CN107210350B - 用于水平排列组件的超小型发光二极管元件、其制造方法及包括其的水平排列组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于水平排列组件的超小型发光二极管元件、其制造方法及包括其的水平排列组件，更详细地，涉及通过制造使超小型发光二极管元件沿长度方向横放并连接到电极线的水平排列组件来能够可实现显著增加连接到电极线的超小型发光二极管元件的数量，更易于排列元件，由于电极与元件之间电连接非常良好而发射显著优良的光量的水平排列组件的用于水平排列组件的超小型发光二极管元件、其制造方法及包括其的水平排列组件。

Description

用于水平排列组件的超小型发光二极管元件、其制造方法及 包括其的水平排列组件
技术领域
本发明涉及一种用于水平排列组件的超小型发光二极管元件、其制造方法及包括其的水平排列组件，更详细地，涉及通过制造使超小型发光二极管元件沿长度方向横放并连接到电极线的水平排列组件来能够实现显著增加连接到电极线的超小型发光二极管元件的数量，更易于排列元件，由于电极与元件之间电连接非常良好而发射显著优良的光量的水平排列组件的用于水平排列组件的超小型发光二极管元件、其制造方法及包括其的水平排列组件。
背景技术
随着1992年日本日亚化学工业的中村等人适用低温的氮化嫁 (GaN)化合物缓冲层来成功融合出优质的单晶体氮化嫁氮化物半导体，使发光二极管的开发变得活跃。发光二极管作为利用化合物半导体的特性来使多个载体为电子的n型半导体结晶和多个载体为空穴的P型半导体结晶相互接合的半导体，是将电信号变换为具有所需区域的波段的光来显现的半导体元件。关于上述发光二极管，韩国公开专利公报第2009-0121743号公开了发光二极管的制造方法和使用其制造的发光二极管。
由于这种发光二极管半导体的光变换效率高，因此能量消耗非常少，而且上述发光二极管半导体还具有半永久性寿命并且环保，从而作为绿色材料来被誉为光的革命。近年来，随着化合物半导体技术的发展，开发出高亮度红色、澄色、绿色、蓝色及白色发光二极管，上述发光二极管应用于信号灯、手机、汽车前照灯、室外电子屏幕、液晶显示器背光模组(LCDBLU，liquid crystal display back light unit)，还应用于室内外照明等多个领域，而且在国内外持续进行对上述发光二极管的研究。尤其，具有较宽带隙的氮化嫁类化合物半导体为用于制造放射绿色、蓝色还有紫外线区域的光的发光二极管半导体的物质，可利用蓝色发光二极管元件制造白色发光二极管元件，从而正在对此进行很多研究。
在这一系列研究中，对利用将发光二极管制成纳米或微米尺寸的超小型发光二极管元件进行了积极的研究，并且在照明和显示器等上应用这种超小型发光二极管元件的研究仍在继续。在这些研究中，持续受到关注的部分涉及可对超小型发光二极管元件施加电源的电极、应用目的及用于减少电极所占空间等的电极布置、在所布置的电极上安装超小型发光二极管的方法等。
其中，在所布置的电极上安装超小型发光二极管的方法仍然存在由于超小型发光二极管元件的大小受到限制而在电极上难以以所需的方式布置并安装超小型发光二极管元件的难点。这是因为，由于超小型发光二极管元件是纳米级或微米级而无法用人手一一地将超小型发光二极管元件布置并安装在目标电极区域。
并且，即使将超小型发光二极管元件安装在目标电极区域上，也很难以所需方式调节包含在单位电极区域中的超小型发光二极管元件的数量、超小型发光二极管元件与电极之间的位置关系等，而且，当在二维平面上排列发光二极管元件时，每个单位面积所包含的发光二极管元件的数量受到限制，从而无法获得良好的光量。进而，不是连接到两个不同电极的整个超小型发光二极管元件都没有电路短路等不良地可发光，因此，很难获得所需的光量。
因此，迫切需要实现一种超小型发光二极管元件，所述超小型发光二极管元件可以在目标电极区域更容易安装沿长度方向横放的超小型发光二极管元件，由于所安装的元件的排列性得到提高而能够显著增加电极线的每单位面积所包含的发光二极管元件的数量，还可大大提高发光二极管元件与电极之间的电连接性。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是为解决上述问题而提出的，本发明所要解决的第一个问题是提供一种用于水平排列组件的超小型发光二极管元件及其制造方法，所述用于水平排列组件的超小型发光二极管元件是可以在目标电极区域更容易安装沿长度方向横放的超小型发光二极管元件，由于所安装的元件的排列性得到提高而能够显著增加电极线的每单位面积所包含的发光二极管元件的数量，还可大大提高发光二极管元件与电极之间的电连接性。
本发明所要解决的第二个问题是提供一种水平排列组件，其通过根据本发明的超小型发光二极管元件显著增加电极线的每单位面积所安装的超小型发光二极管元件的数量，由于所安装的超小型发光二极管元件与电极之间的电连接性良好而在对电极施加电源时在没有不良地发光来能够发射所需量的光。
用于解决问题的方案
为了解决上述第一个问题，本发明提供一种用于水平排列组件的超小型发光二极管元件，其特征在于，包括：第一导电半导体层；活性层，形成在所述第一导电半导体层上部；第二导电半导体层，形成在所述活性层上部；绝缘膜，在第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层的外面中至少覆盖活性层的外面；以及金属盖，形成在所述超小型发光二极管元件的至少一端部侧，其中，所述金属盖从所述元件的一端部延伸并覆盖元件侧面部的一部分，且所述金属盖的外面的至少一部分区域为曲面。
根据本发明的一优选实施例，所述第一导电半导体层和第二导电半导体层中任一个半导体层可以包括至少一个n型半导体层，而另一个导电半导体层可以包括至少一个p型半导体层。
根据本发明的另一优选实施例，所述超小型发光二极管元件沿垂直于半导体层的方向的截面形状可以为哑铃或棉棒形状。
根据本发明的又一优选实施例，所述超小型发光二极管元件一端部侧的截面积和金属盖表面积的面积比可以为1:1.1～1:10.0。
根据本发明的另一优选实施例，所述超小型发光二极管元件的长度可以为100nm～10μm，且包括第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层的发光二极管元件的直径可以为100nm～5μm。
根据本发明的又一优选实施例，所述金属盖可以覆盖形成在超小型发光二极管元件外面的绝缘膜的外面一部分。
并且，为了解决上述第一个问题，本发明提供一种用于水平排列组件的超小型发光二极管元件的制造方法，其特征在于，包括：步骤 (1)，对在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠而成的层叠体进行蚀刻，使得发光二极管元件的直径为纳米或微米；步骤(2)，在经过蚀刻的层叠体的包含第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层的外面上形成绝缘膜；及步骤(3)，除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出，在所露出的第二导电半导体层外面上形成金属盖之后，除去基板。
根据本发明的一优选实施例，所述步骤(1)可以包括：步骤1-1)，在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠而制造层叠体；步骤1-2)，在第二导电半导体层上形成绝缘层和金属掩模层；步骤1-3)，在所述金属掩模层上形成聚合物层，在所述聚合物层上以纳米或微米间隔形成图案；及步骤1-4)，针对所述第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层，根据图案以纳米或微米间隔进行蚀刻。
根据本发明的另一优选实施例，所述步骤(1)可以包括：步骤1-1)，在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠；步骤1-2)，在第二导电半导体层上形成绝缘层和金属掩模层；步骤 1-3)，在所述金属掩模层上形成纳米球或微球单层膜，执行自组装；及步骤1-4)，针对所述第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层，根据图案以纳米或微米间隔进行蚀刻。
根据本发明的另一优选实施例，所述步骤(3)可以包括：步骤3-1)，除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出；步骤3-2)，通过将层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到所露出的第二导电半导体层的外面上；及步骤3-3)，从层叠体除去基板。
根据本发明的又一优选实施例，所述步骤(3)可以包括：步骤3-1)，除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出；步骤3-2)，通过将层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到所露出的第二导电半导体层的外面上；步骤3-3)，在所述金属盖上部形成支持膜，且除去层叠体的基板；及步骤3-4)通过将除去基板的层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到包含所露出的第一半导体层下面的一部分外面，然后除去支持膜。
根据本发明的另一优选实施例，所述第一导电半导体层和第二导电半导体层中任一个半导体层可以包括至少一个n型半导体层，而另一个导电半导体层可以包括至少一个p型半导体层。
另外，为了解决上述第二个问题，本发明提供一种水平排列组件，其特征在于，包括：基底基板；电极线，包括第一电极和第二电极，所述第一电极形成在所述基底基板上，所述第二电极与所述第一电极隔开地形成在基底基板上；及根据本发明的多个超小型发光二极管元件，同时连接到所述第一电极和所述第二电极。
根据本发明的一优选实施例，所述水平排列组件还可包括第一超小型发光二极管元件、第二超小型发光二极管元件及第三超小型发光二极管元件中的至少一种，所述第一超小型发光二极管元件的一侧连接到第一电极和第二电极中任一个电极的上面且另一侧连接到另一电极的上面，所述第二超小型发光二极管元件的一侧连接到第一电极的一侧面且另一侧连接到与所述第一电极的一侧面相对的第二电极的一侧面，所述第三超小型发光二极管元件的一侧连接到第一电极或第二电极的上面且另一侧连接到另一电极的侧面。
根据本发明的另一优选实施例，所述多个超小型发光二极管元件的一侧可以连接到第一电极的一侧面且另一侧接到与所述第一电极的一侧面相对的第二电极的一侧面，使得多层介于两个不同电极之间。
下文将定义本发明中所用的术语。
在根据本发明的实施例的描述中，当记载各层、区域、图案或结构物形成于基板、各层、区域、图案的“上部(on)”、“上方”、“上”、“下部(under)”、“下方”、“下”的情况下，“上部(on)”、“上方”、“上”、“下部(under)”、“下方”、“下”均包含“直接(directly)”、“间接(indirectly)”的含义。
在根据本发明的实施例的描述中，“第一电极”和“第二电极”包括可实际安装超小型发光二极管的电极区域或与上述区域一同来可根据在基底基板上布置电极的方法还可包括的电极区域。
在根据本发明的实施例的描述中，“连接”意味着超小型发光二极管元件的一侧接触到第一电极且另一侧接触到第二电极。并且，“电连接”意味着如下状态，超小型发光二极管元件介于两个不同电极之间而连接，同时，当向电极线施加电源时，超小型发光二极管元件可以发光。
在根据本发明的实施例的描述中，“相同”、“水平”或“垂直”不限于在物理上正确的“相同”、“水平”或“垂直”，而意味着包括实际上可被视为“相同”，“平行”或“垂直”的程度。
在根据本发明的实施例的描述中，元件的“端部侧”意味着包括元件的沿长度方向一侧的末端和连接到末端的元件的外面一部分。
在根据本发明的实施例的描述中，“水平排列组件”是指与形成于基底基板上的两个不同电极连接的超小型发光二极管元件以沿元件的长度方向与基底基板水平地横放的形状连接到电极的组件，其一实例如图1所示。所述元件的长度方向是指相对于超小型发光二极管元件所包括的各层垂直的方向。
发明的效果
本发明可以实现一种超小型发光二极管元件，所述超小型发光二极管元件可以在目标电极区域更容易安装沿长度方向横放的超小型发光二极管元件，由于所安装的元件的排列性得到提高而能够显著增加电极线的每单位面积所包含的发光二极管元件的数量，还可大大提高发光二极管元件与电极之间的电连接性。而且，本发明还可实现一种水平排列组件，所述水平排列组件通过利用上述超小型发光二极管元件显著增加电极线的每单位面积所安装的超小型发光二极管元件的数量，由于所安装的超小型发光二极管元件与电极之间的电连接性良好而在对电极施加电源时没有不良地以高强度发光来能够发射所需量的光，由于发热量降低而发光二极管元件的耐久性增加，使用周期延长，发光的元件数量增加，从而发光效率良好。因此，本发明能够应用于照明、显示器等各种领域。
附图说明
图1为使用现有超小型发光二极管元件的水平组件的部分透视图。
图2为包括绝缘膜的超小型发光二极管元件的分解透视图。
图3为包括具有绝缘膜的超小型发光二极管元件的水平组件的部分透视图。
图4为位于形成有电场的两个电极之间的超小型发光二极管元件的透视图。
图5为根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件的透视图。
图6为根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件的纵剖面图。
图7为根据本发明的一优选实施例的棉棒状超小型发光二极管元件的纵剖面图。
图8为根据本发明的一优选实施例的哑铃状超小型发光二极管元件的纵剖面图。
图9为根据本发明的一优选实施例的水平组件的截面图。
图10为示出根据本发明的一实施例的超小型发光二极管元件的制造工艺的透视图。
图11为示出根据本发明的一实施例的超小型发光二极管元件的制造工艺的透视图。
图12为根据本发明的一优选实施例的水平组件的透视图。
图13为根据本发明的一优选实施例的水平组件的透视图。
图14为示出根据本发明的一优选实施例的水平排列组件的制造工艺的透视图。
图15为示出现有超小型发光二极管元件在电场下进行自对准的状态的平面图。
图16为示出根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件在电场下进行自对准的状态的平面图。
图17为现有垂直结构组件的透视图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的一优选实施例。
如上所述，由于超小型发光二极管元件尺寸受到限制，无法通过人手将超小型发光二极管元件一一地布置并安装在目标电极区域上，因此存在很难以所需方式将超小型发光二极管元件布置并安装在电极上的问题。为了解决这样的问题，本发明人已经发现，当对投入有包含超小型发光二极管元件的溶液的电极线施加电源时，超小型发光二极管元件在电场的影响下自对准，从而可以实现使所述元件的两端连接到两个不同电极的超小型发光二极管水平排列组件，但本发明人认识到若使用现有超小型发光二极管元件，则可能通过形成于施加电源的电极线的电场不够实现超小型发光二极管元件的自对准，自对准不够的发光二极管元件在电极线上排列不良，因此有可能存在无法增加连接到电极的超小型发光二极管元件的数量。即，仍然存在如下问题：即使将超小型发光二极管元件安装在目标电极区域上，也很难以所需方式调节包含在单位电极区域中的超小型发光二极管元件的数量、超小型发光二极管元件与电极之间的位置关系等，超小型发光二极管元件的排列不良导致在二维平面上排列发光二极管元件时每个单位面积可包含的发光二极管元件的数量显著减少，从而无法获得优异的光量。
具体而言，图1为使用现有超小型发光二极管元件的水平组件的部分透视图，图1示出形成在基底基板1上的第一电极10、与所述第一电极10隔开地形成在基底基板1上的第二电极20及连接到所述第一电极10和第二电极20的超小型发光二极管元件30。虽然所述超小型发光二极管元件30连接到两个不同电极10、20，但甚至超小型发光二极管元件30的活性层30b也连接到第一电极10，因此，在对第一电极10和第二电极20施加电源时发生电路短路，导致超小型发光二极管元件30无法发光。
为了解决上述问题来实现包括在电极上没有不良地水平排列的超小型发光二极管元件的水平组件，本发明人试图了通过使用在外面上涂覆有绝缘涂层的超小型发光二极管元件(图1的标号31)来实现水平组件。具体而言，图2为包含绝缘膜的超小型发光二极管元件30的分解透视图，其中，图2的(a)部分的超小型发光二极管元件包括形成在第一导电半导体层30a上部的活性层30b、形成在所述活性层30b上部的第二导电半导体层30c、覆盖所述活性层30b的整个外面并覆盖第一导电半导体层30a和第二导电半导体层30c的一部分的绝缘膜 30f。并且，图2的(b)部分的超小型发光二极管元件包括形成在第一导电半导体层30a上部的活性层30b、形成在所述活性层30b上部的第二导电半导体层30c、分别形成在所述第一导电半导体层30a的下部和第二导电半导体层30c的上部的第一电极层30d/第二电极层30e及覆盖第一导电半导体层30a、活性层30b及第二导电半导体层30c的外面的绝缘膜30f。如图2的(a)或(b)部分所示，当使用在外面上涂覆有绝缘涂层的超小型发光二极管元件时，虽然可以防止元件的活性层和电极接触而发生的电路短路缺陷，反而，由于绝缘膜导致超小型发光二极管元件在电极上排列不良，从而不能增加每单位电极面积所包含的超小型发光二极管元件的数量，而且，即使超小型发光二极管元件连接到电极，也频繁出现未电连接的情况，因此仍然存在难以获得所需量光量的问题。
具体而言，图3为包括有绝缘膜的超小型发光二极管元件的水平组件的部分透视图，图3示出形成在基底基板1上的第一电极11、12、 13、与所述第一电极11、12、13隔开地形成在基底基板1上的第二电极21、22及连接到所述第一电极11、12、13和第二电极21、22的超小型发光二极管元件32、33、34、35。可以确认在图3的超小型发光二极管元件中，第A发光二极管元件32、第B发光二极管元件33及第D发光二极管元件35是元件的两端部侧的电极层或导电半导体层以直接接触电极的方式电连接到电极的超小型发光二极管元件，与此相反，在第C发光二极管元件34的情况下，元件的仅一侧32d直接接触第一电极12，而另一侧33e未直接接触第二电极22而无法电连接。即，只有两个不同电极之间的距离、超小型发光二极管元件的长度、在元件的外面上未涂覆绝缘膜的两端部侧的厚度条件等协调，才能完成实现电连接的水平排列组件，但所述条件需要纳米或微米单位的微细调节，因此实际上难以实现所需的水平排列组件。
并且，超小型发光二极管元件通过两个不同电极之间的电场进行自对准，以同时连接到两个电极，但在图2中所示的超小型发光二极管元件的情况下，由于绝缘膜而可带电荷的区域(未涂覆有绝缘膜的露出部分)的表面积很少，因此自对准不够，无法顺利实现排列。具体而言，图4为位于形成有电场的两个电极之间的超小型发光二极管元件的透视图，其中，通过借助第一电极10和第二电极20形成的电场，超小型发光二极管元件的第一电极层30d带负电荷，第二电极层30e 带正电荷，且由于静电引力而第一电极层30d向第二电极20侧自对准，第二电极层30e向第一电极10侧自对准，从而超小型发光二极管元件可以连接到第一电极和第二电极。但由于未涂覆有绝缘膜的超小型发光二极管元件的露出部分的表面积有限，因而，通过电场的超小型发光二极管元件的自对准非常不够，无法以所需方式将超小型发光二极管元件排列并连接在电极上。并且，为了扩大通过电场可带电的区域的表面积，需要增加电极层(或导电半导体层)的厚度和元件的直径，但这导致降低可包含在单位电极面积的超小型发光二极管元件的数量。
进而，即使超小型发光二极管元件处于与电极连接的状态，也存在未电连接到电极的多个超小型发光二极管元件而无法实现发光，因此，发生不良，或由于电极和超小型发光二极管元件的连接部分的高电阻而引起严重的发热，从而元件的耐久性显著恶化。
对此，在本发明中，通过提供用于水平排列组件的超小型发光二极管元件来探索出解决上述问题的方法，其中，上述用于水平排列组件的超小型发光二极管元件包括：第一导电半导体层；活性层，形成在所述第一导电半导体层上部；第二导电半导体层，形成在所述活性层上部；以及金属盖，覆盖所述元件的一端部并从所述元件的一端部延伸来覆盖元件侧面部的一部分，其中，所述金属盖的外面的至少一部分区域为曲面，且所述金属盖形成在超小型发光二极管元件的至少一端部侧。由此，可以在目标电极区域更容易安装沿长度方向横放的超小型发光二极管元件，由于所安装的元件的排列性得到提高而能够显著增加电极线的每单位面积所包含的发光二极管元件的数量，还可大大提高发光二极管元件与电极之间的电连接性。
以下，在说明超小型发光二极管元件的过程中，“上部”、“下部”、“上”、“下”、“上方”及“下方”意味着以包括超小型发光二极管元件的各层为基准垂直的上、下方向。
具体而言，图5为根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件的透视图，其中，图5的(a)部分示出形成在第一导电半导体层 50a上部的活性层50b、形成在所述活性层50b上部的第二导电半导体层50c、覆盖导电半导体层50a、50c和活性层50b的外面的绝缘膜50f 及形成在元件的沿第二导电半导体层50c方向的一端部侧的金属盖 50e。并且，图5的(b)部分示出形成在第一导电半导体层50a上部的活性层50b、形成在所述活性层50b上部的第二导电半导体层50c、覆盖导电半导体层50a、50c和活性层50b的外面的绝缘膜50f及形成在元件的两端部侧的金属盖50d、50e。
首先，对根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件的导电半导体层50a、50c进行说明。
作为所述导电半导体层，只要是用于照明、显示器等的普通发光二极管元件中包括的导电半导体层，就可以不受限制地使用。根据本发明的一优选实施例，所述第一导电半导体层和第二导电半导体层中任一个半导体层可以包括至少一个n型半导体层，另一个导电半导体层可以包括至少一个p型半导体层。
在所述第一导电半导体层50a包括n型半导体层的情况下，所述 n型半导体层可以是组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0 ≤x+y≤1)的半导体材料，例如，可以是选自InAlGaN、GaN、AlGaN、 InGaN、AlN、InN等至少一种，且可以掺杂第一导电掺杂剂(例如，Si、Ge、Sn等)。根据本发明的一优选实施例，所述第一导电半导体层的厚度可以为1.5～5μm，但不限于此。
在所述第二导电半导体层50c包括p型半导体层的的情况下，所述p型半导体层可以是组成式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1， 0≤x+y≤1)的半导体材料，例如，可以是选自InAlGaN、GaN、AlGaN、 InGaN、AlN、InN等至少一种，且可以掺杂第二导电掺杂剂(例如， Mg)。根据本发明的一优选实施例，所述第二导电半导体层的厚度可以为0.08～0.25μm，但不限于此。
其次，所述活性层50b形成在第一导电半导体层50a上部和第二导电半导体层50c下部，且可以具有单个或多个量子阱结构。作为所述活性层，只要是用于照明、显示器等的普通发光二极管元件中包括的活性层，就可以不受限制地使用。在所述活性层50b的上部和/或下部可以形成有掺杂导电掺杂剂的包覆层(图中未示出)，所述掺杂导电掺杂剂的包覆层可以由AlGaN层或InAlGaN层实现。此外，当然可将如AlGaN、AlInGaN等材料使用于活性层50b。若对这种活性层50b 施加电场，则通过电子-空穴对的结合而发光。根据本发明的一优选实施例，所述活性层的厚度可以为0.05～0.25μm，但不限于此。
上述第一导电半导体层50a、活性层50b及第二导电半导体层50c 可以作为发光结构物的最小组件被包括，且在每层之上、之下可以进一步包括其他荧光体层、活性层、半导体层和/或电极层。
其次，所述绝缘膜50f可以形成为在第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层的外面中至少覆盖活性层的外面，即使将电源直接施加到活性层50f部分的元件的外面(例如，活性层接触到电极)，也活性层50f被绝缘涂膜50f保护，从而能够防止超小型发光二极管元件发生电路短路。并且，可以防止在超小型发光二极管元件通过形成在两个不同电极之间的电场进行自对准时由于元件之间的碰撞而可发生的半导体外表面损坏，因此，可以预防超小型发光二极管元件的耐久性降低。进而，绝缘膜不仅用于防止将后述的金属盖形成在包括导电半导体层和活性层的元件的整个外面，而且用于帮助金属盖在元件的一端侧或两端侧形成为各种形状且具有大表面积。
优选地，所述绝缘膜50f可以包括氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化钇(Y2O3)及二氧化钛(TiO2)中的至少一种，更优选地，所述绝缘膜50f由上述成分制成且透明，但不限于此。在透明绝缘膜的情况下，不仅起上述绝缘膜50f的作用，而且通过涂覆绝缘膜来可以使有可能出现的元件的发光效率降低最小化。根据本发明的一优选实施例，所述绝缘膜的厚度可以为5nm～50nm，但不限于此。
其次，对形成在超小型发光二极管元件的至少一个端部侧的金属盖50d、50e进行说明。
所述金属盖不仅覆盖超小型发光二极管元件的一端部侧末端，还覆盖连接到所述末端的侧面部的一部分，以便进一步增加元件末端侧的表面积。此时，金属盖的外面的至少一部分区域具有曲面形状。
具体而言，图6为根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件的纵剖面图，其中示出形成在元件的一端部侧的金属盖51e。更具体而言，所述金属盖51e延伸到并覆盖元件的一端部侧中末端A1 和连接到所述末端A1的侧面部A2，且所述金属盖51e形成为覆盖第二半导体层51c的外部侧面，但不覆盖绝缘膜51f。并且，所述金属盖 51e的截面轮廓包括曲线，由此金属盖的外面包括曲面。
另外，在上述绝缘膜50f形成为同时覆盖活性层外面和元件外面的情况下，可以形成为覆盖绝缘膜外面的一部分。
具体而言，图7为根据本发明的另一优选实施例的超小型发光二极管元件的纵剖面图，其中示出形成在元件的一端部侧的金属盖52e、 53e、54e、55e。图7的(a)部分和(b)部分的金属盖52e、53e的内面相对绝缘膜52f、53f并覆盖绝缘膜的一部分外面S1、S2，且覆盖第二半导体层52c、53c的上面(末端)。并且，图7的(a)部分和(b)部分的金属盖52e、53e的截面轮廓包括曲线，由此金属盖的外面包括曲面。
并且，如图7的(c)部分的超小型发光二极管元件所示，曲面可以形成在金属盖54e的整个区域，或如图7的(d)部分的超小型发光二极管元件所示，曲面可以形成在金属盖55e的一部分区域。更具体而言，图7的(d)部分的超小型发光二极管元件在纵向截面中包括沿元件的对角线方向侧区域的一部分区域为曲面R。
根据本发明的超小型发光二极管元件的金属盖的外面的至少一部分为曲面，优选地，所述一部分区域可以为在超小型发光二极管元件的纵向截面中沿对角线方向的虚拟延长线(图7的(d)部分的标号l)通过的区域，具体而言，在图7的(d)部分中，虚拟延长线l通过金属盖55e 的曲面R。在金属盖的外面中至少一部分区域，尤其，在元件的纵向截面中沿对角线方向的金属盖外面为曲面的情况下，在电场下超小型发光二极管元件进行自对准而连接到电极时，容易使超小型发光二极管元件的排列垂直于两个不同电极，从而很有利于以使占有电极区域的一个发光二极管元件的面积最小化的方式排列发光二极管元件，由此能够在电极区域上安装更多的发光二极管元件。并且，根据本发明的另一优选实施例，如图7的(a)部分至图7的(c)部分，所述金属盖的外面的整个区域可以为曲面。
另外，根据本发明的另一优选实施例，所述金属盖可以形成在超小型发光二极管元件的两端部侧。具体而言，图8为根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件的纵剖面图，其中，图8的(a)部分示出第一金属盖56d和第二金属盖56e，所述第一金属盖56d覆盖超小型发光二极管元件的第一导电半导体层56a的下面(末端)和连接到所述下面的侧面，但不覆盖绝缘膜56f的外面，所述第一金属盖56d 的外面的至少一部分区域为曲面，而且，所述第二金属盖56e覆盖第二半导体层56c的上面(末端)和连接到所述上面的侧面，但不覆盖绝缘膜56f的外面，且第二金属盖56e的外面的至少一部分区域为曲面。
并且，图8的(b)部分示出第一金属盖57d和第二金属盖57e，所述第一金属盖57d与超小型发光二极管元件的第一导电半导体层57a 的下面面对，覆盖绝缘膜57f的一部分，所述第一金属盖57d的外面的至少一部分区域为曲面，而且，所述第二金属盖57e与第二半导体层57c的上面面对，覆盖绝缘膜57f的一部分，所述第二金属盖57e 的外面的至少一部分区域为曲面。
如上所述的根据本发明的超小型发光二极管元件中包括的金属盖的外面的至少一部分区域为曲面，因此，根据本发明的一优选实施例，如图5的(a)部分(或图6、图7)所示，超小型发光二极管元件的沿垂直于半导体层的方向的截面形状可以为棉棒形状，或如图5的(b)部分(或图8)所示，超小型发光二极管元件的沿垂直于半导体层的方向的截面形状可以为哑铃形状。
通过在超小型发光二极管元件的至少一端部侧形成具有所述形状的金属盖，在现有发光二极管元件中可在电场下分级的区域的表面积显著增加，使得金属盖表面可带更多的正电荷或负电荷，因此存在改善超小型发光二极管元件的电极组件上自对准并更易于进行位置排列。从而，所述超小型发光二极管元件的一端部侧的元件末端截面积和金属盖表面积的面积比可以优选为1:1.1～1:10.0，更优选为1:1.1～ 1:5，进一步优选为1:1.1～1:3。若面积比小于1:1.1，则通过设置金属盖来可得到的效果提高甚微，且金属盖无法正确执行功能。若面积比大于1:10，则金属盖沿元件的长轴方向和、或短轴方向显著变大，导致难以实现超小型发光二极管，且一个发光二极管元件所占的体积变大，因此无法增加有限的电极区域中包括的超小型发光二极管元件的数量。
并且，若通过包括具有上述形状的金属盖的超小型发光二极管元件实现水平排列组件，则可以实现通过自对准得到所需的排列性和电连接性的水平排列组件，而无需微细调节组件的电极的宽度、电极之间的距离、超小型发光二极管元件的长度、元件中未涂覆有绝缘膜的露出部分的厚度等条件等来实现正确协调。具体而言，图9为根据本发明的一优选实施例的水平组件的截面图，其中，超小型发光二极管元件36、37连接到形成在基底基板1上的第一电极14、15和与所述第一电极14、15隔开地形成在基底基板1上的第二电极24。在超小型发光二极管元件中没有金属盖的超小型发光二极管元件36的情况下，一侧的电极层或半导体层36d直接接触到第一电极14，与此相反，另一侧的电极层或半导体层36e不直接接触到第二电极24，从而未电连接。为了解决这些问题，需要调节并协调两个不同电极14、24之间的距离、超小型发光二极管元件36的长度及未涂覆有绝缘膜的部分 36d的长度等条件的过程。但在纳米或微米级水平排列组件中，很难协调上述的所有条件。与此相反，图9的超小型发光二极管元件中包括根据本发明的金属盖37d、37e的元件37通过形成在两端部侧的金属盖37d、37e更易于电连接到两个不同电极15、24，而无需协调所有条件。
所述金属盖50d、50e可以由金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)、钴(Co)、铂(Pt)、铬(Cr)、钛(Ti)、铝(Al)、镍(Ni)及钯(Pd)中任一个金属、其氧化物或两个或更多的合金形成。在所述超小型发光二极管元件的两端部侧包括金属盖的情况下，各个端部侧的金属盖材质可以相同或不同。
另外，对根据本发明的超小型发光二极管元件的用途进行具体说明。根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件的用途是用于水平排列组件。即，其适合用于以沿垂直于超小型发光二极管元件的各个半导体层的方向的元件的长度方向为基准元件的两端部侧以元件相对于底面横放的形状分别连接到两个不同电极的组件，而可以不是用于超小型发光二极管元件沿长度方向三维直立安装在电极上的垂直结构的组件。具体而言，图17为现有垂直结构组件的透视图，其中示出形成在基底基板500上的第一电极510、形成在所述第一电极的垂直上部的第二电极520及以沿元件的长度方向三维直立的方式介于所述第一电极和第二电极之间的超小型发光二极管元件530。为了实现如图17所示的垂直结构的组件，除了在第一电极上生长超小型发光二极管元件之外，实际上很难将单独制造的单个超小型发光二极管元件沿长度方向一一地竖立并连接。并且，即使相对于在底面上横放的状态的超小型发光二极管元件在上下部方向形成电场。也并非是超小型发光二极管元件沿长度方向三维直立并自对准。由此，根据本发明的超小型发光二极管元件更适合于通过使超小型发光二极管元件根据电场的影响进行自对准来并与底面水平地连接到两个不同电极来实现的水平组件。
如上所述的根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件可以根据后述的制造方法被制造。但制造方法不限于此。
根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件1的制造方法可以包括：步骤(1)，对在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠而成的层叠体进行蚀刻，使得发光二极管元件的直径为纳米或微米；步骤(2)，在经过蚀刻的层叠体的包含第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层的外面上形成绝缘膜；及步骤(3)，除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出，在所露出的第二导电半导体层外面上形成金属盖之后，除去基板。
首先，作为步骤(1)，对在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠而成的层叠体进行蚀刻，使得发光二极管元件的直径为纳米或微米。
首先，为了制造层叠体，在基板上顺次形成第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层。具体而言，图10为示出根据本发明的一实施例的超小型发光二极管元件的制造工艺的透视图，其中，图10 的(a)部分示出在基板200上顺次层叠第一导电半导体层210、活性层 220及第二导电半导体层230。所述第一导电半导体层和第二导电半导体层中任一个半导体层可以包括至少一个n型半导体层，另一个导电半导体层可以包括至少一个p型半导体层。
所述基板200可以包括如蓝宝石基板(Al2O3)和玻璃等透过性基板。而且，所述基板200可以选自由GaN、SiC、ZnO、Si、GaP及 GaAs、导电性基板等组成的组。所述基板200的上面可以形成有凹凸图案。
在所述基板200上生长氮化物半导体。其生长设备包括电子束蒸发器、物理气相沉积(PVD，physical vapor deposition)、化学气相沉积 (CVD，chemical vapordeposition)、等离子体激光沉积(PLD)、双型热蒸发器(dual-type thermal evaporator)、溅射(sputtering)、金属有机化学气相沉积(MOCVD，metal organic chemical vapordeposition)等，但不限于此。
缓冲层(图中未示出)和/或未掺杂半导体层(图中未示出)可以形成在所述基板200上。所述缓冲层是用于减少与所述基板200之间的晶格常数差的层，可以由GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、 AlInN中至少一个形成。所述未掺杂半导体层可以由未掺杂(undoped) GaN层实现，且用作供氮化物半导体生长的基板。可形成所述缓冲层和未掺杂半导体层中任一层，或可同时形成两层，或可不形成两层。根据本发明的一优选实施例，所述基板的厚度可以为400～1500μm，但不限于此。
关于在所述基板200上顺次层叠的第一导电半导体层210、活性层220和第二导电半导体层230的具体说明与关于上述根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件的说明相同，因此不再赘述。
其次，对如上所述在基板上顺次层叠的层叠体进行蚀刻，使得发光二极管元件的直径为纳米或微米。
为此，根据本发明的一优选实施例，所述步骤可以包括：步骤1-1)，在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠；步骤1-2)，在第二导电半导体层上形成绝缘层和金属掩模层；步骤 1-3)，在所述金属掩模层上形成纳米球或微球单层膜，执行自组装；及步骤1-4)，针对所述第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层，根据图案以纳米或微米间隔进行蚀刻。
在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠(步骤1-1)之后，在第二导电半导体层上可形成绝缘层和金属掩模层(步骤1-2)。具体而言，图10的(b)部分示出在第二导电半导体层230 上顺次形成的绝缘层240和金属掩模层250。
所述绝缘层240可以起到用于第二导电半导体层、活性层及第一导电半导体层的连续蚀刻的掩模作用，可以由氧化物或氮化物制成。作为其非限制性实例，可以使用氧化硅(SiOE或SiOx)和/或氮化硅(Si3N4或SiNx)，但不限于此。根据本发明的一优选实施例，所述绝缘层的厚度可以为0.5～1.5μm，但不限于此。
形成在所述绝缘层240上的金属掩模层250用作用于蚀刻的掩模层，可以由常用的金属制成。作为其非限制性实例，可以使用铬(Cr) 金属，但不限于此。根据本发明的一优选实施例，所述金属掩模层的厚度可以为30～150nm，但不限于此。
其次，作为步骤1-3)，可以执行在所述金属掩模层上形成纳米球或微球单层膜260，执行自组装的步骤。
具体而言，图10的(c)部分示出形成在本发明的金属掩模层250 上的纳米球或微球单层膜260的截面透视图。所述纳米球或微球单层膜260是为起用于金属掩模层250的蚀刻的掩模作用而形成的，形成球粒子的方法可以利用球体的自组装性质。为了通过球体的自组装形成完整的一层结构排列，以恒定的速度在水面喷出球体以使球体彼此之间进行自组装。由于在水中扩散形成的球体区域较小且不规则，因此通过施加额外的能量和表面活性剂来形成较大且规则排列的一球体层，并且取出该一球体层来放在所述金属掩模层250上，从而在金属层上可以形成规则排列的球单层膜。根据将要最终产生的超小型发光二极管元件的所需直径，可以选择性地采用球粒子的直径，优选地，可以使用具有50～3000nm直径的聚苯乙烯球、二氧化硅球等，但不限于此。
其次，作为步骤1-4)，可以执行针对所述第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层，根据图案以纳米或微米间隔进行蚀刻的步骤。
图10的(d)部分至(f)部分为用于以纳米或微米间隔进行蚀刻的图案形成工艺，其中，图10的(d)部分为形成在金属掩模层上的纳米球或微球单层膜260经过灰化(ashing)过程之后的截面透视图。通过灰化 (ashing)工艺，球粒子的间隔可以以能实现所需的发光二极管元件的直径的间隔隔开，优选地，所述间隔可以为50～3000nm。
所述灰化工艺可以由常规球单层膜的灰化工艺实现，优选地，可以通过基于氧(O2)的反应离子灰化(Reactive ion ashing)和等离子体灰化(plasma ashing)执行。
图10的(e)部分示出将球粒子用作掩模来对金属掩模层进行蚀刻 250’的截面透视图，图10的(f)部分示出在除去球粒子260’之后将经过蚀刻的金属掩模层250’用作掩模来进行蚀刻的绝缘层240’。然后，将如图10的(g)部分所示经过蚀刻的绝缘层240’用作掩模来可以所需的深度对第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层进行蚀刻，此后可以通过除去绝缘层240’来制成如图10的(h)部分所示的经过蚀刻的层叠体。
所述图10的(e)部分至(g)部分的蚀刻工艺和球粒子/金属掩模层/ 绝缘层的除去可以通过常规蚀刻工艺实现，且可以单独使用或组合使用干蚀刻法或湿式蚀刻法。具体而言，在所述蚀刻工艺中，可以采用如反应离子蚀刻(RIE，reactive ion etching)或电感耦合等离子体反应离子蚀刻(ICP-RIE，inductively coupled plasma reactive ionetching)等干蚀刻方法。与湿式蚀刻法相反地，这种干蚀刻方法可以执行各向异性蚀刻，因此适合于形成上述图案。即，湿式蚀刻法实现各向同性(isotropic) 蚀刻而在整个方向实现蚀刻，与此相反，干式蚀刻法可以实现沿深度方向的蚀刻以形成孔，因此可以以所需的图案形成孔的尺寸和间隔等。此时，当采用所述RIE或ICP-RIE法时，可以使用Cl2、O2等用作能够蚀刻金属掩模的蚀刻气体。
另外，根据本发明的另一优选实施例，所述步骤(1)可以包括：步骤1-1)，在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠而制造层叠体；步骤1-2)，在第二导电半导体层上形成绝缘层和金属掩模层；步骤1-3)，在所述金属掩模层上形成聚合物层，在所述聚合物层上以纳米或微米间隔形成图案；及步骤1-4)，针对所述第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层，根据图案以纳米或微米间隔进行蚀刻。
具体而言，在第二导电半导体层上形成绝缘层和金属掩模层之后，在所述金属掩模层上形成可用于普通光刻等的普通聚合物层，在所述聚合物层上通过如光刻、电子束光刻或纳米压印光刻等方法以纳米或微米间隔形成图案，然后对此进行干蚀刻或湿蚀刻，以除去聚合物层、金属掩模层及绝缘层。
其次，作为步骤(2)，执行在经过蚀刻的层叠体的包含第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层的外面上形成绝缘膜的步骤。
具体而言，图10的(i)部分示出经过蚀刻的层叠体的外面由绝缘膜 270涂层的层叠体。所述绝缘膜的涂层可以采用在经过蚀刻的层叠体的外面涂布绝缘材料的方法或在绝缘材料中浸渍的方法，但不限于此。优选地，可用于所述绝缘膜的材料可以为选自由SiO2、Si3N4、Al2O3及TiO2组成的组中的至少一种，但不限于此。优选地，绝缘材料可以为Al2O3，而可以用这种绝缘材料通过原子层沉积(ALD，atomic layer deposition)法来在经过蚀刻的层叠体的外面形成绝缘膜，或可以以脉冲形态供应三甲基铝(TMA，trimethyl aluminum)和H2O源来通过化学吸附和解吸形成薄膜。根据本发明的一优选实施例，此时所形成的绝缘膜的厚度可以为5～50nm。
其次，作为步骤(3)，执行除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出，在所露出的第二导电半导体层外面上形成金属盖之后，除去基板的步骤。
在所述步骤(3)中，在第二导电半导体层外面上形成金属盖的方法可以使用普通的金属沉积方法，优选地，可以使用电化学沉积方法。根据本发明的一优选实施例，所述步骤(3)可以包括步骤3-1)，除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出；步骤 3-2)，通过将层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到所露出的第二导电半导体层的外面上；及步骤3-3)，从层叠体除去基板。
首先，作为步骤3-1)，执行除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出的步骤。
所述绝缘膜的除去可以采用普通蚀刻方法来实现，优选地，可以通过定向蚀刻(directional etching)来实现，其具体方法可以是本领域已知的常规方法。此时，考虑到所需金属盖的截面形状/表面积等，可以将绝缘膜蚀刻到第二导电半导体层的上面或连接到上面的第二导电半导体层的一部分侧面。然而，从防止由于电极与活性层直接接触而发生的电路短路的观点来看，露出与活性层相邻的第二导电半导体层的一部分侧面是不优选的。具体而言，图10的(j)部分示出通过除去第二导电半导体层上面的绝缘膜来使绝缘膜270’涂覆于除了第二半导体层的上面之外的经过蚀刻的层叠体外面。
然后，作为涂覆3-2)，可以执行通过将层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到所露出的第二导电半导体层的外面上的步骤。
所述电解电镀液是含有所需的金属盖形成材料的溶液，且可以根据金属盖的材料而不同地组成。作为代表性示例，当金属盖由金(Au) 形成时，可使用的电解电镀液可以是混合有HAuCl4、HCl及去离子水的电镀溶液或KAuCl4电镀溶液，此时，Au的浓度可以考虑到电镀时间和将要形成的金属盖的尺寸而不同，在本发明中没有特别限制，但 Au的浓度优选为0.005至50重量％。
通过在如上所述的电解电镀液中浸没包括第二导电半导体层的露出面的层叠体来可将金属盖形成材料镀到所露出的第二半导体层外面。具体而言，通过将电极附着于层叠体的基板上并对层叠体施加电源来进行电镀，为了更易于形成金属盖，所述基板优选为导电基板。具体的电镀执行方法可以是本领域的常规方法，因此在本发明中不受特别限制。但，优选地，通过施加-0.2～-1.0V的直流电10～55分钟来形成金属盖。若电源施加时间少于10分钟，则可能难以形成具有足够表面积和所需截面形状的金属盖，并且，若电源施加时间超过55 分钟，则电极会发生短路。
上述金属盖的形成方法可以是电镀法，但不限于此，而可以通过热蒸发、电子束蒸发、溅射等来形成金属盖。
具体而言，图10的(k)部分示出通过上述方法形成在未涂覆有绝缘膜的第二导电半导体层上面和元件端部侧外面的一部分的金属盖 280。
然后，作为步骤3-3)，如图10的(l)部分所示执行从层叠体除去基板的步骤，从而能够制成元件的截面形状为棉棒状的超小型发光二极管元件。
在除去基板的过程中，优选地，可以将支持膜附着到金属盖上部且通过如激光剥离(LLO，laser lift off)等常规方法去除基板。可以通过支持膜防止多个超小型发光二极管元件分散，且防止在基板除去过程中可发生的发光二极管元件的裂纹。所述支持膜可以为聚合环氧树脂或接合金属，其厚度可以为0.3～70μm，但不限于此。
另外，根据本发明的另一优选实施例，为了制成金属盖形成在发光二极管元件的两端部侧且截面具有哑铃形状的发光二极管元件，所述步骤(3)可以包括：步骤3-1)，除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出；步骤3-2)，通过将层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到所露出的第二导电半导体层的外面上；步骤3-3)，在所述金属盖上部形成支持膜，且除去层叠体的基板；及步骤3-4)，通过将除去基板的层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到包含所露出的第一半导体层下面的一部分外面，然后除去支持膜。
关于所述步骤3-1)至步骤3-2)的说明与在棉棒状发光二极管元件的制造方法中所述的步骤相同，因此不再赘述。
在第二导电半导体层的外面上形成金属盖之后，作为步骤3-3)，可以执行在所述金属盖上部形成支持膜且除去层叠体的基板的步骤。
具体而言，图11为示出根据本发明的一实施例的超小型发光二极管元件的制造工艺的透视图，其中，图11的(a)部分示出将支持膜290 附着于通过步骤3-2)制成的层叠体中形成在发光二极管元件的一端部侧的金属盖280a的下部。然后，为了提高发光二极管元件的支持力，如图11的(b)部分所示，可以在支持膜290与层叠体之间的空间填充支持聚合物291。所述支持聚合物可以是本领域已知的常规支持聚合物，在本发明中，对其具体类型没有限制。
此后，如图11的(c)部分所示，除去基板200，还除去基板200下部的未蚀刻的第一导电半导体层210，从而可以露出第一半导体层的下部，如图11的(d)部分所示。为除去所述未蚀刻的第一导电半导体层210而可以使用如超声波照射或干蚀刻等本领域已知的方法。
其次，作为步骤3-4)，可以执行通过将除去基板的层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到包含所露出的第一半导体层下面的一部分外面，然后除去支持膜的步骤。
关于所述电解电镀液等镀敷的详细说明与上面给出的说明相同，因此，说明在下文不复述，当将金属盖形成材料镀到未涂覆有绝缘膜的第一半导体层的露出面时，如图11的(e)部分所示，在第一导电半导体层方向的元件一端部侧可以形成金属盖280b。然后，除去支持聚合物和支持膜，从而可以制成如图11的(f)部分所示在元件的两端部侧包括金属盖280a、280b的元件的截面形状为哑铃状的超小型发光二极管元件。
另外，本发明包括具有上述根据本发明的一优选实施例的用于水平排列组件的超小型发光二极管元件的水平排列组件。
根据本发明的一优选实施例的水平排列的水平排列超小型发光二极管组件包括：基底基板；电极线，包括第一电极和第二电极，所述第一电极形成在所述基底基板上，所述第二电极与所述第一电极隔开地形成在同一平面上；及根据本发明的多个超小型发光二极管元件，同时连接到所述第一电极和所述第二电极。
具体而言，图12为根据本发明的一优选实施例的水平排列的超小型发光二极管水平排列组件的透视图，其中示出电极线310和超小型发光二极管元件321、322、323、324，所述电极线310包括第一电极 311和第二电极312，所述第一电极311形成在基底基板300上，所述第二电极312与所述第一电极311隔开地形成在基底基板上，所述超小型发光二极管元件321、322、323、324同时连接到所述第一电极 311和第二电极312。
首先，对包括基底基板300、形成在所述基底基板300上的第一电极311及与所述第一电极311隔开地形成在基底基板300上的第二电极312的电极线310进行说明。
所述“基底基板上”是指第一电极311和第二电极312可以直接形成在基底基板表面上，或者第一电极311和、或第二电极312可以与基底基板的上部隔开地形成。所述基底基板起水平排列组件的支持体作用。作为在本发明中可用的基底基板300，只要是能够使电极形成在其上的基底基板，就可不受限制地使用。其非限制性实例可以是玻璃基板、石英基板、蓝宝石基板、塑料基板和可弯曲的柔性聚合物膜中的任一个。更优选地，所述基板可以透明。所述基底基板的面积不受限制，考虑到将形成在基底基板上的第一电极的面积、第二电极的面积、连接到第一电极和第二电极的超小型发光二极管元件的尺寸以及所连接的超小型发光二极管元件的数量而可以变更。优选地，所述基底基板的厚度可以为100μm至1mm，但不限于此。
所述第一电极311和第二电极312可以由通常用于电极的材料制成。作为其非限制性实例，所述第一电极311和第二电极312可以分别独立地由选自由铝、钛、铟、金和银组成的组中的至少一种金属材料，或者选自由氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)、ZnO:Al及CNT- 导电聚合物络合物组成的组中的至少一种透明材料形成。当使用两种或更多种上述电极材料时，第一电极和、或第二电极可以优选具有将两种或更多种材料堆叠而成的结构。更优选地，第一电极和、或第二电极可以是将钛和金两种材料层叠而成的电极。但第一电极和、或第二电极的材料不限于上述记载。并且，第一电极和、或第二电极的材料可以相同或不同。
所述第一电极和第二电极的隔离间隔、尺寸和具体布置可以根据目的不同地设计，且可以以任何可想象的构造根据目的进行多种变形，例如，两个不同电极可以呈涡状布置或交替布置。
根据本发明的一优选实施例，所述水平排列组件还可包括第一超小型发光二极管元件、第二超小型发光二极管元件及第三超小型发光二极管元件中的至少一种，所述第一超小型发光二极管元件的一侧连接到第一电极和第二电极中任一个电极的上面且另一侧连接到另一电极的上面，第二超小型发光二极管元件的一侧连接到第一电极的一侧面且另一侧连接到与所述第一电极的一侧面相对的第二电极的一侧面，第三超小型发光二极管元件的一侧连接到第一电极或第二电极的上面且另一侧连接到另一电极的侧面。具体而言，如图12所示的水平排列组件包括第一超小型发光二极管元件321、322、第二超小型发光二极管元件323及第三超小型发光二极管元件324中的至少一种，所述第一超小型发光二极管元件321、322的一侧连接到第一电极311和第二电极312中任一个电极的上面且另一侧连接到另一电极的上面，且包括截面形状为棉棒状321和哑铃状322的超小型发光二极管元件，所述第二超小型发光二极管元件323的一侧连接到第一电极311的一侧面且另一侧连接到与所述第一电极311的一侧面相对的第二电极 312的一侧面，所述第三超小型发光二极管元件324的一侧连接到第一电极311的上面且另一侧连接到第二电极312的侧面。
并且，介于两个不同电极之间的上述第二超小型发光二极管元件可以以形成多层的方式介于电极之间，从而能够显著增加每个单位电极面积所包括的超小型发光二极管元件的数量。当具有根据本发明的截面形状的金属盖形成在元件的一端部侧或两端部侧时，超小型发光二极管元件在电极之间的隔离空间通过电场进行旋转，以与两个电极的侧面结合时，易于以接近垂直于元件的沿长度方向的电极侧面的方式结合到两个电极。并且，一个发光二极管元件占据的体积减小，使可布置其它超小型发光二极管元件的隔离空间得到增加，从而能够包括更多的超小型发光二极管元件，以能够实现光量良好的水平排列组件。为此，根据本发明的一优选实施例，水平排列组件中所包括的多个超小型发光二极管元件的一侧连接到第一电极的一侧面且另一侧连接到与所述第一电极的一侧面相对的第二电极的一侧面，以便形成介于两个不同电极之间的多层。
具体而言，图13为根据本发明的一优选实施例的水平排列组件的截面图，其中示出第一电极311、第二电极312及多个超小型发光二极管元件325、326，所述第一电极311形成在基底基板300上，所述第二电极312与第一电极311隔开地形成在基底基板300上，以便具有与所述第一电极311的第Ⅰ侧面相对的第Ⅱ侧面，所述多个超小型发光二极管元件325、326以元件的一端接触到第一电极311的第Ⅰ侧面且另一端接触到第二电极312的第Ⅱ侧面的方式形成多层来介于两个电极之间。当实现如图13所示的水平排列组件时，能够实现由于在有限的电极区域可以包括更多的超小型发光二极管元件而发出显著良好的光量的水平排列组件。
上述根据本发明的一优选实施例的水平排列组件可以使用将后述的制造方法制成。但，本发明不限于下面的制造方法。
根据本发明的的一优选实施例的水平排列组件的制造方法可以包括：步骤(a)，将第一电极形成在基底基板上，且将第二电极与所述第一电极隔开地形成在基底基板上；步骤(b)，向第一电极和第二电极上投入包括根据本发明的用于水平排列组件的超小型发光二极管元件的多个超小型发光二极管元件和溶剂；及步骤(c)，对第一电极和第二电极施加电源，使得超小型发光二极管元件以所述多个超小型发光二极管元件的一端部侧接触到第一电极且另一端部侧接触到第二电极的方式自对准。
在所述步骤(a)中，关于基底基板和电极的说明与上面给出的说明相同，将电极形成在基底基板上的方法可以是已知的常规方法，在本发明中，不受特别限制。
其次，作为步骤(b)，执行向第一电极和第二电极上投入包括根据本发明的超小型发光二极管元件的多个超小型发光二极管元件和溶剂的步骤。
具体而言，图14为示出根据本发明的一优选实施例的水平排列组件的制造工艺的透视图，其中，图14的(a)部分示出向形成在基底基板100上的第一电极110和与所述第一电极隔开地形成在基底基板100 上的第二电极120投入的超小型发光二极管元件130和溶剂140。
在本发明中，向第一电极和第二电极上投入超小型发光二极管元件和溶剂的方法不受特别限制。可以同时投入所述超小型发光二极管元件和溶剂，或可以与顺序无关地顺次投入所述超小型发光二极管元件和溶剂，优选地，在投入超小型发光二极管元件之后，投入溶剂，从而，可以集中于所需的电极区域的方式安装超小型发光二极管元件。
优选地，所述溶剂可以是选自由丙酮、水、醇及甲苯组成的组中的至少一种，更优选地，可以为丙酮。然而，溶剂的种类不限于上述记载，只要是很好地蒸发而不对超小型发光二极管元件造成任何物理或化学影响的溶剂，就可以不受限制地使用。
优选地，相对于100重量份的溶剂，超小型发光二极管元件的投入量可以为0.001至100重量份。若超小型发光二极管元件的投入量小于0.001重量份，则连接倒电极的超小型发光二极管元件的数量少，导致超小型发光二极管电极组件难以正常运作，为了克服这些问题，应该滴加溶液多次。若超小型发光二极管元件的投入量大于100重量份，则各个超小型发光二极管元件的排列会受到干扰。
其次，作为步骤(c)，执行对第一电极和第二电极施加电源，使得超小型发光二极管元件以所述多个超小型发光二极管元件的一端部侧接触到第一电极且另一端部侧接触到第二电极的方式自对准的步骤。
具体而言，如图14的(b)部分所示，当对第一电极110和第二电极120施加电源时，超小型发光二极管元件130进行自对准，例如，旋转、变位等，从而如图14的(c)部分所示可实现以元件的一端接触到第一电极110并另一端接触到第二电极120的方式使多个超小型发光二极管元件30a、30b、30c连接到第一电极110和第二电极120的水平组件。
当使根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件进行自对准时，位置排列和与电极之间的连接性可以得到提高。具体而言，图15为示出现有超小型发光二极管元件在电场下进行自对准的状态的平面图，其中，当对彼此隔开地形成在基底基板100上的第一电极 113和第二电极123施加电源时，超小型发光二极管元件133的两末端分别向不同的电极方向进行旋转(α)。如图15所示，超小型发光二极管元件133的未涂覆有绝缘膜的两端部侧的表面积很小，因此电场的影响会甚微，为了超小型发光二极管元件的移动、旋转等变位而需要形成更大的电场，而且，由于在未涂覆有绝缘膜的露出部分的外面，尤其，在元件的截面中沿对角线方向的外面不是曲面，因而，在元件的一端部侧接触到电极时，难以以与电极面垂直的方式定向。与此相反，图16为示出根据本发明的一优选实施例的超小型发光二极管元件进行自对准的状态的平面图，其中，当对彼此隔开地形成在基底基板 100上的第一电极114和第二电极124施加电源时，超小型发光二极管元件134的两末端分别沿不同的电极方向进行旋转(β)。此时，如图16所示的超小型发光二极管元件134的两端部侧设有表面积显著得到改善的金属盖，因此更好受到电场的影响，在低电场下也能够容易实现超小型发光二极管元件的移动、旋转等变位。并且，当所述金属盖的外面中的一部分区域，优选地，元件的截面中沿对角线方向的金属盖外面包括曲面时，更容易以两个不同电极面和元件的长度方向彼此垂直的方式进行位置排列，从而可以使更多的超小型发光二极管元件包括在有限的区域的水平组件区域中。
为所述超小型发光二极管元件的自对准而所需的电场可以通过对第一电极和第二电极施加电源来形成。所述电源可以是直流电或交流电，并且可以通过考虑超小型元件的纵横比等而改变电源，在本发明中，不受特别限制。
虽然上面根据优选实施例详细说明了本发明的技术思想，但应理解，这些实施例仅是为了帮助说明本发明而提供的，本发明并不限定于上述实施例。并且，要是本发明所属技术领域的技术人员都能够在不脱离本发明的技术思想范围内可以以许多不同的形式来实现本发明。

Claims (15)

1.一种用于水平排列组件的超小型发光二极管元件，其特征在于，包括：
第一导电半导体层；
活性层，设置在所述第一导电半导体层上部；
第二导电半导体层，设置在所述活性层上部；
绝缘膜，至少覆盖活性层的外面；以及
金属盖，设置在所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层中的至少一个上，
其中，所述金属盖的外面的至少一部分区域为曲面，且所述金属盖覆盖所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层中的所述至少一个的外表面，或覆盖所述第一导电半导体层和所述第二导电半导体层中的所述至少一个的外表面和所述绝缘膜的外表面。
2.根据权利要求1所述的用于水平排列组件的超小型发光二极管元件，其特征在于，所述第一导电半导体层和第二导电半导体层中任一个导电半导体层包括至少一个n型半导体层，而另一个导电半导体层包括至少一个p型半导体层。
3.根据权利要求1所述的用于水平排列组件的超小型发光二极管元件，其特征在于，所述超小型发光二极管元件沿垂直于半导体层的方向的截面形状为哑铃或棉棒形状。
4.根据权利要求1所述的用于水平排列组件的超小型发光二极管元件，其特征在于，所述超小型发光二极管元件一端部侧的截面积和金属盖表面积的面积比为1:1.1～1:10.0。
5.根据权利要求1所述的用于水平排列组件的超小型发光二极管元件，其特征在于，所述超小型发光二极管元件的长度为100nm～10μm，且所述超小型发光二极管元件的直径为100nm～5μm。
6.根据权利要求1所述的用于水平排列组件的超小型发光二极管元件，其特征在于，
所述绝缘膜还覆盖所述第一导电半导体层的外表面和所述第二导电半导体层的外表面；以及
所述金属盖的至少一部分与所述绝缘膜接触。
7.一种用于水平排列组件的超小型发光二极管元件的制造方法，其特征在于，包括：
对在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠而成的层叠体进行蚀刻，使得发光二极管元件的直径为纳米或微米；
在经过蚀刻的层叠体的包含第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层的外面上形成绝缘膜；及
除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出，在所露出的第二导电半导体层外面上形成金属盖之后，除去基板。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
对在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠而成的层叠体进行蚀刻包括：
在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠；
在第二导电半导体层上形成绝缘层和金属掩模层；
在所述金属掩模层上形成聚合物层，在所述聚合物层上以纳米或微米间隔形成图案；及
针对所述第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层，根据图案以纳米或微米间隔进行蚀刻。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
对在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠而成的层叠体进行蚀刻包括：
在基板上将第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层顺次层叠而制造层叠体；
在第二导电半导体层上形成绝缘层和金属掩模层；
在所述金属掩模层上形成纳米球或微球单层膜，执行自组装；及
针对所述第一导电半导体层、活性层及第二导电半导体层，根据图案以纳米或微米间隔进行蚀刻。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
除去所述绝缘膜包括：
除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出；
通过将层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到所露出的第二导电半导体层的外面上；及
从层叠体除去基板。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
除去所述绝缘膜包括：
除去绝缘膜，使得包含第二导电半导体层上面的一部分外面被露出；
通过将层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到所露出的第二导电半导体层的外面上；
在所述金属盖上部形成支持膜，且除去层叠体的基板；及
通过将除去基板的层叠体浸没于电解电镀液中并对层叠体施加电源来将金属盖电镀到包含所露出的第一半导体层下面的一部分外面，然后除去支持膜。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一导电半导体层和第二导电半导体层中任一个半导体层包括至少一个n型半导体层，而另一个导电半导体层包括至少一个p型半导体层。
13.一种水平排列组件，其特征在于，包括：
基底基板；
电极线，包括第一电极和第二电极，所述第一电极形成在所述基底基板上，所述第二电极与所述第一电极隔开地形成在基底基板上；及
根据权利要求1至6中任一项所述的超小型发光二极管元件，同时连接到所述第一电极和所述第二电极。
14.根据权利要求13所述的水平排列组件，其特征在于，所述水平排列组件还包括第一超小型发光二极管元件、第二超小型发光二极管元件及第三超小型发光二极管元件中的至少一种，所述第一超小型发光二极管元件的一侧连接到第一电极和第二电极中任一个电极的上面且另一侧连接到另一电极的上面，第二超小型发光二极管元件的一侧连接到第一电极的一侧面且另一侧连接到与所述第一电极的一侧面相对的第二电极的一侧面，第三超小型发光二极管元件的一侧连接到第一电极或第二电极的上面且另一侧连接到另一电极的侧面。
15.根据权利要求13所述的水平排列组件，其特征在于，
多个所述超小型发光二极管元件的一侧接到第一电极的一侧面且另一侧连接到与所述第一电极的一侧面相对的第二电极的一侧面，使得多个所述超小型发光二极管元件以形成多层的方式介于两个不同电极之间。
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