CN101494258B - 发光元件、背光模块装置和照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可增加发光效率的发光装置，该发光装置包括：具有一侧壁的一壳体；一发光元件，在壳体之中；一封装材料，包覆发光元件，且至少一部分的封装材料位于壳体之中；以及一光子晶体结构，位于壳体的侧壁上，使得从发光元件所产生的光，可以经由壳体侧壁的光子晶体结构的反射作用而出光，进一步增加此发光装置的发光效率。本发明还披露了一种具有该发光装置的背光模块装置和照明装置。

Description

发光元件、背光模块装置和照明装置

技术领域

本发明涉及一种发光元件，尤其涉及一种水平式发光二极管元件结构。

背景技术

发光二极管(Light-emitting Diode)在具有光电转换特性的固态元件里十分重要。一般而言，它具有一发光层(Active Layer)，被两种不同电性的半导体层(p-type & n-type semiconductor layers)所包夹而成。当在两半导体层上的接触电极施加一驱动电流时，两半导体层的电子与空穴会注入发光层，在发光层中复合而放出光线，其光线具全向性，会通过此发光二极管元件的各个表面而射出。

发光二极管元件是一种被广泛使用的光源。相较于传统的白炽灯泡或荧光灯管，发光二极管除了具有省电与使用寿命较长的优异特性外，还具有整体性的成本优势，因此逐渐取代传统光源，而应用于各种不同领域，如交通号志、背光模块、路灯照明、医疗设备等产业。

随着发光二极管光源的应用与发展，对于亮度的要求越来越高，使得如何增加其发光效率而提高其亮度，成为产业界所共同努力的重要方向。目前已知方法之一，利用基板转移技术将原来具有吸光特性的成长基板移除，转换成另一具有透光或散热特性的基板，如此可大幅增加出光效率而提高亮度。

图9为利用基板转移技术所得的一般InGaN倒装片式(Flip-Chip)的发光二极管元件结构图。其工艺步骤先于Sapphire基板(图未示)上，形成一p电极与n电极同侧的水平式结构设计的发光叠层902；再将此发光叠层902，连结于表面具有p电路图案903与n电路图案906设计的封装基板(submount)901；最后，在封装基板901上的p电路图案903与n电路图案906中所预留的打线电极，进行打线工程，电性连接导线904与905，如此可获得如图9所示的倒装片式发光二极管元件900。由于此工艺步骤，将芯片(即Sapphire基板上形成的发光叠层902)先进行切割成一颗颗的管芯后，再分别连结于封装基板901之上，其制造程序过于复杂，使得生产效率难以有效提升。

发明内容

本发明的一目的在于提供一发光元件包含：一永久基板，具有n电路图案与p电路图案设计；一发光叠层，具有一n电极与一p电极，并与永久基板对位连结，使得n电极电性连结n电路图案，p电极电性连结p电路图案；其中上述的发光叠层还具有两个打线开口，分别露出n电路图案与p电路图案的打线区域，以作为后续打线工艺的导线连接位置。

本发明的另一目的在于提供一发光元件的制造方法包含：提供一成长基板；并在成长基板上形成一发光叠层；且在发光叠层的一表面，形成一n电极与一p电极；还提供一永久基板上，并在其一表面形成一n电路图案与一p电路图案；然后将成长基板与永久基板对位连结成一体，并使得n电极电性连接n电路图案，p电极电性连接p电路图案；再将该成长基板移除，并将上述发光叠层蚀刻出两个打线开口，而露出n电路图案与p电路图案的两个打线区域；最后对该永久基板进行切割裂片，形成多个管芯。

本发明提供一种利用基板转移技术所形成的发光元件结构，一永久基板，其一表面同时具有第一电路图案与第二电路图案；一发光叠层，其一表面同时具有第一电极与第二电极，并与上述永久基板对位连结，使得第一电极电性连接第一电路图案，第二电极电性连接第二电路图案；其中发光叠层还具有两个打线开口，分别露出该第一电路图案与该第二电路图案的两个打线区域。上述的发光元件结构，系先进行芯片连结后，再利用反应离子束蚀刻技术，蚀刻出打线开口；最后进行切割裂片工艺，将芯片切割成管芯后，再进行后段封装工艺。相较于传统的倒装片式发光二极管元件，此结构可以简化管芯工艺，并大幅提升生产效率。

附图说明

图1A为本发明第一工艺步骤的元件结构图。

图1B为图1A的上方俯视图。

图2A为本发明第二工艺步骤的元件结构图。

图2B为图2A的上方俯视图。

图3A为本发明第三工艺步骤的元件结构图。

图3B为本发明第三工艺步骤的对位示意图。

图4为本发明第四工艺步骤示意图。

图5A为本发明第五工艺步骤的第一示意图。

图5B为本发明第五工艺步骤的第二示意图。

图6为本发明的发光二极管结构图。

图7为本发明的背光模块结构图。

图8为本发明的照明装置结构图。

图9为一般倒装片式发光二极管的结构图。

附图标记说明

101～成长基板           102～n型半导体层

103～p型半导体层        104～n电极

105～p电极              201～永久基板

204～n电路图案          205～p电路图案

501～芯片               502～管芯

304，305～打线开口      404～n导线

405～p导线              600～发光二极管元件

700～背光模块装置；     710～光源装置；

711～发光二极管元件；   720～光学装置；

800～照明装置；         810～光源装置；

811～发光二极管元件；   820～电源供应系统；

830～控制元件；         900～水平式发光二极管

901～封装基板；         902～发光叠层；

903～n电路图案；        906～p电路图案；

904～导线               905～导线

具体实施方式

图6为本发明的一实施例的发光二极管元件600结构图。本实施例利用一基板转移技术，所制作而成的一水平式发光二极管结构，其工艺步骤主要包含芯片黏结工艺、基板移除(substrate lift-off)工艺、及反应离子束蚀刻(Reactiveion-beam etching)工艺。详细步骤如图1～图5所示，说明如下。

图1A-1B为本实施例的第一工艺步骤。如图1A所示，首先在一成长基板101上，形成一缓冲层(图未示)以及一半导体发光叠层，该叠层包含一n型半导体层102与一p型半导体层103；然后分别于n型半导体层102与p型半导体层103的上方，分别形成一n电极104与一p电极105。并请参照图1A的上方俯视图的图1B，其俯视平面是由多个n电极104与p电极105以直条状间隔排列而成的图案。如上所述的成长基板101，例如为蓝宝石基板(Sapphire substrate)，可以使形成于其上的InGaN半导体发光叠层于长晶过程中，不至于产生大量的晶格位错(dislocation)或晶格缺陷(defects)。n电极104与p电极105，例如是银(Ag)或铝(Al)或金(Au)或其合金所构成。

图2A-2B为本实施例的第二工艺步骤。如图2A所示在一永久基板201上，形成一n电路层204与p电路层205。并请参照图2A之上方俯视图的图2B，其俯视平面是由多个n电路层204与p电路层205，以直条状间隔排列而成的图案。多个n电路层204并透过另一垂直于每一个n电路层204的线条图案，相互连结而导通，形成一电性相连的n电路图案；同时多个p电路层205也透过另一垂直于每一个p电路层205的线条图案，相互连结而导通，形成一电性相连的p电路图案。其中，上述的n电路层204与p电路层205，例如是银(Ag)、铝(Al)或金(Au)或其合金所构成。永久基板201为散热性良好的基板，例如金属基板、硅基板或高导热陶瓷基板。

图3A-3B为本实施例的第三工艺步骤。如图3A所示利用一连结工艺，先将成长基板101的n电极104与p电极105以及永久基板201的n电路层204与p电路层205进行对位后(如图3B所示)，将两基板进行连结工艺。其中连结工艺可以是直接连结或金属连结；直接连结一般在高温条件下(＞400℃)，施加一固定的辅助压力，使连结界面两边的材料熔融在一起而产生粘结。金属连结于两连结界面上，先各自形成一金属层，然后再施以一较低温度(200℃～300℃)及一固定辅助压力，将两金属层连结起来。

图4为本实施例的第四工艺步骤。如图所示利用基板移除技术将成长基板101移除。其中基板移除技术为激光剥离技术，利用准分子激光(Excimerlaser)由成长基板101远离发光叠层的表面入射。此时，大部分的激光能量被成长基板101上的缓冲层与成长基板101的界面所吸收，进而分解缓冲层，达到的移除成长基板101的目的。

图5A-5B为本实施例的第五工艺步骤，其包含两个步骤。首先，如图5A所示，利用反应离子束蚀刻(Reactive ion-beam etching)技术对发光层进行蚀刻，分别在n电极104与p电极105的上方，蚀刻形成打线开口304与305，而直接露出n电极104与p电极105。其中反应离子束蚀刻(Reactive ion-beametching)具备多项优点，如选择性良好、蚀刻速率快、反应参数可独立控制及无残渣问题等，因此在半导体制造过程中有逐渐以反应离子束蚀刻取代湿式蚀刻的趋势。本实施例以感应耦合等离子体反应离子蚀刻系统(ICP-RIE)进行干式蚀刻，并以蚀刻参数分析的方法，通过改变反应气体(BCl₃/Ar)流量、压力、感应耦合等离子体功率ICP(Inductively coupled plasma)及RF功率(即DC-bias偏压)，找出它们和蚀刻速率、蚀刻选择性、蚀刻方向性、蚀刻表面平整度以及参数，蚀刻出开口304与305。再者，如图5B所示，对芯片501(包含永久基板201与发光叠层102)进行切割，形成多个分离的管芯502。

图6为本实施例的第六工艺步骤。本步骤是利用开口304与305，进行打线接合工程，其中n导线404连接n电极104且p导线405连接p电极105。然后，对p型半导体层102的表面进行粗糙化工程，例如以蚀刻或纳米压印等方法，使得p型半导体层102的表面，产生规则或不规则的凹凸表面。如此一来，当电流由导线，传导至半导体发光叠层所产生的光，会因为此出光面的粗糙化设计，使光的摘出效率提高，同时也使得发光二极管元件600的发光效率，获得整体提升。

由于本实施例先将芯片与永久基板连结后，再利用反应离子束蚀刻技术，蚀刻出打线开口，最后进行切割，将芯片切割成管芯，即获得发光二极管元件600的结构。而一般倒装片式发光二极管元件，先对芯片进行第一次切割成多个管芯后，再将各管芯与承载基板(sub-mount)，一一进行对位连结，最后再对承载基板(sub-mount)作第二次切割裂片，而获得发光二极管元件900。相较之下，本实施例只要进行一次芯片对位连结与一次切割工艺步骤便可完成，但一般倒装片式发光二极管元件，不仅需要将各管芯与承载基板(sub-mount)一一进行对位连结，还要进行两次的切割裂片制成，才能完成。由此可知，本实施例可以大幅简化工艺步骤，因而能够提升生产效率与降低生产成本。

图7为本发明的背光模块结构图，其中背光模块装置700包含：由依本发明上述任一实施例的发光二极管元件711所构成的一光源装置710；一光学装置720，置于光源装置710的出光路径上，将光做适当处理后出光；以及一电源供应系统730，提供上述光源装置710所需的电源。

图8为本发明的照明装置结构图。上述照明装置800可以是车灯、街灯、手电筒、路灯、或指示灯等等。其中照明装置800包含：一光源装置810，由依本发明上述的任一实施例的发光二极管元件811所构成；一电源供应系统820，提供光源装置810所需的电源；以及一控制元件830控制电流输入光源装置810。

虽然发明已藉各实施例说明如上，然其并非用以限制本发明的范围。对于本发明所作的各种修饰与变更，皆不脱本发明的精神与范围。

Claims (15)

1. 一种发光元件，包含：

一永久基板，其一表面具有第一电路图案与第二电路图案；以及

一发光叠层，位于该永久基板之上，其中该发光叠层还具有至少两个开口，分别位于该第一电路图案与该第二电路图案之上，分别露出该第一电路图案的至少一区域与该第二电路图案的至少一区域。

2. 如权利要求1所述的发光元件，其中该第一电路图案为一n电路图案，该第二电路图案为一p电路图案。

3. 如权利要求1所述的发光元件，还包含第一电极与第二电极，位于该发光叠层的一表面上。

4. 如权利要求3所述的发光元件，其中该第一电极为一n电极，该第二电极为一p电极。

5. 如权利要求1所述的发光元件，其中该发光叠层为一InGaN系列半导体发光叠层。

6. 如权利要求3所述的发光元件，其中该第一电路图案、该第二电路图案、该第一电极与该第二电极，由银、铝、金、或其合金所构成。

7. 如权利要求1所述的发光元件，其中该永久基板为硅基板或金属基板或AlN、BN等高导热陶瓷基板。

8. 如权利要求1所述的发光元件，其中该发光叠层还具有一粗糙表面，位于该第一电极与该第二电极的相对面。

9. 如权利要求8所述的发光元件，其中该粗糙表面由一蚀刻或一纳米压印方法所制成。

10. 如权利要求1所述的发光元件，其中该开口为打线开口，该区域为打线区域。

11. 如权利要求10所述的发光元件，还包含两个导线，电性连接该两个打线区域。

12. 如权利要求3所述的发光元件，其中该第一电极电性连接该第一电路图案，该第二电极电性连接该第二电路图案。

13. 如权利要求12所述的发光元件，其中该电性连结为直接连结或金属连结。

14. 一种背光模块装置，包含：

一光源装置，由权利要求1～12所述的任一发光元件所组成；

一光学装置，置于该光源装置的出光路径上；以及

一电源供应系统，提供该光源装置所需的电源。

15. 一种照明装置，包含：

一光源装置，由权利要求1～12所述的任一发光元件所组成；

一电源供应系统，提供该光源装置所需的电源；以及

一控制元件，控制该电源输入该光源装置。

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