TWI605616B - 用於發光二極體的圖案化基板 - Google Patents

Description

用於發光二極體的圖案化基板

本發明係關於一種用於發光二極體的基板，尤其係關於一種用於發光二極體的圖案化基板。

發光二極體已被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、以及電腦等等。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已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。但實際上，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，已發展出將例如圖案化藍寶石基板(PSS，patterned sapphire substrate)之圖案化基板用於發光二極體的技術。此種圖案化基板能夠散射光線、減少基板內全反射的發生，以增加光線輻射至外界的機率，進而提升發光二極體的出光效率。然而，目前使用習知圖案化基板之發光二極體的出光效率仍顯不足。因此，亟需一種用於發光二極體的圖案化基板，其能夠進一步改善發光二極體的出光效率。

有鑑於此，依照本發明之一實施例，提供一種用於發光二極體的圖案化基板，其包含一表面，該表面具有多個突起結構，其中，該等突起結構之每一者包含一上方部以及一下方部，該下方部的表面為圓錐面並且具有至少一第一區域以及至少一第二區域，該第一區域與該第二區域彼此相間隔排列，該第一區域具有一或更多第一凸部。

本發明之其他實施樣態以及優點可從以下與用以例示本發明原理範例之隨附圖式相結合的詳細說明而更顯明白。此外，為了不對本發明造成不必要的混淆，在本說明書中將不再贅述為人所熟知的元件與原理。

圖1顯示依照本發明之一實施例之圖案化基板之部分的示意圖。如圖1所示，圖案化基板1包含表面3，表面10具有多個藉由蝕刻及/或沉積處理所形成的突起結構5。圖案化基板1可例如為藍寶石基板或矽基板，但不限於此。在圖案化基板1上，突起結構5可被均勻分佈，或者以例如交錯排列等特定方式加以分佈。在本發明之一實施例中，位於兩相鄰之突起結構5之間的基板表面3a可為平坦，藉以提供適用於後續發光二極體磊晶的初始表面。

以下將詳細說明圖1之突起結構的各種實施態樣。

圖2A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構5a的俯視圖，以及圖2B概略地顯示圖2A之突起結構5a的側視圖。如圖2A與2B所示，每一突起結構5a可包含一上方部51以及一下方部52。下方部52的表面可為圓錐面並且具有至少一第一區域52a以及至少一第二區域52b。第一區域52a與第二區域52b彼此相間隔排列。第一區域52a可具有一或更多第一凸部7。在本發明之一實施例中，第一凸部7例如可呈圓形並且具有20 nm-200 nm的直徑。在本發明之一實施例中，上方部51的表面可為圓錐面。

又，圖3A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構5b的俯視圖，以及圖3B概略地顯示圖3A之突起結構5b的側視圖。圖3A與3B之突起結構5b乃為圖2A與2B之突起結構5a的一變形例，其差異在於：圖3A與3B之突起結構5b的上方部51係例如由3個第三區域51a與3個第四區域51b彼此相間隔排列而形成。又例如，在本實施例中，上方部51的第三區域51a可與下方部52的第一區域52a相對應，以及上方部51的第四區域51b可與下方部52的第二區域52b相對應，但不限於此。例如，在本實施例中，第三區域51a可為弧面，以及第四區域51b可為不具有弧度的平坦面。此種弧面與不具有弧度之平坦面的設置可有助於使發光二極體所產生的光線發射至外界，藉以提升發光二極體的出光效率。

圖4概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構5c的俯視圖。圖4之突起結構5c乃為圖3A與3B之突起結構5b的一變形例，其差異在於：圖4之突起結構5c之上方部51的第四區域51b具有一或更多第二凸部9。在本發明之一實施例中，第二凸部9例如可呈圓形並且具有20 nm-200 nm的直徑。如上所述，第三區域51a可例如為弧面。

圖5概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構5d的俯視圖。圖5之突起結構5d乃為圖3A與3B之突起結構5b的另一變形例，其差異在於：圖5之突起結構5d之下方部52的第二區域52b可具有一或更多第一孔洞11，以及上方部51的第三區域51a可具有一或更多第二孔洞12。在本發明之實施例中，第一孔洞11與第二孔洞12之開口的寬度可小於0.2 μm，較佳為10 nm-100 nm。第一孔洞11與第二孔洞12可為具有任何形狀的孔洞。例如，在一實施例中，第一孔洞11與第二孔洞12可為圓形孔洞並且具有小於0.2 μm的直徑，較佳為10 nm-100 nm。第一孔洞11與第二孔洞12可進一步提供更多的散射表面，此有助於促使發光二極體所產生的光線發射至外界，藉以提升發光二極體的出光效率。此外，如上所述，第四區域51b可例如為不具有弧度的平坦面。

圖6A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構5e的俯視圖，以及圖6B概略地顯示圖6A之突起結構5e的側視圖。如圖6A與6B所示，突起結構5e之上方部53的表面可為三角錐面，突起結構5e之下方部54的表面可為圓錐面並且具有至少一第一區域54a以及至少一第二區域54b，第一區域54a與第二區域54b彼此相間隔排列。第一區域54a可具有一或更多第一凸部7，以及第二區域54b可具有一或更多第三凸部13。每一突起結構5e可更包含介於上方部53與下方部54之間的一中間部55。中間部55係例如由3個第五區域55a與3個第六區域55b彼此相間隔排列而形成。中間部55的第五區域55a可具有一或更多第四凸部15並且與下方部54的第一區域54a相對應，以及中間部55的第六區域55b與下方部54的第二區域54b相對應。在本實施例中，中間部55的第六區域55b可例如為不具有弧度的平坦面。上方部53的三角錐面53a可與中間部55的第六區域55b相接。在本發明之實施例中，第三凸部13與第四凸部15例如可呈圓形並且具有20 nm-200 nm的直徑。

又，圖7A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構5f的俯視圖，以及圖7B概略地顯示圖7A之突起結構5f的側視圖。圖7A與7B之突起結構5f乃為圖6A與6B之突起結構5e的一變形例，其差異在於：圖7A與7B所示之突起結構5f的第二區域54b可具有一或更多第三孔洞14，以及第五區域55a可具有一或更多第四孔洞16。在本實施例中，中間部55的第六區域55b可例如為不具有弧度的平坦面。在本發明之實施例中，第三孔洞14與第四孔洞16之開口的寬度可小於0.2 μm，較佳為10 nm-100 nm。第三孔洞14與第四孔洞16可為具有任何形狀的孔洞。例如，在一實施例中，第三孔洞14與第四孔洞16可為圓形孔洞並且具有小於0.2 μm的直徑，較佳為10 nm-100 nm。第三孔洞14與第四孔洞16可提供更多的散射表面，此有助於促使發光二極體所產生的光線發射至外界，藉以提升發光二極體的出光效率。

圖8A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構5g的俯視圖，以及圖8B概略地顯示圖8A之突起結構5g的側視圖。如圖8A與8B所示，突起結構5g的上方部56可具有一截平(truncated)頂部56c。突起結構5g之上方部56與下方部57的表面可為圓錐面。下方部57可具有至少一第一區域57a以及至少一第二區域57b，第一區域57a與第二區域57b彼此相間隔排列。第一區域57a可具有一或更多第一凸部7。

圖9A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構5h的俯視圖，以及圖9B概略地顯示圖9A之突起結構5h的側視圖。圖9A與9B之突起結構5h乃為圖8A與8B之突起結構5g的一變形例，其差異在於：圖9A與9B之突起結構5h之上方部56係例如由3個第三區域56a與3個第四區域56b彼此相間隔排列而形成。上方部56的第三區域56a與下方部57的第一區域57a相對應，以及上方部56的第四區域56b與下方部57的第二區域57b相對應。例如，在本實施例中，第三區域56a可為弧面，以及第四區域56b可為不具有弧度的平坦面。

圖10A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構5i的俯視圖，以及圖10B概略地顯示圖10A之突起結構5i的側視圖。如圖10A與10B所示，突起結構5i之上方部58可具有一截平頂部58b，上方部58的表面可為三角錐面。突起結構5i之下方部59的表面可為圓錐面並且具有至少一第一區域59a以及至少一第二區域59b，第一區域59a與第二區域59b彼此相間隔排列。第一區域59a可具有一或更多第一凸部7。每一突起結構5i可更包含介於上方部58與下方部59之間的一中間部60。中間部60係例如由3個第五區域60a與3個第六區域60b彼此相間隔排列而形成。中間部60的第五區域60a可具有一或更多第四凸部15並且與下方部59的第一區域59a相對應，以及中間部60的第六區域60b與下方部59的第二區域59b相對應。上方部58的三角錐面58a可與中間部60的第六區域60b相接。

吾人應瞭解圖2A、2B、3A、3B、4、5、6A、6B、7A、7B、8A、8B、9A、9B、10A、以及10B中所示之虛線僅係為了說明各區域之目的而繪製，其並非對本發明造成任何限制。

圖11為圖3A所示之突起結構的俯視掃描式電子顯微(SEM)影像。圖12為圖4所示之突起結構的俯視掃描式電子顯微影像。圖13為圖7A所示之突起結構的俯視掃描式電子顯微影像。

在本發明之實施例中，突起結構可為圓錐體或截頭圓錐體，但亦可為角錐體、角柱體、半球體等等。圓錐體或截頭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。在本發明中，每一突起結構的寬度可介於2 μm與3 μm之間，而其高度則可介於1 μm與2 μm之間，但不限於此。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的直徑，而高度則係指突起結構之底部至頂部的距離。

在本發明中，由於突起結構之下方部的表面為圓錐面，所以有利於後續磊晶的穩定性。此外，本發明之第一孔洞、第二孔洞、第三孔洞、第四孔洞、第一凸部、第二凸部、第三凸部以及第四凸部可提供更多的散射表面，此有助於促使發光二極體所產生的光線發射至外界，藉以提升發光二極體的出光效率。再者，可藉由使具有凸部的區域與不具有凸部的區域交錯排列，而進一步提升發光二極體的出光效率。因此，包含具有例如圖2A-10B所示之配置的突起結構之圖案化基板係優於習知的圖案化基板。

雖然本發明已參考較佳實施例及圖式詳加說明，但熟習本項技藝者可瞭解在不離開本發明之精神與範圍的情況下，可進行各種修改、變化以及等效替代，然而這些修改、變化以及等效替代仍落入本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧圖案化基板
3‧‧‧表面
3a‧‧‧基板表面
5‧‧‧突起結構
5a‧‧‧突起結構
5b‧‧‧突起結構
5c‧‧‧突起結構
5d‧‧‧突起結構
5e‧‧‧突起結構
5f‧‧‧突起結構
5g‧‧‧突起結構
5h‧‧‧突起結構
5i‧‧‧突起結構
7‧‧‧第一凸部
9‧‧‧第二凸部
11‧‧‧第一孔洞
12‧‧‧第二孔洞
13‧‧‧第三凸部
14‧‧‧第三孔洞
15‧‧‧第四凸部
16‧‧‧第四孔洞
51‧‧‧上方部
51a‧‧‧第三區域
51b‧‧‧第四區域
52‧‧‧下方部
52a‧‧‧第一區域
52b‧‧‧第二區域
53‧‧‧上方部
53a‧‧‧三角錐面
54‧‧‧下方部
54a‧‧‧第一區域
54b‧‧‧第二區域
55‧‧‧中間部
55a‧‧‧第五區域
55b‧‧‧第六區域
56‧‧‧上方部
56a‧‧‧第三區域
56b‧‧‧第四區域
56c‧‧‧截平頂部
57‧‧‧下方部
57a‧‧‧第一區域
57b‧‧‧第二區域
58‧‧‧上方部
58a‧‧‧三角錐面
58b‧‧‧截平頂部
59‧‧‧下方部
59a‧‧‧第一區域
59b‧‧‧第二區域
60‧‧‧中間部
60a‧‧‧第五區域
60b‧‧‧第六區域

在本發明之圖式中，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顯示依照本發明之一實施例之圖案化基板之部分的示意圖。

圖2A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構的俯視圖。

圖2B概略地顯示圖2A之突起結構的側視圖。

圖3A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構的俯視圖。

圖3B概略地顯示圖3A之突起結構的側視圖。

圖4概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構的俯視圖。

圖5概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構的俯視圖。

圖6A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構的俯視圖。

圖6B概略地顯示圖6A之突起結構的側視圖。

圖7A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構的俯視圖。

圖7B概略地顯示圖7A之突起結構的側視圖。

圖8A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構的俯視圖。

圖8B概略地顯示圖8A之突起結構的側視圖。

圖9A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構的俯視圖。

圖9B概略地顯示圖9A之突起結構的側視圖。

圖10A概略地顯示依照本發明之一實施例之突起結構的俯視圖。

圖10B概略地顯示圖10A之突起結構的側視圖。

圖11為圖3A所示之突起結構的俯視掃描式電子顯微(SEM)影像。

圖12為圖4所示之突起結構的俯視掃描式電子顯微影像。

圖13為圖7A所示之突起結構的俯視掃描式電子顯微影像。

5c‧‧‧突起結構

7‧‧‧第一凸部

9‧‧‧第二凸部

51‧‧‧上方部

51a‧‧‧第三區域

51b‧‧‧第四區域

52‧‧‧下方部

52a‧‧‧第一區域

52b‧‧‧第二區域

Claims (19)

1. 一種用於發光二極體的圖案化基板，包含一表面，該表面具有多個突起結構，其中，該等突起結構之每一者包含一上方部以及一下方部，該下方部的表面為圓錐面並且具有至少一第一區域以及至少一第二區域，該第一區域與該第二區域彼此相間隔排列，該第一區域具有一或更多第一凸部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該第一凸部呈圓形並且具有20 nm-200 nm的直徑。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該上方部係由3個第三區域與3個第四區域彼此相間隔排列而形成，且其中，該上方部的該第三區域與該下方部的該第一區域相對應，以及該上方部的該第四區域與該下方部的該第二區域相對應。
4. 如申請專利範圍第3項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該上方部的該第四區域具有一或更多第二凸部。
5. 如申請專利範圍第4項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該第二凸部呈圓形並且具有20 nm-200 nm的直徑。
6. 如申請專利範圍第3項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該第三區域為弧面，以及該第四區域為不具有弧度的平坦面。
7. 如申請專利範圍第3項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該下方部的該第二區域具有一或更多第一孔洞，以及該上方部的該第三區域具有一或更多第二孔洞。
8. 如申請專利範圍第7項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該第一孔洞與該第二孔洞之開口的寬度係小於0.2 μm。
9. 如申請專利範圍第8項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該第一孔洞與該第二孔洞之開口的寬度為10 nm-100 nm。
10. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該上方部的表面為三角錐面，該下方部的該第二區域具有一或更多第三凸部，以及該等突起結構之每一者更包含介於該上方部與該下方部之間的一中間部，該中間部係由3個第五區域與3個第六區域彼此相間隔排列而形成，且其中，該中間部的該第五區域具有一或更多第四凸部並且與該下方部的該第一區域相對應，以及該中間部的該第六區域與該下方部的該第二區域相對應。
11. 如申請專利範圍第10項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該第三凸部呈圓形並且具有20 nm-200 nm的直徑。
12. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該上方部的表面為三角錐面，該下方部的該第二區域具有一或更多第三孔洞，以及該等突起結構之每一者更包含介於該上方部與該下方部之間的一中間部，該中間部係由3個第五區域與3個第六區域彼此相間隔排列而形成，且其中，該中間部的該第五區域具有一或更多第四孔洞並且與該下方部的該第一區域相對應，以及該中間部的該第六區域與該下方部的該第二區域相對應。
13. 如申請專利範圍第12項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該第三孔洞與該第四孔洞之開口的寬度係小於0.2 μm。
14. 如申請專利範圍第13項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該第三孔洞與該第四孔洞之開口的寬度為10 nm-100 nm。
15. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該上方部具有一截平頂部，以及該上方部的表面為圓錐面。
16. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該上方部具有一截平頂部，該上方部係由3個第三區域與3個第四區域彼此相間隔排列而形成，且其中，該上方部的該第三區域與該下方部的該第一區域相對應，以及該上方部的該第四區域與該下方部的該第二區域相對應。
17. 如申請專利範圍第16項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該第三區域為弧面，以及該第四區域為不具有弧度的平坦面。
18. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該上方部具有一截平頂部，該上方部的表面為三角錐面，以及該等突起結構之每一者更包含介於該上方部與該下方部之間的一中間部，該中間部係由3個第五區域與3個第六區域彼此相間隔排列而形成，且其中，該中間部的該第五區域具有一或更多第四凸部並且與該下方部的該第一區域相對應，以及該中間部的該第六區域與該下方部的該第二區域相對應。
19. 如申請專利範圍第10或18項所述之用於發光二極體的圖案化基板，其中，該第四凸部呈圓形並且具有20 nm-200 nm的直徑。