CN106935698A - 发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种发光二极管装置,包括基板、第一发光二极管、第二发光二极管、绝缘层、导线层、反射层、第一接垫以及第二接垫。第一发光二极管设置于基板上且包括第一电极以及第一发光区域。第二发光二极管设置于基板上并与第一发光二极管之间具有间隙。第二发光二极管包括第二电极以及第二发光区域。导线层电性连接第一及第二发光二极管。反射层位于第一发光区域与第一接垫间及第二发光区域与第二接垫间。绝缘层填充于间隙中并位于导线层与反射层之间。绝缘层接触第一及第二发光二极管。第一接垫以及第二接垫分别设置于第一电极以及第二电极上。
Description
本申请是2013年4月18日申请的,申请号为201310135146.2,发明名称为“发光二极管装置及其制作方法”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管装置及其制作方法,且特别是有关于一种高电压发光二极管装置及其制作方法。
背景技术
发光二极管具有诸如寿命长、体积小、高抗震性、低热产生及低功率消耗等优点,因此已被广泛应用于家用及各种设备中的指示器或光源。近年来,由于发光二极管的发光效率不断提升,使得发光二极管在某些领域已渐渐取代日光灯与白炽灯泡,例如需要高速反应的扫描器灯源、液晶显示器的背光源或前光源汽车的仪表板照明、交通号志灯,以及一般的照明装置等。发光二极管的发光原理是将电能转换为光,也就是对发光二极管施加电流,透过电子、空穴的结合以光的型态释放出来,进而达到发光的效果。
已知以封装方式达成高电压发光二极管光源的技术手段是先生产出单颗发光二极管芯片,然后将多颗发光二极管芯片固晶于封装基板上,并使用打线方式完成电性连接。详细而言,高电压发光二极管封装的制造过程一般是将多个发光二极管芯片先安装至一承载器上,其承载器例如为一印刷电路板承载器、基板或底座(sub-mount)上。接着,在发光二极管芯片的接点与承载器的接点间形成多条导线,以将发光二极管芯片电性连接至承载器。发光二极管芯片主要是透过对导线施加电压差以使发光二极管芯片的发光有源层发光,同时发光有源层也会产生热能。
如此,高电压发光二极管封装相较于一般只设置一个发光二极管芯片的发光二极管封装会产生更多的热能,而其散热却是透过导热效率极差的生长基板(例如为蓝宝石基板)来将热能传导至外部。因此,若发光二极管芯片的发光有源层发光时所产生的热量无法有效排出,特别在高电流驱使下时,发光二极管芯片往往容易因过热而损坏。
发明内容
本发明提供一种发光二极管装置,其可提升装置的散热效率,进而提升各发光二极管的功率。
本发明的发光二极管装置,其包括基板、第一发光二极管、第二发光二极管、绝缘层、导线层、反射层、第一接垫以及第二接垫。第一发光二极管设置于基板的表面上且包括第一电极以及第一发光区域。第二发光二极管设置于表面上并与第一发光二极管之间具有间隙。第二发光二极管包括第二电极以及第二发光区域。导线层设置于间隙内且电性连接第一及第二发光二极管。反射层连续地设置于第一发光二极管及第二发光二极管上,且位于第一发光区域与第一接垫间及第二发光区域与第二接垫间。
本发明的发光二极管装置的制作方法包括下列步骤。首先,提供一发光二极管芯片结构,其包括一基板、一第一发光二极管、一第二发光二极管以及一导线层,其中第一发光二极管设置于基板的一表面上,并包括一第一电极以及一第一发光区域。第二发光二极管设置于表面上并与第一发光二极管之间具有一间隙。第二发光二极管包括一第二电极以及一第二发光区域。导线层连接第一发光二极管以及第二发光二极管。接着,形成一第一绝缘层,覆盖发光二极管芯片结构。接着,形成一反射层,覆盖第一绝缘层,并位于第一发光区域以及第二发光区域上。接着,形成一第二绝缘层,覆盖反射层。接着,分别设置一第一接垫以及一第二接垫于第一电极以及第二电极上。
本发明的发光二极管装置,其包括第一发光二极管、第二发光二极管、导线层以及反射层。第一发光二极管包括第一半导体层、一第二导体层、第一电极以及第一发光区域。第二发光二极管并与第一发光二极管之间具有间隙。第二发光二极管包括一第三半导体层、一第四半导体层、第二电极以及第二发光区域,其中该第三半导体层与该第一半导体层对齐。导线层设置于间隙内且电性连接第一及第二发光二极管。反射层连续地设置于第一发光二极管、第二发光二极管及该导线层上,且覆盖第一发光区域及第二发光区域。
在本发明的一实施例中,上述的发光二极管还包括一基板,该第一发光二极管和该第二发光二极管分别设置于该基板上,其中该间隙裸露出部分的该基板。
在本发明的一实施例中,上述的第一发光二极管的第一半导体层、第一发光层和第二半导体层自基板依序堆叠。第一发光层定义出第一发光区域。第一电极设置于第二半导体层上。第二发光二极管的第三半导体层、第二发光层和第四半导体层自基板依序堆叠。第二发光层定义出第二发光区域。第二电极设置于第三半导体层上。
在本发明的一实施例中,上述的导线层连接第一半导体层与第四半导体层。
在本发明的一实施例中,上述的绝缘层接触第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层以及第四半导体层,并包覆反射层的表面。
在本发明的一实施例中,上述的第一半导体层与第三半导体层为N型半导体层。第二半导体层与第四半导体层为P型半导体层。
在本发明的一实施例中,上述的第一半导体层与第三半导体层为N型半导体层。第二半导体层与第四半导体层为P型半导体层。
在本发明的一实施例中,上述的第一发光层以及第二发光层包括多重量子阱(multiple quantum well,MQW)。
在本发明的一实施例中,上述的发光二极管装置更包括一反射层,设置于间隙内,且绝缘层包覆反射层的表面。
在本发明的一实施例中,上述的发光二极管,还包括一第一接垫以及一第二接垫,分别设置于第一电极以及第二电极上,并分别与第一电极以及第二电极电性连接。
在本发明的一实施例中,上述的发光二极管,绝缘层还包括一第一绝缘层设置于导线层与第一接垫之间,以及导线层与第二接垫之间。
在本发明的一实施例中,上述的发光二极管,第一绝缘层覆盖第一半导体层、第一发光层、第二半导体层、导线层、第三半导体层、第二发光层以及第四半导体层,其中反射层连续覆盖第一绝缘层。
在本发明的一实施例中,上述的反射层位于第一发光区域与第一接垫之间,以及第二发光区域与第二接垫之间。
在本发明的一实施例中,上述的发光二极管,绝缘层还包括一第二绝缘层,连续覆盖反射层,藉由第一绝缘层和第二绝缘层以包覆反射层。
在本发明的一实施例中,上述在形成第二绝缘层的步骤之后,更包括暴露第一电极及第二电极的顶面的步骤,其步骤包括:首先,在形成第一绝缘层之后,移除部分的第一绝缘层,以暴露第一电极以及第二电极的顶面。接着,在形成反射层之后,移除部分的反射层,以暴露第一电极以及第二电极的顶面。接着,在形成第二绝缘层之后,移除部分的第二绝缘层,以暴露第一电极以及第二电极的顶面。
基于上述,本发明的发光二极管装置于其远离基板的表面上设置接垫,并将电极的电性延伸至接垫,使发光二极管装置能以倒装焊的方式连接至承载器上。如此,发光二极管装置所产生的热能即可借由导热效率高的接垫将热能传导至承载器,而无须透过导热效率较差的基板来进行散热,因而能提高发光二极管装置的散热效率。再者,由于发光二极管装置的散热效率提高,其发光二极管可承载的驱动电流亦可随之提高,因而可减少发光二极管装置中发光二极管的数量,进而降低生产成本。此外,反射层设置于发光二极管装置的发光层与接垫之间,以反射其发光层所发出的光线,因而提升了发光二极管装置的出光效率。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明,其中:
图1A至图1H是依照本发明的一实施例的一种发光二极管装置的制作流程剖面示意图。
图2是依照本发明的一实施例的一种发光二极管装置的剖面示意图。
图中元件标号说明:
100:发光二极管装置
110:基板
112:表面
120:第一发光二极管
122:第一半导体层
124:第一发光层
126:第二半导体层
128:第一电极
130:第二发光二极管
132:第三半导体层
134:第二发光层
136:第四半导体层
138:第二电极
140:绝缘层
140a:第一绝缘层
140b:第二绝缘层
150:导线层
160:第一接垫
170:第二接垫
190:反射层
200:承载器
G:间隙
具体实施方式
图1A至图1H是依照本发明的一实施例的一种发光二极管装置的制作流程剖面示意图。本实施例的发光二极管装置的制作方法包括下列步骤:首先,提供如图1A所示的一发光二极管芯片结构,其包括一基板110、一第一发光二极管120、一第二发光二极管130以及一导线层150。在本实施例中,基板110可为供半导体生长的生长基板,例如为蓝宝石基板(sapphire substrate)。第一发光二极管120设置于基板110的一表面112上,并包括第一电极128以及第一发光层124,其中第一发光层124定义出第一发光区域。详细而言,第一发光二极管120包括一第一半导体层122、一第一发光层124和一第二半导体层126自表面112依序往远离表面112的方向堆叠,而第一发光层124定义出上述的第一发光区域。第一发光二极管120还包括一第一电极128及一第三电极(图未绘示),第一电极128设置于第二半导体层126上,第三电极则设置于第一半导体层122上。
承上述,第二发光二极管130设置于表面112上,并与第一发光二极管120之间具有一间隙G。第二发光二极管130包括一第二电极138以及一第二发光层134,其中第二发光层134定义出第二发光区域。详细而言,第二发光二极管130包括一第三半导体层132、一第二发光层134和一第四半导体层136,分别自表面112依序往远离表面112的方向堆叠,而第二发光层134定义出上述的第二发光区域。第二发光二极管130还包括一第四电极(图未绘示),第二电极138设置于第三半导体层132上,第四电极则设置于第四半导体层136上。具体而言,本实施例的第一半导体层122与第三半导体层132为N型半导体层,而第二半导体层126与第四半导体层136为P型半导体层。此外,第一发光层124以及第二发光层134例如为多重量子阱(multiple quantum well,MQW)。
接上述,本发明在基板110的表面上设置一导线层150且位于间隙G内,如图1A所示,以电性连接第一发光二极管120以及第二发光二极管130。更明确的说,导线层150是电性连接第一发光二极管120的第三电极以及第二发光二极管130的第四电极。导线层150的材料包括但不限制于镍(Ni)、金(Au)、铑(Rh)、银(Ag)、钛(Ti)、铝(Al)、钽(Ta)、钒(V)等导电材料或其组合。接着,如图1B所示,形成一第一绝缘层140a,其覆盖如图1A所示的发光二极管芯片结构,也就是第一绝缘层140a覆盖第一发光二极管120、第二发光二极管130以及导线层150的表面。在本实施例中,第一绝缘层140a接触第一半导体层122、第二半导体层126、第三半导体层132及第四半导体层136,其材料为氧化物,包括但不限制于二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)等绝缘材料。接着,再如图1C所示,移除位在第一电极128以及第二电极138的顶面的部分第一绝缘层140a,以暴露出第一电极128以及第二电极138的顶面。在本实施例中,移除部分第一绝缘层140a的方法例如为蚀刻。要说明的是,由于本发明的第一绝缘层140a是形成在导线层150与后续形成的反射层之间,且接触第一半导体层122、第二半导体层126、第三半导体层132及第四半导体层136,因此,本发明的第一绝缘层140a除了有电性隔离的特性之外,还可防止反射层的金属原子扩散至半导体层中,进而影响发光二极管芯片的发光效率。
请同时参照图1D以及图1E,接续形成一反射层190,覆盖第一绝缘层140a,以使第一绝缘层140a位于导线层150与反射层190之间。在本实施例中,反射层190为一具有高反射率的材料,包括但不限制于银(Ag)等高反射率的材料,且反射层190连续地形成于第一发光区域、第二发光区域以及导线层150上,且位于第一发光层124与第一接垫160之间以及第二发光层134与第二接垫170之间,以同时反射第一发光层124以及第二发光层134所发出的光线。反射层190例如透过电镀的方式如图1D所示形成于第一绝缘层140a、第一电极128以及第二电极138的顶面,再如图1E所示,例如透过蚀刻制程来移除位在第一电极128以及第二电极138的顶面的部分反射层190,以如图1E所示暴露第一电极128以及第二电极138的顶面。要说明的是,由于本发明的反射层190是设置在第一发光二极管120及第二发光二极管130上,因此,本发明的反射层190可以同时反射来自第一发光层124及第二发光层134的光,如此一来,提升了本发明发光二极管芯片的整体发光效率。
请同时参照图1F以及图1G,接着,形成一第二绝缘层140b,其覆盖反射层190,因此,第一绝缘层140a以及第二绝缘层140b包覆住反射层190。在本实施例中,第二绝缘层140b的材料包括但不限制于二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)等绝缘材料,并如图1F所示覆盖反射层190以及第一电极128以及第二电极138的顶面。接着再如图1E所示,利用例如蚀刻制程来移除位在第一电极128以及第二电极138的顶面的部分第二绝缘层140b,以如图1G所示暴露第一电极128以及第二电极138的顶面。接着,请参照图1H,分别设置一第一接垫160以及一第二接垫170于第一电极128以及第二电极138上并与第一电极128以及第二电极138电性连接。在本实施例中,第一接垫160以及一第二接垫170的材料包括但不限制于金锡合金(Gold-Tin)等焊接材料。如此,即大致完成本实施例的发光二极管装置100的制程。
图2是依照本发明的一实施例的一种发光二极管装置的剖面示意图。请参照图2,依上述制作方法所完成的发光二极管装置100如图2所示包括一基板110、一第一发光二极管120、一第二发光二极管130、一绝缘层140(140a、140b)、一导线层150、一第一接垫160以及一第二接垫170。第一发光二极管120设置于基板110的一表面112上。第一发光二极管120包括一第一电极128、一第三电极(图未绘示)以及一第一发光区域。第二发光二极管130亦设置于表面112上,并与第一发光二极管120之间具有一间隙G。第二发光二极管130包括一第二电极138、一第四电极(图未绘示)以及一第二发光区域。详细而言,第一发光二极管120可如前述包括一第一半导体层122、一第一发光层124、一第二半导体层126自表面112往远离表面112的方向依序堆叠。第一发光层124定义出第一发光区域,而第一电极128设置于第二半导体层126上,第三电极则设置于第一半导体层122上。第二发光二极管130亦可如前述包括一第三半导体层132、第二发光层134和第四半导体层136自表面112往远离表面112的方向依序堆叠,其中第二发光层134定义出第二发光区域,而第二电极138设置于第三半导体层132上,第四电极则设置于第四半导体层136上。
承上述,导线层150设置于间隙G内且电性连接第一发光二极管120与第二发光二极管130,更明确的说,导线层150是电性连接第一发光二极管120的第三电极以及第二发光二极管130的第四电极。绝缘层140则位于导线层150与反射层190之间,以电性隔离导线层150与反射层190。在本实施例中,反射层190连续地设置于第一发光二极管120及第二发光二极管130上,且位于第一发光层124与第一接垫160之间以及第二发光层134与第二接垫170之间。而绝缘层140设置于导线层150与第一接垫160及第二接垫170之间,且接触第一半导体层122、第二半导体层126、第三半导体层132及第四半导体层136并包覆反射层190的表面,以防止反射层190扩散至第一半导体层122、第二半导体层126、第三半导体层132及第四半导体层136。
如此配置,发光二极管装置100即可透过第一接垫160以及第二接垫170电性连接至承载器200上。也就是说,本实施例的发光二极管装置100可透过倒装焊的方式与承载器200形成电连接。因此,发光二极管装置100即可借由导热效率高的第一接垫160、第二接垫170将其产生的热能传导至承载器,而无须透过导热效率较差的基板110来进行散热,因而能提高发光二极管装置100的散热效率。而反射层190可同时反射第一发光层124及第二发光层134所发出的光线,以增加发光二极管装置100的出光效率。
在一实施例中,第一绝缘层的层数可以是单层或多层,而材料可以是一种或多种。第二绝缘层的层数可以是单层或多层,而材料可以是一种或多种。第一绝缘层与第二绝缘层可以具有相同或不同的层数与材料。在一实施例中,反射层的层数可以是单层或多层,而材料可以是一种或多种。反射层不一定要全面性形成于电极区域上,也可以部分形成于电极区域上。反射层可以是金属或绝缘材料。在一实施例中,基板不局限于蓝宝石,也可以是绝缘基板、塑胶基板、玻璃基板、氮化镓(Gallium Nitride,GaN)基板、碳化硅(SiliconCarbide,SiC)基板、硅(Silicon,Si)基板或金属基板。电极上亦可以形成铟锡氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)透明电极图案。在一实施例中,接垫可以透过平坦化制程完成。在一实施例中,在活性层与半导体层之间,更可包括超晶格(Superlattice)结构。在一实施例中,发光二极管装置系以倒装焊(Flip Chip bonding)方式设置于承载器上。
综上所述,本发明的发光二极管装置于其远离基板的表面上设置接垫,并将电极的电性延伸至接垫,使发光二极管装置能以倒装焊的方式连接至承载器上。如此,发光二极管装置所产生的热能即可借由导热效率高的接垫将热能传导至承载器,而无须透过导热效率较差的基板来进行散热,因而能提高发光二极管装置的散热效率。再者,由于发光二极管装置的散热效率提高,其发光二极管可承载的驱动电流亦可随的提高,因而可减少发光二极管装置中发光二极管的数量,进而降低生产成本。此外,反射层设置于发光二极管装置的发光层与接垫之间,以反射发光层所发出的光线,因而提升了发光二极管装置的出光效率。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的修改和完善,因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种发光二极管装置,包括:
一第一发光二极管,包括一第一半导体层、一第二导体层、一第一电极以及一第一发光区域;
一第二发光二极管,与该第一发光二极管之间具有一间隙,该第二发光二极管包括一第三半导体层、一第四半导体层、一第二电极以及一第二发光区域,其中该第三半导体层与该第一半导体层对齐;
一导线层,设置于该间隙内且电性连接该第一发光二极管与该第二发光二极管;以及
一反射层,连续地设置于该第一发光二极管、该第二发光二极管及该导线层上,且覆盖该第一发光区域以及该第二发光区域。
2.如权利要求1所述的发光二极管装置,其特征在于,还包括一基板,该第一发光二极管和该第二发光二极管分别设置于该基板上,其中该间隙裸露出部分的该基板。
3.如权利要求2所述的发光二极管装置,其特征在于,该第一发光二极管的该第一半导体层、该第一发光层和该第二半导体层自该基板依序堆叠,其中该第一发光层定义出该第一发光区域,该第一电极设置于该第二半导体层上,该第二发光二极管的该第三半导体层、该第二发光层和该第四半导体层自该基板依序堆叠,其中该第二发光层定义出该第二发光区域,该第二电极设置于该第三半导体层上。
4.如权利要求3所述的发光二极管装置,其特征在于,该导线层电性连接该第一发光二极管的一第三电极以及该第二发光二极管的一第四电极;
其中,该第三电极设置于该第一半导体层上,该第四电极设置于该第四半导体层上。
5.如权利要求3所述的发光二极管装置,其特征在于,该第一半导体层与该第三半导体层为N型半导体层,该第二半导体层与该第四半导体层为P型半导体层。
6.如权利要求1所述的发光二极管装置,其特征在于,还包括一第一接垫以及一第二接垫,分别设置于该第一电极以及该第二电极上,并分别与该第一电极以及该第二电极电性连接。
7.如权利要求6所述的发光二极管装置,其特征在于,该反射层位于该第一发光区域与该第一接垫之间,以及该第二发光区域与该第二接垫之间。
8.如权利要求6所述的发光二极管装置,其特征在于,还包括一第一绝缘层设置于该导线层与该第一接垫之间,以及该导线层与该第二接垫之间。
9.如权利要求8所述的发光二极管装置,其特征在于,该第一绝缘层覆盖该第一半导体层、该第一发光层、该第二半导体层、该导线层、该第三半导体层、该第二发光层以及该第四半导体层,其中该反射层连续覆盖该第一绝缘层。
10.如权利要求9所述的发光二极管装置,其特征在于,还包括一第二绝缘层,连续覆盖该反射层,藉由该第一绝缘层和该第二绝缘层以包覆该反射层。
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