CN110752277A - 用于发光二极管的图案化基板 - Google Patents

Abstract

本发明是关于用于发光二极管的图案化基板。图案化基板包含具有多个圆锥的表面，其中各圆锥包含三个平滑圆锥面及三个粗糙面。平滑圆锥面与粗糙面彼此交替地排列。

Description

用于发光二极管的图案化基板

技术领域

本发明是关于用于发光二极管的图案化基板。

背景技术

发光二极管已被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、显示设备以及计算机等等。发光二极管是通过电子与电洞的结合，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阵列型组件。

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已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。但实际上，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，已发展出将具有一或更多凸部的突起结构所构成的基板作为出光表面，以提供更多的散射表面，促使发光二极管所产生的光线发射至外界，如中国台湾专利申请案第104126193号(下文称先前技术1)所载。然而先前技术1的突起结构仅在下方部的第一区域中具有凸部，故其出光效率仍有改善空间。

此外，美国专利申请案第US2014367693A1号(下文称先前技术2)发展出具有多个突出部的基板，而突出部包含多个突点。然而先前技术2的基板布满突点，较不易磊晶而影响磊晶质量，故其出光效率仍有改善空间。

发明内容

在本发明的一态样中，提供用于发光二极管的图案化基板，其包含具有多个圆锥的表面，其中各圆锥包含三个平滑圆锥面及三个粗糙面，其中平滑圆锥面与粗糙面彼此交替地排列。在另一实施例中，各粗糙面包含下半部与上半部，其中各上半部具有第一底角，且各下半部具有第二底角，各第一底角的角度范围可介于51度到70度之间，各第二底角的角度范围可介于30度到50度之间。在某些实施例中，各粗糙面的中心线平均粗糙度Ra的范围可介于10nm到300nm之间。在某些实施例中，圆锥的底部长度范围可介于0.2μm到5μm之间；圆锥的高度范围可介于0.1μm到2μm之间；其中圆锥的底高比介于0.02到10之间。在某些实施例中，当从圆锥的上方观看时，圆锥中相邻的三个圆锥的顶点界定一区域，而各圆锥的粗糙面的其中一个可位于区域内。

在本发明的另一态样中，提供用于发光二极管的图案化基板，其包含具有多个圆锥的表面，其中各圆锥包含三个平滑圆锥面及三个内凹面，其中平滑圆锥面与内凹面彼此交替地排列，其中各内凹面包含下半部与上半部，其中各上半部具有第一底角，且各下半部具有第二底角，各第一底角的角度范围可介于约51度到约70度之间，各第二底角的角度范围可介于30度到50度之间。在一实施例中，圆锥的底部长度范围可介于0.2μm到5μm之间；圆锥的高度范围可介于0.1μm到2μm之间；其中圆锥的底高比介于约0.02到约10之间。在一实施例中，当从圆锥的上方观看时，圆锥中相邻的三个圆锥的顶点界定一区域，而各圆锥的内凹面的其中一个可位于区域内。

于以下本发明的细节描述中，将结合附图而详细说明本发明的这些与其他特征。

附图说明

本发明是通过举例方式(非限制性)绘示于随附图式中，此外，相同的参考符号代表相同或相似的组件。

图1为示意性地显示用于发光二极管的图案化基板的剖面图；

图2(a)为根据本发明的一实施例，示意性地显示用于发光二极管的图案化基板的圆锥的俯视图；

图2(b)为图2(a)的圆锥的粗糙面的放大剖面图；

图3(a)为根据本发明的另一实施例，示意性地显示用于发光二极管的图案化基板的圆锥的俯视图；

图3(b)为根据本发明的另一实施例，示意性地显示用于发光二极管的图案化基板的圆锥的另一俯视图；

图4(a)根据本发明的另一实施例，示意性地显示用于发光二极管的图案化基板的圆锥的俯视图；

图4(b)为图4(a)的圆锥沿AA’线段的对称剖面示意图；

图5(a)为根据本发明的一实施例，示意性地显示图1的用于发光二极管的图案化基板的部分的俯视图；

图5(b)为根据本发明的一实施例，示意性地显示图1的用于发光二极管的图案化基板的部分的另一俯视图；

图6为图2(a)所示的圆锥的俯视扫描式电子显微SEM影像；

图7为用于发光二极管的图案化基板的部分的俯视SEM影像。

附图标记说明：

11-图案化基板，13-表面，15-圆锥，21-圆锥，21a-平滑圆锥面，21b-粗糙面，31-圆锥，31a-平滑圆锥面，31b-粗糙面，32a-下半部，32b-上半部，41-圆锥，41a-平滑圆锥面，41b-内凹面，42a-下半部，42b-上半部，51-圆锥，51b-内凹面，52-圆锥，52b-内凹面，53-圆锥，53b-内凹面，54-区域，55b-粗糙面，56-圆锥，57-圆锥，57b-粗糙面，58-区域。

具体实施方式

现将参照如附图所绘示的若干较佳实施例而详细说明本发明。为提供对本发明的全面性了解，下列叙述中将阐述许多具体的细节。然而很明显地，对于该技术领域中具有通常知识者而言，本发明无需一些或全部这些细节即可实施。另外，为了避免不必要地混淆本发明，熟知的制程步骤及/或结构将不再赘述。

图1为示意性地显示用于发光二极管的图案化基板的剖面图。在本发明中，用于发光二极管的图案化基板可为蓝宝石基板或硅基板，但不以此为限。如图1所示，图案化基板11包含表面13，表面13上方具有多个圆锥15。在本发明的一实施例中，位于两相邻的圆锥15之间的基板表面13可为平坦，从而提供适用于后续发光二极管磊晶的初始表面。

在本发明中，各圆锥的底部长度范围可介于约0.2μm到约5μm之间；而高度范围可介于约0.1μm到约2μm之间；其中各圆锥的底高比介于约0.02到约10之间，但不限于此。然而，过高的高度可能会造成后续磊晶上的困难。此处的底部长度是指圆锥的直径，而高度则是指圆锥的底部至顶部的距离。

以下将详细说明图1的圆锥的各种实施态样。

图2(a)为根据本发明的一实施例，示意性地显示用于发光二极管的图案化基板的圆锥21的俯视图。如图2(a)，圆锥21包含三个平滑圆锥面21a及三个粗糙面21b，且平滑圆锥面21a与粗糙面21b彼此交替地排列。

具体而言，圆锥21是对圆锥的晶体进行化学蚀刻处理所产生的结果，在该蚀刻处理中，仅蚀刻其中三个面而形成粗糙的表面(即粗糙面21b)，另外三个未受蚀刻的面维持平滑圆锥的表面(即平滑圆锥面21a)。

图2(b)为图2(a)的圆锥21的粗糙面的放大剖面图。如图2(b)所示，粗糙面具有中心线平均粗糙度Ra。请参考如下方程式f，本文中所述的Ra是指在取样长度l内轮廓偏距y(x)的绝对值的算术平均值。

在本发明中，粗糙面Ra的范围可介于10nm到300nm之间，但不限于此。

不受限于特定理论，一般认为粗糙面可提供更多的散射表面，而有助于促使发光二极管所产生的光线发射至外界，进而提升发光二极管的出光效率。再者，通过使平滑圆锥面与粗糙面交错排列，可改善磊晶质量而进一步提升发光二极管的整体磊晶质量及效率。与图2(a)所示的粗糙面相较之下，先前技术1(其突起结构仅在下方部的第一区域中具有凸部)的粗糙面比例较少；而先前技术2则无交错排列。因此，包含具有例如图2(a)所示的粗糙面的圆锥的图案化基板，优于习知的图案化基板。

图3(a)为根据本发明的另一实施例，示意性地显示用于发光二极管的图案化基板的圆锥31的俯视图。图3(a)的圆锥31为图2(a)的圆锥21的一变形例，圆锥31包含三个平滑圆锥面31a及三个粗糙面31b，且平滑圆锥面31a与粗糙面31b彼此交替地排列，圆锥31与圆锥21的差异在于:圆锥31的各粗糙面31b为内凹面，各内凹面包含下半部与上半部，而各上半部的底角大于各下半部的底角(关于内凹面的说明将参考图4(b)进一步描述如下)。

图3(b)为根据本发明的另一实施例，示意性地显示用于发光二极管的图案化基板的圆锥31的另一俯视图。如图3(b)所示，圆锥31的各粗糙面31b包含下半部32a与上半部32b，各上半部32b的底角大于各下半部32a的底角。为简明的缘故，将下半部32a与上半部32b的Ra描绘成具有明显的差异，然而应理解的是，各粗糙面31b的Ra是沿着垂直表面的一轴而逐渐地变化，亦即，各粗糙面31b的Ra越接近圆锥31的顶点越高。

图4(a)为根据本发明的另一实施例，示意性地显示用于发光二极管的图案化基板的圆锥41的俯视图。图4(b)为图4(a)的圆锥沿AA’线段的对称剖面示意图。如图4(a)及图4(b)所示，圆锥41包含三个平滑圆锥面41a及三个内凹面41b，且平滑圆锥面41a与内凹面41b彼此交替地排列，其中从侧面观看时，三个内凹面41b呈现内凹的约略三角形的形状。具体而言，如图4(b)所示，各内凹面41b包含：下半部42a，具有第二底角θ2；以及上半部42b，具有第一底角θ1。第一底角θ1大于第二底角θ2。举例来说，第一底角θ1的角度范围可介于约51度到约70度之间，而第二底角θ2的角度范围可介于约30度到约50度之间。

不受限于特定理论，一般认为圆锥与基板的夹角小(例如图4(b)中的第二底角θ2的角度范围介于约30度到约50度之间)，有助于改善磊晶质量，进而提升发光二极管的出光效率。

图5(a)为根据本发明的一实施例，示意性地显示图1的用于发光二极管的图案化基板11的部分的俯视图。如图5(a)所示，图案化基板11包括表面13，表面13具有多个通过化学蚀刻处理所形成的圆锥(例如，图2(a)中的圆锥21)，其中所述圆锥排列成多排，且偶数排的所述圆锥分别与奇数排的所述圆锥错开。具体而言，所述圆锥中相邻的三个圆锥55、56及57的顶点界定一区域58，而圆锥55、56及57的粗糙面的其中一个(例如，粗糙面55b、56b及57b)位于区域58内，这样的排列方式有助于降低缺陷密度，改善磊晶质量。

图5(b)为根据本发明的一实施例，示意性地显示图1的用于发光二极管的图案化基板11的部分的另一俯视图。如图5(b)所示，图案化基板11包括表面13，表面13具有多个通过蚀刻处理所形成的圆锥(例如，图4(a)中的圆锥41)。该圆锥中相邻的三个圆锥51、52及53的顶点界定一区域54，而圆锥51、52及53的内凹面的其中一个(例如，内凹面51b、52b及53b)位于区域54内，这样的排列方式有助于改善磊晶质量。

应理解的是，参考图5(a)及5(b)所述的圆锥排列方式亦适用于本文中所述的其他圆锥(例如，图3(a)及3(b)中的圆锥31)。

此外，应理解的是，图3(a)到5(b)中的虚线仅是为了说明各区域的目的而绘制，并非旨在限制本发明的实施例。

图6为图2(a)所示的圆锥的俯视扫描式电子显微SEM影像。图7为用于发光二极管的图案化基板的部分的俯视SEM影像。

虽然本发明已经用许多优选的实施例来描述，但仍有其他变化、排列置换或其他替代的等价态样，也在本发明的范围中。须注意仍有许多执行本发明的方法和仪器的替代方式。因此申请人意欲将下列申请专利范围解释为包含所有落入本发明的真正精神与范围中的这些变化、排列置换或其他替代的等价态样。

Claims (8)

1.一种用于发光二极管的图案化基板，包含一表面，所述表面上具有多个圆锥，其中各所述圆锥包含三个平滑圆锥面及三个粗糙面，其中所述平滑圆锥面与所述粗糙面彼此交替地排列。

2.根据权利要求1所述的用于发光二极管的图案化基板，其中各所述粗糙面包含一下半部与一上半部，其中各所述上半部具有一第一底角，且各所述下半部具有一第二底角，各所述第一底角的角度范围介于51度到70度之间，各所述第二底角的角度范围介于30度到50度之间。

3.根据权利要求1或2所述的用于发光二极管的图案化基板，其中各所述粗糙面的中心线平均粗糙度Ra的范围介于10nm到300nm之间。

4.根据权利要求1或2所述的用于发光二极管的图案化基板，其中所述圆锥的底部长度范围介于0.2μm到5μm之间；所述圆锥的高度范围介于0.1μm到2μm之间；其中所述圆锥的底高比介于0.02到10之间。

5.根据权利要求1或2所述的用于发光二极管的图案化基板，其中当从所述圆锥的上方观看时，所述圆锥中相邻的三个圆锥的顶点界定一区域，而各所述三个圆锥的所述粗糙面的其中一个位于所述区域内。

6.一种用于发光二极管的图案化基板，包含一表面，所述表面上具有多个圆锥，其中各所述圆锥包含三个平滑圆锥面及三个内凹面，其中所述平滑圆锥面与所述内凹面彼此交替地排列，其中各所述内凹面包含一下半部与一上半部，其中各所述上半部具有一第一底角，且各所述下半部具有一第二底角，各所述第一底角的角度范围介于51度到70度之间，各所述第二底角的角度范围介于30度到50度之间。

7.根据权利要求6所述的用于发光二极管的图案化基板，其中所述圆锥的底部长度范围介于0.2μm到5μm之间；所述圆锥的高度范围介于0.1μm到2μm之间；其中所述圆锥的底高比介于0.02到10之间。

8.根据权利要求6所述的用于发光二极管的图案化基板，其中当从所述圆锥的上方观看时，所述圆锥中相邻的三个圆锥的顶点界定一区域，而各所述三个圆锥的所述内凹面的其中一个位于所述区域内。

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