为1μm～4.5μm。
一实施例中，多个堆叠式图形102在衬底主体101上呈阵列排布，相邻的堆叠式图形102之间的距离为2μm～5μm。
一实施例中，第一图形块1021和第二图形块1022具有至少一个不同角度的光反射面。不同角度的光反射面可以尽量增加可供光反射的反射面，并配合其上的羽化结构103，相对于相同角度的反射面提升较高的反射率水平。
一实施例中，第一图形块1021和第二图形块1022中的一个具有曲面反射面。例如，第一图形块1021还是平顶多棱锥台状，第二图形块1022为半球状等。
采用光学分析软件TracePro对本实施例的堆叠式图形化的LED衬底100做模拟测试，模拟测试过程如下：
(1)衬底构建：衬底尺寸为120μm×120μm×100μm，呈长方体状。
(2)堆叠式图案制作：第一图形块1021的底面半径为2μm，相邻堆叠式图形102的距离为4μm，第一图形块1021的棱锥数为4，第一图形块1021高度为1μm，第二图形块1022高度为1μm。
(3)外延层构建：制作常规模式的GaN基底的LED器件，并设定材料层参数。
(4)利用软件附带的扫光系统，对上述构建的LED芯片模型进行光线追踪，分别获取顶部、底部、侧面的光通量数据。
测试结果如下：
顶部光通量为2285.5a.u.，底部光通量为2255.2a.u.，侧面光通量为3233.64a.u.，总光通量为7837.7a.u.。与同等参数的普通三棱锥图案衬底相比，弧形三棱锥图案衬底LED芯片的顶部、底部及侧面光通量分别提升了2.970％、10.03％及4.73％，其总光通量提升了5.95％。
本发明还提供一种利用上述具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底100的LED器件，由于并不涉及对LED器件其他结构的改进，因此这里对LED器件的具体结构也不再赘述。
本发明通过上述实施方式，具有以下有益效果：
通过设置衬底主体101以及形成于衬底主体101上的多个堆叠式图形102，堆叠式图形102包括与衬底主体101连接的第一图形块1021以及堆叠于第一图形块1021上的第二图形块1022，第一图形块1021的顶面面积大于第二图形块1022的底面面积，堆叠式图形102以及衬底主体101的暴露表面设置有羽化结构103，第一图形块1021的顶面相当于增加了一个光发射的界面，有利于光的逃逸，并且该顶面结构也减小了在堆叠式图形102上形成羽化结构103的难度，降低了工艺难度，同时，纳米级的羽化结构103相当于在图形化的衬底表面增加了极大量的可供光随机反射的反射面，特殊的图形化衬底与羽化结构103的配合可以极大地增加LED的出光效率。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底，其特征在于，包括衬底主体以及形成于所述衬底主体上的多个堆叠式图形，所述堆叠式图形包括与所述衬底主体连接的第一图形块以及堆叠于所述第一图形块上的第二图形块，所述第一图形块的顶面面积大于所述第二图形块的底面面积，所述堆叠式图形以及所述衬底主体的暴露表面设置有羽化结构。
2.根据权利要求1所述的具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底，其特征在于，所述堆叠式图形以及所述衬底主体的暴露表面沉积有材料层，所述羽化结构形成于所述材料层上。
3.根据权利要求2所述的具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底，其特征在于，所述材料层为氮化镓单晶薄膜，所述LED衬底的材质为蓝宝石。
4.根据权利要求1所述的具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底，其特征在于，所述第一图形块为平顶多棱锥台状，所述第二图形块为椎体状。
5.根据权利要求4所述的具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底，其特征在于，所述第一图形块的底面半径为1μm～4.5μm。
6.根据权利要求4所述的具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底，其特征在于，所述的多个堆叠式图形在所述衬底主体上呈阵列排布，相邻的所述堆叠式图形之间的距离为2μm～5μm。
7.根据权利要求1所述的具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底，其特征在于，所述第一图形块和所述第二图形块具有至少一个不同角度的光反射面。
8.根据权利要求1所述的具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底，其特征在于，所述第一图形块和第二图形块中的一个具有曲面反射面。
9.一种LED器件，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的具有羽化表面的堆叠式图形化LED衬底。
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