CN101944559B

CN101944559B - 发光二极管

Info

Publication number: CN101944559B
Application number: CN 200910150088
Authority: CN
Inventors: 林志胜; 吴哲雄
Original assignee: Ubilux Optoelectronics Corp
Current assignee: Ubilux Optoelectronics Corp
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2029-07-09
Also published as: CN101944559A

Abstract

本发明提供一种发光二极管，包括：一基材、一动作膜及一电极单元，特别的是，该动作膜包括一与该基材连接的底部及一自该底部向上延伸的台部，该底部具有一开放区域、一自该开放区域向一第一方向延伸的中间区域及位于该开放区域与该中间区域相反两侧的一第一区域与一第二区域，该电极单元具有一设置在该开放区域的第一电极及一设置在该台部顶面上的第二电极，且该第一区域、该第二区域沿垂直于该第一方向的宽度比值介于0.6至0.95之间，利用特定的第一区域、第二区域沿垂直于该第一方向的宽度比值设定，可有效提升发光二极管的发光效率。

Description

发光二极管

技术领域

本发明有关于一种发光二极管，特别指一种高亮度发光二极管。

背景技术

参阅图1、图2，目前水平式发光二极管(Light EmittingDiode；LED)包括一长方形基材11、一动作膜12及一电极单元13，该基材11由蓝宝石为材料所构成，该动作膜12在接受该电极单元13提供的电能时可以光电效应发光，在型态上包括一与该基材11连接的底部121及一自该底部121向上延伸的台部122，该底部121具有一由其中一短边向另一短边方向延伸并呈方形的开放区域123及一含嵌该开放区域123的外部区域124，该台部122自该外部区域124向上一体形成；在结构上，该动作膜12具有一与该基材11连接的n-型半导体层及一连接在该n-型半导体层上并与该n-型半导体层形成p-n结(p-n junction)的p-型半导体层，当电能流通过该动作膜12时，可在该p型半导体层、该n型半导体层与其中形成的p-n结产生电子空穴复合而产生光。

该电极单元13具有一形成在该开放区域123上并与该n-型半导体层欧姆接触的第一电极131及一相对远离该第一电极131地形成在该外部区域124上并与该p-型半导体层相欧姆接触的第二电极132，当外界通过该第一电极131、该第二电极132配合提供电能至该动作膜12时，该动作膜12可以光电效应将接受的电能转换成光能后向外发出。

对目前的水平式发光二极管而言，虽然确实可以在提供电能时发光，但是因为该第一电极131、该第二电极132不透光，因此在产生光能时会因为该第一电极131、该第二电极132的遮挡而损失大部分向外发出的光量，且通过该第一电极131、该第二电极132配合提供电能至该动作膜12时，亦容易因为该第一电极131、该第二电极132的形状为简单的矩形设计而使得电流注入的均匀性不佳，进而让元件的发光效率亦同时受到影响。

为了改善因电极的结构所造成的发光效率降低的问题，有许多对电极结构改良的方法陆续被提出。

参阅图3、图4，目前常见的以不同的电极结构设计且用以改善电流注入的扩散均匀性的水平式发光二极管结构，其与上述的水平式发光二极管结构类似，不同处在于该第二电极132具有一第一电极块133、一第一延伸段134及一第二延伸段135，该第一电极块133为相对该第一电极131地对应设置在靠近另一短边的位置，该第一延伸段134由该第一电极块133向该第一电极131方向延伸，该第二延伸段135沿着该开放区域123延伸，且该第二延伸段135的中心位置与该第一延伸段134的末端连接，利用所述对称分布的电极结构设计，提升电流注入到该半导体层中的分散均匀度，以提升LED的发光效率。

参阅图5、图6，另外，美国专利第US6,847,052号案，则公开另一种可提升发光效率的LED结构设计，其结构与上述的水平式发光二极管结构类似，不同处在于其基材11呈正方形，该开放区域123由该基材11的其中一角落概成扇形延伸，该电极单元13还包括一形成在该p-型半导体层表面的电极层138，该第二电极132形成在该电极层138上，具有一相对远离该第一电极131设置的中心区136及二由该中心区136向外对称延伸的延伸段137，同样利用全对称式的电极结构设计，提升电流注入到该动作膜的分散均匀度，而提升LED的亮度。

由于电极是LED元件动作时电流注入动作膜的第一个接面，因此，如何改良电极的结构设计，提升电流注入的均匀性，以提升LED元件的发光效率，一直是本领域技术人员不断改善的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种高亮度发光二极管。

本发明的高亮度发光二极管包括一基材、一动作膜及一电极单元。

该动作膜包括一与该基材连接的底部及一自该底部向上延伸的台部，该底部具有一沿一第一方向延伸的开放区域、一自该开放区域向该第一方向延伸的中间区域及位于该开放区域与中间区域相反两侧的一第一区域与一第二区域，该台部自该中间区域与该第一区域、该第二区域向上形成，且该第一区域、该第二区域沿垂直于该第一方向的宽度比值介于0.6至0.95之间。

该电极单元具有一设置在该开放区域的第一电极及一在该台部顶面上的第二电极，该第二电极具有一第一电极块、一第二电极块及一连接该第一电极块、该第二电极块的连接段，该第一电极块、该第二电极块分别设置在该第一区域、该第二区域，且该连接段横跨该中间区域并分别连接该第一电极块、该第二电极块，该第一电极、该第二电极彼此配合提供电能至该动作膜，使该动作膜以光电效应将接受的电能转换成光能后向外发出。

本发明所述的发光二极管，该底部呈长方形，且该开放区域由该底部的一长边向另一长边方向延伸。

本发明所述的发光二极管，该连接段呈弧形，且在通过该连接段的圆心的所有直线中，位于该连接段与该开放区域的边缘之间的线段长度相同。

本发明所述的发光二极管，定义一与该第一方向平行并通过该开放区域中心的第一直线，其中，该第一直线与该中间区域靠近该第一电极的一边交于一第一交点、与另一对边交于一第四交点、与该连接段靠近该第一交点的一边交于一第二交点，并与该连接段靠近该第四交点的一边交于一第三交点，该第一交点到该第二交点的距离与该第三交点到该第四交点的距离的比值介于1.5至4.0之间。

本发明所述的发光二极管，该第一交点到该第二交点的距离与该第三交点到该第四交点的距离的比值介于2.0至3.5之间。

本发明的有益效果在于：利用特定的第一区域、第二区域沿垂直于该第一方向的宽度比值设定及第二电极的设计，让电流在注入该动作膜时得以均匀扩散分布，进而有效提升发光二极管的发光效率。

附图说明

图1是一示意图，说明目前水平式发光二极管结构；

图2是一剖视图，辅助说明图1；

图3是一示意图，说明目前水平式发光二极管结构的另一态样；

图4是一剖视图，辅助说明图3；

图5是一示意图，说明目前水平式发光二极管结构的又一态样；

图6是一剖视图，辅助说明图5；

图7是一示意图，说明本发明较佳实施例的发光二极管结构；

图8是一沿图7中的直线8-8所取的剖视图；

图9是一说明本发明该较佳实施例不同的a、b比值与亮度关系的曲线图；

图10是一说明本发明该较佳实施例与比较例的面积与亮度关系的曲线图；

图11是一说明本发明该较佳实施例不同的c、d比值与亮度关系的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图7、图8，图8是选自图7中8-8线的剖视图，本发明高亮度发光二极管的一较佳实施例包括一基材2、一形成于该基材上的动作膜3及一电极单元4，该电极单元4可配合提供电能至该动作膜3，该动作膜3在接受电能后可以光电效应将电能转换成光能后向外发出。

该基材2由绝缘材料构成，由于该基材2的构成材料为本领域技术人员所熟知，因此，在此不再多加赘述，于本实施例中该基材2呈长方形且由蓝宝石为材料所构成，并定义一垂直于该基材2的长边方向为第一方向y。

该动作膜3在型态上包括一与该基材2连接的底部31及一自该底部31向上延伸的台部32，该底部31具有一沿该第一方向y延伸的开放区域311、一自该开放区域311向该第一方向y延伸的中间区域312及位于该开放区域311与中间区域312相反两侧的一第一区域313与一第二区域314，该台部32自该中间区域312与第一区域313、第二区域314向上形成，该第一区域313、该第二区域314沿垂直于该第一方向y的宽度分别为a、b，且a与b的比值(a/b)介于0.6至0.95之间。

于本实施例中，该底部31对应该基材2呈长方形，该开放区域311由该底部31的其中一长边向另一长边方向概呈半弧形延伸。

具体的说，该动作膜3先以外延方式依序在该基材2上形成一n-型半导体层及一p-型半导体层，接着再以光刻制程由该p-型半导体层顶面向下蚀刻至该n-型半导体层裸露出，而形成结构上具有一与该基材2连接的n-型半导体层及一连接在该n-型半导体层上并与该n-型半导体层形成p-n结(p-n junction)的p-型半导体层，当提供电能流通过该动作膜3时，于该p型半导体层与该n型半导体层形成的p-n结产生电子空穴复合而产生光。

该n-型半导体层、该p-型半导体层的构成材料，可分别选自包括n-型掺杂的III-V族半导体材料及p-型掺杂的III-V族半导体材料，由于该动作膜3的制作方式及相关半导体材料的选择为本领域技术人员所熟知且非为本发明的重点，因此，在此不再多加详述，于本实施例中，该n-型半导体层选自n-型掺杂的氮化镓系(GaN-based)半导体材料，该p-型半导体层选自p-型掺杂的氮化镓系(GaN-based)半导体材料。

另外，要说明的是，该动作膜3也可视实际发光二极管的需求而有不同的堆叠膜层构造，例如该动作膜3可还包括一形成在该p-型半导体层上的导电层，可帮助电流均匀扩散，以进一步提升该动作膜的发光效率，由于所述具有不同功能的膜层结构的材料及制作方法为本领域技术人员所熟知且非为本发明的重点，因此，在此不再多加详述。

该电极单元4，具有一设置在该开放区域311且与该开放区域311呈欧姆接触(Ohmic contact)的第一电极41及一形成在该台部32顶面且与该台部32呈欧姆接触的第二电极42，该第二电极42具有一第一电极块421、一第二电极块422及一连接该第一电极块421、该第二电极块422的连接段423，于本实施例中，该第一电极41形成在该开放区域311的中央位置，该第一电极块421、该第二电极块422分别设置在该第一区域313、该第二区域314上，该连接段423呈弧状横跨该中间区域312并连接该第一电极块421、该第二电极块422。

值得一提的是，本发明可再通过控制该连接段423与该中间区域312相对两边的距离比例，而可再进一步提升该发光二极管的发光效率。

于本实施例中该连接段423呈弧状延伸连结该第一电极块421、该第二电极块422，且与该开放区域311边缘的距离实质相同，也就是说，在通过该连接段423的圆心的所有直线中，位于该连接段423与该开放区域311的边缘之间的线段长度相同，定义一与该第一方向y平行且通过该开放区域311中心的第一直线L，该第一直线L与该中间区域312靠近该第一电极41的一边交于一第一交点01、与另一对边交于一第四交点04，并与该连接段423靠近该第一交点01的一边交于一第二交点02，并与该连接段423靠近第四交点04的一边交于一第三交点03，该第一交点01到该第二交点02的距离为c，该第三交点03到该第四交点04的距离为d，且c与d的比值(c/d)介于1.5至4.0之间。

该第一电极41、该第二电极42选自金属材料，例如金、铝、钯、钛、铂或其中一组合所构成，于本实施例中该第一电极41、该第二电极42均选自钛金为材料所构成，该第一电极41、该第二电极42彼此配合提供电能至该动作膜3，该动作膜3在接收电能后将电能转换成光能向外发出。

参阅图9，图9是将本发明该较佳实施例的发光二极管的c/d比值固定为3，并在固定的导通电压下量测不同的a/b比值所表现出的亮度曲线图，由图9可知当a/b比值控制在0.6至0.95之间时，所表现出的亮度约在7.0mW以上，较佳地，该a/b比值在0.65至0.9之间时所表现出的亮度更可提升至7.1mW以上。图9中关于纵坐标的文字说明“亮度(mW20mA)”表示亮度是在20mA下测得且以mW为单位。

参阅表1，表1是将本发明该较佳实施例的发光二极管(a/b比值固定为0.71，c/d比值固定为3)与比较例1及比较例2分别在不同晶片尺寸面积时，于相同的导通电压下的发光效率结果，该比较例1即为图3所示的发光二极管结构，该比较例2即为图5所示的发光二极管结构。

表1

另外，参阅图10，图10为将表1的结果所绘制出的发光二极管面积与发光亮度的关系曲线图，图中菱形(◆)代表该较佳实施例，三角形(▲)代表该比较例1，正方形(■)代表该比较例2。

由图10的结果可知，本发明该较佳实施例以不同于现有的非对称式电极结构设计，将电极设置在具有特定a/b比值的位置，使电流注入达到较佳的扩散效果，因此与该比较例1及比较例2相较，在相同面积下，本发明该较佳实施例可具有最高的发光效率，且可在最短时间内即反应达到所需亮度，即本发明该发光二极管可以较小的面积达到与现有的发光二极管相同的发光亮度，而可更进一步达到降低成本，缩小元件尺寸的另一目的。

值得一提的是，由实验结果得知当更进一步调控该第一交点到该第二交点的距离c与该第三交点到该第四交点的距离d之间的比值(c/d)介于1.5至4.0之间时，可更进一步提升电流注入时的均匀性，而可更进一步提升该动作膜的发光效率。

参阅图11，图11是本实施例在a/b比值为0.71的条件下，不同的c/d比值所表现出的亮度曲线，由图11结果可知，当c/d比值控制在1.5至4之间时，该发光二极管的亮度均可实质达到约7.1mW，较佳地，当c/d比值控制在2至3.5之间时该发光二极管的亮度均可实质达到约7.2mW。

由以上说明可知，本发明通过控制该第一电极、该第二电极于该动作膜的相对位置设置，可让电流通过该第一电极、该第二电极注入至该动作膜时更均匀地扩散，令本发明该发光二极管的发光效率提升，而可提升亮度，因此可以较小的面积达到与现有发光二极管相同的发光亮度，而更进一步达到降低成本，缩小元件尺寸的另一目的。

Claims

1.一种发光二极管，包括：一基材、一动作膜以及一电极单元，其特征在于，该动作膜包括一与该基材连接的底部及一自该底部向上延伸的台部，该底部具有一沿一第一方向延伸的开放区域、一自该开放区域向该第一方向延伸的中间区域及位于该开放区域与该中间区域相反两侧的一第一区域与一第二区域，该台部自该中间区域与该第一区域、该第二区域向上形成，且该第一区域、该第二区域沿垂直于该第一方向的宽度比值介于0.6至0.95之间，该电极单元具有一设置在该开放区域的第一电极及一设置在该台部顶面的第二电极，该第二电极具有一第一电极块、一第二电极块及一连接该第一电极块、该第二电极块的连接段，该第一电极块、该第二电极块分别设置在该第一区域、该第二区域，且该连接段横跨该中间区域并分别连接该第一电极块、该第二电极块，该第一电极、该第二电极彼此配合提供电能至该动作膜，使该动作膜以光电效应将接受的电能转换成光能后向外发出；

其中，该连接段呈弧形，且在通过该连接段的圆心的所有直线中，位于该连接段与该开放区域的边缘之间的线段长度相同；

定义一与该第一方向平行并通过该开放区域中心的第一直线，其中，该第一直线与该中间区域靠近该第一电极的一边交于一第一交点、与另一对边交于一第四交点、与该连接段靠近该第一交点的一边交于一第二交点，并与该连接段靠近该第四交点的一边交于一第三交点，该第一交点到该第二交点的距离与该第三交点到该第四交点的距离的比值介于1.5至4.0之间。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该底部呈长方形，且该开放区域由该底部的一长边向另一长边方向延伸。

3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该第一交点到该第二交点的距离与该第三交点到该第四交点的距离的比值介于2.0至3.5之间。