TWI556469B - 圖案化發光二極體基板 - Google Patents

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圖案化發光二極體基板
本發明係關於一種發光二極體基板，尤其係關於一種圖案化發光二極體基板。
發光二極體已廣泛使用於日常生活中的各種產品以及應用，例如照明、指示號誌、顯示裝置、及電腦等領域。發光二極體係藉由電子與電洞之結合，而將電能轉換為光的形式。由於發光二極體屬於冷發光，因此具有省電、反應速度快、無暖燈時間、元件壽命長等優點。此外，發光二極體體積小、耐衝擊、並可藉由半導體製程大量生產，因此容易根據需求製成小型或陣列型元件。
近年來由於能源問題日益嚴重，節能減碳成為全球趨勢，如何提升發光二極體的出光效率成為目前各界致力研究的目標。在理想的發光二極體中，電子與電洞結合所發出的光線能夠全部輻射至外界，而達到100%的出光效率。但在實際的情況下，發光二極體內部的結構與材質會造成各種光線傳遞的損耗，因而使光線無法完全傳遞至外界、降低出光效率。
為了提升發光二極體的出光效率，有一已知的技術係使用圖案化發光二極體基板，例如圖案化藍寶石基板（patterned sapphire substrate, PSS）。此種基板具有突起結構，能夠散射光線、減少基板內全反射的發生，以增加光線輻射至外界的機率，而使出光效率提升。然而，目前圖案化發光二極體基板的出光效率仍有相當程度的改善空間。
有鑑於此，本發明之目的在於，提供一種圖案化發光二極體基板，其可提供更多的散射表面而提高出光效率。
根據本發明之一實施例，一種圖案化發光二極體基板包含一表面。該表面上具有多個突起結構，其中，該等突起結構之各者具有一或更多第一孔洞。
根據本發明之另一實施例，一種圖案化發光二極體基板包含一表面。該表面上具有多個突起結構，其中，該等突起結構之各者包括上方部及下方部。該下方部之表面為圓錐面且具有一或更多第一孔洞。
本發明之其他實施態樣以及優點，可由以下用以顯示本發明原理範例的詳細說明並結合隨附圖式而更顯明白。此外，本說明書中將不再贅述為人所熟知的元件與原理，以免對本發明造成不必要之混淆。
現將參照數個如隨附圖式中所描述的較佳實施例來詳細說明本發明。在以下敘述中，提出許多特定細節以提供本發明之通盤瞭解。然而，在本技術領域中具有通常知識者應當理解，在缺少若干或全部這些特定細節的情況下仍可實施本發明。
圖1根據本發明之一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板1之部分的立體圖。如圖1所示，圖案化發光二極體基板1包含表面10，表面10具有多個藉由蝕刻及/或成長處理所形成的突起結構2。圖案化發光二極體基板1可為藍寶石基板或矽基板，但不以此為限。在圖案化發光二極體基板1上，突起結構2可均勻分布、或視需要以特定方式分布，在本實施例中突起結構2係以交錯排列方式均勻分布。
突起結構2之各者具有一或更多第一孔洞20。一或更多第一孔洞20之寬度係小於0.2 μm，而深度係小於0.2 μm。應注意的是，本文中所述的孔洞可為任何形狀，而本文中孔洞之寬度係指孔洞開口的周緣上相距最遠二點之間的距離。舉例來說，若一或更多第一孔洞20的開口202為圓形，則一或更多第一孔洞20之寬度係指一或更多第一孔洞20之開口202的直徑。各突起結構2各自所具有的一或更多第一孔洞20之開口202的面積佔其總表面積不超過70%（亦即，就單一個突起結構2而言，其所具有的一或更多第一孔洞20之開口202的面積佔此單一個突起結構2之總表面積不超過70%）。一或更多第一孔洞20可提供更多的散射表面，而有助於使發光二極體元件中所產生的光線更有機會輻射至外界，從而提升出光效率。
在本實施例中，表面10包含不具有突起結構2的曝露面部3。曝露面部3具有一或更多第二孔洞30。替代地，如圖2所示，在另一實施例中，表面10之不具有突起結構2的曝露面部3可不具有孔洞。在圖1的實施例中，一或更多第二孔洞30之寬度係小於0.2 μm，而深度係小於0.2 μm。一或更多第二孔洞30之開口302的面積佔曝露面部3之總表面積不超過70%。一或更多第二孔洞30可提供更多的散射表面，而有助於使發光二極體元件中所產生的光線更有機會輻射至外界，從而提升出光效率。
圖3(a)係圖1或圖2中之圖案化發光二極體基板1的突起結構2之示意性立體圖。圖3(b)為圖3(a)之突起結構2的俯視圖。在本實施例中，突起結構2為圓錐體，但亦可為角錐體、角柱體、半球體等等。然而，圓錐體之形態在後續的磊晶製程中，能夠提供較佳的製程穩定性。在本實施例中，突起結構2之各者的寬度約在2 μm ~ 3 μm之間，高度則約在1 μm ~ 2 μm之間，但不以此為限。然而，過高的高度可能會造成後續磊晶上的困難。此處之寬度係指突起結構2的直徑，而高度係指突起結構2之底部至頂部的距離。
圖4(a)根據本發明之又另一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板之突起結構2'的立體圖。圖4(b)為圖4(a)之突起結構2'的俯視圖。應注意的是，本實施例之圖案化發光二極體基板除了突起結構2'之外，其餘部分係與圖1或圖2之圖案化發光二極體基板1類似。
如圖4(a)及4(b)所示，突起結構2'包括下方部21、上方部23、及介於下方部21與上方部23之間的中間部25。在本實施例中，下方部21之表面為圓錐面，而有利於後續磊晶的穩定性，且其具有一或更多第一孔洞20'。一或更多第一孔洞20'之寬度係小於0.2 μm，而深度係小於0.2 μm。在本實施例中，中間部25之表面為六角錐面，並具有三個彼此相間隔之平滑面250及三個彼此相間隔之孔洞面252，亦即，平滑面250與孔洞面252係交錯排列。孔洞面252之各者具有一或更多第三孔洞254，而平滑面250之各者則不具有孔洞。一或更多第三孔洞254之寬度係小於0.2 μm，而深度係小於0.2 μm。在本實施例中，上方部23之表面為三角錐面並具有三個平滑面230。平滑面230之各者不具有孔洞，且平滑面230係與平滑面250相連。在本實施例中，各突起結構各自所具有的一或更多第一孔洞20'之開口面積及一或更多第三孔洞254之開口面積的總和佔各突起結構之總表面積不超過70%（亦即，就單一個突起結構2'而言，其所具有的一或更多第一孔洞20'之開口面積及一或更多第三孔洞254之開口面積的總和佔此單一個突起結構2'之總表面積不超過70%）。一或更多第一孔洞20'、一或更多第三孔洞254、中間部25之六個錐面、及上方部23之三個錐面相較於先前技術可提供更多的散射表面，而有助於使發光二極體元件中所產生的光線更有機會輻射至外界，從而提升出光效率。
圖5(a)根據本發明之又另一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板之突起結構2"的立體圖。圖5(b)為圖5(a)之突起結構2"的俯視圖。應注意的是，本實施例之圖案化發光二極體基板除了突起結構2"外，其餘部分係與圖1或圖2之圖案化發光二極體基板1類似。
如圖5(a)及5(b)所示，突起結構2"包括下方部22及上方部24。下方部22之表面為圓錐面，而有利於後續磊晶的穩定性，且其具有一或更多第一孔洞20"。一或更多第一孔洞20"之寬度係小於0.2 μm，而深度係小於0.2 μm。在本實施例中，上方部24之表面為六角錐面，並具有三個彼此相間隔之平滑面240及三個彼此相間隔之孔洞面242，亦即，平滑面240與孔洞面242係交錯排列。孔洞面242之各者具有一或更多第三孔洞244，而平滑面240之各者則不具有孔洞。一或更多第三孔洞244之寬度係小於0.2 μm，而深度係小於0.2 μm。在本實施例中，各突起結構各自所具有的一或更多第一孔洞20"之開口面積及一或更多第三孔洞244之開口面積的總和佔各突起結構之總表面積不超過70%（亦即，就單一個突起結構2"而言，其所具有的一或更多第一孔洞20"之開口面積及一或更多第三孔洞244之開口面積的總和佔此單一個突起結構2"之總表面積不超過70%）。一或更多第一孔洞20"、一或更多第三孔洞244、及上方部24之六個錐面相較於先前技術可提供更多的散射表面，而有助於使發光二極體元件中所產生的光線更有機會輻射至外界，從而提升出光效率。
圖6(a)根據本發明之又另一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板之突起結構4的立體圖。圖6(b)為圖6(a)之突起結構4的俯視圖。應注意的是，本實施例之圖案化發光二極體基板除了突起結構4之外，其餘部分係與圖1或圖2之圖案化發光二極體基板1類似。
如圖6(a)及6(b)所示，突起結構4包括下方部42及上方部44。下方部42之表面為圓錐面，而有利於後續磊晶的穩定性，且其具有一或更多第一孔洞40。上方部44之頂面440呈圓弧狀而非尖錐狀，且上方部44具有一或更多第三孔洞444。一或更多第一孔洞40及一或更多第三孔洞444之寬度係小於0.2 μm，而深度係小於0.2 μm。各突起結構4各自所具有的一或更多第一孔洞40之開口面積及一或更多第三孔洞444之開口面積的總和佔各突起結構4之總表面積不超過70%（亦即，就單一個突起結構4而言，其所具有的一或更多第一孔洞40之開口面積及一或更多第三孔洞444之開口面積的總和佔此單一個突起結構4之總表面積不超過70%）。一或更多第一孔洞40及一或更多第三孔洞444可提供更多的散射表面，而有助於使發光二極體元件中所產生的光線更有機會輻射至外界，從而提升出光效率。
圖7(a)根據本發明之又另一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板之突起結構5的立體圖。圖7(b)為圖7(a)之突起結構5的俯視圖。應注意的是，本實施例之圖案化發光二極體基板除了突起結構5之外，其餘部分係與圖1或圖2之圖案化發光二極體基板1類似。
如圖7(a)及7(b)所示，突起結構5包括下方部52及上方部54。下方部52之表面為圓錐面，而有利於後續磊晶的穩定性，且其具有一或更多第一孔洞50。一或更多第一孔洞50之寬度係小於0.2 μm，而深度係小於0.2 μm。各突起結構5各自所具有的一或更多第一孔洞50之開口面積佔各突起結構5之總表面積不超過70%（亦即，就單一個突起結構5而言，其所具有的一或更多第一孔洞50之開口面積佔此單一個突起結構5之總表面積不超過70%）。上方部54之表面為粗糙表面540。
圖7(c)為圖7(a)之Ⅰ部分的放大剖面示意圖。如圖7(c)所示，粗糙表面540具有表面高低差。本文中的表面高低差係指同一表面之特定範圍內的最高點與最低點之間的差距（例如d1）。在本實施例中，粗糙表面540之表面高低差的範圍在20 nm至100 nm之間。此外，一般而言，粗糙表面540在特定距離L內係具有特定數量的高點542及低點544。例如，在本實施例中，粗糙表面540在1 μm的距離內係具有3至20個高點。一或更多第一孔洞50及粗糙表面540可提供更多的散射表面，而有助於使發光二極體元件中所產生的光線更有機會輻射至外界，從而提升出光效率。
圖8(a)顯示如圖4(a)之圖案化發光二極體基板之部分的側視掃描式電子顯微鏡（SEM）影像。圖8(b)顯示如圖8(a)之圖案化發光二極體基板之突起結構的俯視SEM影像。由圖8(a)及8(b)可觀察到此實施例之突起結構的下方部之表面為圓錐面且具有孔洞；中間部之表面為六角錐面，並具有三個彼此相間隔且不具有孔洞的平滑面及三個彼此相間隔且具有孔洞的孔洞面；上方部之表面為三角錐面，並具有三個不具有孔洞的平滑面。
圖9(a)顯示如圖5(a)之圖案化發光二極體基板之部分的側視SEM影像。圖9(b)顯示如圖9(a)之圖案化發光二極體基板之部分的俯視SEM影像。由圖9(a)及9(b)可觀察到此實施例之突起結構的下方部之表面為圓錐面且具有孔洞；上方部之表面為六角錐面，並具有三彼此相間隔且具有孔洞的孔洞面及三彼此相間隔且不具有孔洞的平滑面。
圖10顯示如圖7(a)之圖案化發光二極體基板之部分的側視SEM影像。由圖10可觀察到此實施例之突起結構的上方部之表面為粗糙表面，而下方部之表面則為圓錐面且具有孔洞。
雖然本發明已參考較佳實施例及圖式詳加說明，但其僅為舉例性者而非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神與範疇的情況下，可進行各種修改、變化以及等效替代。故本發明之保護範圍當以隨附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧圖案化發光二極體基板
10‧‧‧表面
2、2'、2"‧‧‧突起結構
20、20'、20"‧‧‧第一孔洞
202‧‧‧開口
21、22‧‧‧下方部
23、24‧‧‧上方部
25‧‧‧中間部
230‧‧‧平滑面
240‧‧‧平滑面
242‧‧‧孔洞面
244‧‧‧第三孔洞
250‧‧‧平滑面
252‧‧‧孔洞面
254‧‧‧第三孔洞
3‧‧‧曝露面部
30‧‧‧第二孔洞
302‧‧‧開口
4‧‧‧突起結構
40‧‧‧第一孔洞
42‧‧‧下方部
44‧‧‧上方部
440‧‧‧頂面
444‧‧‧第三孔洞
5‧‧‧突起結構
50‧‧‧第一孔洞
52‧‧‧下方部
54‧‧‧上方部
540‧‧‧粗糙表面
542‧‧‧高點
544‧‧‧低點
Ⅰ‧‧‧部分
L‧‧‧距離
d1‧‧‧差距
在本發明的圖式中，相同的參考符號係代表相同或類似的元件。此外，由於該等圖式僅為示例，故其並非按照實際比例繪製。
圖1根據本發明之一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板之部分的立體圖。
圖2根據本發明之另一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板之部分的立體圖。
圖3(a)係為圖1或圖2中之圖案化發光二極體基板的突起結構之示意性立體圖。圖3(b)為圖3(a)之突起結構的俯視圖。
圖4(a)根據本發明之又另一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板之突起結構的立體圖。圖4(b)為圖4(a)之突起結構的俯視圖。
圖5(a)根據本發明之又另一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板之突起結構的立體圖。圖5(b)為圖5(a)之突起結構的俯視圖。
圖6(a)根據本發明之又另一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板之突起結構的立體圖。圖6(b)為圖6(a)之突起結構的俯視圖。
圖7(a)根據本發明之又另一實施例，示意性地顯示圖案化發光二極體基板之突起結構的立體圖。圖7(b)為圖7(a)之突起結構的俯視圖。圖7(c)為圖7(a)之Ⅰ部分的放大剖面示意圖。
圖8(a)顯示如圖4(a)之圖案化發光二極體基板之部分的側視掃描式電子顯微鏡（SEM）影像。圖8(b)顯示如圖8(a)之圖案化發光二極體基板之突起結構的俯視SEM影像。
圖9(a)顯示如圖5(a)之圖案化發光二極體基板之部分的側視SEM影像。圖9(b)顯示如圖9(a)之圖案化發光二極體基板之部分的俯視SEM影像。
圖10顯示如圖7(a)之圖案化發光二極體基板之部分的側視SEM影像。
1‧‧‧圖案化發光二極體基板
10‧‧‧表面
2‧‧‧突起結構
20‧‧‧第一孔洞
202‧‧‧開口
3‧‧‧曝露面部
30‧‧‧第二孔洞
302‧‧‧開口

Claims (13)

  1. 一種圖案化發光二極體基板，包含一表面，該表面上具有多個突起結構，其中，該等突起結構之各者包括一上方部及一下方部，該下方部之表面為圓錐面且具有一或更多第一孔洞。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該一或更多第一孔洞之寬度係小於0.2μm。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該上方部之表面為三角錐面並具有三個平滑面，該等平滑面不具有孔洞。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該等突起結構之各者更包括介於該上方部及該下方部之間的一中間部，該中間部之表面為六角錐面並具有三個彼此相間隔之平滑面及三個彼此相間隔之孔洞面，該等孔洞面之各者具有一或更多第三孔洞。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該一或更多第三孔洞之寬度係小於0.2μm，且各該突起結構各自所具有的該一或更多第一孔洞之開口面積及該一或更多第三孔洞之開口面積的總和佔該突起結構之總表面積不超過70%。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該上方部之表面為六角錐面並具有三個彼此相間隔之平滑面及三個彼此相間隔之孔洞面，該等孔洞面之各者具有一或更多第三孔洞。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該一或更多第三孔洞之寬度係小於0.2μm，且各該突起結構各自所具有的該一或更多第一孔洞之開口面積及該一或更多第三孔洞之開口面積的總和佔該突起結構之總表面積不超過70%。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該上方部之頂面呈圓弧狀，且該上方部具有一或更多第三孔洞。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該一或更多第三孔洞之寬度係小於0.2μm，且各該突起結構各自所具有的該一或更多第一孔洞之開口面積及該一或更多第三孔洞之開口面積的總和佔該突起結構之總表面積不超過70%。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該上方部之表面為粗糙表面。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該粗糙表面之表面高低差的範圍在20nm至100nm之間，且該粗糙表面在1μm的距離內係具有3至20個高點。
  12. 如申請專利範圍第5、7、9、或11項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該圖案化發光二極體基板的該表面包含不具有該等突起結構的一曝露面部，該曝露面部具有一或更多第二孔洞，該一或更多第二孔洞之寬度係小於0.2μm。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之圖案化發光二極體基板，其中，該一或更多第二孔洞之開口面積佔該曝露面部之總表面積不超過70%。
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