TW201101538A - Light emitting diode - Google Patents

Description

201101538 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光二極體，特別是指一種高亮 度發光二極體。 ~ 【先前技術】 參閱圖1、圖2，目前水平式發光二極體（ Emitting Diode ; LED )包含一長方型基材u、一作動膜 ⑴及-電極單元13,該基材u是選自藍寶石為材料所構 成，該作動膜12在接受該電極單元13提供的電能時可以 光電效應發光，在型態上包括一與該基材u連接的底部 121、及一自該底部121向上延伸的台部122，該底部 具有一由其中一Μ邊向另一μ邊方向延伸並呈方形的開放 區域123，及一含嵌該開放區域123的外部區域124，該台 部122自該外部區域124向上一體形成；在結構上，該作 動膜12具有一與該基材u連接的η型半導體層，及一連 接在該η-型半導體層上並與該半導體層形成ρ η接面 (P-η junction)的ρ_型半導體層，當電能流通過該作動膜 12時，可在該ρ、η型半導體層與其中形成的ρ_η接面產生 電子電洞複合而產生光。 該電極單元13具有一形成在該開放區域123上並與該 η-型半導體層歐姆接觸的第一電極131，及一相對遠離該第 電極131地形成在該外部區域124上並與該ρ型半導體 層相歐姆接觸的第二電極132，當外界經由該第一、二電極 131、132配合提供電能至該作動膜12時，該作動膜12可 3 201101538 以光電效應將接受的電能轉換成光能後向外發出。 對目則的水平式發光二極體而言，雖然確實可以在提 供電能時發光’但是因為該第一、二電極i3i、i32不透 光，因此在產生光能時會因為該第一、二電極ΐ3ι、132的 遮擋而損失大部份向外發出的光量，且經由該第_、二電 極m'm配合提供電能至該作動膜12日夺，亦容易因為 該第-、二電極131、132的形狀為簡單的矩形設計而使得 電流注入的均句性不佳，進而讓元件的發光效率亦同時受 到影響。 為了改善因電極的結構所造成的發光效率降低的問 題’因此有許多對電極結構的改良方法陸續被提出。 參閲圖3、目4,是目前常見的以不同的電極結構設計 用以改善電流注入擴散均勻性的水平式發光二極體結構， 其與上述的水平式發光二極體結構類似，不同處在於該第 二電極132具有一第一電極塊133、一第一延伸段134，及 -第二延伸段135 ’該第-電極《133為相對該第一電極 131地對應設置在靠近另一短邊的位置，該第一延伸段134 是由該第一電極塊133向該第一電極131方向延伸，該第 二延伸段135是沿著該開放區域123延伸，且該第二延伸 段135的中心位置與該第一延伸段134的末端連接，利用 該等對稱分佈的電極結構設計，提升電流注入到該半導體 層中的分散均勻度，以提昇LED的發光效率。 參閱圖5、® 6，另外，美國專利第us6,847,〇52號 案，則揭示另一種可提升發光效率的LED結構設計其結 201101538 構與上述的水平式發光二極體結構類似，不同處在於其基 材11是呈正方型，該開放區域123是由該基材11的其中一 角落概成扇形延伸，該電極單元13更包括—形成在該卜型 半導體層表面的電極層138，該第二電極132形成在該電極 層138上，具有一相對遠離該第一電極131設置的中心區 136，及一由該中心區136向外對稱延伸的延伸段m，同 樣是利用全對稱式的電極結構設計，提升電流注入到該作 動膜的分散均勻度，而提升LED的亮度。 由於電極是LED元件作動時電流注入作動層的第一個 接面，因此，如何改良電極的結構設計，提升電流注入的 均勻性，以提升LED元件的發光效率，一直是在此技術領 域者不斷改善的方向之一。 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供一種高亮度發光二極 體。 於是，本發明一種高亮度發光二極體包含—基材、一 作動膜，及一電極單元。 該作動膜在接受電能時可以光電效應發光，包括一與 該基材連接的底部，及一自該底部向上延伸的台部，該底 部具有-沿-第一方向延伸的開放區域、一自該開放區域 向該第一方向延伸的中間區域，及位於該開放區域與中間 區域相反兩侧的一帛一區域與一第二㊣域，該台部是㈣ 中間區域與該第一、二區域向上形成，且該第―、二區域 /α垂直於該第一方向的寬度比值介於0.6〜0.95。 5 201101538 該電極單元’具有-設置在該開放區域的第一電極及 -在該台部頂面上的第二電極，該第二電極具有一第一電 極塊、-第二電極塊，及-連接該第_、二電極塊的連接 段，該第-、二電極塊分別設置在該第―、二區域，且該 連接段為橫跨該中間區域分別連接該第一、二電極塊，該 第-、二電極彼此配合提供電能至該作動層，使該作動層 以光電效應將接受之電能轉換成光能後向外發出。 本發明之功效在於：利用特定之第一、二區域沿垂直 於該第-方向的比值設定’及第二電極的設計讓電流在 注入該作動膜時得以均句擴散分佈，進而有效提升發光二 極體的發光效率。 【實施方式】 有關本發明t前述及其他技術内纟、特點與功效在 以下配合參考圖式之-個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 參閱圖7、圖8,圖8是選自圖7中8_8線的剖視圖， 本發明咼壳度發光二極體的一較佳實施例是包含—基材2、 一形成於該基材上的作動膜3,及一電極單元4，該電極單 元4可配合提供電能至該作㈣3 ’該作動膜3在接受電能 後可以光電效應將電能轉換成光能後向外發出。 該基材2是由絕緣材料構成，由於該基材2的構成材 料為本技術領域者所周知，因此，在此不再多加贅述，於 本實施例中該基材2是呈長方型且由藍寶石為材料所構 成，該第一方向為垂直於該基材的長邊方向。 201101538 該作動膜3在型態上包括一與該基材2連接的底部 31，及一自該底部31向上延伸的台部32，該底部31具有 一沿一第一方向y延伸的開放區域311、一自該開放區域 311向該第一方向y延伸的中間區域312，及位於該開放區 域311與中間g域312相反兩側的一第一區域313與一第二 區域314，該台部32是自該中間區域312與第一、二區域 313、314向上形成，該第一、二區域313、314沿垂直於該

第-方向y的寬度分別為a、b，且&與b的比值(a/b)介於 0.6〜0.95。 於本實施例中，該底部31是對應該基材2呈長方型， 該開放區域311是由該底部31的其中—長邊向另一長邊方 向概呈半弧形延伸。 具體的說，該作域3是先Μ晶方式絲在該基材2 ^形成-η-型半導體層及—ρ·型半導體層，接著再以微影 製程由該Ρ-型半導體層頂面向下姓刻至該η型半導體層裸 露出，而形成結構上具有—與該基材2連接的〜型半導體 層’及-連接在該η_财導體層上並肖η•料導體層型成 卿cti°n)的ρ_型半導體層，當提供電能流通 ^ 時，於該Ρ、η型半導體層形成的ρ·η接面產 生電子電洞複合而產生光。 該第一、二型半導體層的構成材料，可分別選自包括 摻雜的III_V族半導體材料，由於該作動膜 知二半導體材料的選擇為本技術領域者所週 非為本發明的重點，因此，在此不再多加詳述，於本 7 201101538 實施例中，該第—型半導體 雜的亂化鎵系（GaN-based)半導體材料Y 、P里摻 體的而的是，該作動媒3亦可視實際發光二極 求而有不同的堆疊媒層構造，例如該作動層3可更 成：該p，半導體層上的導電層，可幫 ，，以進-步提升該作動膜的發光效率，由於該等呈 有不同功能的模層結構的材料及製作方法為本技術領域者 所週知且非為本發明的重點，因此，在此不再多加詳述。 »亥電極單元4’具有一設置在該開放區域且與該開 放區域3Η呈歐姆接觸（〇hmic _Uct)的第—電極41 ’，、及— 形成在該台部32頂面且與該台# 32呈歐姆接觸的第二電 極42,該第二電極42具有一第一電極塊421、一第二電極 塊422，及一連接該第一、二電極塊421、422的連接段 423，且該第一、二電極塊421、422分別設置在該第一、 二區域313、314，於本實施例中，該第一電極41是形成在 s亥開放區域311的中央位置’該第一、二電極塊421、422 分別設置在該第一、二區域313、314上，該連接段423是 呈弧狀橫跨該中間區域312連接該第一、二電極塊421、 422 ° 值得一提的是，本發明可再借由控制該連接段423與 該中間區域312相對兩邊的距離比例，而可再進一步提升 該發光二極體的發光效率。 於本實施例中該連接段423為呈弧狀延伸連結該第 201101538 Ο Ο 一、二電極塊421、422,且與該開放區域311邊緣的距離 實為相同定義-與該第-方向y平行且通過該開放區域 311中〜的第-直線L’該第—直線L與該中間區域犯靠 近該第-電;41的-邊交於—第一交點〇1、與$ 一對邊交 於-第四交點04，並與該連接段423靠近該第—交點〇1的 -邊交於-第二交點〇2’並與該連接段423靠近第四交點 〇4的-邊交於一第三交點〇3,該第一交點〇ι到該第二交 點〇2的距離距離為c，該第三交點〇3到該第四交點〇4的 距離為d，且c與d的比值（c/d)介於i 5〜4 〇。 該第一、二電極41、42是選自金屬材料，例如金、 鋁鈀！太、始，或其中一組合所構成，於本實施例中該 第—電極41、42均選自鈦金為材料所構成，該第一、 二電極41、42彼此配合提供電能至該作動膜3，該作動膜 3在接收電能後將電能轉換成光能向外發出。 參閱圖9’圖9是將本發明該較佳實施例之發光二極體 的c/d比值固定為3，並在 I你L4疋的導通電壓下量測不同的 a/b比值所表現出的亮度曲線圖’由9可知當a/b比值控 制在0.6〜0.95之間時，所表現出之亮度約在7驗以上， 紹圭地la/b比值在G.65〜G.9之間時所表現出之亮度更可 提升至7.1 mW以上。 參閱表-，表一是將本發明該較佳實施例之發光二極 比值固we/d*值固定為3)與比較例】及比 較例2为別在不同晶片尺寸面積時，於相同的導通電壓下 的發先效率結果，該比較例1即為圖3所示之發光二極體 201101538 結構，該比較例2即為圖5所示之發光二極體結構

-~~~~—--7.11 另外，參_ H)，圖1G為將表—的結 先二極體面積與發光亮度的關係曲線圖，圖中菱型(♦)代 該較佳實施例，三角形⑷代表該比較例ΛΓ开 代表該比較例2’由圖i。的結果可 例以不同於習知的非對稱式電極結構設計，將;= 10 201101538 具有特定a/b比值的位置，使電流注人達到較佳的擴散效 果，因此與該比較例〗及比較例2相較，在相同面積下， 本發明該較佳實施例可具有最高的發光效率，且可在最短 時間内即反應達到所需亮度，即本發明該發光二極體可以 較小的面積達到與習知的發光二極體相同的發光亮度，而 可更進-步達到降低成本，縮小元件尺寸的另一目的。

值知一提的是，由實驗結果得知當更進一步調控該第 交點到該第二交點的距離c，與該第三交點到該第四交點 的距離d之間的比值（―介於15〜4()時，可更進一步提 升電流注入時的均勻性’而可更進一步提升該作動膜的發 參閱圖n，圖u是本實施例在a/b比值為〇71的條件 下^同的c/d比值所表現出的亮度曲線，纟圖^結果可 知’當^比值控制在L5〜4之間時，該發光二極體的亮度 均可實質達到約7.lmW，較佳地，當c/d比值控制在2〜3 5 之間時該發光二極體的亮度均可實f達到約72潇。 本發明藉由控制該篦—、_ + k u 一電極於該作動膜的相對位 =置，可讓電流經由該第一、二電極注入至該作動膜時 :更均勻的擴散’令本發明該發光二極體的發光效率提 _而可提升党度，因此可以較小的面積達到與習知發 ，極體相同的發光亮度’而可更進—步達到降低成本，縮 、几件尺寸的另—目的，故確實可達到本發明之目的。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已， 症以此㈣本發明實施之範圍，即大凡依本發明中請= 11 201101538 等效變化與修飾，皆仍 範圍及發明說明内容所作之簡單的 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一示意圖， 圖2是一剖視圖， 圖3是一示意圖 另一態樣； 說月省知水平式發光二極體結構； 辅助說明圖1 ; 說明習知水平式發光二極體結構的 圖4是一剖視圖，辅助說明圖3 ; 圖5疋#意圖’說明習知水平式發光二極體結構的 又一態樣； 圖6是一剖視圖’輔助說明圖5 ; 圖7疋示意圖，說明本發明較佳實施例的發光二極 體結構； 圖8是一 /σ圖7中之直線8-8所取的剖視圖； 圖9是一曲線圖，說明本發明該較佳實施例不同的a、 b比值與亮度的關係曲線； 圖10是一曲線圖，說明本發明該較佳實施例與比較例 的面積與亮度關係曲線；及 圖11是一曲線圖，說明本發明該較佳實施例不同的 C、d比值與亮度的關係曲線。 12 201101538 【主要元件符號說明】 y 第一方向 31 311 L 第一直線 312 01 第一交點 313 02 第二交點 314 03 第三交點 32 04 第四交點 4 a 第一區域寬度 41 42 b 第二區域寬度 421 c 第一、二交點距離 422 d 第三、四交點距離 423 2 基材 3 作動膜 底部 開放區域 中間區域 第一區域 第二區域 台部 電極單元 第一電極 第二電極 第一電極塊 第二電極塊 連接段 ❹ 13

Claims (1)

1. 201101538 七、申請專利範圍： 1· 一種發光二極體包含： 一基材； 一作動膜，提供電能時以光電效應發光，包括一與 該基材連接的底部、及—自該底部向上延伸的台部，、 該底部具有一沿—第—方向延伸的開放區域、—自該 開放區域向該第一方向延伸的中間區域，及位於該開 放區域與中間區域相反兩側的一第一區域與一第二2 域，該台部是自該中間區域與該第一、二區域向上形 成，且該第一、二區域沿垂直於該第一方向的寬度比 值介於0.6〜0·95 ;及 一電極單元，具有一設置在該開放區域的第一電極 及一设置在該台部頂面的第二電極，該第二電極具有— 第一電極塊、一第二電極塊，及一連接該第―、二電極 塊的連接段’該第-、二電極塊分別設置在該第一、二 區域，且該連接段為橫跨該中間區域分別連接該第一、 電和塊該第、一電極彼此配合提供電能至該作動 層’使该作動層以光電效應將接受之電能轉換成光能後 向外發出。 依據申β專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，該 底部呈長方形，且該開放區域是由其中一長邊向另一長 邊方向延伸。 3.依據申請專利範圍第i項所述的發光二極體，其中，該 、接^又呈弧开v且该連接段到該中心區域邊緣的距離實 14 201101538 質相同。 4. G 5. 依據申請專利範圍第3項所述的發光二極體，定義一與 該第一方向平行並通過該開放區域中心的第一直線，1 中，該第一直線與該中心區域靠近該第〜 ，、 於-第-交點、與另-對邊交於__第 5的—邊交 段靠近該第一交點的一邊交於一第二交點、與該連接 段靠近第四交點的一邊交於—第三交點點，並與該連接 該第二交點的距離與該第i交點到該第 值介於1.5~4.0。 依據申請專利範圍第4項所述的發 第-交點到該第二交點的距離與該第三力懸’其中，該 點的距離比值介於2.0〜3.5。 人點到該第四交 又”，颉第一交點到 四交點的距離比

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