CN101656282A - 发光二极管装置、使用其的背光模组装置和照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光二极管装置、使用其的背光模组装置和照明装置。该发光二极管结构包括磊晶结构及承载此磊晶结构的图形化支撑结构。上述发光二极管还包含第一电极以及第二电极，且第一电极及第二电极位于磊晶结构的同一侧或分别位于磊晶结构的相对两侧。

Description

发光二极管装置、使用其的背光模组装置和照明装置

技术领域

本发明涉及一种发光二极管结构及其制作方法、以及使用该发光二极管结构的背光模组装置和照明装置，更特别地，涉及一种具有有效散热设计的发光二极管结构及其制作方法。

背景技术

通常，磊晶结构中的成长基板会有吸光的问题存在，因此在传统的发光二极管元件制造工艺中，通常会将已完成的磊晶结构再次黏贴于透明基板上，然后移除原先的成长基板。换言之，已知的作法会是以透明基板来取代原先的成长基板，以支撑磊晶结构，并解决成长基板的吸光问题。

发光二极管的应用十分广泛，尤其是应用于手持通讯装置、照明装置、显示器背光装置等时，对于元件的体积要求更趋于轻薄短小。然而，在已知的发光二极管结构中，为了有足够的强度来支撑磊晶结构，上述透明基板须具有一定的厚度，因此难以往更薄的方向发展。而且，已知的透明基板往往是完全地覆盖于磊晶结构的表面，且其导热系数并不高，所以其散热效果也相对较差。

因此，如何提供一种新的发光二极管及其制作方法，来解决发光二极管的薄化与散热问题，成为一个很重要的课题。

发明内容

鉴于先前技术所存在的问题，本发明提供一种发光二极管结构及其制作方法，可减少发光二极管的厚度并改善已知的散热问题。

本发明一方面在于提供一种发光二极管的制作方法，该方法包括：形成一磊晶结构于基板上；移除部分磊晶结构，使磊晶结构具有第一表面以及第二表面，其中第一表面与第二表面为不同掺杂类型；分别制作第一电极于第一表面以及第二电极于第二表面；形成图形化支撑结构于磊晶结构上；以及移除基板，以暴露出磊晶结构。

本发明又一方面提供一种发光二极管装置，此装置包括磊晶结构，其具有第一侧及相对于第一侧的第二侧，且在第一侧具有第一表面以及第二表面，且第一表面与第二表面为不同的掺杂类型；第一电极，位于第一侧的第一表面上；第二电极，位于第一侧的第二表面上；以及图形化支撑结构，位于第一侧，用以承载磊晶结构。

本发明另一方面提供一种发光二极管的制造方法，该方法包括形成一磊晶结构于一基板上，磊晶结构具有第一侧及相对于第一侧的第二侧；制作第一电极于磊晶结构的第一侧上；形成图形化支撑结构于磊晶结构的第一侧；移除基板，以暴露出磊晶结构的第二侧；及制作第二电极于磊晶结构的第二侧上。

本发明再另一方面提供一种发光二极管，其包含：磊晶结构，具有第一侧，及相对于第一侧的第二侧；图形化支撑结构，在发光二极管的第一侧，图形化支撑结构用以承载磊晶结构。此外，发光二极管还包含第一电极及第二电极，分别位于第一侧及第二侧。

附图说明

图1A至图1G为根据本发明一实施例的发光二极管的制造工艺流程示意图；

图2A至图2C为根据本发明一实施例的发光二极管俯视图；

图3A为根据本发明一实施例以电弧放电技术形成图形化支撑结构的电极配置图；

图3B为根据本发明一实施例以电弧放电技术形成图形化支撑结构的指插式电极配置图；

图4A为以图3A形式的电极形成微结构于磊晶结构上的发光二极管俯视图；

图4B为以图3B形式的电极形成微结构于磊晶结构上的发光二极管俯视图；

图5A至图5G为根据本发明另一实施例的发光二极管制造工艺流程示意图；

图6A至图6C为根据本发明另一实施例的发光二极管俯视图；

图7为本发明的背光模组结构图；以及

图8为本发明的照明装置结构图。

100            基板

101            磊晶结构

101a           第一侧

101b           第二侧

102            第一半导体

1022           第一表面

1024           第三表面

104            发光活化层

106            第二半导体

1062           第二表面

112            反射层

116            第一电极

118            第二电极

130            图形化支撑结构

130a           空隙

131、132、133、134、135、136    微结构

180            发光二极管

281、282、283  发光二极管

302            阳极电极

304            阴极电极

381、382       发光二极管

481、482       发光二极管

500            基板

501            磊晶结构

501a           第一侧

501b           第二侧

502            第一半导体

5022           第一表面

5024           第三表面

5104           发光活化层

506            第二半导体

5062           第二表面

512            反射层

516            第一电极

518            第二电极

530            图形化支撑结构

530a           空隙

531、532、533、534    微结构

580            发光二极管

681、682、683  发光二极管

700            背光模组装置

710            光源装置

711            发光二极管装置

720            光学装置

730            电源供应系统

800            照明装置

810            光源装置

811            发光二极管装置

820            电源供应系统

830            控制元件

具体实施方式

图1A至1G为本发明第一实施例的发光二极管的制造工艺流程示意图。如图1A所示，首先提供基板100，基板100可为任何适合于其上成长磊晶结构的基板。接着，形成磊晶结构101于基板100上，如图1B所示。形成磊晶结构101的步骤包括形成第一半导体层102于基板100上；接着，形成活性层104，位于第一半导体层102上；以及形成第二半导体层106，位于活性层104上，其中第一半导体层102与第二半导体层106为不同掺杂类型，其掺杂类型包括p型与n型。

参考图1C，蚀刻磊晶结构101，以移除部分磊晶结构101，以使磊晶结构101具有第一表面1062以及第二表面1022，其中第一表面1062与第二表面1022为不同掺杂类型(即p型掺杂或n型掺杂)。接着，如图1D所示，分别制作第一电极116于第一表面1062以及第二电极118于第二表面1022。

参考图1E，形成图形化支撑结构130于第一表面1062以及第二表面1022上。上述图形化支撑结构130的材质可为任何合适的材料，例如，聚合物、玻璃、碳纳米管(Carbon Nano Tube，CNT)、陶瓷、氧化锌(ZnO)、蓝宝石、SiC、GaP、类钻石或钻石，其中聚合物包括例如环氧树脂(Epoxy)或聚酰亚胺(Polyimide)，所述玻璃包括旋转涂布玻璃(SOG)。且图形化支撑结构130可包括多个微结构131-133，其中每个微结构131-133之间相隔一空隙130a。此空隙130a可视需要而露出磊晶结构的第一表面1062或第二表面1022。优选地，图形化支撑结构130的最小厚度t不大于50微米，且其厚度至少高于第一电极116或第二电极118。其中图形化支撑结构130为透明结构体，具有环形图案，对称排列于磊晶结构101上。其中在透明结构体中还包含散射粒子或波长转换材料(未图示)。形成图形化支撑结构130的方法为先采用涂布工艺(coating process)，涂布一材料层于磊晶结构101上；再蚀刻此材料层，以形成包括多个微结构131-133的图形化支撑结构130；其中涂布工艺可以为旋转涂布工艺(spin coating)、喷墨印刷(ink-jet printing)或网印(screen printing)。

在另一实例中，形成图形化支撑结构130可采用电弧放电法，由所形成的碳纳米管制成。电弧放电法是将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，两电极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。在这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯(C₆₀)、无定型碳和单壁或多壁碳纳米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以调节几种产物的相对产量(未图式)。

在又一实例中，图形化支撑结构130的形成步骤包括：先成形多个微结构131-133；以及利用接合工艺(bonding process)将多个微结构131-133接合至磊晶结构101上，其中接合工艺为热接合技术、压力接合技术或阳极接合技术(anodic bonding)。热接合技术，即利用高温加热使微结构131-133与磊晶结构101接合。压力接合技术即利用施加于微结构131-133的高压，使微结构131-133接合于磊晶结构101上。

如图1F所示，形成图形化支撑结构130之后，可接着移除基板100，以暴露出磊晶结构101的第三表面1024，使其具有更佳的散热效果；同时可通过用图形化支撑结构130取代原来基板100的支撑功能。且此方法还可大幅减小元件厚度。其中，移除基板100可利用研磨技术或激光剥离(laserlift-off)技术，且基板100可完全移除或根据需要而仅移除一部分基板100。

然后，如图1G所示，移除基板100之后还包括形成反射层112于暴露出的磊晶结构101的第三表面1024上。反射层112的材质包括铑(Rh)、金(Au)、铝(Al)、银(Ag)或上述材料的组合。

图1G所示的结构即为依据本发明第一实施例的方法而制成的发光二极管装置180。上述发光二极管装置180包括磊晶结构101，具有第一侧101a及相对于第一侧101a的第二侧101b。此外，磊晶结构101于第一侧101a具有第一表面1062以及第二表面1022，第一表面1062与第二表面1022为不同掺杂类型。且还包含第一电极116，位于第一表面1062上；第二电极118，位于第二表面1022上；以及图形化支撑结构130，位于第一侧101a，图形化支撑结构130用以承载磊晶结构101。此外，发光二极管装置180也可包含反射层112，位于磊晶结构101的第二侧101b。

图2A至2C以俯视图显示依据第一实施例的方法所制作出的各种发光二极管装置281、282及283。从俯视图可看出，发光二极管装置281、282及283等各具有不同的图形化支撑结构130。应注意图2A至2C的第一电极116、第二电极118与图形化支撑结构130设置于磊晶结构101的同一侧。图2A显示三个互相隔离的长条型微结构131-133，每个微结构131-133之间相隔一空隙130a。图2B显示多个微结构131-135排列成垂直交错图案，每个微结构131-135之间相隔一空隙130a。图2C显示多个微结构131及132，微结构131及132之间相隔一空隙130a，微结构131呈现环形图案，其中空隙130a的大小可以固定，也可以不固定。

图3A及图3B是说明电弧放电技术中所采用的电极的配置图。如图3A所示，阳极电极302与阴极电极304平行对称排列，通过两极之间激发产生电弧，以于磊晶结构101上形成碳纳米管(CNT)，其中此碳纳米管(CNT)为非导电材料。如图3B所示，为指叉式电极配置图，其中阳极电极302为“ㄈ”字形状，阴极电极304为“一”字形状，两者形成指叉形状，藉由两极之间激发产生电弧，以于磊晶结构101上形成碳纳米管(CNT)。

图4A、4B以俯视图显示依据前述电弧放电技术所制作出材料为碳纳米管的微型结构的各种发光二极管装置481及482。从俯视图可看出，发光二极管装置481及482等各具有不同的图形化支撑结构130。图4A显示以图3A两平行排列的阳极电极302与阴极电极304之间激发电弧，而形成于磊晶结构101上的碳纳米管(CNT)材料的微结构131-133，其中三个互相隔离的长条型微结构131-133，每个微结构131-133之间相隔一空隙130a。图4B显示以图3B指叉式电极形成于磊晶结构101上的碳纳米管(CNT)材料的两行并排的多个互相隔离的长条型微结构131-136，其中微结构131-133之间相隔一空隙130a，微结构134-136之间相隔一空隙130a。

图5A至5G是本发明第二实施例的发光二极管的制造工艺示意图。本实施例与上述实施例的差异点在于，上述实施例是水平式结构，而本实施例是电极分别设置于磊晶结构的相对侧的垂直结构。其工艺步骤如图5A所示，首先提供基板500；基板500可为任何适合于其上成长磊晶结构的基板。接着，形成磊晶结构501于基板500上，如图5B所示。其中，形成磊晶结构501的步骤包含形成第一半导体层502于基板500上；形成活性层504，位于第一半导体层502上；以及形成第二半导体层506，位于活性层504上，其中第一半导体层502与第二半导体层506为不同掺杂类型，此掺杂类型包含p型与n型。

接着，如图5C所示，制作第一电极116于磊晶结构501的第一侧501a。然后，参考图5D，形成图形化支撑结构530于磊晶结构501的第一侧501a上。上述图形化支撑结构530的材质及制造方法可参考第一实施例所述。其中，图形化支撑结构530可包括多个微结构531-532。较佳而言，图形化支撑结构530的最小厚度t不大于50微米，且其厚度至少高于第一电极116。此外，关于图形化支撑结构530的图样，后续将有更详细的说明。

如图5E所示，形成图形化支撑结构530之后，可接着移除基板500，以暴露出磊晶结构501的另一侧501b。换言之，此步骤代表图形化支撑结构530将取代原来基板500来支撑磊晶结构501。移除基板500的方法可参考前述实施例。其中，基板500可完全移除或视需要部分地移除。还可以包括形成反射层512于磊晶结构501的第二侧501b，如图5F所示。上述反射层512的材质可参考前述实施例。

然后，形成第二电极118于反射层512的表面上，如图5G所示，此结构即为依据本发明第二实施例所示范的方法制成的发光二极管装置580。

图6A至6C以俯视图显示依据第二实施例的方法所制作出的各种发光二极管装置681、682及683。从俯视图可看出，发光二极管装置681、682及683具有不同的图形化支撑结构530。应注意，图6A至6C的第一电极116与图形化支撑结构530设置于磊晶结构501的同一侧501a；而第二电极118则设于另一侧501b。其中图6A显示两个互相隔离的长条型微结构531、532。图6B显示多个微结构531-534排列成对称性图案。此外，图6C显示呈现环形图案的多个微结构531及532。

图7显示本发明的背光模组结构图。其中背光模组装置700包含：包括本发明上述任意实施例的发光二极管装置711的光源装置710；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；以及电源供应系统730，提供上述光源装置710所需的电源。

图8显示本发明的照明装置的结构图。照明装置800可以是车灯、街灯、手电筒、路灯、指示灯等等。其中照明装置800包含：光源装置810，包括本发明上述任意实施例的发光二极管装置811；电源供应系统820，提供光源装置810所需的电源；以及控制元件830，控制输入光源装置810的电源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的范围；凡其它在本发明所揭示的精神和范围内完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书定义的范围内。

Claims (10)

1.一种发光二极管装置，包括：

磊晶结构，包含第一半导体层、位于该第一半导体层上的活性层、以及位于该活性层上的第二半导体层，该磊晶结构具有第一侧、以及相对于该第一侧的第二侧；以及

图形化支撑结构，位于该第一侧或该第二侧，用以承载该磊晶结构。

2.如权利要求1所述的发光二极管装置，其中该图形化支撑结构为聚合物、玻璃、碳纳米管、陶瓷、氧化锌、蓝宝石、SiC、GaP、类钻石或钻石，其中该聚合物包括环氧树脂或聚酰亚胺，该玻璃包括旋转涂布玻璃。

3.如权利要求1所述的发光二极管装置，其中该图形化支撑结构为透明结构体。

4.如权利要求1所述的发光二极管装置，其中该图形化支撑结构呈现环形图案、垂直交错图案或平行排列图案。

5.如权利要求1所述的发光二极管装置，其中该图形化支撑结构的最小厚度不大于50微米。

6.如权利要求1所述的发光二极管装置，其中该图形化支撑结构包括多个微结构，且每个微结构之间相隔一空隙。

7.如权利要求1所述的发光二极管装置，还包含第一电极与第二电极，位于该磊晶结构的相同侧或不同侧。

8.如权利要求7所述的发光二极管装置，其中该图形化支撑结构的最小厚度至少高于该第一电极或该第二电极。

9.一种背光模组装置，包括：

光源装置，包括权利要求1-8中的任一项所述的发光二极管装置；

光学装置，置于该光源装置的出光路径上；以及

电源供应系统，提供该光源装置所需的电源。

10.一种照明装置，包括：

光源装置，包括权利要求1-8中的任一项所述的发光二极管装置；

电源供应系统，提供该光源装置所需的电源；以及

控制元件，控制输入该光源装置的电源。

Images