TWI435477B - 高亮度發光二極體 - Google Patents

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TWI435477B TW099146719A TW99146719A TWI435477B TW I435477 B TWI435477 B TW I435477B TW 099146719 A TW099146719 A TW 099146719A TW 99146719 A TW99146719 A TW 99146719A TW I435477 B TWI435477 B TW I435477B
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Description

高亮度發光二極體
本發明係有關於一種發光二極體，特別是一種高亮度之發光二極體。
隨著科技的日新月異，對於生活上的照明裝置人們也有著越來越多的選擇，從傳統的鎢絲燈泡到日光燈，照明裝置不斷地推陳出新。近年來發光二極體(Light Emitting Diode,LED)迅速發展，因其具有耗電量低、元件壽命長、無須暖燈時間及反應速度快等優點，故其應用領域愈來愈廣泛。
然而，一般發光二極體的亮度確實不比習知之鎢絲燈泡或日光燈高，因此若發光二極體所發射出的光線之大部分朝側面發散而又無法被有效率地利用，此實是更暴露出發光二極體的缺點。因此，此產業之供應商無不期盼將朝側面發散的光線大致上朝單一方向反射以集中利用，藉以提高光通量及光線利用的效能。因此，提供一種具有高亮度的發光二極體，使其更能廣泛地應用於各式電器，乃為此業界目前所亟待努力之目標。
緣是，本發明人有感上述之課題，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。
本發明提供一種高亮度發光二極體，包含基板、導體層、第一半導體層、發光層、第二半導體層、第一電極、第二電極以及絕緣結構。導體層、第一半導體層、發光層及第二半導體層係自基板之上鍍化層，依序向上疊設。第一電極與導體層電性連接，而第二電極穿越導體層、第一半導體層及發光層使上鍍化層與第二半導體層電性連接。絕緣結構包含至少二保護層，其環周式地裹覆第二電極，使第二電極與導體層、第一半導體層及發光層電性絕緣，且各保護層之厚度值分別實質上相等於反射頻譜中心波長數值除以各保護層之四倍折射率數值所得之商數數值，使至少二保護層共同形成為高反射率之反射層。
本發明提供另一種高亮度發光二極體，包含基板、導體層、第一半導體層、發光層、第二半導體層、第一電極、第二電極以及絕緣結構。導體層、第一半導體層、發光層及第二半導體層係自基板之上鍍化層，依序向上疊設。第一電極與導體層電性連接，而第二電極穿越導體層、第一半導體層及發光層使上鍍化層與第二半導體層電性連接。絕緣結構包含反射層及保護層，反射層直接裹覆第二電極，而保護層裹覆反射層，使第二電極與導體層、第一半導體層及發光層電性絕緣，保護層之厚度值實質上相等於反射頻譜中心波長數值除以保護層之四倍折射率數值所得之商數數值。
本發明具有以下有益的效果：本發明利用裹覆於第二電極之絕緣結構以作為反射鏡，藉以將朝側面散射之光線大致上朝單一方向集中利用，藉此大幅提高發光二極體之亮度。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
請參閱圖1至圖4，為本發明之高亮度發光二極體1之第一實施例。本發明之高亮度發光二極體1包含基板11、導體層12、第一半導體層13、發光層14、第二半導體層15、第一電極16、第二電極17以及絕緣結構19。基板11上形成有上鍍化層111，依序地，導體層12設置於上鍍化層111上，第一半導體層13設置於導體層12上，發光層14為多重量子井(Multiple Quantum Well,MQW)結構，設置於第一半導體層13上，而第二半導體層15設置於發光層14上，以向上堆疊之排列構成垂直式發光二極體1。其中，若第一半導體層13為N型半導體，則第二半導體層15為P型半導體；若第一半導體層13為P型半導體，則第二半導體層15為N型半導體，可隨製造者之需求而相對地改變配置。並且，第一電極16與導體層12電性連接，而第一電極16較佳之位置為設置於導體層12上，第二電極17具有相對之兩端部171，第二電極17穿越導體層12、第一半導體層13及發光層14，並以兩端部171分別與上鍍化層111及第二半導體層15電性連接。再者，絕緣結構19包含至少二保護層190環周式地裹覆第二電極17，使第二電極17得受絕緣結構19保護，以與導體層12、第一半導體層13及發光層14電性絕緣。
於第一實施例中，發光二極體1係利用分佈式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflection,DBR)之原理，使各保護層190可作為高反射率之反射鏡。所謂DBR的技術，係為保護層190之厚度值分別實質上相等於反射頻譜中心波長數值除以保護層190之四倍折射率數值所得之商數數值，而在此需注意者，絕緣結構19係為包含偶數倍數之保護層190，換句話說，至少二保護層190可共同作為高反射率之至少一反射鏡，而若增加保護層190之數量，則絕緣結構19之反射率可越益提高。詳細而言，若以兩保護層190為例，但不作一限制，兩保護層190的材料可分別為TiO2 及SiO2 、Ta2 O5及SiO2 、SiNx 及SiO2 之組合，藉由將兩保護層190依DBR原理設置為特定之厚度，使絕緣結構19具有反射光線之益處。
舉例而言，若發光二極體1係設置為發射出藍光，則DBR反射頻譜中心波長可設定為450nm(為藍光的波長範圍中)，又TiO2 的折射率為2.5，SiO2 的折射率為1.47，因此，將第一實施例之兩保護層190分別設置為45nm及76.5nm，即可使兩保護層190共同作為高反射率之反射鏡，進而將往發光二極體1朝側面發散之光線大致上朝單一方向反射利用。
請繼續參考圖3，與圖2中所繪示的發光二極體1作一比較，其差異為於圖3中第二電極17之截面為自上鍍化層111朝第二半導體層15漸縮而呈一尖錐狀。由於保護層190裹覆呈尖錐狀之第二電極17，而與第一半導體層13、發光層14及第二半導體層15形成有一角度。故依DBR原理作為反射鏡之保護層190，得進一步將發光二極體1朝側面發散之光線大致上朝單一方向集中。再者，發光二極體1結構更包含下鍍化層112，下鍍化層112相對於上鍍化層111設置於基板11之底面，用以固接於一導線架上。
請參閱圖5至圖8，為本發明之高亮度發光二極體1之第二實施例。第二實施例之基板11、導體層12、第一半導體層13、發光層14、第二半導體層15、第一電極16、第二電極17之設置皆類似於第一實施例，在此不再作一贅述。其異於第一實施例者，乃為本實施例中之絕緣結構19包含反射層194及保護層195，反射層194直接裹覆第二電極17，而保護層195裹覆反射層194，藉此設置，使第二電極17得受絕緣結構19保護，以與導體層12、第一半導體層13及發光層14電性絕緣。
於第二實施例中，發光二極體1係利用全方向反射鏡(Omnidirectional Reflector,ODR)之原理，使保護層195之厚度值實質上相等於反射頻譜中心波長數值除以保護層195之四倍折射率數值所得之商數數值，而反射層194係選用高反射率材料製成，例如：銀、鋁等。藉此設置，本實施例之發光二極體1向側面發散之光線，得被絕緣結構19作為反射鏡地使光線大致上朝單一方向被集中利用。其中，保護層195的材料可為TiO2 、Ta2 O5、SiNx 及SiO2 ，但僅為一例舉，在此不對使用材料作一限制。
綜上所述，本發明所提供之高亮度之發光二極體，係利用DBR及ODR之技術形成高反射率之絕緣結構，並配合將第二電極設計為尖錐狀，與第一半導體層、發光層及第二半導體層形成一角度，而裹覆於第二電極外之絕緣結構同樣地具有一角度。藉此，使發光二極體朝側面散射的光能夠大致上被結緣結構反射，而朝單一方向集中利用，以提高光線的使用率，達到提高發光二極體之亮度之好處。
惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。
1．．．發光二極體
11．．．基板
111．．．上鍍化層
112．．．下鍍化層
12．．．導體層
13．．．第一半導體層
14．．．發光層
15．．．第二半導體層
16．．．第一電極
17．．．第二電極
171．．．端部
19．．．絕緣結構
190．．．保護層
194．．．反射層
195．．．保護層
圖1為本發明高亮度發光二極體之第一實施例之立體透視圖；
圖2為本發明高亮度發光二極體之第一實施例之剖面示意圖(一)；
圖3為本發明高亮度發光二極體之第一實施例之剖面示意圖(二)；
圖4為本發明高亮度發光二極體之第一實施例絕緣結構之剖面示意圖；
圖5為本發明高亮度發光二極體之第二實施例之立體透視圖；
圖6為本發明高亮度發光二極體之第二實施例之剖面示意圖(一)；
圖7為本發明高亮度發光二極體之第二實施例之剖面示意圖(二)；以及
圖8為本發明高亮度發光二極體之第二實施例絕緣結構之剖面示意圖。
1．．．發光二極體
11．．．基板
111．．．上鍍化層
112．．．下鍍化層
12．．．導體層
13．．．第一半導體層
14．．．發光層
15．．．第二半導體層
16．．．第一電極
17．．．第二電極
171．．．端部
19．．．絕緣結構
190．．．保護層

Claims (10)

  1. 一種高亮度發光二極體，包含：一基板，該基板上形成有一上鍍化層；一導體層，設置於該上鍍化層上方；一第一半導體層，設置於該導體層上；一發光層，設置於該第一半導體層上；一第二半導體層，設置於該發光層上；一第一電極，與該導體層電性連接；一第二電極，具有相對之二端部，該第二電極穿越該導體層、該第一半導體層及該發光層，並以二該端部分別與該上鍍化層及該第二半導體層電性連接；以及一絕緣結構，包含至少二保護層，該至少二保護層環周式地裹覆該第二電極，使該第二電極與該導體層、該第一半導體層及該發光層電性絕緣，各該保護層之厚度值分別實質上相等於反射頻譜中心波長數值除以各該保護層之四倍折射率數值所得之商數數值，使該至少二保護層共同形成為高反射率之反射鏡。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高亮度發光二極體，其中該第一半導體層為N型半導體，該第二半導體層為P型半導體；或該第一半導體層為P型半導體，該第二半導體層為N型半導體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之高亮度發光二極體，其中該第二電極之截面為自該鍍化層朝第二半導體層漸縮而呈一尖錐狀。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之高亮度發光二極體，更包含一下鍍化層，該下鍍化層相對於該上鍍化層設置於基板之一底面，且固接於一導線架。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之高亮度發光二極體，其中該發光層為多重量子井(Multiple Quantum Well,MQW)結構。
  6. 一種高亮度發光二極體，包含：一基板，該基板上形成有一上鍍化層；一導體層，設置於該上鍍化層上方；一第一半導體層，設置於該導體層上；一發光層，設置於該第一半導體層上；一第二半導體層，設置於該發光層上；一第一電極，與該導體層電性連接；一第二電極，具有相對之二端部，該第二電極穿越該導體層、該第一半導體層及該發光層，並以二該端部分別與該上鍍化層及該第二半導體層電性連接；以及一絕緣結構，包含一反射層及一保護層，該反射層直接裹覆該第二電極，而該保護層裹覆該反射層，使該第二電極與該導體層、該第一半導體層及該發光層電性絕緣，該保護層之厚度值實質上相等於反射頻譜中心波長數值除以該保護層之四倍折射率數值所得之商數數值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之高亮度發光二極體，其中該第一半導體層為N型半導體，該第二半導體層為P型半導體；或該第一半導體層為P型半導體，該第二半導體層為N型半導體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之高亮度發光二極體，其中該反射層之材料係選自銀、鋁及其組合所組成之群組。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之高亮度發光二極體，其中該第二電極之截面為自該鍍化層朝第二半導體層漸縮而呈一尖錐狀。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之高亮度發光二極體，更包含一下鍍化層，該下鍍化層相對於該上鍍化層設置於基板之一底面，且固接於一導線架。
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