TWI524553B - 發光元件 - Google Patents

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TWI524553B TW101145826A TW101145826A TWI524553B TW I524553 B TWI524553 B TW I524553B TW 101145826 A TW101145826 A TW 101145826A TW 101145826 A TW101145826 A TW 101145826A TW I524553 B TWI524553 B TW I524553B
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Description

發光元件
本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種可增加出光效率(light-emitting efficiency)的發光元件。
一般而言，於製作發光二極體晶圓時，通常是先提供一基板，利用磊晶成長方式，於基板上形成一磊晶結構，接著在磊晶結構上配置電極以提供電能，便可利用光電效應而發光。之後，利用微影蝕刻技術在磊晶結構中形成複數個縱橫交錯之切割道。其中，每相鄰之二縱向的切割道與相鄰之二橫向的切割道共同定義出一發光二極體晶粒。之後，進行後段之研磨與切割製程，將發光二極體晶圓分成許多的發光二極體晶粒，進而完成發光二極體的製作。
由於利用習知之切割技術所獲得之發光二極體的側壁為平面狀，加上發光二極體之材料與空氣的折射率差異，因此從發光二極體所發出之光只有少數可從其側面出射，大部分的光會在發光二極體側面處產生全反射，而無法進一步利用由側面出射的光，影響發光二極體之側面的出光效率，進而降低發光二極體之發光亮度。因此，如何改善發光二極體側面出光量來提升整體的出光效率便成為了目前亟需解決的問題之一。
本發明提供一種發光元件，具有形成於基板之環狀側表面上的粗糙結構，可有效提升整體的出光效率。
本發明提供一種發光元件，其包括一基板、一光電結構以及一粗糙結構。基板具有彼此相對的一上表面與一下表面以及一連接上表面與下表面的環狀側表面，光電結構配置於基板之上表面上，粗糙結構形成於基板的環狀側表面上。基板的厚度與粗糙結構的厚度的比值大於等於1且小於等於20。
在本發明之一實施例中，上述之基板的厚度與粗糙結構的厚度的比值大於等於3且小於等於10。
在本發明之一實施例中，上述之粗糙結構的厚度大於等於10微米且小於等於50微米。
在本發明之一實施例中，上述之粗糙結構相對鄰近基板之上表面的一側至基板之上表面的距離大於等於10微米且小於等於150微米。
在本發明之一實施例中，上述之粗糙結構相對鄰近基板之下表面的一側至基板之下表面的距離大於等於0微米且小於等於100微米。
在本發明之一實施例中，上述之粗糙結構包括一環狀粗糙結構。
在本發明之一實施例中，上述之環狀粗糙結構包括一環狀連續粗糙結構。
在本發明之一實施例中，上述之粗糙結構包括多個環狀粗糙結構。
在本發明之一實施例中，上述之環狀粗糙結構是以不等間距形成於基板的環狀側表面上。
在本發明之一實施例中，上述之環狀粗糙結構之間部分重疊。
在本發明之一實施例中，上述之粗糙結構是由一非週期性圖案所組成。
在本發明之一實施例中，上述之發光元件為一覆晶式發光元件。
在本發明之一實施例中，上述之光電結構包括一第一電極、一第二電極、一第一型半導體層、一第二型半導體層以及一發光層。發光層位於第一型半導體層與第二型半導體層之間，且第一電極與第二電極分別配置於第一型半導體層與第二型半導體層上。
基於上述，由於本發明之發光元件具有粗糙結構，因此當光電結構發出光線時，可藉由此粗糙結構來增加光的散射，可避免射至發光元件之側面的光產生全反射，進而可提升整體發光元件的出光效率。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1繪示為本發明之一實施例之一種發光元件的示意圖。請參考圖1，在本實施例中，發光元件100a包括一基板110、一光電結構120a以及一粗糙結構130a。基板110 具有彼此相對的一上表面112與一下表面114以及一連接上表面112與下表面114的環狀側表面116，光電結構120a配置於基板110之上表面112上，粗糙結構130a形成於基板110的環狀側表面116上。特別是，基板110的厚度T與粗糙結構130a的厚度t的比值例如是大於等於1且小於等於20。
更具體來說，光電結構120a例如是由一第一電極121a、一第二電極123a、一第一型半導體層125a、一第二型半導體層127a以及一發光層129a所組成，用以產生光線。此處，第一型半導體層125a、發光層129a以及第二型半導體層127a例如是透過磊晶成長的方式依序形成於基板110的上表面112上。第一型半導體層125a、第二型半導體層127a以及發光層129a的材料例如是選自磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)與氮化鋁銦鎵(AlInGaN)及其組合所組成的族群。第一電極121a與第二電極123a的材質例如是金屬或金屬合金等導體材料所構成，其中第一電極121a與第二電極123a分別配置於第一型半導體層125a與第二型半導體層127a上。為了增加光取出效率，必須避免光電結構120a的發光層129a所發出之光線被基板110吸收，因此本實施例之基板110的材質例如是一透明材料，其中透明材料選自於藍寶石(Sapphire)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)以及具有六方體系結晶材料所構成群組中的一種材料而形成。特別 是，粗糙結構130a例如是透過一隱形雷射法的切割技術形成於基板110的環狀側表面116上，用以散射來自於發光層129a之光線。較佳地，基板110的厚度T與粗糙結構130a的厚度t的比值大於等於3且小於等於10。此處，粗糙結構130a的厚度t例如是大於等於10微米且小於等於50微米，粗糙結構130a相對鄰近基板110之上表面112的一側至基板110之上表面112的距離D1例如是大於等於10微米且小於等於150微米，粗糙結構130a相對鄰近基板110之下表面114的一側至基板110之下表面114的距離D2例如是大於等於0微米且小於等於100微米。
再者，本實施例之粗糙結構130a例如是一環狀粗糙結構，其中此環狀粗糙結構可為一環狀連續粗糙結構。當然，於其他實施例中，粗糙結構亦可為其他型態的結構類型。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
請參考圖2A，發光元件100b的粗糙結構130b1亦可為一環狀非連續粗糙結構。或者是，請參考圖2B，其中圖2B繪示為本發明之一實施例之基板與粗糙結構相對位置的示意圖。為了方便說明起見，圖2B之基板110是以立體結構來表示，其中粗糙結構130b2為一在不同水平面的環狀非連續粗糙結構。特別是，粗糙結構130a、130b1、130b2例如是由一非週期性圖案所組成，而此非週期性圖 案例如是條狀圖案。當然，於其他未繪示的實施例中，粗糙結構130a、130b1、130b2亦可由一週期性圖案所組成，而此週期性圖案例如是弦波圖案、鋸齒圖案或方波圖案。
此外，請參考圖3，發光元件100c的粗糙結構亦可為多個環狀粗糙結構130c，其中這些環狀粗糙結構130c由非週期性圖案所組成，且是環狀連續粗糙結構，當然，於其他未繪示的實施例中，該些環狀粗糙結構130c亦可是環狀非連續粗糙結構。再者，此處這些環狀粗糙結構130c是以等間距形成於基板110的環狀側表面116上，也就是說這些環狀粗糙結構130c彼此之間不重疊。需說明的是，雖然於圖3中標示每一環狀粗糙結構130c的厚度皆為t，但實質上厚度t為一具有特定範圍之數值(即大於等於10微米且小於等於50微米)，因此相鄰兩環狀粗糙結構130c的厚度t不一定相同。
或者是，請參考圖4，發光元件100d的這些環狀粗糙結構130d亦可以不等間距形成於基板110的環狀側表面116上，因此這些環狀粗糙結構130d彼此之間可完全重疊、部分重疊或不重疊。如圖4所示，在此這些環狀粗糙結構130d之間有部分重疊及完全不重疊，且相鄰兩環狀粗糙結構130d的厚度t不一定相同。
此外，於其他未繪示的實施例中，本領域的技術人員當可參照前述實施例的說明，依據實際需求調整或改變粗糙結構的結構設計，以達到所需的技術效果，此處不再逐一贅述。
由於本實施例於基板110的環狀側表面116上形成有粗糙結構130a、130b1、130b2或這些環狀粗糙結構130c、130d，因此當光電結構120a之發光層129a發出光線時，可藉由此粗糙結構130a、130b1、130b2或這些環狀粗糙結構130c、130d來增加光的散射，可有效提升整體發光元件100a、100b、100c、100d的出光效率。此外，本實施例之粗糙結構130a、130b1、130b2或這些環狀粗糙結構130c、130d是形成於基板110的環狀側表面116上，因此並不會影響到光電結構120a的發光面積。
圖5繪示為本發明之一種發光元件覆晶結合於一承載板200的示意圖。請參考圖5，本實施例之發光元件100e與圖1之發光元件100a相似，其不同之處在於：發光元件100e之光電結構120b的第一型半導體層125b、發光層129b、第二型半導體層127b是依序配置於基板110的上表面112上，且第一電極121b與第二電極123b分別配置於第一型半導體層125b與第二型半導體層127b上。特別是，本實施例之發光元件100e是以覆晶接合的方式配置於一承載板200上，因此本實施例適用於高功率之發光元件的封裝。由於本實施例發光層129b發出的正向光線會經由基板110，因此，可藉由形成於基板110的環狀側表面116上的粗糙結構130a來造成光的散射，以增加發光元件100e的正向與側向出光。
綜上所述，由於本發明於基板的環狀側表面上形成有粗糙結構，因此當光電結構的發光層發出光線時，可藉由 此粗糙結構使光線散射而增加出光的機率，以增加整體發光元件的出光量，進而有效提升整體發光元件的出光效率。此外，由於本發明之粗糙結構是形成於基板的環狀側表面上，因此並不會影響到光電結構的發光面積。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100a、100b、100c、100d、100e‧‧‧發光元件
110‧‧‧基板
112‧‧‧上表面
114‧‧‧下表面
116‧‧‧環狀側表面
120a、120b‧‧‧光電結構
121a、121b‧‧‧第一電極
123a、123b‧‧‧第二電極
125a、125b‧‧‧第一型半導體層
127a、127b‧‧‧第二型半導體層
129a、129b‧‧‧發光層
130a、130b1、130b2‧‧‧粗糙結構
130c、130d‧‧‧環狀粗糙結構
200‧‧‧承載板
D1、D2‧‧‧距離
t‧‧‧厚度
T‧‧‧厚度
圖1繪示為本發明之一實施例之一種發光元件的示意圖。
圖2A繪示為本發明之另一實施例之一種發光元件的示意圖。
圖2B繪示為本發明之一實施例之基板與粗糙結構相對位置的示意圖。
圖3繪示為本發明之又一實施例之一種發光元件的示意圖。
圖4繪示為本發明之再一實施例之一種發光元件的示意圖。
圖5繪示為本發明之一種發光元件覆晶結合於一承載板的示意圖。
100a‧‧‧發光元件
110‧‧‧基板
112‧‧‧上表面
114‧‧‧下表面
116‧‧‧環狀側表面
120a‧‧‧光電結構
121a‧‧‧第一電極
123a‧‧‧第二電極
125a‧‧‧第一型半導體層
127a‧‧‧第二型半導體層
129a‧‧‧發光層
130a‧‧‧粗糙結構
D1、D2‧‧‧距離
t‧‧‧厚度
T‧‧‧厚度

Claims (14)

  1. 一種發光元件，包括：一基板，具有彼此相對的一上表面與一下表面以及一連接該上表面與該下表面的環狀側表面；一光電結構，配置於該基板之該上表面上；以及一粗糙結構，形成於該基板的該環狀側表面上，其中該基板的厚度與該粗糙結構的厚度的比值大於1且小於等於20。
  2. 一種發光元件，包括：一基板，具有彼此相對的一上表面與一下表面以及一連接該上表面與該下表面的環狀側表面；一光電結構，配置於該基板之該上表面上；以及一粗糙結構，形成於該基板的該環狀側表面上，其中該基板的厚度與該粗糙結構的厚度的比值大於等於3且小於等於10。
  3. 一種發光元件，包括：一基板，具有彼此相對的一上表面與一下表面以及一連接該上表面與該下表面的環狀側表面；一光電結構，配置於該基板之該上表面上；以及一粗糙結構，形成於該基板的該環狀側表面上，其中該基板的厚度與該粗糙結構的厚度的比值大於等於1且小於等於20，且該粗糙結構的厚度大於等於10微米且小於等於50微米。
  4. 一種發光元件，包括： 一基板，具有彼此相對的一上表面與一下表面以及一連接該上表面與該下表面的環狀側表面；一光電結構，配置於該基板之該上表面上；以及一粗糙結構，形成於該基板的該環狀側表面上，其中該基板的厚度與該粗糙結構的厚度的比值大於等於1且小於等於20，且該粗糙結構相對鄰近該基板之該上表面的一側至該基板之該上表面的距離大於等於10微米且小於等於150微米。
  5. 一種發光元件，包括：一基板，具有彼此相對的一上表面與一下表面以及一連接該上表面與該下表面的環狀側表面；一光電結構，配置於該基板之該上表面上；以及一粗糙結構，形成於該基板的該環狀側表面上，其中該基板的厚度與該粗糙結構的厚度的比值大於等於1且小於等於20，且該粗糙結構相對鄰近該基板之該下表面的一側至該基板之該下表面的距離大於等於0微米且小於等於100微米。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該粗糙結構為一環狀粗糙結構。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光元件，其中該環狀粗糙結構包括一環狀連續粗糙結構。
  8. 一種發光元件，包括：一基板，具有彼此相對的一上表面與一下表面以及一連接該上表面與該下表面的環狀側表面； 一光電結構，配置於該基板之該上表面上；以及一粗糙結構，形成於該基板的該環狀側表面上，其中該基板的厚度與該粗糙結構的厚度的比值大於等於1且小於等於20，且該粗糙結構包括多個環狀粗糙結構。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件，其中該些環狀粗糙結構是以不等間距形成於該基板的該環狀側表面上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件，其中該些環狀粗糙結構之間部分重疊。
  11. 一種發光元件，包括：一基板，具有彼此相對的一上表面與一下表面以及一連接該上表面與該下表面的環狀側表面；一光電結構，配置於該基板之該上表面上；以及一粗糙結構，形成於該基板的該環狀側表面上，其中該基板的厚度與該粗糙結構的厚度的比值大於等於1且小於等於20，且該粗糙結構是由一非週期性圖案所組成。
  12. 一種發光元件，包括：一基板，具有彼此相對的一上表面與一下表面以及一連接該上表面與該下表面的環狀側表面；一光電結構，配置於該基板之該上表面上；以及一粗糙結構，形成於該基板的該環狀側表面上，其中該基板的厚度與該粗糙結構的厚度的比值大於等於1且小於等於20，且該發光元件為一覆晶式發光元件。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該 光電結構包括一第一電極、一第二電極、一第一型半導體層、一第二型半導體層以及一發光層，該發光層位於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間，且該第一電極與該第二電極分別配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層上。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件，其中該些環狀粗糙結構包括一環狀連續粗糙結構及一環狀非連續粗糙結構。
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