TW201306308A - 具有漸變折射率導電層的發光二極體 - Google Patents

Abstract

一種具有漸變折射率導電層的發光二極體，包含一基板、一設置於基板上且可發光的半導體發光單元、一設置於半導體發光單元的導電層，及用以提供電能至半導體發光單元的二電極，導電層的折射率小於半導體發光單元的折射率，且折射率是自靠近半導體發光單元處朝遠離半導體發光單元的方向漸減，藉此，使得半導體發光單元發出的光在穿過導電層出光的過程中降低全反射發生的機率，而大幅提高整體光取出率，進一步提升整體發光亮度。

Description

具有漸變折射率導電層的發光二極體

本發明是有關於一種發光二極體，特別是指一種高發光效率、具有導電層的發光二極體。

參閱圖1，目前的發光二極體包含一基板11、一半導體發光單元12、一電流分散層13，及二電極14。

該基板11通常是藍寶石基板；該半導體發光單元12是由氮化鎵系列的半導體材料自該基板11上磊晶堆疊構成的結構，而可在接受電能時發光。

該電流分散層13是由透明導電氧化物形成於該半導體發光單元12上，用以使電流水平分散進入該半導體發光單元12中，以改善電流壅塞的現象、提升該半導體發光單元12的發光均勻度。目前，該電流分散層13通常是用氧化銦錫(ITO)構成而達到分散電流傳送的效果，同時亦不會遮蔽該半導體發光單元12產生的光線朝外射出的路線。

該二電極14分別設置於半導體發光單元12和該電流分散層13上，相配合地自外界提供電能至該半導體發光單元12而使得該半導體發光單元12發光。

由目前發光二極體的構成材料來看，雖然構成該電流分散層13的氧化銦錫的折射率小於由氮化鎵系列的半導體材料所構成的發光單元12的折射率，而可使得該半導體發光單元12產生的光在穿過該電流分散層13時有較大的機率折射出光至外界，但是，因為氧化銦錫與氮化鎵系列半導體材料的折射率差異約是0.7，仍是相對的大，因此，大部分由該半導體發光單元12發出的光欲通過界面時仍然因臨界角過小而反射回內部，使得光被侷限在該半導體發光單元12中行進，最終被吸收轉為廢熱消失。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以降低全反射現象、提升發光亮度的具有漸變折射率導電層的發光二極體。

於是，本發明具有漸變折射率導電層的發光二極體包含一基板、一半導體發光單元、一導電層，及二電極。

該半導體發光單元連接於該基板上，且在接受電能時可以光電效應發光。

該導電層由透明且可導電的材料製成並連接於該半導體發光單元頂面，且該導電層的折射率自靠近該半導體發光單元處朝遠離該半導體發光單元的方向漸減。

該二電極分別設置於該半導體發光單元與導電層上，用以提供電能至該半導體發光單元，使該半導體發光單元可將電能轉為光能釋出。

本發明之功效：利用折射率相異的導電膜在該半導體發光元件疊置而成導電層，使該發出的光線在穿出半導體發光單元、行經該導電層時降低全反射發生的機率而提高光取出率，進一步提升發光二極體的整體發光亮度。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖2，本發明具有漸變折射率導電層的發光二極體之較佳實施例包含一基板2、一半導體發光單元3、一導電層4，及二電極5。

該基板2供該半導體發光單元3設置。

該半導體發光單元3包括一連接於該基板2並具有第一半導體性質的第一披覆層31、一形成於該第一披覆層31部分相反於該基板2的表面的發光層32，及一形成於該發光層32頂面並具有第二半導體性質的第二披覆層33，且該第二半導體性質相反於該第一半導體性質，本實施例中該具有第一半導體性質的第一披覆層31為n-型，而該第二披覆層33則是p-型，在通電時，可分別提供電子、電洞至該發光層32中以光電效應產生光能而發光。在本實施例中，該半導體單元3是由氮化鎵半導體材料構成，折射率約是2.4，另，由於該半導體發光單元3的相關材料選擇及構成是本技術領域者所周知，且非為本發明之重點，因此不再多加贅述。

該導電層4連接於該半導體發光單元3頂面，可改善電流橫向擴散散佈，使得電流更為均勻地通過而進入該半導體發光單元3，特別的是，該導電層4以複數不同折射率的導電膜41依序由該半導體發光單元3頂面朝遠離該半導體發光單元3的方向疊置構成，且該等導電膜41的折射率也是依序朝遠離該半導體發光單元3的方向漸減；較佳地，該等導電膜41的折射率均小於該半導體發光單元3，最接近該半導體發光單元3的導電膜41與該半導體發光單元3的折射率差不大於0.4，且任二相鄰的導電膜41的折射率的差不大於0.2。

於本實施例中以四層導電膜41為說明，分別是一連接該半導體發光單元3頂面的第一導電膜411、一位於該第一導電膜411上的第二導電膜412、一位於該第二導電膜412上的第三導電膜413，及一位於該第三導電膜413上的第四導電膜414。該第一導電膜411的折射率小於該半導體發光單元3，但差值不大於0.4；該第二導電膜412也具有小於該第一導電膜411、差值不大於0.2的折射率；該第三導電膜413也具有小於該第二導電膜412、差值不大於0.2的折射率；類似地，該第四導電膜414也具有小於該第三導電膜413、差值不大於0.2的折射率。進一步地說明本實施例的材料，該第一、二、三、四導電膜411、412、413、414分別是由ZnO(折射率是2.05)、(ZnO)_0.75(ITO)_0.25(折射率是1.93)、(ZnO)_0.25(ITO)_0.75(折射率是1.81)、ITO(折射率是1.7)構成而具有如前述的折射率差異範圍，且該第一導電膜411與氮化鎵系半導體材料所構成的半導體發光單元3的折射率具有不大於0.4的差異。

該二電極5分別設於該導電層4與該半導體發光單元3的第一披覆層31部分表面，藉由與外部電路(圖未示)的電連接用以提供電能至該半導體發光單元3使該半導體發光單元3可將電能轉為光能釋出。

供電於該半導體發光單元3時，該發光層32因電子-電洞對複合、釋放能量，進而轉換成光射出；當光離開該半導體發光單元3而進入該導電層4時，由於構成該導電層4的導電膜41本身及和該半導體發光單元3的折射率差異降低，而使得光入射時的臨界角增加、減少全反射發生的機率，進而讓光大部分可折射而反向於該基板2方向前進，同時因該等導電膜41而拉近與外界空氣的折射率差異，最後可讓較多的光射出至外界，而改善習知的發光二極體因光線發生全反射的機率較高使得大部分的光被侷限、導致整體出光亮度不佳的問題。

參閱圖3，另外要提及的是，為進一步提高折射穿出至外界的光量，可在該導電層4頂面施以粗糙化製程，如蝕刻、研磨等半導體技術而成表面粗化微結構40，進一步達到降低反射的機率，再提高光的取出率。

參閱圖4，由比較傳統無導電層的發光二極體(圖示中以”█”表示之折線)、目前一般具有單一折射率導電層的發光二極體(圖示中以”●”表示之折線)，及本發明的具有漸變折射率導電層的發光二極體(圖示中以”▲”表示之折線)可知，本發明之發光二極體的透光率明顯優於目前無導電層或具有單一折射率導電層的發光二極體，而具有較高的整體光取出效率，進而達到提升發光二極體的發光亮度的目的。

綜上所述，本發明利用不同折射率導電層4的配合設置，使得由該半導體發光單元3發出且欲離開的光在異質界面的全反射現象減少，增加折射穿透出外界的光量，進而改善發光二極體的發光效率、提高亮度，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．基板

3．．．半導體發光單元

31．．．第一披覆層

32．．．發光層

33．．．第二披覆層

4．．．導電層

40．．．粗化微結構

41．．．導電膜

411．．．第一導電膜

412．．．第二導電膜

413．．．第三導電膜

414．．．第四導電膜

5．．．電極

圖1是一剖視圖，說明習知發光二極體的結構示意；

圖2是一剖視圖，說明本發明具有漸變折射率導電層的發光二極體之一較佳實施例；

圖3是一剖視圖，說明該較佳實施例中導電層頂面的粗化微結構；及

圖4是一折線圖，說明實驗例的透光率數據比較。

2．．．基板

3．．．半導體發光單元

31．．．第一披覆層

32．．．發光層

33．．．第二披覆層

4．．．導電層

41．．．導電膜

411．．．第一導電膜

412．．．第二導電膜

413．．．第三導電膜

414．．．第四導電膜

5．．．電極

Claims (6)

1. 一種具有漸變折射率導電層的發光二極體，包含：一基板；一半導體發光單元，與該基板連接，於接收電能時以光電效應向外發光；一導電層，由透明且可導電的材料形成在該半導體發光單元上，且該導電層的折射率自與該半導體發光單元連接處朝遠離該半導體發光單元的方向漸減；及二電極，分別設置在該半導體發光單元和該導電層上，相配合地自外界提供電能至該半導體發光單元。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之具有漸變折射率導電層的發光二極體，其中，該導電層包括至少二分別具有單一折射率且沿該半導體發光單元向該導電層方向至該半導體發光單元堆疊構成的導電膜，其中，該二導電膜的折射率均小於該半導體發光單元的折射率。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之具有漸變折射率導電層的發光二極體，其中，最接近該半導體發光單元的導電膜與該半導體發光單元的折射率差不大於0.4。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之具有漸變折射率導電層的發光二極體，其中，任二相鄰的導電膜的折射率差不大於0.2。
5. 根據申請專利範圍第1、2、3或4項所述之具有漸變折射率導電層的發光二極體，其中，該導電層的頂面還具有一遠離該半導體發光單元且可改變光的行進方向的微結構。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之具有漸變折射率導電層的發光二極體，其中，該微結構由蝕刻粗化形成。