应用于发光二极管的全方位反射镜的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种应用于发光二极管的全方位反射镜，是形成于发光二极管的磊晶基板的下表面，用以使预定波段内的光源朝磊晶基板的上表面行进，光源是自形成于磊晶基板上表面的发光膜层结构中的发光层所放射。该全方位反射镜包含：形成于磊晶基板下表面的反射膜层结构。反射膜层结构自磊晶基板下表面背向磊晶基板的方向为(H/L)m/(xH/xL)m。H与L分别为第一介电材料与第二介电材料的厚度，第一、二介电材料的折射率分别为n1与n2，且n1＞n2。H等于λ0/4n1，L等于λ0/4n2，λ0为预定波段的中心波长，1.25≦x≦1.75，m≧8。
【专利说明】应用于发光二极管的全方位反射镜
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种反射镜,特别是指一种应用于发光二极管(light-emittingdiode, LED)的全方位反射镜(omnidirectional reflector)。
【背景技术】
[0002]参图1与图2，美国核准公告第6，960，485号发明专利案公开一种发光二极管1，其包含蓝宝石(sapphire)嘉晶基板(epitaxial substrate) 11、多个间隔地嘉制于该蓝宝石嘉晶基板11的上表面111的发光单兀12,及形成于该监宝石嘉晶基板11的下表面112的反射镜13。各发光单元12具有发光层(active layer) 121以放射出预定波段的光源。该反射镜13自该蓝宝石磊晶基板11的下表面112背向该上表面111的方向依序具有厚度约30nm且是由Al2O3所构成的透光层131、厚度约300nm且是由Al所构成的反射层132，及厚度约IOOnm且是由Al2O3所构成的防蚀层133。该反射镜13能够使得自该发光层121行进至该反射镜13的光源朝该蓝宝石磊晶基板11的上表面111的方向反射。
[0003]然而， 熟悉此【技术领域】者应知，构成该光源的光子(photon)是以散乱的角度自该发光层121被放射出来，该光源行进至该反射镜13时也与该反射镜13的法线夹有不同的入射角。因此，一旦所夹的入射角未能大于达成全反射(total reflection)的特定临界角(critical angle)时，便有部分光源被该反射镜13所吸收或折射；相对地，对于反射率效能的贡献度也有限。然而，上述发光二极管I所使用的反射镜13便是无法满足以各角度入射至该反射镜13的反射率皆可大于80%的要求。
[0004]参图3，美国核准公告第6，121，636号发明专利案公开一种发光二极管2，其包含蓝宝石磊晶基板21、磊制于该蓝宝石磊晶基板21上的发光膜层结构22，及形成于该蓝宝石磊晶基板21下的反射镜23。该反射镜23可以是金属层，或是绝缘的多层膜。
[0005]熟悉此【技术领域】者应知，该多层膜一般是由多个高折射率(refractive index)介电层(dielectric layer)与多个低折射率介电层轮流交替堆栈所构成的分布式布拉格反射镜(distributed Bragg ref lector, DBR)结构，其高折射率(nH)介电层的厚度(H)与低折射率(?)介电层的厚度(L)分别是入/^^与λ/4?;其中，λ为该发光膜层结构22所放射的光源的中心波长。然而，此种DBR结构所构成的反射镜23仍存在有相同于图2所示的反射镜13的缺点,其无法有效地反射以各角度入射至该反射镜23的光源。
[0006]经上述说明可知，提升以各角度入射至反射镜的光源的反射率，使得反射镜上方的发光二极管的光取出率(light-extraction efficiency)获得有效的改善,是此【技术领域】者所需改进的课题。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中发光二极管所使用的反射镜无法有效反射各角度入射的光源的缺陷，提供一种应用于发光二极管的全方位反射镜，可提升发光二极管的光取出率。[0008]本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种发光二极管的全方位反射镜，是形成于发光二极管的磊晶基板的下表面，用以使预定波段内的光源朝该磊晶基板的上表面行进，该光源是自形成于该磊晶基板上表面的发光膜层结构中的发光层所放射。该全方位反射镜包含反射膜层结构。该反射膜层结构形成于该磊晶基板的下表面，且自该磊晶基板的下表面背向该磊晶基板的方向为(H/L)m/(XH/XL)m。
[0009]其中，H与L分别为第一介电材料的厚度与第二介电材料的厚度，该第一介电材料与该第二介电材料的折射率分别为Ii1与n2,且Ii1 > n2 ;H等于AciZ^n1, L等于AQ/4n2,且入。为该预定波段的中心波长；1.25兰X兰1.75，且m兰8。[0010]此外，本发明另一种应用于发光二极管的全方位反射镜，是形成于发光二极管的磊晶基板的下表面，用以使预定波段内的光源朝该磊晶基板的上表面行进，该光源是自形成于该磊晶基板上表面的发光膜层结构中的发光层所放射。该全方位反射镜包含反射膜层结构。该反射膜层结构形成于该磊晶基板的下表面，且自该磊晶基板的下表面背向该磊晶基板的方向为 L/M/(H/L)7(xH/xL)m。
[0011]其中，H与L分别为第一介电材料的厚度与第二介电材料的厚度，M为金属材料的厚度，该第一介电材料与该第二介电材料的折射率分别为Ii1与112，且II1 > n2 ;H等于A0/4ni，L等于λ 0/4η2, λ。为该预定波段的中心波长，且M大于IOOnm ； 1.25 ^ x ^ 1.75,且m芎I。
[0012]本发明的功效在于:调整第一介电材料与第二介电材料的厚度关系，使得以各角度入射至全方位反射镜的光源所构成的反射率得以增加，并从而有效地提升全方位反射镜上方的发光二极管的光取出率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是一正视示意图，说明美国核准公告第6，960，485号发明专利案所公开的一种发光二极管；
[0014]图2是一局部放大示意图，说明显示于图1中的反射镜的细部膜层结构；
[0015]图3是一正视示意图，说明美国核准公告第6，121，636号发明专利案所公开一种发光二极管；
[0016]图4是一正视示意图，说明本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一第一较佳实施例及一第二较佳实施例；
[0017]图5A与图5B分别是经仿真软件优化前与优化后的反射率曲线，说明本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例I(El)在不同角度下的反射率；
[0018]图6A与图6B分别是经仿真软件优化前与优化后的反射率曲线，说明本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例2 (E2)在不同角度下的反射率；
[0019]图7A与图7B分别是经仿真软件优化前与优化后的反射率曲线，说明本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例3 (E3)在不同角度下的反射率；
[0020]图8A与图SB分别是经仿真软件优化前与优化后的反射率曲线，说明本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例4(E4)在不同角度下的反射率；
[0021]图9A与图9B分别是经仿真软件优化前与优化后的反射率曲线，说明本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一比较例(CE)在不同角度下的反射率；[0022]图1OA与图1OB分别是经仿真软件优化前与优化后的反射率曲线，说明本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例5 (E5)在不同角度下的反射率；
[0023]图1lA与图1lB分别是经仿真软件优化前与优化后的反射率曲线，说明本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例6 (E6)在不同角度下的反射率；
[0024]图12A与图12B分别是经仿真软件优化前与优化后的反射率曲线，说明本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例7 (E7)在不同角度下的反射率 '及
[0025]图13A与图13B分别是经仿真软件优化前与优化后的反射率曲线，说明本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例8 (E8)在不同角度下的反射率。
【具体实施方式】
[0026]有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的两个较佳实施例、八个具体例与一个比较例的详细说明中，将可清楚的呈现。
[0027]参阅图4，本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的第一较佳实施例，是形成于发光二极管3的磊晶基板31的下表面311，用以使预定波段内的光源朝该磊晶基板31的上表面312行进，该光源是自形成于该磊晶基板31上表面312的发光膜层结构32中的发光层321所放射。本发明该第一较佳实施例的全方位反射镜包含反射膜层结构4。
[0028]该反射膜层结构4形成于该磊晶基板31的下表面311，且自该磊晶基板31的下表面311背向该磊晶基板31的方向为(H/L)7(xH/xL)m。
[0029]在本发明该第一较佳实施例中，H与L分别为第一介电材料的厚度与第二介电材料的厚度，该第一介电材料与`该第二介电材料的折射率分别为Ii1与n2，且Ii1 > n2 ;H等于
L等于入。/4112，且λ Q为该预定波段的中心波长；1.25兰x兰1.75，且m兰8。此处值得一提的是，为避免该反射膜层结构4的总厚度过大，导致该反射膜层结构4整体产生裂损，因此，较佳地，8 ^ m ^ 25ο
[0030]适用于本发明该第一较佳实施例的第一介电材料是选自下列所构成的群组:氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5),及氧化铌(Nb2O5);适用于本发明该第一较佳实施例的第二介电材料是氧化硅(SiO2)。
[0031]在本发明该第一较佳实施例中，该全方位反射镜的反射膜层结构4在未经仿真软件优化前被应用于该发光二极管3时，其可使得自该发光层321放射并以各入射角行进至该反射膜层结构4的光源产生大于60%的平均反射率；此外，该全方位反射镜的反射膜层结构4在经仿真软件优化后被应用于该发光二极管3时，其可使得自该发光层321放射并以各入射角行进至该反射膜层结构4的光源所造成的平均反射率提升至709^100%。
[0032]再参阅图4，本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一第二较佳实施例，大致上是相同于该第一较佳实施例，其不同处是在于，该反射膜层结构4自该磊晶基板31的下表面311背向该磊晶基板31的方向为L/M/(H/L)7(xH/xL)m。
[0033]在本发明该第二较佳实施例中，M为金属材料的厚度，M大于lOOnm，且m兰I。较佳地，I 20。此外，适用于本发明该第二较佳实施例的金属材料是Ag及Al其中一者。
[0034]在本发明该第二较佳实施例中，该全方位反射镜的反射膜层结构4在经仿真软件优化前或优化后被应用于该发光二极管3时，皆可使得自该发光层321放射并以各入射角行进至该反射膜层结构4的光源产生大于90%的平均反射率。[0035]〈具体例I (El) >
[0036]本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例I(El)是根据该第一较佳实施例来实施。在本发明该具体例I(El)中，该磊晶基板为蓝宝石基板，该第一介电材料为TiO2,该第二介电材料为SiO2 ；x = 1.25 ；m = 8 ;该发光层所放射的预定波段是介于395nm至405nm之间(S卩，λ。等于400nm)。因此，本发明该具体例I (El)的反射膜层结构为(H/L) 7(1.25H/1.25L)8。
[0037]< 具体例 2 (E2) >
[0038]本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例2(E2)大致上是相同于该具体例I (El)，其不同处是在于，该发光层所放射的预定波段是介于645nm至655nm之间(即，Xci等于650nm)。因此，本发明该具体例2 (E2)的反射膜层结构为(H/L)8/(1.25H/1.25L)8。
[0039]< 具体例 3 (E3) >
[0040]本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例3(E3)大致上是相同于该具体例I (El)，其不同处是在于，X= 1.75。因此，本发明该具体例3(E3)的反射膜层结构为(H/L)8/(l.75H/1.75L)8。
[0041]〈具体例4(E4)>
[0042]本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例4(E4)大致上是相同于该具体例2 (E2)，其不同处是在于，X= 1.75。因此，本发明该具体例4 (E4)的反射膜层结构为(H/L)8/(l.75H/1.75L)8。
[0043]< 比较例(CE) >
[0044]用来与本发明该具体例4(E4)相比较的一比较例(CE)大致上是相同于该具体例4 (E4)，其不同处是在于，(H/L)8/(l.75H/1.75L)8的反射膜层结构是改用传统的DBR结构，即，该比较例(CE)的反射膜层结构为(H/L)16。
[0045]< 具体例 5 (E5) >
[0046]本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例5 (E5)是根据该第二较佳实施例来实施。在本发明该具体例5 (E5)中，该磊晶基板为蓝宝石基板，该第一介电材料为TiO2，该第二介电材料为SiO2，该金属材料为Ag，且M为200nm ；x = 1.25 ；m = I ;该发光层所放射的预定波段是介于395nm至405nm之间(B卩，λ。等于400nm)。因此，本发明该具体例 5(E5)的反射膜层结构为 L/M/(H/L)7(1.25H/1.25L)1。
[0047]< 具体例 6 (E6) >
[0048]本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例6(E6)大致上是相同于该具体例5 (E5)，其不同处是在于，该发光层所放射的预定波段是介于645nm至655nm之间(即，入。等于650nm)。因此，本发明该具体例6 (E6)的反射膜层结构为L/M/(H/L) V(1.25H/1.25L)1。
[0049]< 具体例 7 (E7) >
[0050]本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例7(E7)大致上是相同于该具体例5 (E5)，其不同处是在于，X= 1.75。因此，本发明该具体例7(E7)的反射膜层结构为 L/M/(H/L)7(1.75H/1.75L)1。
[0051]〈具体例8(E8)>[0052]本发明应用于发光二极管的全方位反射镜的一具体例8(E8)大致上是相同于该具体例6 (E6)，其不同处是在于，X= 1.75。因此，本发明该具体例8 (ES)的反射膜层结构为 L/M/(H/L)7(1.75H/1.75L)1。
[0053]<分析数据>
[0054]参图5至图9并配合参附件及以下表1.所显示的分析数据可知，本发明这些具体例(EfE4)的优化前的各入射角的平均反射率，除了该具体例I(El)在50度、60度、80度的入射角下所造成的平均反射率是介于60%~80%以外，其它各具体例的各入射角的平均反射率皆可维持在949^100%。此外，本发明这些具体例(EfE4)的优化后的各入射角的平均反射率，除了该具体例I (El)与具体例3 (E3)在60度的入射角下所造成的平均反射率是趋近75%以外，其它各具体例的各入射角的平均反射率皆可维持在949^100%，且大多个的各角度的平均反射率是维持在99.9%以上。又，单独比较本发明该具体例4(Ε4)与该比较例(CE)可知，本发明该具体例4(Ε4)的反射膜层结构在仿真软件优化前，其各入射角所造成的平均反射率皆已大于97%。反观该比较例(CE)的反射膜层结构的平均反射率在仿真软件优化前，其在60度、70度与80度的入射角下所造成的平均反射率仅分别约74%、57%与72%;再者，该比较例(CE)的反射膜层结构的平均反射率经仿真软件优化后，虽然皆可维持在90%以上，但其在70度与80度的入射角下所造成的平均反射率，却分别相对低于该具体例4 (Ε4)，即，分别仅为94%与97%左右。
[0055]参图10至图13并配合参附件及以下表2.所显示的分析数据可知，本发明这些具体例(Ε518)不论是在优化前或优化后，其各入射角的平均反射率皆可维持在94%~98%。证实本发明这些具体例(Ε5飞8)采用金属反射层并配合调整第一、二介电层的厚度关系，可使得各反射膜层结构在未经仿真软件优化即`可取得各入射角的反射率皆大于94%的功效。
【权利要求】
1.一种应用于发光二极管的全方位反射镜，是形成于发光二极管的嘉晶基板的下表面，用以使预定波段内的光源朝该磊晶基板的上表面行进，其特征在于，该光源是自形成于该磊晶基板上表面的发光膜层结构中的发光层所放射，该全方位反射镜包含: 反射膜层结构，形成于该磊晶基板的下表面，且该反射膜层结构自该磊晶基板的下表面背向该磊晶基板的方向为(H/L)7(xH/xL)m ； 其中，H与L分别为第一介电材料的厚度与第二介电材料的厚度，该第一介电材料与该第二介电材料的折射率分别为Ii1与n2，且Ii1 > n2 ; 其中，H等于XciAn1, L等于XciAn2，且λ ^为该预定波段的中心波长；及
其中，1.25 ^ X ^ 1.75, m ^ 8。
2.依据权利要求1所述的应用于发光二极管的全方位反射镜，其特征在于，X=1.25；m = 8 ;该预定波段是介于395nm至405nm之间。
3.依据权利要求1所述的应用于发光二极管的全方位反射镜，其特征在于，X=1.25；m = 8 ;该预定波段是介于645nm至655nm之间。
4.依据权利要求1所述的应用于发光二极管的全方位反射镜，其特征在于，X= 1.75；m = 8 ;该预定波段是介于395nm至405nm之间。
5.依据权利要求1所述的应用于发光二极管的全方位反射镜，其特征在于，X= 1.75；m = 8 ;该预定波段是介于645nm至655nm之间。
6.—种应用于发光二极管的全方位反射镜,是形成于发光二极管的嘉晶基板的下表面，用以使预定波段内的光源朝该磊晶基板的上表面行进，其特征在于，该光源是自形成于该磊晶基板上表面的发光膜层结构中的发光层所放射，该全方位反射镜包含: 反射膜层结构，形成于该磊晶基板的下表面，且该反射膜层结构自该磊晶基板的下表面背向该磊晶基板的方向为L/M/(H/L)7(xH/xL)m ； 其中，H与L分别为第一介电材料的厚度与第二介电材料的厚度，M为金属材料的厚度，该第一介电材料与该第二介电材料的折射率分别为Ii1与n2，且Ii1 > n2 ； 其中，H等于XQ/4ni，L等于XQ/4n2，λ。为该预定波段的中心波长，且M大于IOOnm ;及
其中，1.25 ^ X ^ 1.75, m ^ I。
7.依据权利要求6所述的应用于发光二极管的全方位反射镜，其特征在于，X=1.25；m = I ;该预定波段是介于395nm至405nm之间。
8.依据权利要求6所述的应用于发光二极管的全方位反射镜，其特征在于，X=1.25；m = I ;该预定波段是介于645nm至655nm之间。
9.依据权利要求6所述的应用于发光二极管的全方位反射镜，其特征在于，X=1.75；m = I ;该预定波段是介于395nm至405nm之间。
10.依据权利要求6所述的应用于发光二极管的全方位反射镜，其特征在于，X=1.75 ；m = I ;该预定波段是介于645nm至655nm之间。
11.依据权利要求6至 10任意一项所述的应用于发光二极管的全方位反射镜，其特征在于，该金属材料是Ag及Al其中一者。
【文档编号】H01L33/60GK103682061SQ201210361176
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2012年9月25日
【发明者】王俊杰, 曾启瑞 申请人:信泰光学(深圳)有限公司, 亚洲光学股份有限公司