TWI539619B - 發光二極體結構，燈裝置以及形成發光二極體結構的方法 - Google Patents
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Description
本發明大體上關於一種發光二極體結構，一種燈裝置，以及一種形成發光二極體結構的方法。
發光二極體(LED)廣泛地使用在背光照明、顯示器、以及固態照明。在LED的發展中希望改良LED的效力。這包含下面的因素，例如：改良材料品質、改良光抽出效率、改良電流分布、以及改良熱管理。對晶片尺寸越來越大且注入電流越來越高的高功率、高亮度的應用來說，該些因素會變得越來越重要。
目前，典型的LED(例如GaN LED)係從頂表面或是使用覆晶黏著而從基板側處發光。該些結構會有許多相關的問題。
對典型的頂端發光LED來說，因為p-GaN材料具有不良導電性的關係，所以，會使用一薄的Ni/Au層(舉例來說，約5奈米/5奈米)作為電流分布層。其中一個問題係，Ni/Au層通常僅為半透明，也就是，該層的透光率僅約為75%。這意謂著約25%的光不會被透射。再者，對大型晶片(舉例來說，1毫米x1毫米或5毫米x5毫米)來說，該薄的Ni/Au層金屬層通常無法提供足夠的電流分布，尤其是在高注入電流(舉例來說，約1安培或2安培)處。於此等情況中，該Ni/Au層的缺點可能係會在高電流處充當一電阻性加熱器。進一步言之，在GaN材料內部所產生的熱量通常僅會經由被附接至該LED之藍寶石基板的散熱片被消散。因此，若考量主動區相對於該基板的維度，該散熱片通常會與熱源相隔太遠。所以，對高功率操作來說，熱管理便會係一項問題，使用典型的頂端發光LED結構會很難解決此問題。
進一步言之，為從一典型的LED中抽出更多的光，LED的發光表面會藉由各種手段被粗糙化。其中一個問題係，這通常會影響頂端發光LED的頂金屬層的導電性。粗糙化還需要額外的處理步驟。另一個問題係，由於透過既有金屬層進行發光的關係，無法避免GaN/環氧樹脂或是GaN LED的空氣介面的司乃耳反射。
已經有人提出所謂的覆晶方法，使用底部發光LED來解決上面的熱管理問題。不過，覆晶方法係一非常複雜的製程而且已知有其自己的問題。這些包含覆晶黏著與處理藍寶石基板以便提高光抽出效果的困難。進一步言之，在典型的低產量前提下，底部發光LED的藍寶石剝離處理也會有問題。
此外，LED的不同應用可能會希望有不同的LED結構，以便讓包括該LED結構的最終裝置的設計更為彈性。舉例來說，LED的其中一種主要應用係液晶顯示器(LCD)背光照明。通常會使用一薄的光分布膜將來自點光源LED的光分布至一LCD螢幕。因此，於此情況中，會希望使用一更薄且光發散性更強的LED，而非典型的頂端發光結構。
所以，鑒於上述，需要有試圖解決上面問題中至少其中一者的發光二極體結構，燈裝置，以及形成發光二極體結構的方法。
根據本發明的第一項觀點，提供一種發光二極體結構，該結構包括：一塗佈著第一反射材料的基板；一塗佈著第二反射材料的電極；一或多層發光材料，該等層係被設置在該基板與電極之間；其中，於使用中，該第一反射材料與第二反射材料會透過至少一個發光表面並且在遠離該電極的方向中將光反射至該結構的外面。
該至少一個發光表面可能包括一z字形/鋸齒類型的邊緣。
該至少一個發光表面可能包括一鈍化材料層，用以降低光反射。
為透過其中一個發光表面進行發光，至少一個其它發光表面可能包括一反射材料層，用以增強透過該其中一個發光表面的發光效果。
為透過其中一個發光表面進行發光，多個其它發光表面可能包括一反射材料層，用以增強透過該其中一個發光表面的發光效果。
該電極可能包括一約500奈米厚的電極材料。
該結構可能具有包括兩個長邊的矩形區塊形式。
該基板、該電極、或是兩者可能會被連接至一散熱片。
該第一反射材料與該第二反射材料可能各包括Ag、Al、或兩者。
該第一反射材料與該第二反射材料的厚度可能各為大於約10奈米。
根據本發明的第二項觀點，提供一種燈裝置，該燈裝置包括複數個發光二極體結構，每一個結構皆包括：一塗佈著第一反射材料的基板；一塗佈著第二反射材料的電極；一或多層發光材料，該等層係被設置在該基板與電極之間；其中，於使用中，該第一反射材料與第二反射材料會透過該結構中的至少一個發光表面並且在遠離該電極的方向中將光反射至外面。
該等複數個發光二極體結構可能會被並聯電連接。
該等複數個發光二極體結構可能會被串聯電連接。
該等複數個發光二極體結構可能會使用導線接合而被電連接。
該燈裝置可能進一步包括一外殼，用以在所希的方向中反射來自該等複數個發光二極體結構的光。
該外殼可能為球體形狀。
根據本發明的第三項觀點，提供一種形成發光二極體結構的方法，該方法包括：利用第一反射材料來塗佈一基板；利用第二反射材料來塗佈一電極；提供一或多層發光材料，該等層係被設置在該基板與電極之間；其中，於使用中，該第一反射材料與第二反射材料會透過至少一個發光表面並且在遠離該電極的方向中將光反射至該結構的外面。
本文所述的範例實施例能夠提供寬面積側邊發光半導體發光二極體，舉例來說，以Ga(In)N/藍寶石為基礎的LED，使得其可以增強光抽出效率，提高導熱性，並且為高功率和背光照明應用提供更大的燈設計自由度。於範例實施例中，側邊發光LED能夠讓光輸出自一或多個側邊，而非如同典型Ga(In)N LED所呈現的係輸出自頂表面或基板端。較佳的係，光會從一側邊發光LED(BSLED)的寬面積處被發出。
圖1(a)為一範例實施例中的BSLED結構102的概略俯視圖。圖1(b)為結構102的概略側視圖。結構102包括：一藍寶石基板104；一n-GaN層105，其係形成在基板104之上；一主動區，其具有一形成在該n-GaN層105之上的InGaN量子井結構107，一形成在該InGaN量子井結構107之上的p-GaN層106，一形成在該p-GaN層106之上的p接點112，以及一n接點113。該藍寶石基板104、該n-GaN層105、該InGaN量子井結構107以及該p-GaN層106會形成發光區110。應該明白的係，在基板104與n-GaN層105之間可能會提供未摻雜的GaN。
結構102可能係一以GaN為基礎的LED結構並且係使用典型的成長條件藉由金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)所長出的。該LED結構成長的其中一範例可能如下：首先，會在約攝氏520度至攝氏550度的範圍中成長一厚度約25奈米的低溫GaN緩衝層，用以幫助在該藍寶石基板104上進行GaN凝核。一高溫未摻雜的GaN層會在約攝氏1020度處成長至厚度約2微米，接著是一厚度約2至2.5微米之高度矽摻雜的GaN層，用以充當該n-GaN層105。N型摻雜係使用SiH4來達成。接著會成長該Inx
Ga1-x
N多重量子井(MQW)結構107。於該範例實施例中，井厚度可以在2奈米與5奈米之間改變，In組成x可以在0與0.4之間改變，而量子井的數量則可以在1與5之間改變。MQW結構107具有多層7至30奈米的未摻雜GaN約束層。摻雜Mg的p-GaN層106會最後被成長至厚度約50奈米至800奈米。p接點112與n接點113會使用電子束蒸鍍或濺鍍系統被蒸鍍並且在不同的溫度與氣體環境(舉例來說，n接點會使用N2氣體環境，而p接點則會使用空氣環境)中使用熱退火而成為合金。
在範例實施例中，該頂端的p-GaN層106與底部的藍寶石基板104會使用電子束蒸鍍法或濺鍍法而分別具有金屬面鏡(參見112與118)，用以反射來自發光區域110的光。在範例實施例中，面鏡118係被塗佈在基板104的背面。在範例實施例中，該藍寶石基板上的金屬塗層可能係Ag或Al。或者，使用雙面研磨的藍寶石基板亦可以達成此目的。在範例實施例中，該頂金屬面鏡還充當p金屬接點112。該面鏡或p金屬接點112可能包括Ni/Au/Al或Ni/Al或Ni/Ag或Ni/Au/Ag或是包含Ag或Al的其它組合。Ni與Au的厚度小於約10奈米，舉例來說，約5奈米；Ag或Al的厚度大於約10奈米，舉例來說，介於約10奈米至5微米之間，也就是，其厚度足以成為反射器。
在範例實施例中，對n接點113來說，n金屬會在使用電漿蝕刻露出n-GaN層(圖中未顯示)之後被沉積。該n接點113可能包括Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au。該n接點113會被連接至底部藍寶石基板104金屬面鏡層118或是直接被連接至一外部接合墊(圖中未顯示)。該晶片上的BSLED結構102可被封裝在兩個金屬散熱片114、116之間，用以於高功率操作期間增強熱消散效果。
在範例實施例中，結構102的形式會使得該結構102有很大的長寬比(分別參見符號126與120)，以便提高有效的發光面積。舉例來說，假定GaN晶圓面積為1000微米x 1000微米，那麼，BSLED結構102便可被製造成5000微米x 200微米的長條體。此BSLED結構在兩個長邊剖面(對照122、124)中的總發光面積便約為5000微米x 350微米(假設藍寶石厚度約為350微米)。
熟習本技術的人士便會明白，BSLED結構102的發光面積大於典型LED的發光面積。從兩個短邊剖面(對照128、130)處發出的光和從有效長邊(對照122、124)處發出的光的比例同樣會比典型LED結構中從側壁處漏出的光和頂表面發光的比例小了15倍以上。
在另一範例實施例中，會製造一BSLED結構樣本，以便和作為控制LED之相同尺寸的典型頂端發光LED作比較。BSLED結構和控制LED係由成長在雙面研磨藍寶石基板上的相同LED晶圓工件所製成，其發光波長約為530奈米(舉例來說，綠色)。
圖2(a)為該BSLED結構樣本的顯微照片。圖2(b)為該BSLED結構樣本的概略示意圖。圖2(c)為該控制LED的顯微照片。圖2(d)為該控制LED的概略示意圖。
在範例實施例中，該BSLED結構長約5000微米且寬約500微米。對控制LED和BSLED結構兩者來說，該n接點的金屬層包括10奈米Ti/300奈米Al/10奈米Ti/100奈米Au。對控制LED來說，p接點金屬包括5奈米Ni/5奈米Au；而對BSLED結構來說，p接點金屬則包括5奈米Ni/5奈米Au/500奈米Al。對BSLED結構來說，p接點區上約500奈米的額外Al係充當用以反射光的面鏡並且讓光從該BSLED結構的四個側邊(對照202、204、206、208)發出。此外，該控制LED與該BSLED結構各會使用電子束蒸鍍法或濺鍍法在個別的藍寶石基板的背面沉積約400奈米的Al，用以防止光從該基板側發出。在圖2(b)中看見的直線210為該半透明的Ni/Au電流分布層頂端的金屬接觸墊。
在範例實施例中，會藉由在該等個別p接觸墊與n接觸墊上進行探測來測試該BSLED結構與該控制LED。探測站係用於測試該BSLED結構與該控制LED。含有該BSLED結構與該控制LED的切晶會直接被放置在該探測站的銅質基座上，而個別的p接點側會面朝上(對照圖1中結構102的定向)。該銅質基座能夠充當一底部散熱片(對照圖1中的116)。換言之，該BSLED結構與該控制LED的藍寶石基板會接觸該探測站的銅質基座。
圖3為當將該探測站的功率錶設置在與該BSLED結構和該控制LED兩者相隔約1.5公分處時的光功率(微米)相對於注入電流(毫安培)的關係圖。由於在控制LED的頂端發光結構上使用探針的限制的關係，控制LED的距離可能不會比較小。該功率錶包括一偵測器晶片，其係一會與光進行反應並且將光轉換成電氣訊號用以顯示在該功率錶中之主動部件。曲線302顯示的係控制LED的結果，而曲線304顯示的則係BSLED結構的結果。因為該BSLED結構在p-n接面方向中的光發散角大於該控制LED，且因為該偵測器晶片的尺寸有限的關係，在相同距離處讀取自該BSLED結構之功率錶的絕對功率會比較小(對照302與304)。倘若考量BSLED結構中來自兩個長邊面(對照圖2中的204、208)或所有四個面(對照圖2中的202、204、206、208)的發光的話，那麼低電流處的總功率便會高於頂端發光控制LED而且相當於高注入電流處的控制LED。
圖4為電流(毫安培)相對於電壓(伏特)的關係圖。曲線402顯示的係控制LED的結果，而曲線404顯示的則係BSLED結構的結果。圖中可以觀察到，BSLED結構在高電流處的電流-伏特特徵優於控制LED。圖中還可以觀察到，相較於控制LED，BSLED結構在高電流處所使用的電壓必較小。
進一步言之，本發明還使用一色度錶來測量LED晶片的光度。結果如下面的表1中所示。
圖中可以觀察到，大尺寸BSLED結構的電氣特性與光學特性會優於大尺寸的頂端發光控制LED。該BSLED結構與該頂端發光LED會呈現雷同的光度。(x,y)色度資料還顯示出該控制LED的薄Au金屬接觸層的吸收效應。該BSLED結構與該控制LED之間的x，y數值的差異非常明顯而且可以在國際照明協會(CIE)色度圖(圖中未顯示)中清楚地看成為兩個不同的點。相較於BSLED結構，該頂端發光控制LED的顏色會偏向短波長。這可能係由於光通過該控制LED的頂端p金屬接點時Ni/Au相對於波長的不平坦透射係數的關係。此吸收效應在BSLED結構中似乎會被消除。
在範例實施例中，該BSLED結構的優點係能夠經由頂表面和基板表面(也就是，透過兩個散熱片)來散熱，明顯不同於僅經由典型頂端發光LED的底部接點或是僅經由典型底部發光LED的頂端接點(也就是，僅透過一個散熱片)。對於晶片尺寸很大(舉例來說，大於約1平方毫米)且注入電流很高(舉例來說，大於約700毫安培)時的高亮度、高功率應用來說，此優點可能非常重要。BSLED結構的另一項優點係高注入電流處的電流分布優於通常使用厚度約5奈米/5奈米的薄Ni/Au層(對照圖4)的典型頂端發光LED，也就是，範例實施例的BSLED結構的p接點可被製成厚度大於500奈米。進一步言之，因為在發光路徑中沒有任何半透明金屬層會抑制發光，所以，BSLED結構的透射係數會高於典型的LED。此外，BSLED結構的可觀視發光面積亦大於典型的LED。
在比較控制LED與BSLED結構之後，下面要說明使用鏡面塗佈(facet coating)來改良BSLED結構之光抽出效果的另一範例實施例。
圖5(a)為另一範例實施例中的BSLED結構502的概略俯視圖。圖5(b)為該BSLED結構502的概略側視圖。
在此範例實施例中，BSLED結構502包括使用折射率n數值為約1.6的介電材料(例如SiO2或SiON)所構成的側壁鈍化層(參見504)。可以藉由化學氣相沉積法(CVD)(舉例來說，其包含電漿增強CVD)或是濺鍍法來沉積該介電材料。應該明白的係，其會採取一額外的製程步驟(例如用於重新定位該結構)用以在該BSLED結構502的其中一側邊上沉積該介電材料。具有較小折射率的介電材料能夠如同以GaN為基礎之半導體層的反反射塗層般來運作並且能夠輕易地將司乃耳反射從約20%降低至約4%以下。該介電材料的厚度可被選為約1/4nλ，其中，n為折射率而λ為波長，以便進一步增強反反射效果。在介電鈍化層無法使用在頂端發光LED中的前提下，這係優於典型頂端發光LED的一項優點，因為在典型頂端發光LED的p-GaN表面的頂端會有一金屬接觸層。
倘若在範例實施例中是僅從其中一個發光長邊處發光(參見506)為宜的話，那麼，另一長邊508便會被塗佈高反射性的介電塗層，舉例來說，使用SiO2
/TiO2
對或SiO2
/Si3
N4
對，每一對的厚度皆為四分之一波長1/4nλ。熟習本技術的人士便會明白，這可以使用側邊沉積技術實行在已蝕刻的側壁上；或是使用鏡面塗佈技術(舉例來說，電子束蒸鍍法或離子束輔助濺鍍法)於進行晶片條切之後實行在該已蝕刻的側壁和藍寶石基板的某一側兩者之上。應該明白的係，其要採取另一道製程步驟以便僅在其中一側上具有高反射性介電塗層。還應該明白的係，必要時，亦可於短側邊塗佈高反射性介電塗層，用以增強僅會從一發光長邊處發光的作用。
在說明使用鏡面塗佈來改良BSLED結構之光抽出效果的範例實施例之後，下面要說明使用表面粗糙化(surface roughening)來改良BSLED結構之光抽出效果的另一範例實施例。
圖6(a)為另一範例實施例中的BSLED結構602的概略俯視圖。圖6(b)為該BSLED結構602的概略側視圖。
在範例實施例中，該BSLED結構602包括一z字形或鋸齒類型的邊緣604。邊緣604可能係使用標準的光微影術與蝕刻技術所形成的。該z字形或鋸齒邊緣604能夠消弭全內反射(TIR)並且增強側邊發光效果(參見605)。邊緣604中齒狀部的角度與形狀可經過設計以達最大效果。舉例來說，「尖銳」三角形類型的齒狀部在破壞全內反射的效用會大於邊緣604中矩形形狀的齒狀部。邊緣604可以在圖案化與蝕刻例如一p-平台結構期間同時被形成。或者，邊緣604亦可透過晶粒切割被直接形成。因此，不需要用到任何額外的處理步驟。這不同於製造典型的頂端發光LED，其通常會需要另一道圖案化與蝕刻步驟用以產生頂表面中的結構。此外，應該明白的係，由於電漿蝕刻的性質的關係，典型頂端發光LED中被蝕刻的表面結構的剖面形狀無法任意改變；而BSLED結構602中的側壁的優點則係能夠經由微影製程而被圖案化與蝕刻成任何所希的形狀。進一步言之，被粗糙化的表面通常會影響頂端發光LED的導電性；而對BSLED結構602來說，優點係，不規則側壁(參見邊緣604)並不會影響BSLED結構602的金屬接點(舉例來說，606、608)。
在範例實施例中，z字形圖案係形成在其中一個邊緣604上。其它的邊緣(也就是，610、612、614)並未經過處理，使得邊緣604會有較多的發光。應該明白的係，必要時，所有邊緣(也就是，604、610、612、614)均可經過處理，以便各具有z字形圖案或鋸齒類型的邊緣。
在範例實施例中，n接點608會透過作為電連接線的金屬連接線612被連接至該藍寶石基板的反射器表面610。
在說明使用表面粗糙化來改良BSLED結構之光抽出效果的範例實施例之後，下面要說明高功率、高亮度應用(舉例來說，燈裝置)的其它範例實施例。
於其它範例實施例中，複數個BSLED結構可能會針對高功率、高亮度應用而被堆疊或連接。
圖7為一範例實施例中並聯連接的兩個BSLED結構的概略側視圖。在此範例實施例中，BSLED結構706、708的個別p接點702、704會被連接至一電源供應器(圖中未顯示)的「+」極。個別的n接點710、712會使用金屬接點714、716被連接至該電源供應器的「-」極。因此，p接點702、704會彼此相向。金屬接點714、716會使用薄金屬塊718、720被連接至該「-」極。p接點702、704會使用薄金屬塊722被連接至該「+」極。該等金屬塊718、720、722可以充當散熱片與電極。因此，在本範例實施例中並未使用導線接合。
圖8為另一範例實施例中串聯連接的兩個BSLED結構的概略側視圖。在此範例實施例中，BSLED結構804的p接點802會透過一金屬接點810接觸另一BSLED結構808的n接點806。BSLED結構804的n接點812會透過一金屬接點814被連接至一電源供應器(圖中未顯示)的「-」極。BSLED結構808的p接點816會被連接至該電源供應器的「+」極。因此，p接點802、816會面向相同方向。p接點802、816以及金屬接點814會分別電連接金屬塊818、820、822。該等金屬塊818、820、822可以充當散熱片與電極。因此，在本範例實施例中並未使用導線接合。
圖9為另一範例實施例中使用導線接合並聯連接的兩個BSLED結構的概略側視圖。在此範例實施例中，BSLED結構906、908的個別p接點902、904會被連接至一電源供應器(圖中未顯示)的「+」極。BSLED結構908、906的個別的n接點910、912會使用導線接合(舉例來說，參見914、916)被連接至該電源供應器的一分離「-」極(陰極)。該等p接點902、904會分別電連接薄金屬塊918、920。因此，該等金屬塊918、920可以充當散熱片與陽極。該等BSLED結構906、908的個別藍寶石基板922、924會分別被連接至金屬塊926、918。該等金屬塊926、918係充當該等藍寶石基板922、924的散熱片。
在上面的範例實施例中，堆疊LED能夠減少層板面積並且能夠讓更多的LED被排列在3D空間中。因此，該等複數個BSLED結構能夠造成更大的光度。進一步言之，鰭狀的散熱片可以被附接至LED晶片的側邊，用以增強熱消散效果。複數個BSLED結構可以用來形成多重晶片。
圖10(a)為另一範例實施例中的燈裝置1002的概略前視圖。在範例實施例中，燈裝置1002包括被排列在一3D空間中的複數個BSLED結構，舉例來說，1004、1006。圖10(b)為該燈裝置1002的概略側視圖。藉由使用球體或與碗相似的外殼1008來將光導送至某一方向(舉例來說，參見1010)便可以更完整地利用從該等BSLED結構(舉例來說，1004、1006)的側邊發出的光。該外殼可能係由高反射金屬製成。
在又一範例實施例中，會藉由直接將一BSLED結構埋置或安置在一光分布薄膜之中，而在LCD背光照明中使用該BSLED結構。圖11(a)為配接至一光分布膜1104的控制頂端發光LED 1102的概略示意圖。圖11(b)為配接至一光分布膜1108的BSLED結構1106的概略示意圖。從圖中可以看見，相較於其兩個電接點平行於薄膜1104的寬控制頂端發光LED 1102，具有頂端與底部電接點的薄側邊發光LED或BSLED結構1106比較容易配接至薄的光分布膜1108之中。
應該明白的係，在背光照明架構設計中，該BSLED結構的兩個長邊或所有四個邊緣均可能會發光。
圖12為又一範例實施例中配接至兩個光分布膜1204與1206的BSLED結構1202的概略示意圖。在範例實施例中，BSLED結構1202包括分別被配接至該等光分布膜1204與1206的兩個長邊1208、1210。
圖13為一範例實施例中用於形成發光二極體結構的方法的概略流程圖1300。在步驟1302處，會利用第一反射材料來塗佈一基板。在步驟1304處，會利用第二反射材料來塗佈一電極。在步驟1306處，會提供一或多層發光材料，該等層係被設置在該基板與電極之間，在步驟1308處，其中，於使用中，該第一反射材料與第二反射材料會透過至少一發光表面並且在遠離該電極的方向中將光反射至該結構的外面。
上面所述的範例實施例能夠從一LED結構的側面處發光。在範例實施例中，該LED結構的頂端與基板末端表面塗佈著金屬層。該等金屬層可以充當電氣接觸層、電流分布層、反射面鏡層、以及熱消散層。在範例實施例中可以應付高注入狀態中的電流分布。在範例實施例中產生的熱量可以經由頂端與基板末端金屬層兩者(兩者接著會被連接至散熱片)被消散。於具有z字形圖案化的一個所述的範例實施例中，可以在BSLED結構中解決TIR與司乃耳反射。一長邊的z字形圖案化能夠增強光抽出效果。該z字形圖案化能夠在和平台蝕刻相同的步驟中完成。直接藉由從頂端p-GaN表面處切下亦可解決該問題。於具有介電鈍化層的一個所述的範例實施例中，司乃耳反射藉由該介電鈍化層本身便能夠被降低並且能夠經由較佳的介電層厚度之沉積厚度(例如~1/4nλ)被最小化至最小值。厚度受控的介電鈍化層沉積能夠降低界面反射並且進一步增強LED晶片的光抽出效果。在範例實施例中，側邊發光的BSLED結構還能夠提供燈或其它照明設備的設計彈性。就用於LCD的背光照明來說，所述之範例實施例的BSLED結構能夠藉由於光分布膜裡面安置且埋置該BSLED結構而讓光分布至該膜之中。因為需要用到的LED較少，所以，使用BSLED結構作為LCD背光照明能夠節省成本。在LED壽命中也會有改良的均勻性。另外，可能會有較少的LED驅動問題。對於使用多晶片的高功率應用來說，所述之範例實施例的BSLED結構能夠藉由垂直或橫向堆疊晶片的方式被安置在3D之中，用以讓燈或其它照明設備的設計更為小巧精簡。這優於典型的LED，因為典型的LED經常係以並排的方式被安置在2D表面中。
上面所述之範例實施例能夠適用於使用大晶片尺寸及高電流注入的高功率、高亮度的應用。相較於典型的LED，所述之範例實施例的BSLED結構中比較大的長寬比即使無法從相同數量的GaN材料中發出更多的光，至少會發出相似的光。舉例來說，具有例如Ag或Al層的頂端與基板側表面塗層能夠充當面鏡，以便讓光僅會從側面發出。該等表面塗層能夠在一LED均勻照明系統中的整個表面上達成電流分布並且能夠提供熱消散作用。電流分布與熱消散兩者在高電流注入中皆非常重要。相較於典型頂端發光LED的180度發光，上面所述之範例實施例還能夠提供具有360度發光的側邊發光LED結構。
所述之範例實施例的BSLED結構能夠用於LED製造並且可以應用至LED應用。所述之範例實施例的BSLED結構特別適用於高功率與高亮度的應用，例如固態照明、LED背光照明。所述之範例實施例的BSLED結構還能夠應用至以有機或聚合物為基礎的發光裝置與設備。
熟習本技術的人士便會明白，可以對特定實施例中所示的本發明進行許多變更及/或修正，其並不會脫離本文概括說明之本發明的精神或範疇。所以，本發明的實施例應被視為僅具解釋性，而沒有限制意義。
102．．．LED結構
104．．．基板
105．．．n-GaN層
106．．．p-GaN層
107．．．量子井結構
110．．．發光區
112．．．p接點
113．．．n接點
114．．．散熱片
116．．．散熱片
118．．．面鏡
120．．．深度
122．．．長邊剖面
124．．．長邊剖面
126．．．長度
128．．．短邊剖面
130．．．短邊剖面
202．．．側邊
204．．．側邊
206．．．側邊
208．．．側邊
210．．．直線
302．．．曲線
304．．．曲線
402．．．曲線
404．．．曲線
502．．．BSLED結構
504．．．側壁鈍化層
506．．．發光長邊
508．．．長邊
602．．．BSLED結構
604．．．鋸齒邊緣
605．．．側邊發光
606．．．金屬接點
608．．．金屬接點
610．．．反射器表面
612．．．金屬連接線
614．．．邊緣
702．．．p接點
704．．．p接點
706．．．BSLED結構
708．．．BSLED結構
710．．．n接點
712．．．n接點
714．．．金屬接點
716．．．金屬接點
718．．．金屬塊
720．．．金屬塊
722．．．金屬塊
802．．．p接點
804．．．BSLED結構
806．．．n接點
808．．．BSLED結構
810．．．金屬接點
812．．．n接點
814．．．金屬接點
816．．．p接點
818．．．金屬塊
820．．．金屬塊
822．．．金屬塊
902．．．p接點
904．．．p接點
906．．．BSLED結構
908．．．BSLED結構
910．．．n接點
912．．．n接點
914．．．導線接合
916．．．導線接合
918．．．金屬塊
920．．．金屬塊
922．．．藍寶石基板
924．．．藍寶石基板
926．．．金屬塊
1002．．．燈裝置
1004．．．BSLED結構
1006．．．BSLED結構
1008．．．外殼
1010．．．發光方向
1102．．．頂端發光LED
1104．．．光分布膜
1106．．．BSLED結構
1108．．．光分布膜
1202．．．BSLED結構
1204．．．光分布膜
1206．．．光分布膜
1208．．．長邊
1210．．．長邊
一般技藝人士從上面的書面說明中(其僅具有示範目的)，配合圖式，會更瞭解且輕易地明白本發明的實施例，其中：
圖1(a)為一範例實施例中的寬邊發光二極體(BSLED)結構的概略俯視圖。
圖1(b)為該結構的概略側視圖。
圖2(a)為一BSLED結構樣本的顯微照片。
圖2(b)為該BSLED結構樣本的概略示意圖。
圖2(c)為一控制LED的顯微照片。
圖2(d)為該控制LED的概略示意圖。
圖3為當將一功率錶設置在與該BSLED結構樣本和該控制LED兩者相隔約1.5公分處時的光功率(微米)相對於注入電流(毫安培)的關係圖。
圖4為電流(毫安培)相對於電壓(伏特)的關係圖。
圖5(a)為另一範例實施例中的BSLED結構的概略俯視圖。
圖5(b)為該BSLED結構的概略側視圖。
圖6(a)為另一範例實施例中的BSLED結構的概略俯視圖。
圖6(b)為該BSLED結構的概略側視圖。
圖7為一範例實施例中並聯連接的兩個BSLED結構的概略側視圖。
圖8為另一範例實施例中串聯連接的兩個BSLED結構的概略側視圖。
圖9為另一範例實施例中使用導線接合並聯連接的兩個BSLED結構的概略側視圖。
圖10(a)為另一範例實施例中的燈裝置的概略前視圖。
圖10(b)為該燈裝置的概略側視圖。
圖11(a)為又一範例實施例中配接至一光分布膜的控制頂端發光LED的概略示意圖。
圖11(b)為該範例實施例中配接至一光分布膜的BSLED結構的概略示意圖。
圖12為又一範例實施例中配接至兩個光分布膜的BSLED結構的概略示意圖。
圖13為一範例實施例中用於形成發光二極體結構的方法的概略流程圖。
102．．．LED結構
104．．．基板
105．．．n-GaN層
106．．．p-GaN層
107．．．量子井結構
110．．．發光區
112．．．p接點
113．．．n接點
114．．．散熱片
116．．．散熱片
118．．．面鏡
Claims (20)
- 一種發光二極體結構，該結構包括：一塗佈著第一反射金屬材料的基板；一塗佈著第二反射金屬材料的電極；一或多層發光材料，該等層係被設置在該基板與電極之間；以及其中，該第一反射金屬材料與該第二反射金屬材料各會被配置成用以傳導來自該結構的熱量通過被附接至該第一反射金屬材料與該第二反射金屬材料的散熱片；以及進一步，其中，於使用中，該第一反射金屬材料與第二反射金屬材料會透過至少一發光表面並且在實質上平行於該基板的方向中將光反射至該結構的外面。
- 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該至少一發光表面包括一z字形/鋸齒類型的邊緣。
- 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該至少一發光表面包括一鈍化材料層，用以降低光反射。
- 如申請專利範圍第1項之結構，其中，為透過其中一個發光表面進行發光，至少一個其它發光表面包括一反射材料層，用以增強透過該其中一個發光表面的發光效果。
- 如申請專利範圍第1項之結構，其中，為透過其中一個發光表面進行發光，多個其它發光表面包括一反射材料層，用以增強透過該其中一個發光表面的發光效果。
- 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該第二反射金 屬材料約500奈米厚。
- 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該結構具有包括兩個長邊的矩形區塊形式，該矩形區塊的長寬比為約25：1或約10：1。
- 如申請專利範圍第7項之結構，其中，該等長邊中的其中一者或兩者會被耦合至被設置成平行於該結構的個別光分布膜。
- 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該散熱片包括被附接至該第一反射金屬材料的第一散熱片與被附接至該第二反射金屬材料的第二散熱片。
- 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該第一反射金屬材料與該第二反射金屬材料各包括Ag、Al、或兩者。
- 如申請專利範圍第1項之結構，其中，該第一反射金屬材料與該第二反射金屬材料的厚度各為大於約10奈米。
- 一種燈裝置，其包括複數個發光二極體結構，每一個結構皆包括：一塗佈著第一反射金屬材料的基板；一塗佈著第二反射金屬材料的電極；一或多層發光材料，該等層係被設置在該基板與電極之間；以及其中，該第一反射金屬材料與該第二反射金屬材料各會被配置成用以傳導來自該結構的熱量通過被附接至該第一反射金屬材料與該第二反射金屬材料的散熱片；以及進 一步，其中，於使用中，該第一反射金屬材料與第二反射金屬材料會透過至少一發光表面並且在實質上平行於該基板的方向中將光反射至該結構的外面。
- 如申請專利範圍第12項之燈裝置，其中，每一個結構皆具有包括兩個長邊的矩形區塊形式，該矩形區塊的長寬比為約25：1或約10：1。
- 如申請專利範圍第12項之燈裝置，其中，該等複數個發光二極體結構會被並聯電連接。
- 如申請專利範圍第12項之燈裝置，其中，該等複數個發光二極體結構會被串聯電連接。
- 如申請專利範圍第12項之燈裝置，其中，該等複數個發光二極體結構會使用導線接合而被電連接。
- 如申請專利範圍第12項之燈裝置，其中，該燈裝置進一步包括一外殼，用以在一個方向中反射來自該等複數個發光二極體結構的光。
- 如申請專利範圍第17項之燈裝置，其中，該外殼為球體形狀。
- 一種形成發光二極體結構的方法，該方法包括：利用第一反射金屬材料來塗佈一基板，使得該第一反射金屬材料會被配置成用以傳導來自該結構的熱量；利用第二反射金屬材料來塗佈一電極，使得該第二反射金屬材料會被配置成用以傳導來自該結構的熱量；提供一或多層發光材料，該等層係被設置在該基板與 電極之間；其中，該第一反射金屬材料與該第二反射金屬材料各會被配置成用以傳導來自該結構的熱量通過被附接至該第一反射金屬材料與該第二反射金屬材料的散熱片；以及其中，於使用中，該第一反射金屬材料與第二反射金屬材料會透過至少一發光表面並且實質上平行於該基板的方向中將光反射至該結構的外面。
- 如申請專利範圍第19項之方法，其中，該結構會被形成具有包括兩個長邊的矩形區塊形式，該矩形區塊的長寬比為約25：1或約10：1。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/SG2008/000134 WO2009131541A1 (en) | 2008-04-23 | 2008-04-23 | A light emitting diode structure, a lamp device and a method of forming a light emitting diode structure |
Publications (2)
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