TWI876168B

TWI876168B - 發光模組

Info

Publication number: TWI876168B
Application number: TW111119622A
Authority: TW
Inventors: 歐崇仁; 陳鈺旻; 蔡明偉; 陳建智
Original assignee: 中強光電股份有限公司
Priority date: 2022-05-26
Filing date: 2022-05-26
Publication date: 2025-03-11
Also published as: TW202347815A

Abstract

一種發光模組，包括一透光基板以及一微發光二極體。微發光二極體配置於透光基板上。微發光二極體包括第一型半導體層、發光層以及第二型半導體層。第一型半導體層具有相對的一第一頂面以及一第一底面。發光層配置於第一型半導體層的第一頂面上。第二型半導體層配置於發光層上。其中，第一頂面與第一底面的面積比值為0.55至0.95的範圍內。

Description

發光模組

本發明是有關於一種光學模組，且特別是有關於一種發光模組。

微型發光二極體(micro light-emitting diode,micro-LED)的輸出光形對於整個裝置的光學設計，有巨大的影響。應用在不同裝置中，為了達到特殊需求，需要讓輸出光形為特定形狀。舉例而言，在顯示裝置中，為了使亮度提高，需要將光源的光形變成準直光。在照明系統中，為了使亮度均勻，會將光形調整為均勻分布。在整個光學系統中，可以使用其他光學元件，如增加透鏡等，或是增加光學結構，以實現光形調變之目的。

以現今技術要實現輸出光形調變，主要有幾種方法。應用在大型光路上，可使用多個動件，如面鏡、透鏡、空間濾波器等。其優點是方便進行調整，有利於元件開發初期以光路做為實驗階段測試。然而，缺點則是尺寸過大不便於LED應用，且大型光路設計易受環境其他因素影響，如粉塵、外在光源等的影響。其他方法如將大型光路設計微縮，縮小系統大小且保有其改變光形之能力，或是在元件製作中加上微結構。但目前技術中，需要使用多個光學元件，或是設計較複雜且製程繁瑣而不易於光形的調整。

“先前技術”段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在“先前技術”段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在“先前技術”段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本發明提供一種發光模組，其製程簡單，可提升發光效率，並獲得接近朗伯分佈(Lambertian)自然光形的輸出光形。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明提供一種發光模組，包括一透光基板以及一微發光二極體。微發光二極體配置於透光基板上。微發光二極體包括第一型半導體層、發光層以及第二型半導體層。第一型半導體層具有相對的一第一頂面以及一第一底面。發光層配置於第一型半導體層的第一頂面上。第二型半導體層配置於發光層上。其中，第一頂面與第一底面的面積比值為0.55至0.95的範圍內。

基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明的發光模組中，微發光二極體包括第一型半導體層、發光層以及第二型半導體層。其中在第一型半導體層的第一頂面S11與第一底面S12的面積比值為0.55至0.95的範圍內時，其製程簡單，可有效提升發光效率，並獲得接近朗伯分佈(Lambertian)自然光形的輸出光形。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100:發光模組

110:透光基板

120:微發光二極體

121:緩衝層

122:第一型半導體層

124:發光層

126:第二型半導體層

128:透明導電層

129:反射層

201,202:曲線

A1:第一夾角

A2:第二夾角

A3:第三夾角

L:照明光束

S11:第一頂面

S12:第一底面

S13:第一側面

S21:第二頂面

S22:第二底面

S23:第二側面

S31:第三頂面

S32:第三底面

S33:第三側面

圖1為本發明一實施例的發光模組的剖面示意圖。

圖2A至圖2C為不同規格參數的圖1的發光模組的光強度相對於視角的分布圖。

圖3為製作圖1的發光模組的製程角度對於蝕刻製程時間的曲線圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1為本發明一實施例的發光模組的剖面示意圖。請參考圖1。本發明提供一種發光模組100，包括一透光基板110、一微發光二極體120。微發光二極體120朝向配置透光基板110的一側提供照明光束L，且照明光束L傳遞通過透光基板110。在本實施例中，透光基板110例如為藍寶石基板。

微發光二極體120配置於透光基板110上，且微發光二極體120包括堆疊的一第一型半導體層122、一發光層124以及一第二型半導體層126。其中，第一型半導體層122具有相對的一第一頂面S11、一第一底面S12以及連接於第一頂面S11與第一底面S12之間的一第一側面S13。在本實施例中，第一型半導體層122的厚度小於30微米。發光層124配置於第一型半導體層122的第一頂面S11上。發光層124具有相對的一第二頂面S21、一第二底面S22以及連接於第二頂面S21與第二底面S22之間的一第二側面S23。第二型半導體層126配置於發光層124上。第二型半導體層126具有相對的一第三頂面S31、一第三底面S32以及連接於第三頂面S31與第三底面S32之間的一第三側面S33。

具體而言，第一型半導體層122為N型半導體層，第二型半導體層126為P型半導體層。然而，在其他實施例中，也可以是第一型半導體層122為P型半導體層，而第二型半導體層126為N型半導體層。發光層124例如為量子井層或多重量子井層。第一型半導體層122、發光層124以及第二型半導體層126的材質可以是三-五族半導體、二-六族半導體或其他適當的半導體。在本實施例中，第一型半導體層122例如為N型氮化鎵層，第二型半導體層126例如為P型氮化鎵層，但本發明不以此為限。

在本實施例中，第一型半導體層122的第一頂面S11與第一底面S12的面積比值為0.55至0.95的範圍內時，其製程簡單，可提升發光效率，並獲得良好的光形。更佳地，第一頂面S11與第一底面S12的面積比值為0.72至0.81的範圍內具有更佳的效果。在本實施例中，藉由不同的製程可調整第一型半導體層122的第一頂面S11與第一底面S12的面積比值。舉例而言，在本實施例中，可進一步透過製程調整第一型半導體層122的底角。詳細而言，在本實施例中，第一型半導體層122的第一側面S13與第一底面S12之間具有一第一夾角A1，且第一夾角A1的角度落在10度至80度的範圍內。較佳地，在第一型半導體層122的厚度為1.4微米的條件下，當第一夾角A1為約26.4度時，第一型半導體層122的第一頂面S11與第一底面S12的面積比值為0.774。如此一來，可使發光效率提升至大於60%，並且可獲得接近Lambertian自然光形的光形。除此之外，還可避免因配置其他光學元件而產生的準直、結構組合、穩定度和像差、成本提高、發光效率下降等問題。

圖2A至圖2C為不同規格參數的圖1的發光模組的光強度相對於視角的分布圖。請參考圖1至圖2C。其中，圖2A至圖2C顯示了不同發光模組100所提供照明光束L的光強度相對於視角的分布圖(或稱光形圖)，其發光模組100的結構可參考圖1。舉例而言，當第一型半導體層122的第一頂面S11與第一底面S12的面積比值為0.72時，其光強度相對於視角的分布呈現如圖2A，且發光效率為81.4%。當第一型半導體層122的第一頂面S11與第一底面S12的面積比值為0.77時，其光強度相對於視角的分布呈現如圖2B，且發光效率為81.2%。當第一型半導體層122的第一頂面S11與第一底面S12的面積比值為0.81時，其光強度相對於視角的分布呈現如圖2C，且發光效率為81.1%。換句話說，本實施例只需針對第一型半導體層122進行角度蝕刻製程，其製程簡單，即可有效改變出光光形。其中值得一提的是，其中當第一型半導體層122的第一頂面S11與第一底面S12的面積比值為0.774時，發光模組100所提供光形將接近為朗伯分佈(Lambertian distribution)的自然光形，即圖2B所呈現。如此一來，將更有利於後續其他調整與應用。

圖3為製作圖1的發光模組的製程角度對於蝕刻製程時間的曲線圖。請參考圖1及圖3。另一方面，發光層124的第二側面S23與第二底面S22之間具有一第二夾角A2，且第二夾角A2小於90度。第二型半導體層126的第三側面S33與第三底面S32之間具有一第三夾角A3，且第三夾角A3小於90度。舉例而言，在本實施例中，發光層124的底角與第二型半導體層126的底角角度相同，意即，第二夾角A2與第三夾角A3的角度相同。在圖3中，曲線201顯示為第一夾角A1隨製程時間的蝕刻角度變化，而曲線202顯示為第二夾角A2與第三夾角A3隨製程時間的蝕刻角度變化。如此一來，由圖3可看出，當只需對發光層124以上的結構(即包含第二型半導體層126)進行微小幅度的蝕刻時，可節省較多的製程時間。此外，由圖3可看出，第一型半導體層122的第一夾角A1蝕刻至26.4度只需耗時18分鐘，故能用較短的蝕刻時間，且同時得到Lambertian自然光形。

在本實施例中，微發光二極體120還包括一緩衝層121、一透明導電層128以及一反射層129。緩衝層121配置於透光基板110與第一型半導體層122之間。因此，照明光束L由發光層124依序傳遞通過第一型半導體層122、緩衝層121以及透光基板110。在本實施例中，緩衝層121的折射率大於1.5，例如是3.5。當緩衝層121的折射率由2.4提高至3.5時，發光模組100的發光效率將可以由67.2%提高至72.4%。如此一來，可進一步藉由調製緩衝層121的折射率提升出光效率，且對光形不會有太大影響。

透明導電層128配置於第二型半導體層126的第三頂面S31上。透明導電層128的材質例如為氧化銦錫或其他適當的透明導電材料，本發明並不限於此。在本實施例中，透明導電層128的底角的角度也可設計為相同於第二夾角A2與第三夾角A3的角度。可減少製程所需時間。反射層129配置於透明導電層128的頂側且覆蓋緩衝層121、第一型半導體層122、發光層124、第二型半導體層126以及透明導電層128的側面以及透明導電層128的部分頂面。因此，發光層124所提供出的照明光束L的其中一部分則會被反射層129往下反射出光。

綜上所述，在本發明的發光模組中，微發光二極體包括第一型半導體層、發光層以及第二型半導體層。其中在第一型半導體層的第一頂面S11與第一底面S12的面積比值為0.55至0.95的範圍內時，其製程簡單，可有效提升發光效率，並獲得良好的光形。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，不以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。