CN101162754A - 形成发光器件布线的方法及用于安装发光器件的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光表面上具有电极的发光器件的布线的形成方法。所述方法包括以下步骤:形成近似线状的电极,其中电极的宽度窄于发光表面;以及形成近似线状的布线,该布线连接至电极,其中所述布线的宽度窄于发光表面以交叉上所述电极。
Description
相关申请交叉参考
本发明包含的主题涉及于2006年10月12日提交至日本特许厅的日本专利申请JP 2006-279074,其全部内容结合于此供参考。
技术领域
本发明涉及一种形成发光器件的布线的方法,一种用于安装发光器件的基板、一种显示器、一种背光源以及一种电子器具,尤其是适合于安装发光器件的基板,其中微型发光器件(例如发光二极管)安装在该基板上且随后在其上形成布线,以及使用安装发光器件的基板的显示器、背光源和电子器具。
背景技术
迄今为止,对于发光器件,例如发光二极管,存在一种p侧电极和n侧电极形成于一侧上的发光二极管以及一种p侧电极和n侧电极分别形成在发光表面(待提取(take out)光的表面)上和其相对侧(背侧)表面上的发光二极管。前一种发光二极管的实例在图14A和14B中示出,并且后一种发光二极管的实例在图15A和15B中示出。在此,图14A和14B分别示出了平面图和横截面图。另外,图15A和15B分别示出了横截面图和仰视图。
在图14A和14B所示的发光二极管中,发光二极管的结构由n型半导体层101、发光层(活性层)102以及p型半导体层103形成,其中p侧电极104形成在p型半导体层103上,且n侧电极105形成在n型半导体层101上。连接导电材料106和107分别形成在p侧电极104和n侧电极105上。在这种情况下,n型半导体层101的背侧是发光表面。保护绝缘树脂108形成为覆盖发光二极管中的除了发光表面和连接导电材料106和107之外的表面。
在图15A和15B所示的发光二极管中,发光二极管的结构由n型半导体层101、发光层102和p型半导体层103形成,其中,p侧电极104形成在p型半导体层103上,且线状的n侧电极105形成在n型半导体层101的作为发光表面的背侧的一侧上。连接导电材料106形成在p侧电极104上。保护绝缘树脂108形成为覆盖发光二极管中的除了发光表面和连接导电材料106之外的表面。
图16A和16B示出了图14A和14B中所示的发光二极管安装于基板上以及布线形成于其上的状态。在此,图16A和16B分别示出了平面图和横截面图。如图16A和16B所示,在本实例中,以n型半导体层101被倒置的方式将发光二极管安装在透明基板201上,埋置绝缘树脂202,从而使连接导电材料106和107暴露在该发光二极管周围,且随后,在绝缘树脂202上形成连接至连接导电材料106的布线203和连接至连接导电材料107的布线204。在这种情况下,布线203和204被引导至彼此相对的两侧。
图17A和17B示出了图15A和15B中所示的发光二极管安装于基板上和布线形成的状态。在此,图17A和17B分别示出了平面图和横截面图。如图17A和17B所示,在该实例中,以连接导电材料106被倒置的方式将发光二极管安装在预先形成于基板201上的布线203上,埋置绝缘树脂202,从而使发光表面暴露在该发光二极管周围,且随后,在绝缘树脂202上形成连接至n侧电极105的布线204,而布线204被引导至布线203的相对侧。
另外,在具有中心电极型发光二极管部件(其中,欧姆接触层设置在发光表面的中央并且在其两侧上的发光表面都发光)的发光二极管阵列中,提出了这种技术,即欧姆接触层被构造成穿过发光表面中央的基部以及沿与从基部引出粘合电极的方向交叉的方向上延伸的枝部,并且欧姆电极设置在欧姆接触层上,同时寻迹(tracing)基部和枝部的形状(见参考专利1(JP-A-2004-14676))。然而,该技术在技术原理显著不同于根据本发明实施例的发光器件,在本发明中,发光表面上的电极近似以具有的宽度窄于发光表面宽度的线状形成,连接至电极的布线近似以具有的宽度窄于发光表面宽度的线状形成,并且布线与电极交叉。
发明内容
从安装后易于形成布线的观点出发,与图14A和14B所示的发光二极管(其中p侧电极104和n侧电极105形成在一侧上)相比,图15A和15B所示的发光二极管(其中n侧电极105和p侧电极104分别形成在发光表面上和其相对侧的表面上)是更可取的。在图15A和15B所示的发光二极管中,希望待形成在发光表面上的n侧电极105尽可能小,以便抑制发光表面因为n侧电极105的缘故而对光线的阻挡。另外,在安装发光二极管且随后在发光表面上形成连接至n侧电极105的布线204的情况下,必须形成布线204同时发光表面尽可能不阻挡光线。另外,在将发光二极管安装在基板201上时位置发生改变和形成布线204时位置发生改变的情况下,发光表面上的阻光区域显著改变,引起亮度变化,这是必须防止的。然而,在实践中,实际上很难满足所有这些要求。
于是,发明人提出了图18A和18B所示的方法作为满足这些要求的形成布线的方法。在此,图18A和18B分别示出了平面图和横截面图。如图18A和18B所示,在该方法中,形成由ITO(氧化铟锡)形成的透明电极205,以覆盖整个发光表面,从而形成于n型半导体层101的背侧(即发光表面)上的n侧电极105连接至形成于绝缘树脂202上的布线204。
然而,在图18A和18B所示的形成布线的方法中,在实践时,在透明电极205不断裂的情况下,很难将发光表面上的n侧电极105连接至形成于绝缘树脂202上的布线204,并且形成透明电极205时使用的材料相对昂贵,引起安装基板的制造成本增加的问题。
因此,希望提供一种形成发光器件的布线的方法,即使在将发光器件安装于基板上的过程中发光器件的位置发生改变,并且在形成布线的过程中布线的位置发生改变,该方法仍能够将发光表面上的电极可靠地连接至布线,而且该方法能够防止因发光器件的位置改变以及布线的位置改变而引起的发光器件亮度波动,并且希望提供一种利用该方法安装发光器件的基板。
还希望提供一种使用如上所述的用于安装发光器件的优良基板的显示器、背光源、照明设备和电子器具。
根据本发明实施例的形成发光器件的布线的方法是一种在发光表面上具有电极的发光器件的布线的形成方法,该方法包括以下步骤:形成宽度窄于发光表面的近似线状的电极;以及形成宽度窄于发光表面的近似线状的连接至该电极的布线,以交叉电极。
从将电极可靠连接至布线的观点出发,即使出现发光器件的位置改变或布线的位置改变,优选地,将电极在发光表面上的沿纵向方向的宽度尽可能长地选择在不超过电极的发光表面沿纵向方向的宽度的范围内,但不限于此。典型地,将电极选为细长矩形形状,但不限于此,并且可以选择任何形状,只要该形状是细长形状即可。优选地,选择在垂直于电极纵向方向的方向上的宽度,从而可以尽可能地抑制对发光表面的光线的阻挡,同时可以确保足够的接触区域以达到接触电阻的减小。典型地,电极形成在发光表面的中部附近,但不限于此。从将电极可靠连接至布线的观点出发,优选地,形成连接至电极的布线,以便完全纵向横过(cross)发光表面,但不限于此。另外,优选地,形成布线,以便几乎与电极垂直交叉,但不限于此。布线可以倾斜地交叉电极。典型地,电极和布线由金属或合金形成,但是根据情况一部分或所有部分可以由透明导电材料(如ITO)形成。根据需要选择发光表面的形状。例如,发光表面的外部可以具有几乎平行于布线的部分或几乎与布线垂直交叉的部分。例如,发光表面形状可以是多边形,即,三角形、方形、矩形、五边形、六边形、以及八边形,或这些多边形的角部被切除的形状、或规则或不规则变形后的多边形形状、或圆形、椭圆形、或者由这些形状规则或不规则变形后的形状。
发光表面或发光器件的最大尺寸可以根据需要确定。然而,通常,例如尺寸是1mm或以下,或300μm或以下,或100μm或以下,优选地,50μm或以下,典型地是30μm或以下,或更典型地是25μm或以下。典型地,该发光器件是发光二极管,但不限于此。
从提高于发光表面提取光效率的观点出发,优选地,发光器件是发光二极管,该发光二极管具有端面,在该端面中形成发光二极管结构的半导体层向主平面倾斜角度θ1,并且该发光二极管在端面的外侧具有反射体,该反射体至少部分地包括面向端面的部分,并且该部分向主平面以小于角度θ1的角度θ2倾斜。形成发光二极管结构的半导体层包括第一传导型的第一半导体层、发光层和第二传导型的第二半导体层。典型地,半导体层的平面形状是圆形,它可以是其它的形状,例如椭圆形,其中整个圆或部分圆根据需要而规则或不规则地变形。可替换地,它可以是多边形或多边形的全部或部分规则或不规则变形的形状。典型地,半导体层的截面形状为梯形、矩形或倒梯形,但也可以是由这些形状变形得到的形状。另外,典型地,半导体层的端面的倾斜角度θ1是常数,但也不必如此,而是可以在端面中变化。从改善提取光效率的观点出发,优选地,在半导体的端面与反射体之间形成透明树脂,该透明树脂的折射率小于半导体层的折射率(大于空气的折射率)。各种材料可以用于透明树脂,且根据需要来选择材料。可以根据各种方法形成透明树脂。更具体地说,例如,可以以这样的方式形成透明树脂,通过旋转涂敷而形成,树脂形成为至少覆盖端面且固化和收缩;使用感光树脂通过光刻技术而形成,树脂被压制成形;通过热压印而形成,它通过紫外线(UV)压印成形;以及通过在将树脂压靠于可塑性变形模具释放层上的状态下固化树脂而形成。类似地,从改善提取光效率的观点出发,优选地,半导体层的厚度是0.3μm至10μm或以下,且半导体层厚度与半导体层最大直径的比值是0.001至2或以下。如上所述,优选地,半导体层的最大直径是50μm或以下,典型地是30μm或以下,且更典型地是25μm或以下。另外,优选地,在半导体层分别在发光表面和发光表面相对侧的表面上具有第一电极和第二电极的情况下,反射体欧姆接触至第二电极,作为第二电极的一部分或作为第二电极的布线的一部分。此外,优选地,形成反射体,以便至少包括一区域,端面投射到该区域上,反射体沿与之垂直的方向而形成,在此30度≤θ1≤90度,反之可以包括这样一区域,端面投射到该区域上,其中反射体沿着与之垂直的方向返回到半导体层的发光表面上的方向而形成,在此90度<θ1≤150度。另外,优选地,反射体可以在半导体层的发光表面的相对侧的表面上延伸。此外,优选地,条件可以如下:
在30度≤θ1≤150度的范围内,
θ2≥(θ1-sin-1(n3/n2))/2且θ2≤θ1/2,此处,30度≤θ1≤90度;以及
θ2≥((θ1-90)-sin-1(n3/n2))/2且θ2≤(θ1-90)/2,此处,90度<θ1≤150度,
此处,透明树脂的折射率是n2,且透明树脂的外部介质(例如,空气)的折射率是n3。在一些情况下,反射体的面对半导体层端面的反射表面为平面,且反射表面为一部分弯曲表面。此外,优选地,半导体层可以分别在发光表面和发光表面相对侧的表面上具有第一电极和第二电极,并且第一电极形成为可以避免这样的区域,在该区域中,端面沿垂直方向投射到半导体层的发光表面上。
对于用来形成发光二极管结构的半导体层的材料,即,第一半导体层、发光层和第二半导体层,基本上可以使用任何半导体,可以是无机半导体和有机半导体中的任一种。例如,可以使用具有纤锌矿(wurtzite)晶体结构或立方晶体结构的半导体。对于具有纤锌矿晶体结构的半导体,可以列举氮化物III-V族化合物半导体、II-VI族化合物半导体(诸如BeMgZnCdS化合物半导体和BeMgZnCdO化合物半导体)、以及氧化物半导体(诸如ZnO)。更一般的情况是,氮化物III-V族化合物半导体由AlxByGa1-x-y-zInzAsuN1-u-vPv(此处,0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,0≤u≤1,0≤v≤1,0≤x+y+z<1,0≤u+v<1),且更具体地说是AlxByGa1-x-y-zInzN(此处,0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,0≤x+y+z<1),且典型地,AlxGa1-x-zInzN(此处,0≤x≤1,0≤z≤1)。对于氮化物III-V族化合物半导体的具体实例,可以列举GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN、以及AlGaInN。对于具有立方晶体结构的半导体,可以列举AlGaInP半导体和AlGaAs半导体。第一传导型可以是n型或p型,并且第二传导型可以是相对应的p型或n型。
对于生长第一半导体层、发光层和第二半导体层的方法,例如,可以使用各种外延生长方法,诸如有机金属化学气相沉积法(MOVCD)、氢化物气相外延生长法或卤化物气相外延生长法(HVPE),以及分子束外延生长法(MBE),但不限于此。对于用于生长的基板,基本上可以使用具有任何材料的任何基板,只要第一半导体层、发光层和第二半导体层可以以很好的结晶性生长即可。更具体地说,例如,在第一半导体层、发光层和第二半导体层由氮化物III-V族化合物半导体形成的情况下,可以使用这样的基板,其由蓝宝石(Al2O3)(包括C平面、A平面、R平面,且还包括脱离这些平面的平面)、SiC(包括6H、4H、3C)、氮化物III-V族化合物半导体(GaN、InAlGaN、AlN等等)、Si、ZnS、ZnO、LiMgO、GaAs、或MgAl2O4形成。此外,例如,在第一半导体层、发光层和第二半导体层由AlGaInP半导体或AlGaAs半导体形成的情况下,通常可以使用GaAs基板。
用于安装根据本发明实施例的发光器件的基板是一种用于安装发光器件的基板,该基板包括在发光表面上具有电极的发光器件,该发光器件安装于基板上,其中,电极近似以宽度窄于发光表面的线状形成,并且连接至电极的布线近似以宽度窄于发光表面的线状形成,以与电极交叉。
在此,典型地,发光器件可以安装于基板上,同时发光表面朝上。
在用于安装根据本发明实施例的发光器件的基板中,对于除了以上说明以外的描述,不再进行根据本发明实施例的方法的讨论,只要不背离自然规律(nature)即可。
根据本发明实施例的显示器是一种这样的显示器,该显示器包括用于安装发光器件的基板,其中在发光表面上具有电极的发光器件安装于基板上,其中,电极近似以宽度窄于发光表面的线状形成,并且连接至电极的布线近似以宽度窄于发光表面的线状形成,以与电极交叉。
典型地,该显示器是使用发光二极管作为发光器件的发光二极管显示器,但不限于此。典型地,该发光二极管显示器具有设置在电路板上的多个发射红光的发光二极管、多个发射绿光的发光二极管以及多个发射蓝光的发光二极管,其中,在多个发射红光的发光二极管、多个发射绿光的发光二极管以及多个发射蓝光的发光二极管之中,在至少一个发光二极管中,发光表面上的电极近似以宽度窄于发光表面的线状形成,并且连接至电极的布线近似以宽度窄于发光表面的线状形成,以与电极交叉。
根据本发明实施例的背光源是一种这样的背光源,该背光源包括用于安装发光器件的基板,其中在发光表面上具有电极的发光器件安装于基板上,其中,电极近似以宽度窄于发光表面的线状形成;并且连接至电极的布线近似以宽度窄于发光表面的线状形成,以与电极交叉。
典型地,该背光源是一种使用发光二极管作为发光器件的发光二极管背光源,但不限于此。典型地,该发光二极管背光源具有设置在电路板上的多个发红光的发光二极管、多个发绿光的发光二极管以及多个发蓝光的发光二极管,其中,在多个发红光的发光二极管、多个发绿光的发光二极管以及多个发蓝光的发光二极管之中,在至少一个发光二极管中,发光表面上的电极近似以宽度窄于发光表面的线状形成,并且连接至电极的布线近似以宽度窄于发光表面的线状形成,以与电极交叉。
根据本发明实施例的照明设备是一种这样的照明设备,该照明设备包括用于安装发光器件的基板,其中在发光表面上具有电极的发光器件安装于基板上,其中,电极近似以宽度窄于发光表面的线状形成,并且连接至电极的布线近似以宽度窄于发光表面的线状形成,以与电极交叉。
典型地,该照明设备是一种使用发光二极管作为发光器件的发光二极管照明设备,但不限于此。典型地,该发光二极管照明设备具有设置于电路板上的多个发红光的发光二极管、多个发绿光的发光二极管以及多个发蓝光的发光二极管,其中,在多个发红光的发光二极管、多个发绿光的发光二极管以及多个发蓝光的发光二极管之中,在至少一个发光二极管中,发光表面上的电极近似以宽度窄于发光表面的线状形成,并且连接至电极的布线近似以宽度窄于发光表面的线状形成,以与电极交叉。
在根据本发明实施例的显示器、背光源以及照明设备中,例如,对于发红光的发光二极管、发绿光的发光二极管以及发蓝光的发光二极管,可以使用那些使用氮化物III-V族化合物半导体的发光二极管。例如对于发红光的发光二极管,可以使用那些使用AlGaInP半导体的发光二极管。
根据本发明实施例的电子器具是一种这样的电子器具,该电子器具包括用于安装发光器件的基板,其中在发光表面上具有电极的发光器件安装于基板上,其中,电极近似以宽度窄于发光表面的线状形成,并且连接至电极的布线近似以宽度窄于发光表面的线状形成,以与电极交叉。
该电子器具基本上可以是任何电子器具,只要这些电子器具具有至少一个发光二极管用于背光源、显示器、照明设备以及其它的用于液晶显示装置(包括便携式的和固定的)的目的。具体实例为蜂窝电话、移动设备、机器人、个人计算机、用于汽车的装置、以及各种家用器具。
在根据本发明实施例的显示器、背光源、照明设备、以及电子器具中,除了上面说明以外的描述,不再进行根据本发明实施例的方法的讨论,只要不背离自然规律即可。
在如上所述构造的本发明实施例中,发光表面上的电极近似以宽度窄于发光表面的线状形成,并且连接至电极的布线近似以宽度窄于发光表面的线状形成,以与电极交叉。因此,足以将布线在纵向方向上连接至线状电极的任何部位并且在纵向方向连接布线的的任何部位,这为在基板上安装发光器件时发光器件的位置改变和形成布线时布线的位置改变提供了很大的空白区域。
此外,就发光器件而言,在使用具有端面(其中,形成发光二极管结构的半导体层向主平面倾斜角度θ1)和在端面外侧具有反射体的发光器件的情况下,该反射体至少部分地包括面向端面的且向主平面倾斜角度θ2(角度θ2小于角度θ1)的部分,操作时半导体层(发光层)中产生的光从端面(向半导体层的主平面倾斜)发射,且在端面外侧设置的反射体中向发光表面侧反射,从而,可以提高向外界提取光的比例。
根据本发明的实施例,即使在将发光器件安装于基板上时发光器件的位置发生改变并且在形成布线时布线的位置发生改变,发光表面上的电极和布线也可以可靠地相互连接。因此,能够以高产量制造用于安装发光器件的基板,并且用于安装发光器件的基板可以用来实现显示器、背光源、照明设备和具有高性能的电子器具。
具体地,对发光器件而言,使用具有端面(其中,形成发光二极管结构的半导体层向主平面倾斜角度θ1)和在端面外侧具有反射体的发光器件,该反射体至少部分地包括面向端面且向主平面倾斜角度θ2(角度θ2小于角度θ1)的部分,可以预期提取光的效率是很显著的,照明效率可以极大提高且很容易实现小型化。于是,具有高照明效率的微型发光二极管用于实现发光二极管显示器、发光二极管背光源、发光二极管照明设备以及具有高性能的各种电子器具。
附图说明
图1A和1B示出了横截面图和仰视图,用于描述根据本发明第一实施例的发光二极管;
图2A和2B示出了平面图和横截面图,描述用于安装根据本发明第一实施例的发光二极管的基板;
图3示出了平面图,描绘在用于安装根据本发明第一实施例的发光二极管的基板上发生布线位置改变的情况;
图4示出了平面图,描述在用于安装根据本发明第一实施例的发光二极管的基板上发生发光二极管位置改变的情况;
图5示出了平面图,描述用于安装根据本发明第二实施例的发光二极管的基板;
图6示出了平面图,描述用于安装根据本发明第三实施例的发光二极管的基板;
图7示出了平面图,描述用于安装根据本发明第四实施例的发光二极管的基板;
图8示出了横截面图,描述根据本发明第五实施例的发光二极管;
图9示出了横截面图,描述根据本发明第五实施例的发光二极管;
图10示出了横截面图,描述根据本发明第五实施例的发光二极管;
图11A至11C示出了横截面图,用于描述制造根据本发明第五实施例的发光二极管的方法;
图12A至12C示出了横截面图,用于描述制造根据本发明第五实施例的发光二极管的方法;
图13示出了根据本发明第六实施例的发光二极管显示器的平面图;
图14A和14B示出了平面图和横截面图,描述现有的示例性发光二极管;
图15A和15B示出了横截面图和仰视图,描述现有的示例性发光二极管;
图16A和16B示出了平面图和横截面图,描述用于安装发光二极管的基板,该基板上安装有先前在图14A和14B中示出的发光二极管;
图17A和17B示出了平面图和横截面图,描述用于安装发光二极管的基板,该基板上安装有先前在图15A和15B中示出的发光二极管;以及
图18A和18B示出了平面图和横截面图,描述用于安装发光二极管的另一示例性基板。
具体实施方式
下面,将参照附图描述本发明的实施例。
首先,将描述本发明的第一实施例。在第一实施例中,将描述发光二极管安装于基板上的情况。
图1A和1B示出了第一实施例中的待安装于基板上的发光二极管。这里,图1A和1B分别示出了横截面图和仰视图。
如图1A和1B所示,在发光二极管10中,发光二极管的结构由n型半导体层11、发光层12以及p型半导体层13形成,其中p侧电极14形成在p型半导体层13上,并且n侧电极15形成在n型半导体层11的作为发光表面的背侧的中央。在这种情况下,发光表面是正方形,但不限于此。n侧电极15为线状,其宽度远远窄于发光表面一侧的长度,即,它具有细长的矩形形状。n侧电极15的纵向方向平行于发光表面的一侧,在纵向方向上的宽度稍小于发光表面一侧的长度。在p侧电极14上,形成有由Au或焊料凸块制成的连接导电材料16。形成保护绝缘树脂17,以便覆盖发光二极管10中的除了发光表面和连接导电材料16之外的表面。
图2A和2B示出了用于安装发光二极管的基板,其中,发光二极管10安装在该基板上。这里,图2A和2B分别示出了平面图和横截面图。如图2A和2B所示,在这种情况下,连接导电材料16被倒置,且发光二极管10安装在预先形成于基板21(如玻璃基板)上的布线22上。埋置绝缘树脂23,从而发光表面暴露在发光二极管10的周围,线状的布线24形成在绝缘树脂23上,以便与n侧电极15中部处的线状n侧电极垂直地交叉,并且该布线连接至n侧电极15。布线24形成为完全纵向地横过发光表面且与该发光表面的一侧垂直地交叉。布线24的宽度形成为远远小于发光表面一侧的长度。布线24在发光表面外侧的绝缘树脂23上沿与发光表面上的延伸方向垂直的方向延伸。布线24在垂直方向上延伸的部分的宽度远远大于布线24在发光表面上的部分的宽度。例如,布线24由Al或Au形成。尽管图2A和2B只示出了一个发光二极管10,然而该发光二极管10是根据发光二极管的所需类型和所需数量以预定设置方式安装的,这取决于用于安装发光二极管的基板的用途和功能。
就发光表面的尺寸、n侧电极15的尺寸以及纵向横过发光表面的布线24的宽度的具体实例而言,发光表面是一侧为20μm的正方形,n侧电极15的尺寸是3×16μm2,且布线24的宽度是3μm。在这种情况下,n侧电极15的接触面积是48μm2。发光表面的透光率是[20×20-(3×16+3×13)]/(20×20)=(400-99)/400=0.753=75.3%。如上所述,布线24的宽度形成得足够窄,从而与图18A和18B中所示的形成透明电极205以便覆盖整个发光表面的发光二极管相比较,可以获得具有更高亮度的发光二极管10。
用作n型半导体层11、发光层12以及p型半导体层13的半导体根据需要进行选择,更具体地说,它们例如是GaN半导体、AlGaInP半导体等。
例如,在发光二极管10是GaN发光二极管的情况下,尺寸和材料的具体实例如下。n型半导体层11是n型GaN层且厚度例如是2600nm,并且发光层12的厚度例如是200nm,以及p型半导体层13是p型GaN层且厚度例如是200nm。举例来说,发光层12具有由InGaN阱层(well layer)和GaN阻挡层(barrier layer)形成的多量子阱结构(multiple quantum well(MQW)),并且在GaN发光二极管发蓝光的情况下,InGaN阱层的In含量(composition)例如是0.17,而在GaN发光二极管发绿光的情况下,InGaN阱层的In含量例如是0.25。例如,p侧电极14由Ag/Pt/Au结构中的多层金属膜形成,其中Ag膜的厚度例如是50nm,Pt膜的厚度例如是50nm,并且Au膜的厚度例如是2000nm。P侧电极14可以由单层Ag膜形成。例如,n侧电极由Ti/Pt/Au结构中的金属层压膜形成,其中Ti膜和Pt膜的厚度例如都是50nm,并且Au膜的厚度例如是2000nm。
举例来说,在发光二极管10是AlGaInP发光二极管的情况下,尺寸和材料的具体实例如下。n型半导体层11是n型GaAs层和其上的n型AlGaInP层,其中n型GaAs层仅形成在n型AlGaInP层的中部,n型GaAs层的厚度例如是50nm,并且n型AlGaInP层的厚度例如是1000nm。发光层12的厚度例如是900nm。P型半导体层13是p型AlGaInP层和其上的p型GaAs层,其中p型GaAs层仅形成在p型AlGaInP层的中部,p型AlGaInP层的厚度例如是1000nm,并且p型GaAs层的厚度例如是50nm。举例来说,在Al和Ga的总含量几乎等于In含量的情况下,n型AlGaInP层和p型AlGaInP层的含量都是Al=0-0.7,此处Al+Ga=1。例如,发光层12具有由Ga0.5In0.5P阱层和(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P阻挡层形成的MQW结构。例如,p侧电极14由Au/Pt/Au结构中的金属多层膜形成,其中Au膜的厚度例如是50nm,并且Pt膜的厚度例如是50nm,以及Au膜的厚度例如是2000nm。举例来说,n侧电极15由Pd/AuGe/Au结构中的金属层压膜形成,其中Pd膜的厚度例如是10nm,AuGe膜的厚度例如是90nm,并且Au膜的厚度例如是2000nm。
根据第一实施例,发光表面上的n侧电极15近似以宽度窄于发光表面的线状形成,并且连接至n侧电极15的布线24近似以宽度窄于发光表面的线状形成,且该布线与n侧电极15垂直地交叉。这样,足以将布线24在纵向方向上连接至近似线状的n侧电极15的任何部位并且在纵向方向上连接布线24的任何部位,这为将发光二极管10安装在基板21上时的位置改变以及形成布线24时的位置改变提供了很大的空白区域。因此,即使在将发光二极管10安装于基板21时发生位置改变或者在形成布线24时发生位置改变,发光表面上的n侧电极15也能够可靠地连接至布线24。例如,如图3或图4所示,即使安装发光二极管10的位置在布线24的纵向方向上或在垂直于该纵向方向的方向上发生改变,n侧电极15也能够可靠地连接至布线24。因此,能够以高产量制造用于安装发光二极管的基板,并且可以预期制造费用的减少。另外,在这种情况下,由于由发光表面上的n侧电极15和布线24造成的阻光区域的面积没有改变,所以发光二极管10的亮度变化很小。
接下来,将描述本发明的第二实施例。
如图5所示,除了待安装于基板21上的发光二极管10的发光表面的形状为八边形之外,第二实施例类似于第一实施例。
根据第二实施例,可以获得类似于第一实施例的优点。
接下来,将描述本发明的第三实施例。
如图6所示,除了待安装于基板21上的发光二极管10的发光表面的形状为具有圆角的矩形外,第三实施例类似于第一实施例。
根据第三实施例,可以获得类似于第一实施例的优点。
接下来,将描述本发明的第四实施例。
如图7所示,除了待安装于基板21上的发光二极管10在围绕中心轴线转动且布线24形成为倾斜地交叉n侧电极15并连接至n侧电极15的状态下安装之外,第四实施例类似于第一实施例。
根据第四实施例,可以获得类似于第一实施例的优点。
接下来,将描述本发明的第五实施例。
第五实施例不同于第一实施例之处在于:取代图1A和1B所示的发光二极管10,图8所示的发光二极管30安装于基板21上。
如图8所示,在发光二极管30中,与图1A和1B所示的发光二极管10的相同之处在于:发光二极管的结构由n型半导体层31、发光层32以及p型半导体层33形成。然而,在这种情况下,例如,n型半导体层31、发光层32以及p型半导体层33通常都具有圆形的平坦(flat)形状,且端面(侧面)34向n型半导体层31的底侧倾斜角度θ1。在n型半导体层31、发光层32以及p型半导体层33直径方向上的截面形状是梯形(θ1<90度)、矩形(θ1=90度)、或倒梯形(θ1>90度),并且圆形p侧电极35例如形成在p型半导体层33上。透明树脂36形成为覆盖p型半导体层33的端面34和p侧电极35周围的顶面。随后,形成反射膜37,以便覆盖整个透明树脂36和p侧电极35。在n型半导体层31的作为发光表面的背侧上,形成线状的细长矩形形状的n侧电极38,该电极在背侧的直径方向上延伸。
为了最大化提取光的效率,发光二极管30结构被优化如下:
(1)透明树脂36的斜面36a向n型半导体层31的底侧倾斜角度θ2,从而反射膜37也向n型半导体层31的底侧倾斜角度θ2,在此θ2<θ1。因此,从发光层32产生并从端面34发出的光在反射膜37上反射且指向朝下,这趋向于容易将光提取到外界。
(2)透明树脂36的折射率n2满足:空气的折射率<n2<n1,其中n型半导体层31、发光层32以及p型半导体层33的总平均折射率是n1。因此,与端面34的外部介质是空气的情况相比,发光层32产生且入射到端面34的光趋向于从端面34向外发射,这最终趋向于容易将光提取到外界。
(3)高宽比b/a在0.001至2的范围内,并且b在0.3至10μm的范围内,在此,发光二极管结构的最大直径,即n型半导体层31底侧的直径为a,并且整个厚度(高度)为b。
(4)对于反射膜37的材料,使用那些对发光波长的光具有尽可能高的高反射比的材料,例如,具有Ag或主要成分是Ag的材料。因此,从端面34或从p型半导体层33的顶面发出到外界的光可以在反射膜37中有效地被反射,这最终趋向于容易将光提取到外界。另外,反射膜37与p侧电极35具有欧姆连接,且还作为p侧电极35的一部分或待连接至p侧电极35的布线的一部分,从而减小p侧电极35的电阻,进而降低操作电压。
(5)如图9所示,反射膜37以这样的方式形成,即它至少包括一区域,在该区域中,端面34沿垂直于端面34的方向投射到透明树脂36的斜面36a上,此处,30度≤θ1≤90度,反之它至少包括这样的一区域,在该区域中,端面34沿那个方向(在该方向上,垂直于端面34的方向返回到该面以提取光)投射到斜面36a上,即在n型半导体层31的底侧上,此处,90度<θ1≤150度。因此,由发光层32产生并从端面34发射的几乎所有的光在反射膜37中反射且指向朝下,这趋向于将光提取到外界。
(6)反射膜37不仅形成在端面34上的透明树脂36上,而且还形成在p型半导体层33顶面上的透明树脂36和p侧电极35上。因此,发光层32产生并从端面34发射的光以及p型半导体层33顶面发射的光都在反射膜37中反射且指向向下,这趋向于将光提取到外界。
(7)选择θ1和θ2以便满足下列条件:
在30度≤θ1≤150度的范围内,
θ2≥(θ1-sin-1(n3/n2))/2且θ2≤θ1/2,此处,30≤θ1≤90度;
以及
θ2≥((θ1-90)-sin-1(n3/n2))/2且θ2≤(θ1-90)/2,此处,
90度<θ1≤150度。
这里,n3是与透明树脂36的底侧接触的外部介质的折射率。在θ1>90度的情况下,所有在发光表面中反射的光进入反射膜37。如图10所示,θ2≥(θ1-sin-1(n3/n2))/2或θ2≥((θ1-90)-sin-1(n3/n2))/2是从端面34在垂直于它的方向上发射的所有光不在透明树脂36与外部介质之间的界面上反射的条件。另外,θ2≤θ1/2或θ2≤(θ1-90)/2是光不从透明树脂36侧进入端面34的条件。
(8)在n侧电极38中,n侧电极的除了在纵向方向上的至少两端部之外的部分在这样的区域中形成,在该区域,p型半导体层33的顶面在垂直于它的方向上投射到n型半导体层31的底侧上。这样,可以获得以下优点。换句话说,在GaN发光二极管中,由发光层32产生的、在端面34中反射的、向下指向的并且被提取到外界的几乎全部光集中到这样的区域中,在该区域,端面34投射到n型半导体层31的底侧上。n侧电极38形成在该区域中,并且然后n侧电极38阻止待提取到外界的光损失光量。因此,优选地,n侧电极38形成在尽可能避免该区域的其它区域,即,它形成在这样的区域中,在该区域,p型半导体层33的顶面在垂直于它的方向上投射到n型半导体层31的底侧上。
用作n型半导体层31、发光层32以及p型半导体层33的半导体根据需要来选择。更具体地说,例如,它们是GaN半导体、以及AlGaInP半导体。
例如,在发光二极管30是GaN发光二极管的情况下,尺寸和材料的具体实例如下。n型半导体31是n型GaN层,厚度例如是2600nm,发光层32的厚度例如是200nm,p型半导体层33是p型GaN层且厚度例如是200nm。举例来说,发光层32具有由InGaN阱层和GaN阻挡层形成的MQW结构,其中在GaN发光二极管发蓝光的情况下,InGaN阱层的含量例如是0.17,而在GaN发光二极管发绿光的情况下,InGaN阱层的含量例如是0.25。例如,a是20μm,此处,发光二极管结构的最大直径,即n型半导体层31底侧的直径是a。如上所述,在作为n型半导体层31的n型GaN层的厚度是2600nm,并且发光层32以及作为p型GaN层的p型半导体层33的厚度均是200nm的情况下,该发光二极管结构的整个厚度是2600+200+200=3000nm=3μm。在这种情况下,发光二极管结构的高宽比是b/a=3/20=0.15,此处,发光二极管结构的整个厚度(高度)是b。例如,θ1是50度。例如,P侧电极35由Ag/Pt/Au结构中的金属多层膜形成,其中,Ag膜的厚度例如是50nm,Pt膜的厚度例如是50nm,并且Au膜的厚度例如是2000nm。P侧电极35可以是单层Ag膜。举例来说,n侧电极38由Ti/Pt/Au结构中的金属层压膜形成,其中,Ti膜和Pt膜的厚度例如均是50nm,并且Au膜的厚度例如是2000nm。
例如,在发光二极管30是AlGaInP发光二极管的情况下,尺寸和材料的具体实例如下。n型半导体层31由n型GaAs层和其上的n型AlGaInP形成,其中n型GaAs层仅形成在n型AlGaInP层的中部,n型GaAs层的厚度例如是50nm,且n型AlGaInP层的厚度例如是1000nm。发光层32的厚度例如是900nm。P型半导体层33由p型AlGaInP层和其上的p型GaAs层形成,其中p型GaAs层仅形成在p型AlGaInP层的中部,p型AlGaInP层的厚度例如是1000nm,并且p型GaAs层的厚度例如是50nm。n型AlGaInP层和p型AlGaInP层的含量例如是Al=0至0.7,此处Al+Ga=1,例如,其中Al和Ga的总含量近似等于In的含量。例如,发光层32具有由Ga0.5In0.5P阱层和(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P阻挡层形成的MQW结构。发光二极管结构的最大直径例如是20μm。如上所述,在n型GaAs层的厚度是50nm的情况下,n型AlGaInP层的厚度是1000nm,发光层32的厚度是900nm,p型AlGaInP层的厚度是1000nm,且p型GaAs层的厚度是50nm,该发光二极管结构的整个厚度是50+1000+900+1000+50=3000nm=3μm。在这种情况下,发光二极管结构的高宽比是b/a=3/20=0.15。例如,θ1是45度。例如,在透明树脂36的折射率为1.6的情况下,其涂敷厚度在平坦部位上等于1μm且由于固化时的收缩,厚度减少至70%,θ2例如是20度。举例来说,P侧电极35由Au/Pt/Au结构中的金属多层膜形成,其中Au膜的厚度例如是50nm,Pt膜的厚度例如是50nm,且Au膜的厚度例如是2000nm。举例来说,反射膜37由Au单层膜形成,其中厚度例如是100nm。举例来说,n侧电极38由Pd/AuGe/Au结构中的金属层压膜形成,其中Pd膜的厚度例如是10nm,AuGe膜的厚度例如是90nm,并且Au膜的厚度例如是2000nm。
在发光二极管30中,操作过程中由发光层32产生的光在端面34中反射,并从n型半导体层31的底侧提取到外界,或者光从端面34和p型半导体层33的顶面发射,在反射膜37中反射,并从透明树脂36的底侧提取到外界,或者直接导向n型半导体层31的底侧并原样提取。在这种情况下,如上所述,由于从最大化提取光效率的观点优化了各部件,因而提取到发光二极管30之外的光量显著增加。
类似于图2A和2B所示的发光二极管,在反射膜37倒置的情况下,发光二极管30安装在预先形成于基板21上的布线22上,并且埋置绝缘树脂23,从而发光表面暴露在发光二极管30周围。然后,线状的布线24形成在绝缘树脂23上,以便在n侧电极38的中部与线状的n侧电极38垂直交叉,并且该布线连接至n侧电极38。连接导电材料形成在反射膜37或布线24上,并且反射膜37和布线24通过该连接导电材料相互电连接。
例如,发光二极管30可以根据如下方法制造。在此,假设GaN发光二极管被制成发光二极管30的情况。
如图11A所示,首先,例如,准备厚度为430μm的蓝宝石基板39,其中主平面是C+平面,且表面通过热清洁而被清洁。然后,在蓝宝石基板39上通过MOCVD法在例如大约500℃的低温下沉积厚度为1000nm的GaN过渡层(buffer layer)40,温度上升至大约1000℃用于结晶,并且顺序地沉积由掺杂有Si作为n型杂质的n型GaN层形成的n型半导体层31、具有由InGaN阱层和GaN阻挡层形成的MQW结构的发光层32、以及由掺杂有Mg作为p型杂质的p型GaN层形成的p型半导体层33。这里,例如,n型GaN层在大约1000℃的温度下沉积,发光层32在大约750℃的温度下沉积,并且p型GaN层在大约900℃的温度下沉积。另外,例如,n型GaN层在氢气气氛中沉积,发光层32在氮气气氛中沉积,并且p型GaN层在氢气气氛中沉积。
例如,用于沉积GaN半导体层的原材料,三甲基镓((CH3)3 Ga,TMG)用作Ga原材料,三甲基铝((CH3)3Al,TMA)用作Al原材料,三甲基铟(CH3)3In,TMI)用作In原材料,并且氨(NH3)用作氮原材料。对于掺杂剂,例如,硅烷(SiH4)用作n型掺杂剂,并且双甲基环戊二烯基镁((CH3 C5 H4)2Mg)或双环戊二烯基镁((C5H5)2Mg)用作p型掺杂剂。
随后,将如上所述的其上沉积有GaN半导体层的蓝宝石基板39从MOCVD单元中取出。
随后,通过光刻法在基板的表面上形成预定圆形形状的抗蚀图案,随后通过溅射在基板的整个表面上形成Ag膜、Pt膜和Au膜,然后将抗蚀图案与其上所形成的Ag膜、Pt膜和Au膜一起除去(剥离)。这样,如图11B所示,在由p型GaN层形成的p型半导体层33上形成Ag/Pt/Au结构中的圆形p侧电极35。
随后,如图11C所示,形成圆形抗蚀图案41,以覆盖由p型GaN层形成的p型半导体层33的预定区域的表面,包括p侧电极35。
随后,用抗蚀图案41作为掩膜,以在利用氯气作为蚀刻气体通过反应离子蚀刻(RIE)进行锥面蚀刻(taper etching)的条件下,蚀刻到由n型GaN层形成的n型半导体层31厚度的一半深度,随后除去抗蚀图案41。在这种方式中,如图12A所示,在倾斜角度θ1处形成端面34。
随后,如图12B所示,形成透明树脂36。例如,对于形成透明树脂36的方法,列举以下方法。在第一方法中,通过旋转涂敷在整个表面上涂敷透明树脂36,以将斜面36a自动设定为角度θ2。在第二方法中,通过旋转涂敷来涂敷透明树脂36,然后透明树脂36固化并收缩,以将斜面36a设定为角度θ2。在第三方法中,通过光刻法形成透明树脂36。更具体地说,用抗蚀剂(感光树脂)作为透明树脂36,并对该抗蚀剂进行涂敷、曝光和显影,以将斜面36a设定为角度θ2。在第四方法中,使用预定模具来压制形成透明树脂36,以将斜面36a设定为角度θ2。在第五方法中,热压印透明树脂36,以将斜面36a设定为角度θ2。在第六方法中,通过UV压印来形成透明树脂36,以将斜面36a设定为角度θ2。在第七方法中,通过旋转涂敷来涂敷透明树脂36,并在将透明树脂36压靠在可塑性变形的模具释放层上的状态下固化透明树脂36,以将斜面36a设定为角度θ2。
随后,通过溅射将Ag膜和Au膜顺序地形成在整个基板上,通过光刻法形成预定圆形形状的抗蚀图案,并且然后将该抗蚀图案用作掩膜,以蚀刻Ag膜和Au膜。这样,如图12C所示,在透明树脂36和p侧电极35上形成Ag/Au结构中的圆形反射膜37。
随后,将反射膜37一侧用树脂粘合到单独准备的蓝宝石基板上(未示出),从蓝宝石基板39的背侧施加激光束(例如受激准分子激光),以在蓝宝石基板39与n型GaN层形成的n型半导体层31之间的界面上进行烧蚀(ablation),然后除去蓝宝石基板39的位于n型半导体层31之上的部分。随后,通过化学机械抛光(CMP)进行抛光而除去所除去表面上的GaN过渡层40,并减小n型半导体层31的厚度直到到达斜面34。在此时此刻,将发光二极管相互分离。
随后,通过光刻法在n型半导体层31的表面上形成预定的线状、细长矩形形状的抗蚀图案,通过溅射在整个表面上顺序地形成Ti膜、Pt膜和Au膜,然后将抗蚀图案与其上所形成的Ti膜、Pt膜和Au膜一起除去(剥离)。这样,在n型半导体层31上形成Ti/Pt/Au结构中的线状、细长形状的n侧电极38。
此后,除去其上粘合有反射膜37的蓝宝石基板,以分离各个发光二极管。
如上所述,如图8所示,完成了目标发光二极管30。
如上所述,根据第五实施例,发光二极管30的结构是优化的,从而可以最大化提取光的效率,并且可以预期发光效率的明显改善。另外,发光二极管30具有的结构适合小型化。例如,可以很容易获得尺寸在几十μm或之下的超小发光二极管。
下面,将描述本发明的第六实施例。在第六实施例中,将描述发光二极管显示器,该发光二极管显示器使用用于安装根据第一至第五实施例中任一个的发光二极管的基板。
如图13所示,在第六实施例中,以与根据第一至第五实施例中任一个的发光二极管10或发光二极管30的结构相似的结构,通过组合发红光的发光二极管50R、发绿光的发光二极管50G和发蓝光的发光二极管50B来形成单个像素,并且该像素根据基板21上所需像素的数量设置在一矩阵中。在发光二极管50R、50G和50B的n侧电极上,布线24形成为与第一至第五实施例类似,进而制成发光二极管显示器。
根据第六实施例,发光二极管50R、50G、50B的n侧电极可以可靠地连接至布线24,并且可以很容易实现高可靠性的全色发光二极管显示器。
如上所述,虽然已经具体地描述了本发明的实施例,但是本发明的实施例不限于上面所描述的实施例,可以基于根据本发明实施例的技术构思对这些实施例进行各种修改。
例如,在第一至第六实施例中所指定的数值、材料、结构、形状、基板、原材料以及工艺仅仅是示例性的,而且可以根据需要使用不同的数值、材料、结构、形状、基板、原材料以及工艺。
本领域技术人员应该理解,根据设计需要和其它因素,可以进行各种修改、组合、再组合和选择,只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。
Claims (12)
1.一种形成发光器件的布线的方法,所述发光器件在发光表面上具有电极,所述方法包括以下步骤:
形成近似线状的所述电极,其中所述电极的宽度窄于所述发光表面;以及
形成连接至所述电极的近似线状的布线,其中所述布线的宽度窄于所述发光表面,以与所述电极交叉。
2.根据权利要求1所述的形成发光器件的布线的方法,其中,所述布线被形成为完全地纵向横过所述发光表面。
3.根据权利要求1所述的形成发光器件的布线的方法,其中,所述布线被形成为与所述电极几乎垂直地交叉。
4.根据权利要求1所述的形成发光器件的布线的方法,其中,所述发光表面的外部具有几乎平行于所述布线的部分。
5.根据权利要求1所述的形成发光器件的布线的方法,其中,所述发光表面的外部具有几乎垂直交叉所述布线的部分。
6.根据权利要求1所述的形成发光器件的布线的方法,其中,所述发光器件是发光二极管,所述发光二极管具有端面,在所述端面中,形成所述发光二极管结构的半导体层向其主平面倾斜角度θ1,且所述发光器件包括在所述端面外侧的反射体,所述反射体至少部分地包括面向所述端面且向所述主平面倾斜角度θ2的部分,所述角度θ2小于所述角度θ1。
7.一种用于安装发光器件的基板,所述基板包括:在发光表面上具有电极的发光器件,所述发光器件安装于所述基板上;
其中,所述电极近似以线状形成,其中,所述电极的宽度窄于所述发光表面,并且
连接至所述电极的布线近似以线状形成,其中,所述布线的宽度窄于所述发光表面,以与所述电极交叉。
8.根据权利要求7所述的用于安装发光器件的基板,其中,所述发光器件安装于所述基板上,同时所述发光表面朝上。
9.一种显示器,包括:
用于安装发光器件的基板,其中,发光表面上具有电极的发光器件安装于基板上;
其中,所述电极近似以线状形成,其中所述电极的宽度窄于所述发光表面,并且
连接至所述电极的布线近似以线状形成,其中所述布线的宽度窄于所述发光表面,以与所述电极交叉。
10.一种背光源,包括:
用于安装发光器件的基板,其中,发光表面上具有电极的发光器件安装于基板上;
其中,所述电极近似以线状形成,其中,所述电极的宽度窄于所述发光表面,并且
连接至所述电极的布线近似以线状形成,其中所述布线的宽度窄于所述发光表面,以与所述电极交叉。
11.一种照明设备,包括:
用于安装发光器件的基板,其中,发光表面上有电极的发光器件安装于基板上;
其中,所述电极近似以线状形成,其中所述电极的宽度窄于所述发光表面,并且
连接至所述电极的布线近似以线状形成,其中所述布线的宽度窄于所述发光表面,以与所述电极交叉。
12.一种电子器具,包括:
用于安装发光器件的基板,其中,发光表面上具有电极的发光器件安装于基板上;
其中,所述电极近似以线状形成,其中所述电极的宽度窄于所述发光表面,并且
连接至所述电极的布线近似以线状形成,其中所述布线的宽度窄于所述发光表面,以与所述电极交叉。
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