JP2017038054A - Ｌｅｄ用パターン基板 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの光射出効率を向上させることができるＬＥＤ用パターン基板を提供する。【解決手段】複数の突起構造５ｃを有する表面を含み、そのうち、各突起構造は、上部５１及び下部５２を含む。下部５２は、円錐面の表面を有し、少なくとも一つの第1領域５２ａおよび少なくとも一つの第２領域５２ｂを有する。第１領域と第２領域は交替に配置される。第１領域は一つ以上の第１凸部７を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、ＬＥＤ用基板に関し、特にＬＥＤ用パターン基板に関する。

ＬＥＤは日常生活において、例えば、照明、指示標識、表示装置及びコンピュータなど各種製品に広く用いられ、応用されている。ＬＥＤは電子と正孔の結合により、電気エネルギーを光に変換している。ＬＥＤは冷光なので省電力、反応速度が速く、瞬時に点灯し、素子寿命が長いなどのメリットを有する。このほか、ＬＥＤは体積が小さく、衝撃に強く、半導体プロセスにより大量生産が可能であるので、必要に応じて小型またはマトリクス状の素子に容易に製造できる。

近年エネルギー問題は日増しに厳しくなり、エネルギー削減、二酸化炭素排出量の削減はグローバルな話題となっており、ＬＥＤの出射効率を向上させることは各界が改善に注力している目標となっている。理想的なＬＥＤは、電子と正孔の結合により放出する光線が全て外に出射し、１００％の射出効率を達成する。しかし実際には、ＬＥＤ内部の構造と材質により、各種光線の伝搬効率の低下を招き、光線が外へ完全に出射することは不可能であり、射出効率は良くない。

LEDの射出効率を向上させるために、例えばサファイア基板（PSS，patterned sapphire substrate）をパターン化したパターン基板をＬＥＤに用いられる技術に発展させている。この種のパターン基板は光線を散乱させ、基板内での全反射を低減することにより、光線を外へ射出する可能性を向上させ、更にＬＥＤの光射出効率を向上させる。しかし、現時点では、従来のパターン基板を使用するＬＥＤは、光射出効率が明らかに不足している。従って、更にＬＥＤの光射出効率を向上させることができるＬＥＤ用パターン基板が必要である。

以上に鑑み、本発明の実施例によれば、ＬＥＤ用パターン基板を提供する。前記ＬＥＤ用パターン基板は、複数の突起構造を有する表面を含み、そのうち、各前記突起構造は、上部及び下部を含む。前記下部は、円錐面の表面を有し、少なくとも一つの第１領域および少なくとも一つの第２領域を有する。前記第１領域と前記第２領域は交替に配置される。なお、前記第１領域は一つ以上の第１凸部を有する。

本発明のその他の実施例及びメリットは、以下の記載及び図面を合わせて詳細に説明することによりさらに明確になる。このほか、本発明の不必要な混乱を避けるために、本明細書中において、周知の部材及び原理の説明を行わない。

本発明の図面において、同一の部材番号は、同一又は類似の部材を表す。この他、これら図面は単に例示するだけであり、故に、実際の大きさによる製図ではない。

本発明の一実施例に係るパターン基板の一部の概略図である。 本発明の一実施例に係る突起構造の上面図である。 図２Ａの突起構造の側面図である。 本発明の他の実施例に係る突起構造の上面図である。 本発明の図３Ａの突起構造の側面図である。 本発明の他の実施例に係る突起構造の側面図である。 本発明の他の実施例に係る突起構造の側面図である。 本発明の他の実施例に係る突起構造の上面図である。 図６Ａの突起構造の側面図である。 本発明の他の実施例に係る突起構造の上面図である。 図７Ａの突起構造の側面図である。 本発明の他の実施例に係る突起構造の上面図である。 図８Ａの突起構造の側面図である。 本発明の他の実施例に係る突起構造の上面図である。 図９Ａの突起構造の側面図である。 本発明の他の実施例に係る突起構造の上面図である。 図１０Ａの突起構造の側面図である。 図３Ａに示す突起構造の走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)による俯瞰画像である。 図４に示す突起構造の走査型電子顕微鏡による俯瞰画像である。 図７Ａに示す突起構造の走査型電子顕微鏡による俯瞰画像である。

図１は、本発明の実施例に係るパターン基板の一部の概略図である。図１に示すように、パターン基板１は、表面３を含み、表面３はエッチング及び/又は蒸着により形成された複数の突起構造５aを有する。パターン基板１は、例えば、サファイア基板又はシリコン基板であるが、これに制限されない。パターン基板１上に、突起構造５aが均一に設けられ、または交替配置などの特定方式により設けられてもよい。本発明の実施例において、隣り合う突起構造５a同士の間の基板表面３ａは平坦であり、後続のＬＥＤエピタキシャル成長に適用する初期表面を提供することができる。

以下、図１の突起構造の各種実施例を詳細に説明する。

図２Ａは、本発明の実施例に係る突起構造５ａの上面図であり、図２Ｂは、図２Ａの突起構造５ａの側面図である。図２Ａと図２Ｂに示すように、各突起構造５ａは、上部５１及び下部５２を含む。下部５２は、円錐面の表面を有し、少なくとも一つの第１領域５２ａ及び少なくとも一つの第２領域５２ｂを有する。第１領域５２ａと第２領域５２ｂは交替に配置される。第１領域５２ａは、一つ以上の第１凸部７を有する。本発明の実施例において、第１凸部７は、例えば２０〜２００ｎｍの直径を有する円形を呈する。本発明の実施例において、上部５１の表面は円錐面である。

更に、図３Ａは、本発明の実施例に係る突起構造５ｂの上面図であり、図３Ｂは、図３Ａの突起構造５ｂの側面図である。図３Ａと図３Ｂの突起構造５ｂは、図２Ａと図２Ｂの突起構造５ａの変形例であり、その差異は、図３Ａと図３Ｂの突起構造５ｂの上部５１が、例えば３つの第３領域５１ａと３つの第４領域５１ｂが交替に配置されてなることである。また、例えば、本実施例において、上部５１の第３領域５１ａは下部５２の第１領域５２ａに対応し、上部５１の第４領域５１ｂは、下部５２の第２領域５２ｂに対応するが、これに制限されない。例えば、本実施例において、第３領域５１ａの表面は弧面であり、第４領域５１ｂの表面はアールの付いていない平面である。上述した弧面とアールの付いていない平面を設けることで、ＬＥＤの生成した光の出射が促進され、よってＬＥＤの光射出効率を向上させることができる。

図４は、本発明の実施例に係る突起構造５ｃの上面図である。図４の突起構造５ｃは、図３Ａと図３Ｂの突起構造５ｂの変形例であり、その差異は、図４の突起構造５ｃの上部５１の第４領域５１ｂが一つ以上の第２凸部９を有することである。本発明の実施例において、第２凸部９は、例えば２０〜２００ｎｍの直径を有する円形を呈する。上述のように、第３領域５１ａの表面は弧面である。

図５は本発明の実施例に係る突起構造５ｄの上面図である。図５の突起構造５ｄは、図３Ａと図３Ｂの突起構造５ｂの別の変形例であり、その差異は、図５の突起構造５ｄの下部５２の第２領域５２ｂが、一つ以上の穴１１を有し、上部５１の第３領域５１ａが、一つ以上の穴１２を有する。本発明の実施例において、第１穴１１と第２穴１２の開口の幅は０．２μｍより小さくてもよく、１０〜１００ｎｍが好ましい。第１穴１１と第２穴１２はいかなる形状の穴であってもよい。例えば、実施例において、第１穴１１と第２穴１２は０．２μｍの直径を有する円形穴であり、好ましくは１０〜１００ｎｍである。第１穴１１と第２穴１２により、更に光が散乱するため、ＬＥＤの生成した光の出射が促進され、よってＬＥＤの光射出効率を向上させることができる。この他、上述のように、第４領域５１ｂの表面がアールの付いていない平面である。

図６Ａは本発明の実施例に係る突起構造５ｅの上面図であり、図６Ｂは図６Ａの突起構造５ｅの側面図である。図６Ａと図６Ｂに示すように、突起構造５ｅの上部５３の表面は三角錐面であり、突起構造５ｅの下部５４の表面は円錐面であり、少なくとも一つの第１領域５４ａ及び少なくとも一つの第２領域５４ｂを有し、第１領域５４ａと第２領域５４ｂは交替に配置される。第１領域５４ａは一つ以上の第１凸部７を有し、第２領域５４ｂは一つ以上の第３凸部１３を有する。各突起構造５ｅは、上部５３と下部５４との間に中間部５５をさらに含んでもよい。中間部５５は、例えば３つの第５領域５５ａと３つの第６領域５５ｂが交替に配置されてなる。中間部５５の第５領域５５ａは、一つ以上の第４凸部１５を有し、下部５４の第１領域５４ａに対応する。中間部５５の第６領域５５ｂは下部５４の第２領域５４ｂに対応する。本実施例において、中間部５５の第６領域５５ｂの表面は、例えばアールの付いていない平面である。上部５３の三角錐面５３ａは、中間部５５の第６領域５５ｂに接している。本発明の実施例において、第３凸部１３と第４凸部１５は、例えば２０〜２００ｎｍの直径を有する円形を呈する。

また、図７Ａは本発明の実施例に係る突起構造５ｆの上面図であり、図７Ｂは図７Ａの突起構造５ｆの側面図である。図７Ａと図７Ｂの突起構造５ｆは図６Ａと図６Ｂの突起構造５ｅの変形例であり、その差異は、図７Ａと図７Ｂに示す突起構造５ｆの第２領域５４ｂが一つ以上の第３穴１４を有し、第５領域５５ａが一つ以上の第４穴１６を有する。本実施例において、中間部５５の第６領域５５ｂの表面は、例えばアールの付いていない平面である。本発明の実施例において、第３穴１４と第４穴１６の開口の幅は０．２μｍ以下であり、１０〜１００ｎｍmが好ましい。第３穴１４及び第４穴１６は、いかなる形状の穴であってもよい。例えば、実施例において、第３穴１４と第４穴１６は、０．２ｎｍ以下の直径を有する円形穴であり、好ましくは１０〜１００ｎｍである。第３穴１４と第４穴１６は、さらに多くの散乱表面を提供するため、ＬＥＤの生成した光の出射が促進され、よってＬＥＤの光射出効率を向上させることができる。

図８Ａは、本発明の実施例に係る突起構造５ｇの上面図であり、図８Ｂは図８Ａの突起構造５ｇの側面図である。図８Ａと図８Ｂに示すように、突起構造５ｇの上部５６は、切頭状の上面５６ｃを有する。突起構造５ｇの上部５６と下部５７の表面は円錐面である。下部５７は、少なくとも一つの第１領域５７ａ及び少なくとも一つの第２領域５７ｂを有し、第１領域５７ａと第２領域５７ｂは交替に配置される。第１領域５７ａは一つ以上の第１凸部７を有する。

図９Ａは、本発明の実施例に係る突起構造５ｈの上面図であり、図９Ｂは図９Ａの突起構造５ｈの側面図である。図９Ａと図９Ｂの突起構造５ｈは、図８Ａと図８Ｂの突起構造５ｇの変形例であり、その差異は、図９Ａと図９Ｂの突起構造５ｈの上部５６が、例えば３つの第３領域５６ａと３つの第４領域５６ｂが交替に配置されてなることである。上部５６の第３領域５６ａは下部５７の第１領域５７ａに対応し、上部５６の第４領域５６ｂは下部５７の第２領域５７ｂに対応する。例えば、本実施例において、第３領域５６ａの表面は弧面であり、第４領域５６ｂの表面はアールの付いていない平面である。

図１０Ａは、本発明の実施例に係る突起構造５ｉの上面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａの突起構造５ｉの側面図である。図１０Ａと図１０Ｂに示すように、突起構造５ｉの上部５８は切頭状の上面５８ｂを有し、上部５８の表面は三角錐面である。突起構造５ｉの下部５９の表面は円錐面であり、少なくとも一つの第１領域５９ａ及び少なくとも一つの第２領域５９ｂを有し、第１領域５９ａと第２領域５９ｂは交替に配置される。第１領域５９ａは一つ以上の第１凸部７を有する。各突起構造５ｉは、上部５８と下部５９との間にある中間部６０をさらに含んでもよい。中間部６０は、例えば３つの第５領域６０ａと３つの第６領域６０ｂが交替に配置されてなる。中間部６０の第５領域６０ａは、一つ以上の第４凸部１５を有し、下部５９の第１領域５９ａに対応する。中間部６０の第６領域６０ｂは下部５９の第２領域５９ｂに対応する。上部５８の三角錐面５８ａは中間部６０の第６領域６０ｂに接している。

図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す破線は、単に各領域を説明するために示され、本発明に対して何ら制限するものではない。

図１１は、図３Ａに示す突起構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による俯瞰画像である。図１２は、図４に示す突起構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による俯瞰画像である。図１３は、図７Ａに示す突起構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による俯瞰画像である。

本発明の実施例において、突起構造は円錐体または切頭状の円錐体であるが、角錐体、角柱体、半球体などであってもよい。突起構造を円錐体又は切頭状の円錐体とすることにより、後続のエピタキシャルプロセスにおいて、優れたプロセス安定性を提供することができる。本発明において、各突起構造の幅は２〜３μｍであり、その高さは１〜２μｍであるが、これに制限されない。しかし、高さが高すぎる場合、後続のエピタキシャルプロセスにおいて困難になる可能性がある。ここでの幅は突起構造の直径を指し、高さは突起構造の底部から上部の距離を指す。

本発明において、突起構造の下部の表面は円錐面であるので、後続のエピタキシャルプロセスを安定させることができる。この他、本発明の第１穴、第２穴、第３穴、第４穴、第１凸部、第２凸部、第３凸部及び第４凸部により、より多くの散乱表面を提供できるため、ＬＥＤの生成した光の出射が促進され、よってＬＥＤの光射出効率を向上させることができる。さらに、凸部を有する領域と凸部を有さない領域を交替に配置するため、ＬＥＤの光射出効率をさらに向上させることができる。従って、図２Ａ−図１０Ｂに示す配置を有する突起構造を含むパターン基板は、従来のパターン基板と比較して優れている。

本発明を実施例及び図面を参照しながら詳細に説明したが、当業者が本発明の本質及び範囲を逸脱しない場合、各種改良、変更及び等価置換を行うことができる。しかし、これら改良、変更及び等価置換は依然本発明の特許請求の範囲内である。

１ パターン基板
２ 表面
３ａ 基板表面
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ 突起構造
７ 第１凸部
９ 第２凸部
１１ 第１穴
１２ 第２穴
１３ 第３凸部
１４ 第３穴
１５ 第４凸部
１６ 第４穴
５１ 上部
５１ａ 第３領域
５１ｂ 第４領域
５２ 下部
５２ａ 第１領域
５２ｂ 第２領域
５３ 上部
５３ａ 三角錐面
５４ 下部
５４ａ 第１領域
５４ｂ 第２領域
５５ 中間部
５５ａ 第５領域
５５ｂ 第６領域
５６ 上部
５６ａ 第３領域
５６ｂ 第４領域
５６ｃ 切頭状の上面
５７ 下部
５７ａ 第１領域
５７ｂ 第２領域
５８ 上部
５８ａ 三角錐面
５８ｂ 切頭状の上面
５９ 下部
５９ａ 第１領域
５９ｂ 第２領域
６０ 中間部
６０ａ 第５領域
６０ｂ 第６領域

Claims (19)

1. ＬＥＤ用パターン基板であって、
   複数の突起構造を有する表面を含み、
   各前記突起構造は、上部及び下部を含み、
   前記下部は、円錐面の表面を有し、少なくとも一つの第１領域及び少なくとも一つの第２領域を有し、
   前記第１領域と前記第２領域は交替に配置され、
   前記第１領域は一つ以上の第１凸部を有する、ことを特徴とするＬＥＤ用パターン基板。
2. 前記第１凸部は２０〜２００ｎｍの直径を有する円形を呈する、ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ用パターン基板。
3. 前記上部は、３つの第３領域と３つの第４領域が交替に配置されてなり、
   前記上部の前記第３領域は前記下部の前記第１領域に対応し、前記上部の前記第４領域は前記下部の前記第２領域に対応する、ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ用パターン基板。
4. 前記上部の前記第４領域は、一つ以上の第２凸部を有する、ことを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ用パターン基板。
5. 前記第２凸部は２０〜２００ｎｍの直径を有する円形を呈する、ことを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ用パターン基板。
6. 前記第３領域の表面は弧面であり、
   前記第４領域の表面は、アールの付いていない平面である、ことを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ用パターン基板。
7. 前記下部の前記第２領域は、一つ以上の第１穴を有し、
   前記上部の前記第３領域は、一つ以上の第２穴を有する、ことを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ用パターン基板。
8. 前記第１穴と前記第２穴の開口の幅は０．２μｍより小さい、ことを特徴とする請求項８記載のＬＥＤ用パターン基板。
9. 前記第１穴と前記第２穴の開口の幅は１０〜１００ｎｍである、ことを特徴とする請求項８記載のＬＥＤ用パターン基板。
10. 前記上部の表面が三角錐面であり、前記下部の前記第２領域が一つ以上の第３凸部を有し、各前記突起構造は、更に前記上部と前記下部の間にある中間部を含み、
    前記中間部は、３つの第５領域と３つの第６領域が交替に配置されてなり、
    前記中間部の前記第５領域は、一つ以上の第４凸部を有し、前記下部の前記第１領域に対応し、
    前記中間部の前記第６領域は、前記下部の前記第２領域に対応する、ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ用パターン基板。
11. 前記第３凸部が２０〜２００ｎｍの直径を有する円形を呈する、ことを特徴とする請求項１０記載のＬＥＤ用パターン基板。
12. 前記上部の表面が三角錐面であり、前記下部の前記第２領域は一つ以上の第３穴を有し、
    各前記突起構造は、更に、前記上部と前記下部の間にある中間部を含み、
    前記中間部は、３つの第５領域と３つの第６領域が交替に配置されてなり、
    前記中間部の前記第５領域は、一つ以上の第４穴を有し、前記下部の前記第１領域に対応し、
    前記中間部の前記第６領域は、前記下部の前記第２領域に対応する、ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ用パターン基板。
13. 前記第３穴と前記第４穴の開口の幅は０．２μｍより小さい、ことを特徴とする請求項１２記載のＬＥＤ用パターン基板。
14. 前記第３穴と前記第４穴の開口の幅は１０〜１００ｎｍである、ことを特徴とする請求項１３記載のＬＥＤ用パターン基板。
15. 前記上部は、切頭状の上面を有し、その表面が円錐面である、ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ用パターン基板。
16. 前記上部は、切頭状の上面を有し、３つの第３領域と３つの第４領域が交替に配置されてなり、
    前記上部の前記第３領域は、前記下部の前記第１領域に対応し、
    前記上部の前記第４領域は、前記下部の前記第２領域に対応する、ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ用パターン基板。
17. 前記第３領域の表面は弧面であり、
    前記第４領域の表面はアールの付いていない平面である、ことを特徴とする請求項１６記載のＬＥＤ用パターン基板。
18. 前記上部は、切頭状の上面を有し、その表面が円錐面であり、
    各前記突起構造は、更に、前記上部と前記下部の間にある中間部を含み、
    前記中間部は、３つの第５領域と３つの第６領域が交替に配置されてなり、
    前記中間部の前記第５領域は、一つ以上の第４凸部を有し、前記下部の前記第１領域に対応し、
    前記中間部の前記第６領域は、前記下部の前記第２領域に対応する、ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ用パターン基板。
19. 前記第４凸部は２０〜２００ｎｍの直径を有する円形を呈する、ことを特徴とする請求項１０又は１８記載のＬＥＤ用パターン基板。