JP2011040555A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
【課題】サファイア層に発光層が積層された構成の発光デバイスにおいて、サファイア層内から光線が効率よく出射されるようにする。
【解決手段】サファイア層2に発光層3が積層された発光デバイスにおいて、サファイア層2の裏面2bの近傍や側面2cの近傍に、光線Lの伝播方向を変化させるクラック等の構造変化領域10をレーザ光によって形成する。構造変化領域10に入射することによりサファイア層2と空気との界面への光線Lの入射角度を臨界角度θ内とし、該界面を透過させる。
【選択図】図2
In a light emitting device having a structure in which a light emitting layer is laminated on a sapphire layer, light is efficiently emitted from within the sapphire layer.
In a light emitting device in which a light emitting layer 3 is laminated on a sapphire layer 2, a structure changing region 10 such as a crack for changing the propagation direction of a light beam L is provided in the vicinity of the back surface 2b and the side surface 2c of the sapphire layer 2. It is formed by laser light. By entering the structure change region 10, the incident angle of the light beam L to the interface between the sapphire layer 2 and air is set within the critical angle θ and transmitted through the interface.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、ディスプレイのバックライトやLED表示器等に使用される発光ダイオード等の発光デバイスに関する。 The present invention relates to a light emitting device such as a light emitting diode used for a backlight of a display, an LED display or the like.
発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の発光デバイスとして、サファイア基板の表面に発光層が積層されたものが提供されている(特許文献1)。このような発光デバイスは、多数の発光層が親基板であるサファイア基板の表面に積層され、該サファイア基板における各発光層間のストリートが切断されることにより、多数の発光デバイスに分割されて製造される。 As a light emitting device such as a light emitting diode (LED), a device in which a light emitting layer is laminated on the surface of a sapphire substrate is provided (Patent Document 1). Such a light-emitting device is manufactured by being divided into a large number of light-emitting devices by laminating a large number of light-emitting layers on the surface of a sapphire substrate, which is a parent substrate, and cutting the streets between the light-emitting layers of the sapphire substrate. The
従来、サファイア基板のような基板をストリートに沿って切断し、分割する方法として、該ストリートに沿ってパルスレーザ光を照射してレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に外力を与えることにより基板を割断するといった方法が知られている(特許文献2)。また、透過性を有するパルスレーザ光を基板の内部に集光点を合わせて照射して、内部にストリートに沿った変質層を連続的に形成し、この変質層で強度が低下したストリートに外力を与えることによって基板を割断する方法も提案されている(特許文献3)。 Conventionally, as a method of cutting and dividing a substrate such as a sapphire substrate along a street, a laser beam is formed by irradiating a pulse laser beam along the street, and an external force is applied to the laser beam. A method of cleaving a substrate is known (Patent Document 2). In addition, a pulsed laser beam with transparency is irradiated to the inside of the substrate with the focusing point aligned, and an altered layer along the street is continuously formed inside, and an external force is applied to the street where the strength is reduced by this altered layer. There has also been proposed a method of cleaving a substrate by giving (Patent Document 3).
上記サファイア基板等のサファイア層の表面に発光層が積層された構造の発光デバイスにおいては、発光層で発光する光線がサファイア層に放射され、その光線がサファイア層内を透過して空気中に出射される。ところで、サファイアの屈折率はかなり大きく、これに起因して次のような問題が起こっていた。すなわち、発光層からサファイア層に放射された光線がサファイア層とサファイア層に隣接する層との界面を透過せずに反射し、該光線がサファイア層中に閉じ込められてしまって効率よく光線がサファイア層から出射されないという問題である。 In a light emitting device having a structure in which a light emitting layer is laminated on the surface of a sapphire layer such as the sapphire substrate, light emitted from the light emitting layer is emitted to the sapphire layer, and the light passes through the sapphire layer and is emitted into the air. Is done. By the way, the refractive index of sapphire is quite large, which has caused the following problems. That is, the light beam emitted from the light emitting layer to the sapphire layer is reflected without passing through the interface between the sapphire layer and the layer adjacent to the sapphire layer, and the light beam is confined in the sapphire layer, so that the light beam is efficiently sapphire. The problem is that the light is not emitted from the layer.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、サファイア層内から光線が効率よく出射される発光デバイスを提供することを目的としている。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the light-emitting device from which a light ray is radiate | emitted efficiently from the inside of a sapphire layer.
本発明は、サファイア層と、該サファイア層に積層されて該サファイア層に光線を放射する発光層とを有する発光デバイスであって、サファイア層には、該サファイア層内に発光層から放射された光線の伝播方向を変化させる構造変化領域がレーザ光によって形成されていることを特徴としている。 The present invention is a light emitting device having a sapphire layer and a light emitting layer laminated on the sapphire layer to emit light to the sapphire layer, and the sapphire layer is emitted from the light emitting layer in the sapphire layer It is characterized in that a structural change region for changing the propagation direction of the light beam is formed by laser light.
本発明によれば、サファイア層内において光線が構造変化領域によって伝播方向を変化させられることにより、サファイア層とサファイア層に隣接する層との界面に対する入射角度が該界面を透過可能な角度に変位し、その結果、サファイア層内から出射する光線の量を多くすることができる。 According to the present invention, the incident angle with respect to the interface between the sapphire layer and the layer adjacent to the sapphire layer is displaced to an angle at which the light can pass through the interface by changing the propagation direction of the light beam in the sapphire layer by the structural change region. As a result, the amount of light emitted from the sapphire layer can be increased.
本発明では、上記サファイア層は、上記発光層に対する反対側の面である裏面と、該裏面から該発光層に至る側面とを有しており、該サファイア層の該裏面の近傍および/または該側面の近傍に、上記構造変化領域が形成されていることを好ましい形態とする。 In the present invention, the sapphire layer has a back surface that is the surface opposite to the light emitting layer and a side surface that extends from the back surface to the light emitting layer, and in the vicinity of the back surface of the sapphire layer and / or the It is preferable that the structure change region is formed in the vicinity of the side surface.
本発明の上記構造変化領域の形態としては、光線を散乱させるクラックや、光線を屈折させる屈折率変化領域が有効である。 As the form of the structure change region of the present invention, cracks that scatter light rays and refractive index change regions that refract light rays are effective.
本発明によれば、サファイア層内から光線が効率よく出射される発光デバイスを提供することができるといった効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to provide a light emitting device in which light is efficiently emitted from the sapphire layer.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図1は、一実施形態の発光デバイスを模式的に示している。この発光デバイス1は、基板であるサファイア層2の表面2aに発光層3が積層された構成である。発光デバイス1は、サファイア層2に分割される親基板である図示せぬサファイア基板の表面に多数の発光層3が積層され、該サファイア基板を発光層3間のストリートに沿って切断、分割することにより得られる。サファイア基板の切断は、例えば上述したレーザ加工溝形成後、またはレーザ光による変質層形成後に、外力を与えて割断するといった方法でなされる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows a light-emitting device according to an embodiment. The
発光層3は、この種のものとして一般周知のものであって、例えばバンドギャップ層、または量子井戸で構成されるが、これに限定されるものではなく、その材料は、III−V族、またはII−VI族の元素より構成された化合物、例えば、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化ガリウム(GaN)、ガリウム砒素(GaAs)、窒化ガリウムインジウム(GaInN)、窒化アルミガリウム(AlGaN)、セレン化亜鉛(ZnSe)、亜鉛ドープの窒化インジウムガリウム(InGaN:Zn)、アルミニウムインジウムガリウムリン(AlInGaP)、またはガリウムリン(GaP)のいずれかを含む発光素子により構成される。これら材料のいずれかを含む発光素子としては、上記発光ダイオードやEL(Electro Luminescence)素子等が挙げられる。
The
発光デバイス1によれば、発光層3が発光することにより、発光層3から放射される光線がサファイア層2内を透過してサファイア層2の外(例えば空気中)に出射する。サファイア層2は直方体状であり、発光層3が積層された表面2aとは反対側に、該表面2aと平行な裏面2bが形成されている。また、裏面2bと表面2aとの間に、裏面2bから発光層3に至る4つの側面2cが形成されている。発光層3からサファイア層2に放射された光線は、裏面2bおよび各側面2cから出射する。
According to the
そして本実施形態においては、サファイア層2の裏面2bおよび側面2cの近傍に、本発明に係る構造変化領域10が形成されている(図2参照)。この構造変化領域10は、発光層3からサファイア層2に放射された光線Lの伝播方向を変化させる機能を有し、例えば、光線Lを散乱させるクラックが好適とされる。この他の構造変化領域10の形態としては、サファイア層2内を透過する光線Lを屈折させる屈折率変化領域が挙げられる。
In the present embodiment, the structure change
図2は、サファイア層2の一側面2c’の近傍に構造変化領域10が形成された例を示している。このクラック構造変化領域10が形成されたことにより、サファイア層2内からの光線Lの出射量が多くなる。その理由を述べると、図3に示すように、サファイア層2内において光線Lが側面2cに入射した場合において、光線Lが側面2c、すなわちサファイア層2と例えば空気との界面を透過して空気中に出射することが可能な臨界角度θは、両者の屈折率に基づき約34.5°と比較的小さい。臨界角度θ内の角度で光線Lが側面2cに入射すれば光線Lは側面2cを透過するが、臨界角度θ以上の角度で側面2cに入射した光線Lは反射する。そして、場合によっては反射角度が保存され、反射を繰り返していずれはサファイア層2内で消光する。
FIG. 2 shows an example in which the
そこで、図2に示すように構造変化領域10を側面2c’の近傍に形成しておくと、サファイア層2内で反射角度が保存され側面2c’に入射しようとする光線は、側面2c’の手前で構造変化領域10に入射する。構造変化領域10に入射した光線Lは散乱し、側面2c’に対して臨界角度θ内である透過角度で側面2cに入射する。このため、構造変化領域10に入射した光線Lは反射角度が解消され、側面2c’を透過してサファイア層2内から空気中に出射する。このように、構造変化領域10が存在しなければ消光していた光線Lが構造変化領域10に入射して散乱することによりサファイア層2内から出射することが可能になるため、サファイア層2内からの光線Lの出射量は多くなり、サファイア層2内から効率よく光線Lが出射する。
Therefore, when the
ところで、発光デバイス1にあっては、サファイア層2の形状や発光デバイス1自体の構造等に起因して、裏面2b内や各側面2c内の各箇所における発光量(光線Lの出射量)の分布が一定ではない場合がある。その場合には、裏面2bや各側面2cでの発光量を調べてから、発光量の少ない裏面2bや各側面2cの近傍(例えば、表面から深さ10μm程度までの領域)に構造変化領域10を形成する。これにより、臨界角度θ外から裏面2bや各側面2cに到達する光が多く存在すると考えられる箇所に構造変化領域10を形成することができ、その結果、効率よくサファイア層2内からの光線Lの出射効率を向上させることができる。
By the way, in the light-
上記構造変化領域10は、レーザ光照射によって形成され、特にパルス幅が100ps(ピコ秒)以下のパルスレーザ(フェトム秒レーザを含む)を照射することにより好適に形成することができる。レーザ光照射によって構造変化領域10を形成するには、図4に示すように、多数の発光層3がサファイア層2を構成するサファイア基板2Aの表面(図4で下側の面)に形成され発光デバイス1に分割される前の段階で、サファイア基板2Aの裏面側から照射したレーザ光Bをサファイア基板2A内に集光させることによって行うことができる。
The
図5は、図4に示した方法によりサファイア層2の裏面2c(サファイア基板2Aの裏面)の上記近傍にレーザ光Bを照射して構造変化領域10を形成している様子を模式的に示している。裏面2cの近傍に構造変化領域10を形成するには、レーザ光Bの集光点を裏面2bの近傍に設定し、裏面2bと平行にレーザ光Bを走査させることによって構造変化領域10を形成することができる。
FIG. 5 schematically shows a state in which the
また、図6(a),(b)は、図4に示した方法によりサファイア層2の側面2cの上記近傍にレーザ光Bを照射して構造変化領域10を形成している様子を模式的に示している。側面2cの近傍に構造変化領域10を形成するには、図6(b)に示すように、走査させるレーザ光Bの集光点をレーザ光Bの照射側より遠い方から徐々に近くする、すなわち矢印P方向に段階的に移動させながら照射すると、先に形成した構造変化領域10の影響を受けずにレーザ光Bが集光されて側面2c近傍に複数の構造変化領域10を一定の品質で形成することができる。なお、側面2cへのレーザ光照射による構造変化領域10の形成は、上記サファイア基板2Aを切断するためにレーザ光を照射した時に、同時に形成するようにしてもよい。
FIGS. 6A and 6B are schematic views showing that the
1…発光デバイス
2…サファイア層
2a…表面
2b…裏面
2c,2c’…側面
3…発光層
10…構造変化領域
L…光線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記サファイア層には、該サファイア層内に前記発光層から放射された前記光線の伝播方向を変化させる構造変化領域がレーザ光によって形成されていることを特徴とする発光デバイス。 A light-emitting device having a sapphire layer and a light-emitting layer laminated on the sapphire layer to emit light to the sapphire layer,
The sapphire layer has a structure change region for changing a propagation direction of the light beam emitted from the light emitting layer formed in the sapphire layer by a laser beam.
該サファイア層の該裏面の近傍および/または該側面の近傍に、前記構造変化領域が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の発光デバイス。 The sapphire layer has a back surface that is a surface opposite to the light emitting layer, and a side surface that extends from the back surface to the light emitting layer.
The light emitting device according to claim 1, wherein the structural change region is formed in the vicinity of the back surface and / or the side surface of the sapphire layer.
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| JP2015115483A (en) * | 2013-12-12 | 2015-06-22 | 豊田合成株式会社 | Method of manufacturing light-emitting element |
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2009
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