DE102006002683A1 - Licht emittierendes Bauteil - Google Patents
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Abstract
Ein erfindungsgemäßes Licht emittierendes Bauteil ist mit Folgendem versehen: DOLLAR A - einem transparenten Substrat (110); DOLLAR A - einem Lichtemissionsstapel (130) über dem Substrat, der eine erste Streufläche (122) aufweist; und DOLLAR A - einer transparenten Klebeschicht (120) zwischen dem Substrat und der ersten Streufläche, wobei der Brechungsindex des Lichtemissionsstapels von dem der Klebeschicht verschieden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Licht emittierendes Bauteil.
- Licht emittierende Bauteile wurden bei einer großen Anzahl von Anwendungen eingesetzt, einschließlich optischen Displays, Verkehrsampeln, Datenspeichern, Kommunikationsgeräten, Beleuchtungsvorrichtungen sowie medizinischen Behandlungsgeräten. Ein wichtiger Punkt besteht darin, die Lichtemissionseffizienz derartiger Bauteile zu verbessern.
- Gemäß der
1 wird, gemäß dem Brechungsgesetz, wenn Licht von einem Material mit dem Brechungsindex n1 zu einem anderen Material mit dem Brechungsindex n2 gerichtet wird, dasselbe gebrochen, wenn sein Einfallswinkel kleiner als ein kritischer Winkel Θc ist. Andernfalls wird das Licht an der Grenzfläche zwischen zwei Materialien total reflektiert. Anders gesagt, muss, wenn ein von einer Leuchtdiode (LED) erzeugter Lichtstrahl durch die Grenzfläche zwischen einem Material mit höherem Brechungsindex und einem solchen mit niedrigerem Brechungsindex läuft, der Winkel zwischen dem einfallenden und dem reflektierten Lichtstrahl 2Θc oder weniger betragen, damit das Licht nach außen emittiert wird. Dies bedeutet, dass dann, wenn das von einer LED erzeugte Licht von einer Epitaxieschicht mit höherem Brechungsindex zu einem Medium mit niedrigerem Brechungsindex läuft, wie einem Substrat, Luft usw., ein Teil des Lichts in das Medium hinein gebrochen wird, während ein anderer Teil des Lichts mit einem Eintrittswinkel über dem kritischen Winkel zur Epitaxieschicht der LED reflektiert wird. Da die Umgebung um die Epitaxieschicht der LED herum einen niedrigeren Brechungsindex aufweist, kann das reflektierte Licht mehrmals in die LED reflektiert werden, und schließlich wird ein bestimmter Anteil desselben absorbiert. - Gemäß der US-Patentveröffentlichung Nr. 2002/0017652 mit dem Titel "Semiconductor Chip for Optoelectronics" wird eine Epitaxieschicht eines Licht emittierenden Bauteils, die auf einem nicht transparenten Substrat ausgebildet ist, geätzt, um eine reflektierende Mikrostruktur mit einer Vielzahl von Halbkugeln, Pyramiden oder Kegeln zu bilden, und dann wird eine metallische Reflexionschicht auf der Epitaxieschicht abgeschieden. Die Oberseite der reflektierenden Mikrostruktur wird an einen leitenden Träger (Siliciumwafer) gebondet, und dann wird das nicht transparente Substrat der Epitaxieschicht entfernt. Das gesamte von der Licht emittierenden Schicht erzeugte Licht, das auf die reflektierende Mikrostruktur fällt, wird zur Epitaxieschicht zurück reflektiert und in einer Richtung orthogonal zu einer Licht emittierenden Fläche aus der LED emittiert. Daher ist das Licht nicht mehr durch den kritischen Winkel eingeschränkt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Licht emittierendes Bauteil mit hoher Lichtentnahmeeffizienz und hoher Lichtemissionseffizienz zu schaffen.
- Diese Aufgabe ist durch das Licht emittierende Bauteil gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Bei diesem Bauteil sind ein transparentes Substrat und ein Lichtemissionsstapel mit einer Streufläche durch eine transparente Klebeschicht miteinander verbunden. Der Lichtemissionsstapel und die transparente Klebeschicht weisen jeweils einen anderen Brechungsindex auf, so dass die Möglichkeit einer Lichtentnahme aus dem Licht emittierenden Bauteil erhöht ist und damit auch die Lichtemissionseffizienz erhöht ist.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
-
1 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen des Brechungsgesetzes. -
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Lichtfeld bei einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. -
3 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Licht emittierendes Bauteil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. -
4 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Licht emittierendes Bauteil mit zwei Streuflächen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. -
5 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Licht emittierendes Bauteil mit transparenten, leitenden Schichten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. -
6 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Licht emittierendes Bauteil mit Reaktionsschichten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. -
7 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Licht emittierendes Bauteil gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. -
8 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Licht emittierendes Bauteil gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. - Nun werden die derzeit bevorzugten Ausführungsformen, zu denen in den beigefügten Zeichnungen Beispiele veranschaulicht sind, detailliert erläutert. Wo immer es möglich ist, sind in den Zeichnungen und der Beschreibung dieselben Bezugszeichen dazu verwendet, dieselben oder ähnliche Teile zu kennzeichnen.
- Gemäß der
2 wird, wenn von einer Lichtemissionsschicht13 erzeugtes Licht1A zu einer Streufläche S gerichtet wird, ein Teil desselben zu einem transparenten Substrat10 reflektiert, um ein Lichtfeld1B zu erzeugen, während ein anderer Teil des Lichts1A durch die Streufläche S gestreut wird, um ein Lichtfeld1C zu bilden. Die vorliegende Ausführungsform nutzt das Vorhandensein der Streufläche S, um dafür zu sorgen, dass das durch den kritischen Winkel eingeschränkte Licht nach der Streuung zur Lichtemissionsschicht13 reflektiert wird und dass Licht an der Vorderseite derselben entnommen wird, so dass die Lichtentnahmeffizienz verbessert ist. Wenn ein Teil des gestreuten Lichts zur Streufläche S total reflektiert wird, wird es erneut gestreut, um seinen Einfallswinkel zu ändern, so dass die Lichtentnahmeeffizienz weiter verbessert wird. Daher wird das Licht unabhängig davon, wie häufig es interne Totalreflexion erfährt, durch die Streufläche S gestreut, wobei die Wahrscheinlichkeit der Lichtentnahme erhöht wird und die Lichtemissionseffizienz verbessert wird. - Gemäß der
3 verfügt ein Licht emittierendes Bauteil100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform über ein transparentes Substrat110 , eine transparente Klebeschicht120 , einen Lichtemissionsstapel130 , eine erste Elektrode140 und eine zweite Elektrode150 . Bei dieser Ausführungsform ist das Material des transparenten Substrats110 aus der aus GaP, SiC, Al2O3 und Glas bestehenden Gruppe ausgewählt. Die transparente Klebeschicht120 ist auf dem transparenten Substrat110 ausgebildet, wobei sie aus Polyimid, Benzocyclobuten (BCB), Perfluorcyclobutan (PFCB) oder Indiumzinnoxid bestehen kann. Der Lichtemissionsstapel130 verfügt über eine erste Halbleiterschicht132 , eine Lichtemissionsschicht134 und eine zweite Halbleiterschicht136 , wobei der Brechungsindex des Lichtemissionsstapels130 von dem der transparen ten Klebeschicht120 verschieden ist. Die erste Halbleiterschicht132 ist über die transparente Klebeschicht120 am transparenten Substrat110 angebracht, und sie verfügt über eine zu dieser benachbarte Streufläche122 . Das Material der ersten Halbleiterschicht132 , der Lichtemissionsschicht134 und der zweiten Halbleiterschicht136 kann AlGaInP, AlN, GaN, AlGaN, InGaN oder AlInGaN sein. Die Oberseite der ersten Halbleiterschicht132 verfügt über einen Epitaxiebereich und einen Elektrodenbereich. Die Lichtemissionsschicht134 ist auf dem Epitaxiebereich der ersten Halbleiterschicht132 ausgebildet. Die zweite Halbleiterschicht136 ist auf der Lichtemissionsschicht134 ausgebildet. Die erste Elektrode140 ist auf dem Elektrodenbereich der ersten Halbleiterschicht132 ausgebildet. Die zweite Elektrode150 ist auf der zweiten Halbleiterschicht136 ausgebildet. Gemäß der4 kann die Oberseite der zweiten Halbleiterschicht136 über eine weitere Streufläche136a verfügen, wodurch die Lichtentnahmeeffizienz weiter verbessert wird. - Die erste Halbleiterschicht
132 , die Lichtemissionsschicht134 und die zweite Halbleiterschicht136 auf dem transparenten Substrat110 , wie sie in den3 und4 dargestellt sind, werden durch ein Epitaxieverfahren hergestellt. Die Streuflächen122 und136a sind raue Oberflächen, und sie können während des Epitaxieprozesses ausgebildet werden. Sie können auch durch Ätzen eines Teils der ersten Halbleiterschicht132 durch Nass- oder Trockenätzen, wie induktive Plasmaeinkopplung (ICP = Inductive Coupling Plasma), während des Epitaxieprozesses ausgebildet werden. Die mit dieser rauen Fläche versehene Leuchtdiode wird durch die transparente Klebeschicht120 am transparenten Substrat110 angebracht. - Bei einer anderen Ausführungsform verfügt die Streufläche
122 der ersten Halbleiterschicht132 über eine Vielzahl von Mikrovorsprüngen, und sie ist mittels der transparenten Klebeschicht120 am transparenten Substrat110 angebracht. Die Form der Mikrovorsprünge kann die einer Halbkugel, einer Pyramide oder einer Vieleckpyramide sein. Aufgrund der Mikrovorsprünge ist die Streufläche aufgeraut und die Lichtentnahmeeffizienz ist verbessert. - Bei einer Ausführungsform, gemäß der
5 , ist zwischen der ersten Elektrode140 und der ersten Halbleiterschicht132 selektiv eine erste transparente, leitende Schicht180 angebracht. Diese besteht aus Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinkaluminiumoxid oder Zinkzinnoxid. In ähnlicher Weise ist zwischen der zweiten Halbleiterschicht136 und und der zweiten Elektrode150 eine zweite transparente, leitende Schicht190 aus einem der eben genannten Materialien selektiv angebracht. - Außerdem kann, gemäß der
6 , zwischen dem transparenten Substrat110 und der transparenten Klebeschicht120 selektiv eine erste Reaktionsschicht160 vorhanden sein, während eine zweite Reaktionsschicht170 selektiv zwischen der transparenten Klebeschicht120 und der ersten Halbleiterschicht132 vorhanden sein kann, wodurch die Haftung der transparenten Klebeschicht120 erhöht wird. Das Material der ersten und der zweiten Reaktionsschicht160 und170 kann SiNx, Ti oder Cr sein. - Die
7 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Licht emittierendes Bauteil200 mit Vertikalstruktur gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das transparente Substrat110 ist ein leitendes Substrat. Die erste Halbleiterschicht132 mit der darunter vorhandenen zweiten Reaktionsschicht170 ist mit einer transparenten Klebeschicht120 im Gelzustand verbunden, und der vorstehende Teil der zweiten Reaktionsschicht170 dringt durch die transparente Klebeschicht120 , um mit der ersten Reaktionsschicht160 in Ohm'schem Kontakt zu stehen, wobei die erste und die zweite Reaktionsschicht160 und170 jeweils leitend sind. Auf der Unterseite des transparenten Substrats110 und der Oberseite der zweiten Halbleiterschicht136 sind eine erste Elektrode140 bzw. eine zweite Elektrode150 ausgebildet. In ähnlicher Weise ist zwischen der zweiten Elektrode150 und der zweiten Halbleiterschicht136 eine transparente, leitende Schicht (nicht dargestellt) selektiv vorhanden. Diese besteht aus Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinkaluminiumoxid oder Zinkzinnoxid. - Das in der
8 dargestellte Licht emittierende Bauteil300 verfügt über einen ähnlichen Aufbau wie das in der3 dargestellte Bauteil100 . Der Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass eine transparente, leitende Klebeschicht124 die transparente Klebeschicht112 ersetzt, so dass das Licht emittierende Bauteil300 vertikal elektrisch leitend ist. Die transparente, leitende Klebeschicht124 besteht aus einem eigenleitenden Polymer oder einem Polymer, in dem ein leitendes Material verteilt ist. Das leitende Material ist Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinkoxid, Zinkzinnoxid, Au oder Ni/Au. Die erste Elektrode140 ist unter dem transparenten, leitenden Substrat112 ausgebildet, und die zweite Elektrode150 ist auf der zweiten Halbleiterschicht136 ausgebildet. - Bei einer Ausführungsform verfügt das Licht emittierende Bauteil
300 ferner über eine transparente, leitende Schicht (nicht dargestellt), die zwischen der zweiten Elektrode150 und der zweiten Halbleiterschicht136 angeordnet ist und aus Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinkaluminiumoxid oder Zinkzinnoxid besteht. - Bei der Erfindung sind ein transparentes Substrat und ein Lichtemissionsstapel durch eine transparente Klebeschicht mit einer Streufläche miteinander kombiniert. Der Lichtemissionsstapel und die transparente Klebeschicht verfügen jeweils über einen anderen Brechungsindex, so dass die Möglichkeit einer Lichtentnahme aus dem Licht emittierenden Bauteil erhöht ist und damit die Lichtemissionseffizienz verbessert ist.
Claims (29)
- Licht emittierendes Bauteil mit: – einem transparenten Substrat (
110 ); – einem Lichtemissionsstapel (130 ) über dem Substrat, der eine erste Streufläche (122 ) aufweist; und – einer transparenten Klebeschicht (120 ) zwischen dem Substrat und der ersten Streufläche, wobei der Brechungsindex des Lichtemissionsstapels von dem der Klebeschicht verschieden ist. - Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat aus einem Material besteht, das aus der aus GaP, SiC, Al2O3 und Glas bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Klebeschicht aus einem Material besteht, das aus der aus Polyimid, Benzocyclobuten (BCB), Perfluorcyclobutan (PFCB) und Indiumzinnoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Streufläche eine raue Fläche ist.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die raue Fläche eine Vielzahl von Mikrovorsprüngen aufweist.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrovorsprünge eine Form aufweisen, die der einer Halbkugel, einer Pyramide, einer Vieleckpyramide und Kombinationen hiervon entspricht.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die raue Fläche eine konvex-konkave Fläche ist.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtemissionsstapel Folgendes aufweist: – eine erste Halbleiterschicht (
132 ) über dem Substrat, die über die erste Streufläche (122 ) verfügt; – eine Lichtemissionsschicht (134 ) auf einem Teil der ersten Halbleiterschicht; und – eine zweite Halbleiterschicht (136 ) auf der Lichtemissionsschicht. - Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiterschicht eine zweite Streufläche (
136a ) aufweist. - Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode vorhanden sind, wobei sich die erste Elektrode dort auf der ersten Halbleiterschicht befindet, wo die Lichtemissionsschicht nicht angeordnet ist, und sich die zweite Elektrode auf der zweiten Halbleiterschicht befindet.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Elektrode und der ersten Halbleiterschicht eine erste transparente, leitende Schicht (
180 ) vorhanden ist. - Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste transparente, leitende Schicht aus einem Material besteht, das aus der aus Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinkaluminiumoxid und Zinkzinnoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Reaktionsschicht (
160 ) und eine zweite Reaktionsschicht (170 ) vorhanden sind, wobei die erste Reaktionsschicht zwischen dem transparenten Substrat und der transparenten Klebeschicht vorhanden ist und die zweite Reaktionsschicht zwischen der transparenten Klebeschicht und dem Lichtemissionsstapel vorhanden ist. - Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reaktionsschicht aus SiNx, Ti oder Cr besteht.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reaktionsschicht aus SiNx, Ti oder Cr besteht.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Reaktionsschicht leitend ist.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Streufläche (
122 ) über eine Vielzahl von Mikrovorsprüngen verfügt und die zweite Reaktionsschicht dadurch mit der ersten Reaktionsschicht in Ohm'schem Kontakt steht, dass Vorsprünge vorhanden sind, die durch die transparente Klebeschicht hindurch stehen. - Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrovorsprünge eine Form aufweisen, die der einer Halbkugel, einer Pyramide, einer Vieleckpyramide und Kombinationen hiervon entspricht.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Streufläche (
122 ) eine konvex-konkave Fläche ist und die zweite Reaktionsschicht dadurch mit der ersten Reaktionsschicht in Ohm'schem Kontakt steht, dass ein konvexer Teil der konvex-konkaven Fläche durch die transparente Klebeschicht dringt. - Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtemissionsstapel Folgendes aufweist: – eine erste Halbleiterschicht (
132 ) über dem Substrat, die über die erste Streufläche (122 ) verfügt; – eine Lichtemissionsschicht (134 ) auf einem Teil der ersten Halbleiterschicht; und – eine zweite Halbleiterschicht (136 ) auf der Lichtemissionsschicht. - Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat leitend ist.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiterschicht eine zweite Streufläche aufweist.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Klebeschicht eine leitende Klebeschicht ist, die aus einem eigenleitenden Polymer oder einem Polymer, in dem ein leitendes Material verteilt ist, besteht.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer mit einem darin verteilten leitenden Material aus Polymid, Benzocyclobuten (BCB) oder Perfluorcyclobutan (PFCB) besteht.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Material aus Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinkoxid, Zinkzinnoxid, Au oder Ni/Au besteht.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode vorhanden sind, wobei sich die erste Elektrode auf der zweiten Halbleiterschicht befindet und sich die zweite Elektrode unter dem transparenten Substrat befindet.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der ersten Elektrode eine transparente, leitende Schicht vorhanden ist.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente, leitende Schicht aus Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinkaluminiumoxid oder Zinkzinnoxid besteht.
- Licht emittierendes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtemissionsstapel aus AlGaInP, AlN, GaN, AlGaN, InGaN oder AlInGaN besteht.
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