CN1387266A - 可提高发光效率的发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可提高发光效率的发光二极管,其主要是在LED磊晶层的适当位置处凿设有一环状、内部设有绝缘层及光反射层的凹槽,利用该凹槽将LED磊晶层分成第一磊晶层区及第二磊晶层区,其中在第一磊晶层区的上表面依序设有一光反射层、绝缘层及第二电极,借助于绝缘层来隔离作用电流流经第二电极底端区域的路线;另在第二磊晶层区处设有多个延伸接触点,每一延伸接触点借助于延伸导电线路与第二电极电性连接,并由此与第一电极间形成作用电流的流通线路,由于全部作用电流所流经的发光区域都为不受第二电极所遮蔽的第二磊晶层区,再加上凹槽侧边的光反射层作用,可有效提高LED的发光效率及发光亮度。

Description

可提高发光效率的发光二极管

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，更具体地说，涉及一种可隔离作用电流进入到第二电极底端区域而有效提高发光效率及发光度的发光二极管。

背景技术

发光二极管(LED；Light-Emitting Diode)由于具备寿命长、体积小、发热量低、耗电量小、反应速度快、及单性光发光的特性和优点而被视为现代光源的最佳选择。

而在发光二极管的发展历程中，如何有效提高发光亮度及发光效率一直是各界研发的重点，如美国专利第5,153,889号由Toshiba所揭露的“Semiconductorlight emitting device”、美国专利第6,319,778号由United Epitaxy Company所揭露的“Method Of Making Light Emitting Diode”、或台湾专利公告第232753号由工研院所揭露的“高亮度发光二极管的制作”、台湾专利公告第264573号由陈泽澎先生所揭露的“具电流阻隔层的发光二极管”，都有对此议题提出一系列的发光二极管构造及改进。

如图1所示，美国专利第5,153,889号中所揭露的发光二极管主要由一第一电极17、一基板11、一由下限制层、活化层及上限制层构成而具有Pn界面的LED磊晶层13、一透光窗户层15、一第二电极19及一电流阻隔层14组合而成，该发光二极管借助于电流阻隔层14的设置来降低作用电流通过第二电极19底层区域位置的机会，借此以相对提高LED磊晶层13在其位置处作用电流的流动路线，从而有效提高发光效率，如发射光线d。

但是，为了配合电流阻隔层14的设置，而必须搭配设有透光窗户层15，增加了整体结构空间体积。另外，在传统发光二极管的结构中有部分作用电流将通过第二电极19及电流阻隔层14的底层区域，如虚线a所示的作用电流路线，而此类作用电流在通过Pn界面时所产生的正向发射光线b还是将被电流阻隔层14所吸收，因此相对地降低了LED的发光效率。又，Pn界面所产生的发射光线，除了正向光线d外，还会产生部分斜向光线c1、c2，而这些斜向光线c1、c2将有部分被第二电极19或电流阻隔层14所遮蔽、吸收，因此也将相对降低LED的发光亮度。

因此，如何设计出一种新颖的发光二极管结构，使发光二极管能自由选择是否搭配透光窗户层，并确保第二电极的底层位置区域没有作用电流通过，以相对提高LED的发光亮度及发光效率已成为本发明的发明重点。

发明内容

本发明中的可提高发光效率的发光二极管主要是为了解决现有发光二极管仍有部分光正向发射光、斜向发射光被电流阻隔层及第二电极所遮蔽与吸收的问题。

本发明中的发光二极管主要是在LED磊晶层的适当位置处凿设有一环状、内部设有绝缘层及光反射层的凹槽，利用该凹槽将LED磊晶层分成第一磊晶层区及第二磊晶层区，其中在第一磊晶层区的上表面依序设有一光反射层、绝缘层及第二电极，借助于绝缘层来隔离作用电流流经第二电极底端区域的路线；另在第二磊晶层区处设有多个延伸接触点，每一延伸接触点借助于延伸导电线路与第二电极电性连接，并由此与第一电极间形成作用电流的流通线路，由于全部作用电流所流经的发光区域都为不受第二电极所遮蔽的第二磊晶层区，再加上凹槽侧边的光反射层作用，可有效提高LED的发光效率及发光亮度。

附图说明

下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。

图1是传统发光二极管的结构示意图；

图2是本发明中发光二极管实施例(一)的剖视示意图；

图3是图2中所示发光二极管的俯视示意图；

图4是本发明中发光二极管实施例(二)的俯视示意图；

图5是本发明中发光二极管实施例(三)的剖视示意图；

图6是本发明中发光二极管实施例(四)的剖视示意图。

具体实施方式

如图2和图3所示，本发明中的发光二极管包括有一在底层设有第一电极27的基板21、一成形在该基板21顶层具有Pn界面的LED磊晶层23、及一设在该LED磊晶层23顶层的透光窗户层25。其中，在透光窗户层25的适当位置处，如中央位置处凿设有一通孔313，该通孔313贯穿透光窗户层25并延伸至Pn界面形成一凹槽31，该凹槽31自然将LED磊晶层23区分为两大部分：第一磊晶层区235及第二磊晶层区237。在该凹槽31内设有一绝缘层(侧边绝缘层)35，同时在第一磊晶层区235的顶层也设有一底端绝缘层355，而用于连接驱动作用电流的第二电极29设在底端绝缘层355的垂直延伸方向上，这样在侧边绝缘层35及底端绝缘层355的隔离环绕作用下，可确保作用电流不会流经第二电极29底层位置下第一磊晶层区235的Pn界面内。

在预先设为发射光线出光区的第二磊晶层区237上透光窗户层25的位置处至少设有一个具有导电功效的延伸接触点39，每一个延伸接触点39可借助于具有导电功效的延伸导电线路37与第二电极29电性连接，这样第二电极29可藉由均匀分布的延伸接触点39在第二电极29外围的透光窗户层25区域与第一电极27间形成作用电流线路，使作用电流全部通过预设出光区中第二磊晶层区237的Pn界面，以产生发射光线，如正向光线d，因此，在确保作用电流不会流过第二电极29底层区域及发射光源不被遮蔽的情况下可有效提升LED的发光效率。

另外，为有效利用由LED磊晶层23所产生的斜向光e，在凹槽31的内侧边上设有一反射光层33，这样即可将射向第二电极29而可能被第二电极29所吸收遮蔽的斜向光线e被反射至预设的LED出光区域中，藉此以大幅提升LED的发光亮度。

延伸导电线路37由于所占据LED预设发光区域的空间非常小，因此，其并非一定需选用透光材质构成，但，若延伸导电线路37为透光材质，则将更有利于LED发光亮度的提升。另，为了制程的简便性，可在底端绝缘层355形成后直接将一透光导电膜，如氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化镁、氧化钛、氧化镍、氧化钴、氮化铝、氮化铟、氮化钛或氮化钽及其组合中的一种成形在底端绝缘层355及第二磊晶层区237上透光窗户层25的上表面，以直接作为延伸导电线路使用，而第二电极29或延伸接触点39可选择性地直接设在透光导电膜表面，也可直接个别设在底端绝缘层355及透光窗户层25的表面，而在这种状况下，延伸接触点39也可直接被透光导电膜所取代。

在该实施例中，凹槽31虽然可以为一环边凹槽，以确保作用电流的阻隔效果，但其也可因应实际需要而设计成各种组合形态。

如图4所示，本发明中另一实施例的发光二极管主要是将多个延伸接触点39设计为一接触环圈49，这样即可利用较少的延伸导电线路37来完成作用电流的分散导电功能，而且可藉此相对降低延伸导电线路37遮蔽发射光源的机会，以提升整体的发光亮度。当然，无论是延伸接触点39或延伸接触环圈49都可采用透光物质构成，如ITO(International Trade Organization)。

如图5所示，本发明中又一实施例的发光二极管主要是将凹槽51设在LED磊晶层43及透光窗户层45的一侧边，同样自然形成第一磊晶层区435及第二磊晶层区437，在凹槽51内同时设有绝缘层55及光反射层53，且沿着延伸导电线路37在第二电极29的底层及透光窗户层45的上表面设有一延伸绝缘层555，再在第二电极29与延伸接触点39之间设有一具导电功效的延伸接触点39，这样还是可轻易达到提高LED发光亮度及发光效率的目的。

另外，为减少无作用的第一磊晶层区435所占的空间比例，凹槽51可完全凿设在第二电极29底层垂直延伸的区域位置内。

最后，如图6所示，由于本发明中凹槽51的设计主要是切割Pn界面，因此，前述实施例的透光窗户层45可因应实际设计需要而进行舍弃搭配。而前述实施例的凹槽51也可为一深入Pn界面的中央空槽61，同样可将LED层磊晶层63自然区分成第一磊晶层区635及第二磊晶层区637，在该中央空槽61内设有一底端光反射层615及侧边光反射层611，在第二磊晶层区637上沿着延伸导电线路67的上表面设有具光源反射功效的延伸光反射层617，并在底端光反射层615、侧边光反射层611及延伸光反射层617的表面个别设有一底端绝缘层65及延伸绝缘层655，之后再在底端绝缘层65上设有第二电极29，藉由延伸导电线路67来完成第二电极29与延伸接触点39间的电性连接。

另外，为了有效提升LED的发光亮度，可在LED磊晶层63的底缘、第一电极27的顶层或底层位置设有一具导电功效的光反射层69，如布拉格光反射层(DBR)，这样即可将斜向发射光e、f或g藉由DBR69、底端光反射层615、侧边光反射层611或延伸光反射层617的光线反射而反射至有效发光区内，藉此以有效提升LED的发光效率及发光亮度。

综上所述，本发明中的发光二极管是指一种可隔离作用电流进入到第二电极底端区域而有效提发光效率及发光亮度的发光二极管。为此该发光二极管具有一定的新颖性、进步性。

另外，上述仅对本发明中的一个具体实施例作出详细说明，并不能作为本发明的保护范围，因为作为本技术领域的技术人员对其作出简单的改变或修饰是较为容易的，但是这种改变与修饰均不会脱离本发明中的设计精神，因此，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰，均应被认为侵犯本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种可提高发光效率的发光二极管，主要包括有：

一基板；

一成形在基板上具有Pn界面的发光二极管(LED)磊晶层，在该LED磊晶层的适当位置处至少设有一可穿透所述Pn界面的凹槽，所述凹槽将LED磊晶层分为第一磊晶层区及第二磊晶层区，并在该凹槽内设有侧边光反射层和绝缘层；

一设在第一磊晶层区上表面的底端绝缘层；

一设在所述底端绝缘层上表面的第二电极；

至少一设在所述第二磊晶层区上表面具有导电特性的延伸接触点，每一延伸接触点借助于延伸导电线路与第二电极电性连接：及

一设在基板底层的第一电极。

2.根据权利要求1中所述的发光二极管，其特征在于：所述延伸导电线路为一透光导电膜。

3.根据权利要求1中所述的发光二极管，其特征在于：在所述延伸导电线路的底层设有一延伸绝缘层。

4.根据权利要求1中所述的发光二极管，其特征在于：在所述延伸导电线路的底层设有一延伸光反射层。

5.根据权利要求1中所述的发光二极管，其特征在于：所述延伸接触点为一环状的延伸接触环圈。

6.根据权利要求1中所述的发光二极管，其特征在于：所述第一磊晶层区位于LED磊晶层的中央位置处，所述凹槽呈环绕在该第一磊晶层区外侧的环状。

7.根据权利要求1中所述的发光二极管，其特征在于：所述第一磊晶层区位于LED磊晶层的一侧边位置处，并借助于该凹槽与第二磊晶区加以区分。

8.根据权利要求2中所述的发光二极管，其特征在于：所述透光导电膜为氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化镁、氧化钛、氧化镍、氧化钴、氮化铝、氮化铟、氮化钛、氮化钽及其组合中的一种。

9.一种可提高发光效率的发光二极管，主要包括有：

一基板；

一成形在基板上具有Pn界面的发光二极管(LED)磊晶层，在LED磊晶层的适当位置至少设有一可穿透该Pn界面的凹槽，该凹槽将LED磊晶层区分为第一磊晶层区及第二磊晶层区，并在该凹槽内设有一光反射层；

一设在该第一磊晶层区上表面的底端绝缘层；

一设在底端绝缘层上表面的第二电极；

至少一设在该第二磊晶层区上表面而具有导电特性的透光导电膜；及

一设在基板底层的第一电极。

10.根据权利要求9中所述的发光二极管，其特征在于：所述透光导电膜至少为一分布在第二磊晶层区上表面的延伸接触点，而每一延伸接触点借助于延伸导电线路与第二电极电性连接，并在延伸导电线路的底端设有一延伸绝缘层，使延伸导电线路与第二磊晶层区成隔离状态。

11.根据权利要求1或9中所述的发光二极管，其特征在于：在所述第一磊晶层的上表面设有一底端光反射层。

12.根据权利要求9中所述的发光二极管，其特征在于：所述第一磊晶层区位于LED磊晶层的中央位置或侧边位置。

13.根据权利要求1或9中所述的发光二极管，其特征在于：所述凹槽位于第二电极的纵向延伸位置处。

14.一种可提高发光效率的发光二极管，主要包括有：

一基板；

一成形在基板上具有Pn界面的发光二极管(LED)磊晶层，在LED磊晶层的适当位置至少设有一可穿透该Pn界面的凹槽，该凹槽将LED磊晶层区分为第一磊晶层区及第二磊晶层区，并在该凹槽内设有一绝缘层；

一设在该第一磊晶层区上表面的底端绝缘层；

一设在该底端绝缘层上表面的第二电极；

至少一设在该第二磊晶层区上表面具有导电特性的透光导电膜：及

一设在基板底层的第一电极。

15.根据权利要求14中所述的发光二极管，其特征在于：所述透光导电膜至少为一分布在第二磊晶层区上表面的延伸接触点，每一延伸接触点借助于一延伸导电线路与第二电极电性连接。

16.一种可提高发光效率的发光二极管，主要包括有：

一基板；

一成形在基板上具有Pn界面的发光二极管(LED)磊晶层，在该LED磊晶层的中央处凿设有一可穿透Pn界面的中央空槽，该中央空槽将LED磊晶层区分成第一磊晶层区及第二磊晶层区，而在中央空槽内设有一光反射层及一底端绝缘层；

一设在该底端绝缘层上表成的第二电极；

至少一设在第二磊晶层区上表面而具有导电特性的透光电导膜；及

一设在基板底层上的第一电极。

17.根据权利要求16中所述的发光二极管，其特征在于：所述透光导电膜至少为一分布在第二磊晶层区上表面的延伸接触点，而第一延伸接触点借助于延伸导电线路与第二电极电性连接，

18.根据权利要求1、9或16中任意一项所述的发光二极管，其特征在于：在所述LED磊晶层的上表面设有一透光窗户层，该透光窗户层在相对于LED磊晶层凹槽纵向延伸位置处凿设有一通道，该通道与凹槽为一体成形。

19.根据权利要求1、9或16中任意一项所述的发光二极管，其特征在于：在所述LED磊晶层的底端设有一布拉格光反射层。

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