CN107968145A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发光装置，包括第一半导体层、发光层、第二半导体层、第一电极及第二电极。发光层位于第一半导体层与第二半导体层之间。第一电极与第一半导体层电连接。第二电极与第二半导体层电连接。第一半导体层、发光层与第二半导体层形成阶梯结构，其包括第一电极连接面、第二电极连接面及连接部。第一电极连接面位于第一半导体层上。第二电极连接面位于第二半导体层上。连接部连接第一电极连接面与第二电极连接面。连接部包含第一表面、第二表面及第三表面。第一表面与第二表面之间形成第一转角部。第二表面与第三表面之间形成第二转角部。本发明的阶梯结构可以提升光取出效率，进而增加发光装置的发光效率。

Description

发光装置
技术领域
本发明是有关于一种发光装置，且特别是有关于一种具有阶梯结构的发光装置。
背景技术
发光二极管(light emitting diode；LED)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，发光二极管已朝多色彩及高亮度发展，因此其应用领域已扩展至大型户外看板、交通号志灯及相关领域。在未来，发光二极管甚至可能成为兼具省电及环保功能的主要照明光源。
因此，如何进一步提升发光二极管的发光效率，实已成目前亟欲解决的课题。
发明内容
本发明提供一种发光装置，以具有较佳的光取出效率(Light extractionefficiency)。
本发明提供一种发光装置，以具有较佳的发光效率。
本发明提供一种发光装置，包括第一半导体层、发光层、第二半导体层、第一电极以及第二电极。发光层位于第一半导体层上。第二半导体层位于发光层上。第一电极与第一半导体层电连接。第二电极与第二半导体层电连接。第一半导体层、发光层与第二半导体层形成阶梯结构，其中阶梯结构包括第一电极连接面、第二电极连接面以及连接部。第一电极连接面位于第一半导体层上。第二电极连接面位于第二半导体层上。连接部连接第一电极连接面与第二电极连接面。连接部至少包含第一表面、第二表面、第三表面。第一表面与第二表面之间形成第一转角部。第二表面与第三表面之间形成第二转角部。
基于上述，本发明的发光装置具有阶梯结构。因此，可以提升光取出效率，进而增加发光装置的发光效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1A、图2A及图3A依序是依照本发明第一实施例的发光装置的制造流程的上视示意图。
图3A是依照本发明第一实施例的发光装置的上视示意图。
图1B是图1A的发光装置的制造流程沿剖面线A-A’的剖面示意图。
图2B是图2A的发光装置的制造流程沿剖面线B-B’的剖面示意图。
图2C是图2A的阶梯结构的立体示意图。
图3B是图3A的发光装置的沿剖面线C-C’的剖面示意图。
图3C是图3A的发光装置的立体示意图。
图4是依照本发明第二实施例的发光装置的剖面示意图。
图5是依照本发明第三实施例的发光装置的剖面示意图。
图6是依照本发明第四实施例的发光装置的剖面示意图。
图7是依照本发明第五实施例的发光装置的剖面示意图。
图8是依照本发明一实施例的显示面板的局部上视示意图。
符号说明：
100、400、500、600、700：发光装置
800：显示面板
110：基材
111：凹陷处
111a：内凹面
120、220、320：第一半导体层
130、230：发光层
140、240：第二半导体层
150：图案化绝缘层
170：第一电极
180：第二电极
290：粘着层
292：导通孔
BS：底面
LS、LS’、LS”：阶梯结构
ES1：第一电极连接面
ES2：第二电极连接面
CP：连接部
S1：第一表面
S2：第二表面
S3：第三表面
S4：第四表面
S5：第五表面
SW1：第一侧壁
SW2：第二侧壁
SW3：第三侧壁
SW4：第四侧壁
C1：第一转角部
C2：第二转角部
C3：第三转角部
C4：第四转角部
H1：第一高度
H2：第二高度
SUB：基板
T：主动元件
S：源极
D：漏极
G：栅极
SM：通道层
RL：反射层
CL：共通线
PU：像素单元
具体实施方式
图1A、图2A及图3A依序是依照本发明第一实施例的发光装置的制造流程的上视示意图。图3A是依照本发明第一实施例的发光装置的上视示意图。图1B是图1A的发光装置的制造流程沿剖面线A-A’的剖面示意图。图2B是图2A的发光装置的制造流程沿剖面线B-B’的剖面示意图。图2C是图2A的阶梯结构的立体示意图。图3B是图3A的发光装置的沿剖面线C-C’的剖面示意图。图3C是图3A的发光装置的立体示意图。为求清楚表示与便于说明，图3C省略绘示部分的膜层。
首先，请同时参照图1A及图1B，提供基材110。基材110具有底面BS、相对于底面BS的第二电极连接面ES2以及位于与第二电极连接面ES2同侧的凹陷处111。凹陷处111自第二电极连接面ES2向底面BS凹陷，且凹陷处111包括第一表面S1以及内凹面111a。第一表面S1与第二电极连接面ES2连接，且第二电极连接面ES2与第一表面S1之间形成外凸的第三转角部C3。换言之，第二电极连接面ES2的延伸方向实质上不同于第一表面S1的延伸方向。第三转角部C3可以是由第二电极连接面ES2与第一表面S1所形成的交界处，或是具有弧型的交界面。
基材110包括第一半导体层120、发光层130以及第二半导体层140。发光层130位于第一半导体层120以及第二半导体层140之间。在本实施例中，基材110的第二电极连接面ES2位于第二半导体层140上，且凹陷处111的内凹面111a位于第一半导体层120上，但本发明不限于此。在其他的实施例中，基材110的第二电极连接面ES2以及凹陷处111的内凹面111a可以皆位于第二半导体层140上。
在本实施例中，第一半导体层120为N型(N-type)半导体层，且第二半导体层140为P型(P-type)半导体层，但本发明不限于此。在其他实施例中，第一半导体层120可以为P型半导体层，且第二半导体层140为N型半导体层。N型(N-type)半导体层的材料例如是具有IVA族元素(如：硅)掺杂的N型氮化镓(n-GaN)，P型半导体层的材料例如是具有IIA族元素(如：镁)掺杂的P型氮化镓(p-GaN)。发光层130例如具有多层量子井(Multiple QuantumWell；MQW)结构。多重量子井结构包括以重复的方式交替设置的多个量子井层(Well)和多个量子阻障层(Barrier)。进一步来说，发光层130的材料例如是包括交替堆迭的多层氮化铟镓以及多层氮化镓(InGaN/GaN)，藉由设计发光层130中铟或镓的比例，可使发光层130发出不同的发光波长范围。第一半导体层120、发光层130及第二半导体层140例如可以有机金属气相沉积法(Metal-organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)形成。值得注意的是，关于上述的第一半导体层120、发光层130或第二半导体层140的材质或形成方式仅为举例，本发明并不以此为限。
请同时参照图1A至图2C。可以于部分内凹面111a上进行蚀刻制造工艺(etchingprocess)，以使基材110具有阶梯结构LS。举例而言，可以是以三氯化硼(BCl3)及/或氯气(Cl2)作为蚀刻反应气体，藉由反应离子蚀刻(Reactive-Ion Etching；RIE)的方式对远离于第一表面S1的部分内凹面111a进行蚀刻，而使远离于第一表面S1的部分凹陷处111进一步地向底面BS凹陷，以使基材110具有阶梯结构LS。
在本实施例中，第一半导体层120、发光层130与第二半导体层140形成阶梯结构LS。阶梯结构LS包括第一电极连接面ES1、第二电极连接面ES2以及连接部CP。连接部CP连接第一电极连接面ES1与第二电极连接面ES2。也就是说，第一电极连接面ES1、连接部CP以及第二电极连接面ES2构成一相对于底面BS的连续面。连接部CP自第二电极连接面ES2向第一电极连接面ES1的延伸方向上，依序至少包含第一表面S1、第二表面S2以及第三表面S3。第一表面S1与第二表面S2连接，第一表面S1的延伸方向实质上不同于第二表面S2的延伸方向，且第一表面S1与第二表面S2之间形成内凹的第一转角部C1。第二表面S2与第三表面S3连接，第二表面S2的延伸方向实质上不同于第三表面S3的延伸方向，且第二表面S2与第三表面S3之间形成外凸的第二转角部C2。第三表面S3与第一电极连接面ES1连接，第三表面S3的延伸方向实质上不同于第一电极连接面ES1的延伸方向，且第三表面S3与第一电极连接面ES1之间形成内凹的第四转角部C4。
一般而言，发光装置100的发光效率称为元件的外部量子效率(external quantumefficiency；EQE)，其为发光装置100的内部量子效率(internal quantum efficiency；IQE)与发光装置100的光取出效率(light extraction efficiency)的乘积。发光装置100的内部量子效率即为发光装置100的电光转换效率，主要与发光装置100本身的特性如第一半导体层120、发光层130及/或第二半导体层140的能带、缺陷、掺杂浓度及/或外延等相关。而发光装置100的光取出效率指的则是发光装置100内部于电光转换后所产生的光子，在经过发光装置100本身的吸收、折射、反射后实际上在发光装置100外部可量测到的光子数目。换言之，发光装置100的光取出效率与发光装置100的几何结构及/或出光面积(lightextraction area)等特性有关。也就是说，本发明的发光装置100至少可以藉由阶梯结构LS的第一表面S1、第二表面S2以及第三表面S3，来提升发光装置100的光取出效率，以进一步提升发光二极管的发光效率。
从另一方面而言，在本实施例中，发光装置100可以在不调整第一半导体层120、发光层130及/或第二半导体层140的能带、缺陷、掺杂浓度及/或外延等条件(即内部量子效率)之下，藉由阶梯结构LS的第一表面S1、第二表面S2以及第三表面S3来提升发光装置100的光取出效率，以提升发光二极管的发光效率。在其他实施例中，也可以藉由提升发光装置100的内部量子效率，以及藉由阶梯结构LS的第一表面S1、第二表面S2以及第三表面S3来提升发光装置100的光取出效率，以进一步提升发光装置100的发光效率。
在本实施例中，阶梯结构LS还包含第一侧壁SW1、第二侧壁SW2、第三侧壁SW3、第四侧壁SW4以及底面BS。阶梯结构LS的底面BS可以为上述基材110的底面BS。第一侧壁SW1与第二侧壁SW2位于阶梯结构LS的相对两侧。第一侧壁SW1的与第一电极连接面ES1和底面BS连接。第二侧壁SW2与第二电极连接面ES2和底面BS连接。第三侧壁SW3与第四侧壁SW4位于阶梯结构LS的另一相对两侧。第三侧壁SW3与第一侧壁SW1、第二侧壁SW2、第一电极连接面ES1、第二电极连接面ES2、第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3以及底面BS连接。第四侧壁SW4与第一侧壁SW1、第二侧壁SW2、第一电极连接面ES1、第二电极连接面ES2、第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3以及底面BS连接。
在本实施例中，第二表面S2与第一电极连接面ES1之间具有第一高度H1，第一电极连接面ES1与底面BS之间具有第二高度H2，且第一高度H1大于第二高度H2。如此一来，可以增加第三表面S3的表面积，而提升发光装置100的光取出效率，以进一步提升发光装置100的发光效率。
请同时参照图2A至图3C。在形成阶梯结构LS之后，于阶梯结构LS上形成图案化绝缘层150。在一实施例中，例如藉由化学气相沉积法(chemical vapor deposition；PECVD)形成一绝缘材料层，绝缘材料层例如包含氮化硅层及/或氧化硅层，并可以藉由蚀刻制造工艺将绝缘材料层图案化，以形成图案化绝缘层150，但本发明不限于此。图案化绝缘层150至少设置于阶梯结构LS的第二侧壁SW2上，以避免后续形成的第二电极180与第一半导体层120和发光层130接触。在本实施例中，图案化绝缘层150可进一步设置于阶梯结构LS的第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3、部分的第一电极连接面ES1、部分的第二电极连接面ES2、第三侧壁SW3、第四侧壁SW4及/或第一侧壁SW1，但本发明不限于此。
请同时参照图3A至图3C。在形成图案化绝缘层150之后，于部分的第一电极连接面ES1与第一侧壁SW1之上形成第一电极170，且于部分的第二电极连接面ES2与第二侧壁SW2之上形成第二电极180。换言之，第一电极170配置于第一电极连接面ES1与第一侧壁SW1之上，且第二电极180配置于第二电极连接面ES2与第二侧壁SW2之上。第一半导体层120与第一电极170电连接，且第二半导体层140与第二电极180电型连接。图案化绝缘层150位于第一半导体层120与第二电极180之间。
在本实施例中，第一电极170及第二电极180未覆盖于第一表面S1(绘示于图2C)、第二表面S2及第三表面S3上。如此一来，可以提升发光装置100的光取出效率，以进一步提升发光装置100的发光效率。但本发明不以此为限，在其他实施例中，第一电极170及第二电极180未覆盖于第一表面S1和第二表面S2上，且至少部分的第三表面S3未被覆盖，如此一来，可以提升发光装置100的光取出效率，以进一步提升发光装置100的发光效率。
在本实施例中，第一电极170还可以配置于部分的第三侧壁SW3与部分的第四侧壁SW4上。第二电极180还配置于其余的部分第三侧壁SW3与其余的部分第四侧壁SW4上，第一电极170与第二电极180结构上彼此分离，且图案化绝缘层150位于第一半导体层120与第二电极180之间。详细而言，第一电极170还配置于接近第一侧壁SW1的部分第三侧壁SW3与接近第一侧壁SW1的部分第四侧壁SW4上。换言之，配置于部分的第一电极连接面ES1、第一侧壁SW1、部分的第三侧壁SW3与部分的第四侧壁SW4上的第一电极170具有连续的结构。第二电极180还配置于接近第二侧壁SW2的部分第三侧壁SW3与接近第一侧壁SW2的部分第四侧壁SW4。换言之，配置于部分的第二电极连接面ES2、第二侧壁SW2、部分的第三侧壁SW3与部分的第四侧壁SW4上的第二电极180具有连续的结构。
在本实施例中，第一电极170与第二电极180例如是先以物理气相沉积(physicalvapor deposition；PVD)等类似的方法形成导电层后，再以光刻(photolithography)及蚀刻制造工艺所形成。在其他实施例中，第一电极170与第二电极180也可以是将银浆藉由网印的方式所形成，于本发明不加以限制。
经过上述制造工艺后，基本上完成本发明的第一实施例的发光装置100的制作。上述的发光装置100包括第一半导体层120、发光层130、第二半导体层140、第一电极170以及第二电极180。发光层130位于第一半导体层120上。第二半导体层140位于发光层130上。第一电极170与第一半导体层120电连接。第二电极180与第二半导体层140电连接。第一半导体层120、发光层130与第二半导体层140形成阶梯结构LS，其中阶梯结构LS包括第一电极连接面ES1、第二电极连接面ES2以及连接部CP。第一电极连接面ES1及第二表面S2位于第一半导体层120上。第二电极连接面ES2位于第二半导体层140上。连接部CP连接第一电极连接面ES1与第二电极连接面ES2。连接部CP至少包含第一表面S1、第二表面S2、第三表面S3。第二电极连接面ES2与第一表面S1之间形成外凸的第三转角部C3。第一表面S1与第二表面S2之间形成内凹的第一转角部C1。第二表面S2与第三表面S3之间形成外凸的第二转角部C2。第三表面S3与第一电极连接面ES1之间形成内凹的第四转角部C4。
在本实施例中，发光装置100可以为发光二极管或微型发光二极管(Micro LED；μLED)但本发明不限于此。
图4是依照本发明第二实施例的发光装置的剖面示意图。在此必须说明的是，图4的实施例沿用图1A至图3C的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
请参照图4，本实施例的发光装置400还包括基板SUB、主动元件T以及共通线CL。
在本实施例中，阶梯结构LS是以其第一半导体层120朝向基板SUB的方式配置于基板SUB上。主动元件T配置在基板SUB上，其中第二电极180与主动元件T电连接。第一电极170与共通线CL电连接。
主动元件T包括源极S、漏极D、栅极G以及通道层SM。栅极G与扫描线(未绘示)电连接。源极S与数据线(未绘示)电连接。基板SUB可以为玻璃基板、软性基板、硅质(Si-based)基板、有机聚合物基板、或者是其他类型的基板，但本发明不限于此。在本实施例中，主动元件T例如为低温多晶硅薄膜晶体管(Low temperture poly Si thin film transistor；LTPS TFT)，但本发明并不以此为限制。此外，基于导电性的考量，共通线CL一般是使用金属材料，然本发明不限于此。
在本实施例中，发光装置400还包括粘着层290以及导通孔292。粘着层290位于主动元件T与第一半导体层120之间。导通孔292贯通粘着层290。第二电极180藉由导通孔292以与主动元件T电连接。粘着层290的材质例如为环氧树脂(epoxy)、光阻或硅胶，但本发明不限于此。一般而言，例如可藉由黄光光刻蚀刻、机械穿孔或激光钻孔的方式，于粘着层290上形成导通孔292。就制造工艺上而言，例如可利用微机械装置或聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane；PDMS)基板转印等方式，将阶梯结构LS安装于具有主动元件T的基板SUB上。并且藉由粘着层290将阶梯结构LS固定于基板SUB上。
在本实施例中，是以第二电极180还填入导通孔292为例，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，粘着层290上的导通孔292也可以填入其他的导电材料以使第二电极180与主动元件T电连接。
在本实施例中，发光装置400还包括反射层RL。反射层RL位于主动元件T与第一半导体层120之间，且反射层RL与第一半导体层120重叠。也就是说，在本实施例中，发光装置400属于上发光型(top emission type)设计。在本实施例中，反射层RL可以为导电材质，且反射层RL、第二电极180、导通孔292与主动元件T彼此电连接，但本发明不限于此。在一些实施例中，前述粘着层290的材质还可包括二氧化钛粒子，以使粘着层290可以具有反射光线的性质。
图5为本发明的第三实施例的发光装置的剖面示意图。在此必须说明的是，图5的实施例沿用图4的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
请参照图5，本实施例的发光装置500与图4的实施例的发光装置400相似，两者的差异在于：第一电极170与漏极D电连接，第二电极180与共通线CL电连接。
前述实施例的发光装置100、400、500中的阶梯结构LS可以有其他的设计，以下图6至图7将针对阶梯结构的变化进行描述。
图6是依照本发明第四实施例的发光装置的剖面示意图。在此必须说明的是，图6的实施例沿用图1A至图3C的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
请参照图6，本实施例的发光装置600与图3A至图3C的实施例的发光装置100相似，两者的差异在于：第一半导体层220、发光层230与第二半导体层240形成阶梯结构LS’。阶梯结构LS’的第一电极连接面ES1位于第一半导体层220上。阶梯结构LS’的第二电极连接面ES2及第二表面S2位于第二半导体层240上。
图7为本发明的第五实施例的发光装置的剖面示意图。在此必须说明的是，图7的实施例沿用图6的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
请参照图7，本实施例的发光装置700与图6的实施例的发光装置600相似，两者的差异在于：第一半导体层320、发光层230与第二半导体层240形成阶梯结构LS”。阶梯结构LS”的连接部CP还包含第四表面S4以及第五表面S5。阶梯结构LS”的第一电极连接面ES1及第四表面S4位于第一半导体层220上。阶梯结构LS”的第二电极连接面ES2及第二表面S2位于第二半导体层240上。
图8是依照本发明一实施例的显示面板的局部上视示意图。在本实施例中，显示面板800可以包括多个像素单元PU，且每一个像素单元PU可以包括多个发光装置400。各个发光装置400的共通线CL可以彼此电连接，以接收共通电压源所输出的一共通电压(commonvoltage；Vcom)。各个发光装置400可以发出相同或不同的颜色光，但本发明不限于此。像素单元PU中的多个发光装置400为沿着横向(row)排列，但本发明不限于此。在其他实施例中，像素单元PU中的多个发光装置400也可以为沿着纵向(column)排列。
本实施例的显示面板800中所具有的发光装置是以发光装置400为例，但显示面板800中所具有的发光装置也可以采用多种的结构设计，于本发明并不加以限制。
综上所述，本发明的发光装置具有阶梯结构。因此，可以提升发光装置的光取出效率，以进一步提升发光装置的发光效率。除此之外，以本发明的发光装置所构成的显示面板具有较佳的发光效率。
虽然本发明已以实施例揭露如上，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，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (14)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：
一第一半导体层；
一发光层，位于该第一半导体层上；
一第二半导体层，位于该发光层上，该第一半导体层、该发光层与该第二半导体层形成一阶梯结构，其中该阶梯结构包括：
一第一电极连接面，位于该第一半导体层上；
一第二电极连接面，位于该第二半导体层上；以及
一连接部，连接该第一电极连接面与该第二电极连接面，其中该连接部至少包含一第一表面、一第二表面、一第三表面，该第一表面与该第二表面之间形成一第一转角部，以及该第二表面与该第三表面之间形成一第二转角部；
一第一电极，与该第一半导体层电连接；以及
一第二电极，与该第二半导体层电连接。
2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该第一电极配置于该第一电极连接面上，以及该第二电极配置于该第二电极连接面上。
3.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，该第一电极未覆盖于该第二表面上。
4.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该阶梯结构还包含一第一侧壁、一第二侧壁以及一底面，其中该第一侧壁与该第一电极连接面和该底面连接，且该第二侧壁与该第二电极连接面和该底面连接。
5.如权利要求4所述的发光装置，其特征在于，该第一电极配置于该第一电极连接面与该第一侧壁之上。
6.如权利要求4所述的发光装置，其特征在于，该第二电极配置于该第二电极连接面与该第二侧壁之上。
7.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于，还包括一图案化绝缘层，且该图案化绝缘层位于该第一半导体层与该第二电极之间。
8.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该第一表面与该第二电极连接面之间形成一第三转角部，且该第三表面与该第一电极连接面之间形成一第四转角部。
9.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该第二表面位于该第一半导体层上。
10.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，该第二表面位于该第二半导体层上。
11.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，还包括：
一基板，其中该第一半导体层位于该基板与该发光层之间；
一主动元件，配置在该基板上，其中该第二电极与该主动元件电连接；以及
一共通线，该共通线与该第一电极电连接。
12.如权利要求11所述的发光装置，其特征在于，还包括：
一粘着层，位于该主动元件与该第一半导体层之间；以及
一导通孔，贯通该粘着层，其中该第二电极藉由该导通孔以与该主动元件电连接。
13.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，还包含
一基板，其中该第一半导体层位于该基板与该发光层之间；
一主动元件，配置在该基板上，其中该第一电极与该主动元件电连接；以及
一共通线，该共通线与该第二电极电连接。
14.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于，包括：
一粘着层，位于该主动元件与该第一半导体层之间；以及
一导通孔，贯通该粘着层，其中该第一电极藉由该导通孔以与该主动元件电连接。
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