TWI641165B - 用於發光二極體的圖案化基板 - Google Patents

Abstract

本發明係關於用於發光二極體的圖案化基板。圖案化基板包含具有複數圓錐的表面，其中各圓錐包含三個平滑圓錐面及三個粗糙面。平滑圓錐面與粗糙面係彼此交替地排列。

Description

用於發光二極體的圖案化基板

本發明係關於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，已發展出將具有一或更多凸部的突起結構所構成的基板作為出光表面，以提供更多的散射表面，促使發光二極體所產生的光線發射至外界，如台灣專利申請案第104126193號(下文稱先前技術1)所載。然而先前技術1之突起結構僅在下方部的第一區域中具有凸部，故其出光效率仍有改善空間。

此外，美國專利申請案第US2014367693A1號(下文稱先前技術2) 發展出具有複數突出部的基板，而突出部包含複數突點。然而先前技術2的基板佈滿突點，較不易磊晶而影響磊晶品質，故其出光效率仍有改善空間。

在本發明之一態樣中，提供用於發光二極體的圖案化基板，其包含具有複數圓錐的表面，其中各圓錐包含三個平滑圓錐面及三個粗糙面，其中平滑圓錐面與粗糙面係彼此交替地排列。在另一實施例中，各粗糙面包含下半部與上半部，其中各上半部具有第一底角，且各下半部具有第二底角，各第一底角之角度範圍可介於約51度到約70度之間，各第二底角之角度範圍可介於約30度到約50度之間。在某些實施例中，各粗糙面之中心線平均粗糙度(Ra)的範圍可介於約10奈米(nm)到約300nm之間。在某些實施例中，圓錐之底部長度範圍可介於約0.2微米(μm)到約5μm之間；圓錐之高度範圍可介於約0.1μm到約2μm之間；其中圓錐之底高比介於約0.02到約10之間。在某些實施例中，當從圓錐的上方觀看時，圓錐中相鄰的三個圓錐的頂點界定區域，而各圓錐之粗糙面的其中一者可位於區域內。

在本發明之另一態樣中，提供用於發光二極體的圖案化基板，其包含具有複數圓錐的表面，其中各圓錐包含三個平滑圓錐面及三個內凹面，其中平滑圓錐面與內凹面係彼此交替地排列，其中各內凹面包含下半部與上半部， 其中各上半部具有第一底角，且各下半部具有第二底角，各第一底角之角度範圍可介於約51度到約70度之間，各第二底角之角度範圍可介於約30度到約50度之間。在一實施例中，圓錐之底部長度範圍可介於約0.2μm到約5μm之間；圓錐之高度範圍可介於約0.1μm到約2μm之間；其中圓錐之底高比介於約0.02到約10之間。在一實施例中，當從圓錐的上方觀看時，圓錐中相鄰的三個圓錐的頂點界定區域，而各圓錐之內凹面的其中一者可位於區域內。

於以下本發明的細節描述中，將結合附圖而詳細說明本發明之該等與其他特徵。

現將參照如附圖所繪示之若干較佳實施例而詳細說明本發明。為提供對本發明之全面性了解，下列敘述中將闡述許多具體的細節。然而很明顯地，對於該技術領域中具有通常知識者而言，本發明毋需一些或全部該等細節即可實施。另外，為了避免不必要地混淆本發明，熟知的製程步驟及/或結構將不再贅述。

圖1示意性地顯示用於發光二極體的圖案化基板之剖面圖。在本發明中，用於發光二極體的圖案化基板可為藍寶石基板或矽基板，但不以此為限。如圖1所示，圖案化基板11包含表面13，表面13上方具有複數圓錐15。在本發明之一實施例中，位於兩相鄰之圓錐15之間的基板表面13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。

在本發明中，各圓錐之底部長度範圍可介於約0.2微米(μm)到約5μm之間；而高度範圍可介於約0.1μm到約2μm之間；其中各圓錐之底高比介於約0.02到約10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。此處之底部長度係指圓錐的直徑，而高度則係指圓錐之底部至頂部的距離。

以下將詳細說明圖1之圓錐的各種實施態樣。

圖2(a)根據本發明之一實施例，示意性地顯示用於發光二極體的圖案化基板之圓錐21之俯視圖。如圖2(a)，圓錐21包含三個平滑圓錐面21a及三個粗糙面21b，且平滑圓錐面21a與粗糙面21b係彼此交替地排列。

具體而言，圓錐21係對圓圓錐的晶體進行化學蝕刻處理所產生之結果，在該蝕刻處理中，僅蝕刻其中三個面而形成粗糙的表面(即粗糙面21b)，另外三個未受蝕刻的面維持平滑圓錐的表面(即平滑圓錐面21a)。

圖2(b)為圖2(a)之圓錐21之粗糙面的放大剖面圖。如圖2(b)所示，粗糙面具有中心線平均粗糙度(Ra)。請參考如下方程式f，本文中所述之Ra係指在取樣長度l內輪廓偏距(y(x))之絕對值的算術平均值。 ……( f)

在本發明中，粗糙面之R _a的範圍可介於10奈米(nm)到300nm之間，但不限於此。

不受限於特定理論，一般認為粗糙面可提供更多的散射表面，而有助於促使發光二極體所產生的光線發射至外界，進而提升發光二極體的出光效率。再者，透過使平滑圓錐面與粗糙面交錯排列，可改善磊晶品質而進一步提升發光二極體的整體磊晶品質及效率。與圖2(a)所示之粗糙面相較之下，先前技術1(其突起結構僅在下方部的第一區域中具有凸部)的粗糙面比例較少；而先前技術2則無交錯排列。因此，包含具有例如圖2(a)所示之粗糙面的圓錐之圖案化基板，係優於習知的圖案化基板。

圖3(a)根據本發明之另一實施例，示意性地顯示用於發光二極體的圖案化基板之圓錐31之俯視圖。圖3(a)之圓錐31為圖2(a)之圓錐21的一變形例，圓錐31包含三個平滑圓錐面31a及三個粗糙面31b，且平滑圓錐面31a與粗糙面31b係彼此交替地排列，圓錐31與圓錐21之差異在於: 圓錐31之各粗糙面31b為內凹面，各內凹面包含下半部與上半部，而各上半部之底角大於各下半部之底角(關於內凹面之說明將參考圖4(b)進一步描述如下)。

圖3(b)根據本發明之另一實施例，示意性地顯示用於發光二極體的圖案化基板之圓錐31之另一俯視圖。如圖3(b)所示，圓錐31之各粗糙面31b包含下半部32a與上半部32b，各上半部32b之底角大於各下半部32a之底角。為簡明的緣故，將下半部32a與上半部32b的Ra描繪成具有明顯的差異，然而應理解的係，各粗糙面31b之Ra係沿著垂直表面的一軸而逐漸地變化，亦即，各粗糙面31b之Ra愈接近圓錐31的頂點愈高。

圖4(a)根據本發明之另一實施例，示意性地顯示用於發光二極體的圖案化基板之圓錐41之俯視圖。圖4(b)為圖4(a)之圓錐沿AA’線段的對稱剖面示意圖。如圖4(a) 及圖4(b)所示，圓錐41包含三個平滑圓錐面41a及三個內凹面41b，且平滑圓錐面41a與內凹面41b係彼此交替地排列，其中從側面觀看時，三個內凹面41b呈現內凹之約略三角形的形狀。具體而言，如圖4(b)所示，各內凹面41b包含:下半部42a，具有第二底角θ2；以及上半部42b，具有第一底角θ1。第一底角θ1大於第二底角θ2。舉例來說，第一底角θ1之角度範圍可介於約51度到約70度之間，而第二底角θ2之角度範圍可介於約30度到約50度之間。

不受限於特定理論，一般認為圓錐與基板的夾角小(例如圖4(b)中之第二底角θ2之角度範圍介於約30度到約50度之間)，有助於改善磊晶品質，進而提升發光二極體的出光效率。

圖5(a)根據本發明之一實施例，示意性地顯示圖1之用於發光二極體的圖案化基板11之部分的俯視圖。如圖5(a)所示，圖案化基板11包括表面13，表面13具有複數藉由化學蝕刻處理所形成的圓錐(例如，圖2(a)中之圓錐21)，其中該圓錐排列成多排，且偶數排的該圓錐分別與奇數排的該圓錐錯開。具體而言，該圓錐中相鄰的三個圓錐55、56、及57的頂點界定一區域58，而圓錐55、56、及57之粗糙面的其中一者(例如，粗糙面55b、56b、及57b)係位於區域58內，這樣的排列方式有助於降低缺陷密度，並改善磊晶品質。

圖5(b)根據本發明之一實施例，示意性地顯示圖1之用於發光二極體的圖案化基板11之部分的另一俯視圖。如圖5(b)所示，圖案化基板11包括表面13，表面13具有複數藉由蝕刻處理所形成的圓錐(例如，圖4(a)中之圓錐41)。該圓錐中相鄰的三個圓錐51、52、及53的頂點界定一區域54，而圓錐51、52、及53之內凹面的其中一者(例如，內凹面51b、52b、及53b)係位於區域54內，這樣的排列方式有助於改善磊晶品質。

應理解的係，參考圖5(a)及5(b)所述的圓錐排列方式亦適用於本文中所述的其他圓錐(例如，圖3(a)及3(b)中之圓錐31)。

此外，應理解的係，圖3(a)到5(b)中之虛線僅係為了說明各區域之目的而繪製，並非旨在限制本發明之實施例。

圖6為圖2(a)所示之圓錐的俯視掃描式電子顯微(SEM)影像。圖7為用於發光二極體的圖案化基板之部分的俯視SEM影像。

雖然本發明已經用許多優選的實施例來描述，但仍有其他變化、排列置換或其他替代的等價態樣，也在本發明的範圍中。須注意仍有許多執行本發明的方法和儀器之替代方式。因此申請人意欲將下列申請專利範圍解釋為包含所有落入本發明之真正精神與範圍中之此等變化、排列置換或其他替代的等價態樣。

11 圖案化基板 13 表面 15 圓錐 21 圓錐 21a 平滑圓錐面 21b 粗糙面 31 圓錐 31a 平滑圓錐面 31b 粗糙面 32a 下半部 32b 上半部 41 圓錐 41a 平滑圓錐面 41b 內凹面 42a 下半部 42b 上半部 51 圓錐 51b 內凹面 52 圓錐 52b 內凹面 53 圓錐 53b 內凹面 54 區域 55 圓錐 55b 粗糙面 56 圓錐 56b 粗糙面 57 圓錐 57b 粗糙面 58 區域

本發明係藉由舉例方式(非限制性)而繪示於隨附圖式中，此外，相同之參考符號代表相同或相似的元件。

圖1示意性地顯示用於發光二極體的圖案化基板之剖面圖。

圖2(a) 根據本發明之一實施例，示意性地顯示用於發光二極體的圖案化基板之圓錐之俯視圖。

圖2(b)為圖2(a)之圓錐之粗糙面的放大剖面圖。

圖3(a)根據本發明之另一實施例，示意性地顯示用於發光二極體的圖案化基板之圓錐之俯視圖。

圖3(b)根據本發明之另一實施例，示意性地顯示用於發光二極體的圖案化基板之圓錐之另一俯視圖。

圖4(a)根據本發明之另一實施例，示意性地顯示用於發光二極體的圖案化基板之圓錐之俯視圖。

圖4(b)為圖4(a)之圓錐沿AA’線段的對稱剖面示意圖。

圖5(a)根據本發明之一實施例，示意性地顯示圖1之用於發光二極體的圖案化基板之部分的俯視圖。

圖5(b)根據本發明之一實施例，示意性地顯示圖1之用於發光二極體的圖案化基板之部分的另一俯視圖。

圖6為圖2(a)所示之圓錐的俯視掃描式電子顯微(SEM)影像。

圖7為用於發光二極體的圖案化基板之部分的俯視SEM影像。

Claims (7)

1. 一種用於發光二極體的圖案化基板，包含一表面，該表面上具有複數圓錐，其中各該圓錐包含三個平滑圓錐面及三個粗糙面，其中該平滑圓錐面與該粗糙面係彼此交替地排列，其中各該粗糙面包含一下半部與一上半部，其中各該上半部具有一第一底角，且各該下半部具有一第二底角，各該第一底角之角度範圍介於51度到70度之間，各該第二底角之角度範圍介於30度到50度之間。
2. 如申請專利範圍第1項之用於發光二極體的圖案化基板，其中各該粗糙面之中心線平均粗糙度(R_a)的範圍介於10奈米(nm)到300nm之間。
3. 如申請專利範圍第1項之用於發光二極體的圖案化基板，其中該圓錐之底部長度範圍介於0.2微米(μm)到5μm之間；該圓錐之高度範圍介於0.1μm到2μm之間；其中該圓錐之底高比介於0.02到10之間。
4. 如申請專利範圍第1項之用於發光二極體的圖案化基板，其中當從該圓錐的上方觀看時，該圓錐中相鄰的三個圓錐的頂點界定一區域，而各該三個圓錐之該粗糙面的其中一者係位於該區域內。
5. 一種用於發光二極體的圖案化基板，包含一表面，該表面上具有複數圓錐，其中各該圓錐包含三個平滑圓錐面及三個內凹面，其中該平滑圓錐面與該內凹面係彼此交替地排列，其中各該內凹面包含一下半部與一上半部，其中各該上半部具有一第一底角，且各該下半部具有一第二底角，各該第一底角之角度範圍介於51度到70度之間，各該第二底角之角度範圍介於30度到50度之間。
6. 如申請專利範圍第5項之用於發光二極體的圖案化基板，其中該圓錐之底部長度範圍介於0.2μm到5μm之間；該圓錐之高度範圍介於0.1μm到2μm之間；其中該圓錐之底高比介於0.02到10之間。
7. 如申請專利範圍第5項之用於發光二極體的圖案化基板，其中當從該圓錐的上方觀看時，該圓錐中相鄰的三個圓錐的頂點界定一區域，而各該三個圓錐之該內凹面的其中一者係位於該區域內。