CN102376833A - 阵列式发光元件、光源产生装置和背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列式发光元件、光源产生装置和背光模块。该阵列式发光元件包含基板以及位于基板之上的多个发光元件，其中每一发光元件包含第一半导体层，包含第一区域与第二区域；以及具有斜角的第二半导体层位于第二区域之上。发光元件还包含第一电接触区位于第一区域之上；以及第二电接触区位于第二半导体层之上，其中第二半导体层的侧向电阻值大于第一半导体层的侧向电阻值。

Description

阵列式发光元件、光源产生装置和背光模块

技术领域

本发明涉及阵列式光电元件，尤其涉及一种具有斜角的半导体层的阵列式发光元件。

背景技术

发光二极管(Light-emitting Diode；LED)为一种固态半导体元件，其至少包含一p-n结(p-n junction)，此p-n结形成于p型与n型半导体层之间。当于p-n结上施加一定程度的偏压时，p型半导体层中的空穴与n型半导体层中的电子会结合而释放出光。产生此光的区域一般又被称为发光区(light-emitting region)。

如图8所示，传统LED 8具有长方形n型半导体层81与长方形p型半导体层82，n型半导体层81与p型半导体层82之上分别有n型垫片83与p型垫片84，提供偏压于n型垫片83与p型垫片84，电流会沿路径c从p型垫片84流向n型垫片83。然而p型半导体层82的侧向电阻值较n型半导体层81高，电流在p型半导体层扩散速率较差，所以长方形的p型半导体层82位于p型垫片84附近的部分区域821电流通过的机率较低，导致位于部分区域821之下的区域产生光线的机率也较低。

LED的主要特征在于尺寸小、发光效率高、寿命长、反应快速、可靠度高和色度良好，目前已经广泛地使用在电器、汽车、招牌和交通号志上。随着全彩LED的问世，LED已逐渐取代传统的照明设备，如荧光灯和白热灯泡。

上述发光二极管可进一步地经由焊块或胶材将基板与基座连接，以形成发光装置。另外，基座还具有至少一电路，经由导电结构，例如金属线，电连接发光装置的电极。

发明内容

一个实施例的阵列式发光元件包含基板以及位于基板之上的多个发光元件，每一发光元件包含第一半导体层，包含第一边、第二边、第三边与第四边，其中第二边与第一边相对并小于第一边，第三边与第四边相对，第一边的两端与第三边和第四边的一端相接，第二边的两端与第三边和第四边的另一端相接，其中第二边至少与第三边及第四边其中之一形成斜角；第二半导体层位于第一半导体层之上；第一电接触区，位于第一半导体层之上并与第一半导体层电性连接；以及第二电接触区，位于第二半导体层之上并与第二半导体层电性连接，其中第一电接触区与第二电接触区位于基板同一侧。

另一实施例的阵列式发光元件与上述实施例基本相似，差异在于另一实施例的第二半导体层的第二边的边长大致趋近于零，或为第三边与第四边交会的点，此时第二半导体层约略为三角形。

附图说明

附图用以促进对本发明的理解，为本说明书的一部分。附图的实施例配合实施方式的说明以解释本发明的原理。

图1为依据本发明的第一实施例的剖面图。

图2A为依据本发明的第二实施例的俯视图。

图2B为依据本发明的第三实施例的俯视图。

图3A为依据本发明的第四实施例的俯视图。

图3B为依据本发明的第五实施例的俯视图。

图4A为依据本发明的第六实施例的俯视图。

图4B为依据本发明的第七实施例的俯视图。

图5A为依据本发明的第八实施例的俯视图。

图5B为依据本发明的第九实施例的俯视图。

图6显示了利用本发明实施例所组成的光源产生装置的示意图。

图7显示了利用本发明实施例所组成的背光模块的示意图。

图8显示了传统LED的示意图。

附图标记说明

1：阵列式发光元件

10：支持基板

102：粘结层

11：第一发光元件

12：发光叠层

122：第一半导体层

124：活性层

126：第二半导体层

13：第二发光元件

14：第一沟槽

15：第一电接触区

16：绝缘层

17：第二电接触区

18：电连接线

19：电极或垫片

20：第二沟槽

21、31、41、51：第一边

22、32、42、52：第二边

23、33、43、53：第三边

24、34、44、54：第四边

6：光源产生装置

61：光源

62：电源供应系统

63：控制元件

7：背光模块

71：光学元件

8：传统LED

81：长方形n型半导体层

82：长方形p型半导体层

821：部分区域

83：n型垫片

A-A’：剖面线

C：路径

具体实施方式

本发明的实施例会被详细地描述，并且绘制于附图中，相同或类似的部分会以相同的号码在各附图以及说明出现。

图1为沿图2B中的剖面线A-A’所视的剖面图。如图1所示，第一实施例的阵列式发光元件1包含基板10；发光叠层12，形成于基板10之上，其中发光叠层12至少包含第一半导体层122、活性层124与第二半导体层126，第二半导体层126的面积较第一半导体层122的面积小，活性层124的面积与第二半导体层126的面积大致相同。第二半导体层126可为p型半导体层或n型半导体层，第二半导体层126与第一半导体层122电性相异。活性层124位于第一半导体层122与第二半导体层126之间。阵列式发光元件1包含第一沟槽14，其中第一沟槽14将发光叠层12分隔成第一发光元件11与第二发光元件13。第一半导体层122包含第一电接触区15位于第一半导体层122的上表面，第二半导体层126包含第二电接触区17位于第二半导体层126的上表面。接着绝缘层16形成于第一沟槽14、第一发光元件11与第二发光元件13之上，但裸露出第一电接触区15与第二电接触区17，其中绝缘层16的形成方式包含但不限于电子束蒸镀法(E-Gun)、溅镀法(Sputtering)或等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)。电连接线18形成于绝缘层16之上，以电连接第一发光元件11的第一电接触区15与第二发光元件13的第二电接触区17，其中电连接线18的形成方式包含蒸镀、化镀或电镀，例如物理气相沉积法(PVD)，化学气相沉积法(CVD)，有机金属化学气相沉积法(MOCVD)或电子束蒸镀法(E-Gun)。发光元件可通过电接触区经由电连接线18形成电连接，或在电接触区上形成电极或垫片19，发光元件再通过电极或垫片19与电连接线18形成电连接；电连接的方式可为串联或并联。阵列式发光元件1可选择性地包含粘结层102位于基板10与发光叠层12之间。发光元件可以交流电或直流电驱动。

基板10可用以生长及/或支持发光叠层12，其材料可为透明或绝缘材料，例如为电绝缘材料、蓝宝石(Sapphire)、金刚石(Diamond)、玻璃(Glass)、聚合物(Polymer)、石英(Quartz)、压克力(Acryl)、氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)等。基板10的材料亦可为高散热或反射材料，包含铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、镍-锡(Ni-Sn)、镍-钴(Ni-Co)、金合金(Au alloy)、类金刚石碳薄膜(Diamond Like Carbon；DLC)、石墨(Graphite)、碳化硅(SiC)、碳纤维、复合材料、金属基复合材料(Metal MatrixComposite；MMC)、陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite；CMC)、高分子基复合材料(Polymer Matrix Composite；PMC)、硅(Si)、磷化碘(IP)、硒化锌(ZnSe)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)、磷砷化镓(GaAsP)、硒化锌(ZnSe)、磷化铟(InP)、镓酸锂(LiGaO₂)或铝酸锂(LiAlO₂)。可用以成长发光叠层12的材料例如为蓝宝石(Sapphire)、砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等。

发光叠层12的材料包含一种以上选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、磷(P)、氮(N)、锌(Zn)、镉(Cd)或硒(Se)所构成的群组的元素。粘结层102的材料包含导电或非导电材料，例如聚酰亚胺(polyimide)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、氧化镁(MgO)、介电材料、Su8光刻胶、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、硅胶(Silicone)、玻璃、氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO_x)、氧化钛(TiO₂)、氮化硅(SiN_x)、旋涂玻璃(SOG)或其他有机粘结材料、氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化锌(ZnO)、砷镓化铝(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷化镓砷(GaAsP)、氧化铟锌(IZO)、氧化钽(Ta₂O₅)或类金刚石碳薄膜(DLC)。当粘结层102为导电材料，第一沟槽14会向下延伸以裸露部分基板10。

如图2A所示，第二实施例以第一发光元件11为例，俯视观察时大致为具有至少不相等两边的四边形，第一半导体层122包含第一边21、第二边22、第三边23与第四边24，其中第二边22与第一边21相对并小于第一边21，第三边23与第四边24相对，第一边21的两端与第三边23和第四边24的一端相接，第二边22的两端与第三边23和第四边24的另一端相接，其中第二边22至少与第三边23及第四边24其中之一形成斜角，其中第二边22亦可为四边中最短边，或可大致为弧线。另外，第一边21与第二边22可为四边中最短的两边，第一边21、第三边23与第四边24的边长亦可相同或相异。于本实施例中，第二半导体层126的侧向电阻值大于第一半导体层122的侧向电阻值，第二电接触区17位于第二半导体层126之上并与第二半导体层126电性连接，优选为接近第二边22，更优选为至少包含部分第二边22。第一电接触区15位于第一半导体层122之上并与第一半导体层122电性连接，优选为接近第一边21，更优选为至少包含部分第一边21。第二实施例的第二半导体层126可为p型半导体层或n型半导体层，优选为p型半导体层。实施例不限于四边形，亦可为多于四边的多边形。此外，发光元件11可选择性地包含粘结层(图未示)位于基板(图未示)与第一半导体层122之间。

如图2B所示，第三实施例的阵列式发光元件1包含多个第二实施例的第一发光元件11，其中多个发光元件彼此电性相连，此处以串联进行。本实施例形成第二沟槽20以区隔多个发光元件，使每一发光元件的第一边21与其相邻的发光元件的第二边22相近，及/或每一发光元件的第四边24与其相邻的发光元件的第四边24平行相近。另外，发光元件阵列1的多个发光元件的电连接方式亦可为并联(图未示)，可以交流电或直流电驱动。

由于第二半导体层126的侧向电阻值大于第一半导体层122的侧向电阻值，电流在第二半导体层126的扩散速度相对于在第一半导体层122为慢。若第二电接触区17接近第二边22，而第二边22较相对的第一边21短，则第二半导体层126中靠近第二边22的面积相对于第一边21较小，电流可于第二电接触区17周围大致充分扩散，使电流于第二半导体层126中分布更为均匀。第二半导体层126包含部分的第一边21，活性层124的面积与第二半导体层126的面积大致相同，所以于第二半导体层126分布更为均匀的电流可大致通过整面的活性层124，增加活性层124有效发光的面积，进而提升发光元件的发光效率。

如图3A所示，第四实施例与第二实施例约略相似，差异在于第四实施例的第一发光元件11俯视观的大致为三角形，包含第一边31、第二边32、第三边33与第四边34，其中第二边32的边长大致趋近于零，或为第三边33与第四边34交会的点，此时第二半导体层126俯视观之大致为三角形，第二边32为三角型的顶点。第一半导体层122包含第一边31、第二边32、第三边33与第四边34。本实施例中，第二半导体层126的侧向电阻值大于第一半导体层122的侧向电阻值，第二电接触区17位于第二半导体层126之上并与第二半导体层126电性连接，优选为接近第二边32，更优选为至少包含部分第二边32。第一电接触区15位于第一半导体层122之上并与第一半导体层122电性连接，优选为接近第一边31，更优选为至少包含部分第一边31。第四实施例的第二半导体层126可为p型半导体层或n型半导体层，优选为p型半导体层。此外，发光元件11可选择性地包含粘结层(图未示)位于基板(图未示)与第一半导体层122之间。

如图3B所示，第五实施例的阵列式发光元件1包含多个第四实施例的第一发光元件11，其中多个发光元件彼此电性相连，此处以串联为之。本实施例形成第二沟槽20以区隔多个发光元件，使每一发光元件的第一边31与其相邻的发光元件的第二边32相近，及/或每一发光元件的第四边34与其相邻的发光元件的第四边34平行相近。另外，阵列式发光元件1的多个发光元件的电连接方式亦可为并联(图未示)，可以交流电或直流电驱动。

由于第二电接触区17接近第二边32，若第二边32的边长大致趋近于零，则第二半导体层126中靠近第二边32的面积相对于第一边31较小，电流可于第二电接触区17周围大致充分扩散，使电流可于第二半导体层126中分布更为均匀。第二半导体层126包含部分的第一边31，活性层124的面积与第二半导体层126的面积大致相同，所以于第二半导体层126分布更为均匀的电流可大致通过整面的活性层124，增加发光层124有效发光的面积，进而提升发光元件的发光效率。

如图4A所示，第六实施例以第一发光元件11为例，俯视观察时大致为具有至少不相等两边的四边形，第一半导体层122包含第一边41、第二边42、第三边43与第四边44，其中第二边42与第一边41相对并小于第一边41，第三边43与第四边44相对，第一边41的两端与第三边43和第四边44的一端相接，第二边42的两端与第三边43和第四边44的另一端相接，其中第二边42至少与第三边43及第四边44其中之一形成斜角，其中第二边42亦可为四边中最短边，或可大致为弧线。另外，第一边41与第二边42可为四边中最短的两边，第一边41、第三边43与第四边44的边长亦可相同或相异。本实施例中，第一半导体层122的侧向电阻值大于第二半导体层126的侧向电阻值，第一电接触区15位于第一半导体层122之上并与第一半导体层122电性连接，优选为接近第二边42，更优选为至少包含部分第二边42。第二电接触区17位于第二半导体层126之上并与第二半导体层126电性连接，优选为接近第一边41，更优选为至少包含部分第一边41。第六实施例的第一半导体层122可为p型半导体层或n型半导体层，优选为p型半导体层。实施例不限于四边形，亦可为多于四边的多边形。此外，发光元件11可选择性地包含粘结层(图未示)位于基板(图未示)与第一半导体层122之间。

如图4B所示，第七实施例的阵列式发光元件1包含多个第六实施例的第一发光元件11，其中多个发光元件彼此电性相连，此处以串联进行。本实施例形成第二沟槽20以区隔多个发光元件，使每一发光元件的第一边41与其相邻的发光元件的第二边42相近，及/或每一发光元件的第四边44与其相邻的发光元件的第四边44平行相近。另外，阵列式发光元件1的多个发光元件的电连接方式亦可为并联(图未示)，可以交流电或直流电驱动。

由于第一半导体层122的侧向电阻值大于第二半导体层126的侧向电阻值，电流在第一半导体层122的扩散速度相对于在第二半导体层126为慢。若第一电接触区15接近第二边42，而第二边42较相对的第一边41短，则第一半导体层122中靠近第二边42的面积较相对于第一边41小，电流于第一电接触区15周围大致充分扩散，使电流可于第一半导体层122中分布更为均匀。于第一半导体层122分布更为均匀的电流可大致通过整面的活性层124，增加活性层124有效发光的面积，进而提升发光元件的发光效率。

如图5A所示，第八实施例与第六实施例约略相似，差异在于第八实施例的第一发光元件11俯视观之大致为三角形，包含第一边51、第二边52、第三边53与第四边54，其中第二边52的边长大致趋近于零，或为第三边53与第四边54交会的点，或为三角型的顶点。第一半导体层122包含第一边51、第二边52、第三边53与第四边54。本实施例中，第一半导体层122的侧向电阻值大于第二半导体层126的侧向电阻值，第一电接触区15位于第一半导体层122之上并与第一半导体层122电性连接，优选为接近第二边52，更优选为至少包含部分第二边52。第二电接触区17位于第二半导体层126之上并与第二半导体层126电性连接，优选为接近第一边51，更优选为至少包含部分第一边51。第八实施例的第一半导体层122可为p型半导体层或n型半导体层，优选为p型半导体层。此外，发光元件11可选择性地包含粘结层(图未示)位于基板(图未示)与第一半导体层122之间。

如图5B所示，第九实施例的阵列式发光元件1包含多个第八实施例的第一发光元件11，其中多个发光元件彼此电性相连，此处以串联为之。本实施例形成第二沟槽20以区隔多个发光元件，使每一发光元件的第一边51与其相邻的发光元件的第二边52相近，及/或每一发光元件的第四边54与其相邻的发光元件的第四边54平行相近。另外，阵列式发光元件1的多个发光元件的电连接方式亦可为并联(图未示)，可以交流电或直流电驱动。

由于第一电接触区15接近第二边52，若第二边52的边长大致趋近于零，第一半导体层122中靠近第二边52的面积相对于第一边51较小，因此电流可于第一电接触区15周围大致充分扩散，使电流可于第一半导体层122中分布更为均匀。于第一半导体层122分布更为均匀的电流可大致通过整面的活性层124，增加发光层124有效发光的面积，进而提升发光元件的发光效率。

图6绘示出光源产生装置示意图，光源产生装置6包含本发明任一实施例中的发光元件或发光元件阵列。光源产生装置6可以是照明装置，例如路灯、车灯或室内照明光源，也可以是交通号志或平面显示器中背光模块的背光光源。光源产生装置6包含前述发光元件或发光元件阵列组成的光源61、电源供应系统62以供应光源61电流、以及控制元件63，用以控制电源供应系统62。

图7绘示出背光模块剖面示意图，背光模块7包含前述实施例中的光源产生装置6，以及光学元件71。光学元件71可将由光源产生装置6发出的光加以处理，以应用于平面显示器，例如散射光源产生装置6发出的光。

上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本发明所属技术领域中普通技术人员均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化。因此本发明的权利保护范围如权利要求所列。

Claims (17)

1.一种阵列式发光元件，包含：

多个发光元件，任一该发光元件包含：

第一半导体层，包含第一边以及相对且远离该第一边的第二边；

第二半导体层，位于该第一半导体层之上；

第一电接触区，位于该第一半导体层之上且邻近该第一边；以及

第二电接触区，位于该第二半导体层之上且邻近该第二边，其中该第二半导体层的侧向电阻值大于该第一半导体层的侧向电阻值，且该第二边的边长小于该第一边的边长。

2.如权利要求1所述的阵列式发光元件，其中该第二半导体层为p型半导体层。

3.一种阵列式发光元件，包含：

多个发光元件，任一该发光元件包含：

第一半导体层，包含第一边以及相对且远离该第一边的第二边；

第二半导体层，位于该第一半导体层之上；

第一电接触区，位于该第一半导体层之上且邻近该第二边；以及

第二电接触区，位于该第二半导体层之上且邻近该第一边，其中该第一半导体层的侧向电阻值大于该第二半导体层的侧向电阻值，该第二边的边长小于该第一边的边长。

4.如权利要求1或3所述的阵列式发光元件，还包含基板，该基板支撑该多个发光元件。

5.如权利要求4所述的阵列式发光元件，还包含粘结层，该粘结层位于该基板与该多个发光元件之间。

6.如权利要求1或3所述的阵列式发光元件，其中该第二边的边长大致趋近于零。

7.如权利要求1或3所述的阵列式发光元件，其中该第二边大致为弧线。

8.如权利要求1或3所述的阵列式发光元件，其中每一该发光元件通过该第一电接触区与该第二电接触区彼此串联或并联。

9.如权利要求3所述的阵列式发光元件，其中该第二半导体层为n型半导体层。

10.如权利要求1或3所述的阵列式发光元件，其中每一该发光元件还包含活性层，该活性层位于该第一半导体层与该第二半导体层之间。

11.如权利要求10所述的阵列式发光元件，其中该活性层的材料包含一种以上选自镓、铝、铟、磷、氮、锌、镉与硒所构成的群组的元素。

12.如权利要求1或3所述的阵列式发光元件，其中任一该发光元件还包含电极或垫片，该电极或垫片形成于该第一电接触区及/或该第二电接触区之上。

13.如权利要求1或3所述的阵列式发光元件，其中该多个发光元件以交流电或直流电驱动。

14.如权利要求1或3所述的阵列式发光元件，其中任一该发光元件的第一边与其相邻的该发光元件的第二边相近。

15.如权利要求1或3所述的阵列式发光元件，其中该发光元件以俯视观察时大致为四边形或三角形。

16.一种光源产生装置，包含：

光源，包含至少一如权利要求1至15中任一所述的阵列式发光元件；

电源供应系统，供应该光源电流；以及

控制元件，控制该电流。

17.一种背光模块，包含：

至少一光源产生装置，该光源产生装置包含至少一如权利要求1至15中任一所述的阵列式发光元件；以及

光学元件，处理该光源产生装置所发的光。

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