CN109065686A - 微型发光二极管及发光装置 - Google Patents

Abstract

一种微型发光二极管，包括第一型半导体、发光层、第二型半导体、第一电极以及第二电极。第一型半导体具有沿一方向延伸的柱体。发光层实质上包覆第一型半导体的柱体。第二型半导体实质上包覆发光层。第一电极与第一型半导体电性连接。第二电极设置于第二型半导体上且与第二型半导体电性连接。此外，包括上述微型发光二极管的发光装置也被提出。本发明微型发光二极管是一个能向三度空间发光的立体发光结构，由于微型发光二极管能朝三度空间发光，因此发光装置的亮度能提升。

Description

微型发光二极管及发光装置

技术领域

本发明是有关于一种光电元件及光电装置，且特别是关于一种微型发光二极管及发光装置。

背景技术

发光二极管具有省电、高效率、高亮度等优点，因此，发光二极管已取代冷阴极管成为新世代的光源。发光二极管包括微型发光二极管(micro-LED)。多个微型发光二极管可组成各样的发光装置。举例而言，由于微型发光二极管具有照射面积小的特性，因此，多个微型发光二极管适合应用在液晶显示设备的背光模块，进而使背光模块具有分区发光(local dimming)的能力。

一般而言，微型发光二极管可分为水平式、垂直式及覆晶式。水平式微型发光二极管于相同的一侧具有电性连接至第一型半导体的第一电极及电性连接至第二型半导体的第二电极。水平式微型发光二极管的第一电极及第二电极可利用导线(例如：金线)电性连接至发光层下方的驱动线路。然而，水平式微型发光二极管的第一电极、第二电极及导线会遮蔽发光层的部分面积，而不利于亮度的提升。垂直式微型发光二极管于相对的两侧分别具有电性连接至第一型半导体的第一电极及电性连接至第二型半导体的第二电极。然而，垂直式微型发光二极管的第一电极与载板上的驱动线路的接合难度高。此外，用以使多个垂直式微型发光二极管的第二电极互相电性连接的导电层，其透光度不高，而不利于亮度的提升。覆晶式微型发光二极管于靠近载板一侧具有电性连接至第一型半导体的第一电极及电性连接至第二型半导体的第二电极。然而，覆晶式微型发光二极管易出现电流拥挤(current crowded)现象，进而使覆晶式微型发光二极管操作于高功率时产生散热问题。

发明内容

本发明提供一种微型发光二极管，性能佳。

本发明提供一种发光装置，性能佳。

本发明一实施例的微型发光二极管，包括第一型半导体、发光层、第二型半导体、第一电极以及第二电极。第一型半导体具有沿一方向延伸的柱体。发光层实质上包覆第一型半导体的柱体。第二型半导体实质上包覆发光层。第一电极与第一型半导体电性连接。第二电极设置于第二型半导体上且与第二型半导体电性连接。

在本发明的一实施例中，上述的第二电极包括脊部以及多个肋部组。脊部沿该方向延伸。多个肋部组彼此隔开。各肋部组的多个肋部分别设置于脊部的相对两侧且与脊部连接。第一型半导体的柱体位于至少一肋部组的多个肋部之间。

在本发明的一实施例中，上述的第一型半导体的柱体、发光层以及第二型半导体构成柱状半导体结构，第二电极的脊部以及第二电极的多个肋部组设置于柱状半导体结构的周面上。

在本发明的一实施例中，上述的第二电极更包括顶部，与脊部连接，且设置于柱状半导体结构的顶面上。

在本发明的一实施例中，上述的柱状半导体结构位于第一电极与第二电极的顶部之间。

在本发明的一实施例中，上述的第二电极更包括底部，位于柱状半导体结构旁，其中脊部连接于顶部与底部之间。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管，更包括绝缘层，具有一开口，其中第一型半导体的柱体设置于绝缘层的开口，绝缘层的实体位于发光层与第一电极之间，绝缘层的实体更位于第二型半导体层与第一电极之间。

在本发明的一实施例中，上述的第一型半导体还具有生长基底，柱体形成于生长基底上，而生长基底位于柱体与第一电极之间。

本发明一实施例的发光装置，包括多个如前述的微型发光二极管，呈数组排列。

在本发明的一实施例中，上述的发光装置更包括介电层，覆盖多个微型发光二极管之间的间隙以及各微型发光二极管的第二电极的脊部及多个肋部组，其中介电层具有多个开口，分别与多个微型发光二极管的多个第二电极重叠。上述的发光装置更包括透光导电层，设置于介电层上且实质上覆盖多个第二电极。各该微型发光二极管的该第二电极包括：

一脊部，沿该方向延伸；以及

多个肋部组，彼此隔开，其中各该肋部组的多个肋部分别设置于该脊部的相对两侧且与该脊部连接，而该第一型半导体的该柱体位于至少一肋部组的多个肋部之间。

在本发明的一实施例中，上述的多个微型发光二极管的多个第一电极中的两相邻者直接连接。

在本发明的一实施例中，上述的发光装置更包括：

一绝缘层，具有多个开口，其中该多个柱体分别设置于该绝缘层的该多个开口，而该绝缘层的实体位于该多个发光层与该多个第一电极之间，该绝缘层的实体更位于该多个第二型半导体层与该多个第一电极之间。

基于上述，本发明一实施例的发光装置包括数组排列的多个微型发光二极管。微型发光二极管包括第一型半导体、发光层、第二型半导体、电性连接至第一型半导体的第一电极以及电性连接至第二型半导体的第二电极。特别是，第一型半导体具有沿一方向延伸的柱体，发光层实质上包覆第一型半导体的柱体，且第二型半导体实质上包覆发光层。第一型半导体的柱体、发光层及第二型半导体构成柱状半导体结构。通过包覆第一型半导体的柱体的发光层，微型发光二极管发出的光束不但会从柱状半导体结构的顶面出射，更会从半导体结构的周面出射。也就是说，微型发光二极管是一个能向三度空间发光的立体发光结构。由于微型发光二极管能朝三度空间发光，因此发光装置的亮度能提升。

附图说明

图1为本发明一实施例的发光装置10的立体示意图。

图2为图1的发光装置10的相邻两个微型发光二极管100的放大示意图。

图3为根据图2的剖线A-A’所绘的发光装置10的剖面示意图。

图4为根据图2的剖线B-B’所绘的发光装置10的剖面示意图。

图5为图2的发光装置10的相邻两个微型发光二极管100的侧视示意图。

图6为本发明另一实施例的发光装置10A的局部的剖面示意图。

图7为图6发光装置10A的局部的另一剖面示意图。

其中，附图标记：

10、10A：发光装置

100、100A：微型发光二极管

110：第一型半导体

111：生长基底

111a：生长区

111b：第一表面

111c：第二表面

112：柱体

112a、112b：表面

120：第二型半导体

130：发光层

132：井层

134：阻障层

140：第一电极

150：第二电极

152：脊部

154：肋部组

154a、154b：肋部

154a1：第一端

154a2、154b2：第二端

156：顶部

158：底部

160：绝缘层

162：开口

170：柱状半导体结构

170a：周面

170b：顶面

180：介电层

182：开口

190：透光导电层

A-A’、B-B’：剖线

d：直径

g：间隙

H：高度

i：电流

L：光束

T、t：膜厚

x、y、z：方向

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于所附图式中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。

图1为本发明一实施例的发光装置10的立体示意图。图2为图1的发光装置10的相邻两个微型发光二极管100的放大示意图。图3为根据图2的剖线A-A’所绘的发光装置10的剖面示意图。图4为根据图2的剖线B-B’所绘的发光装置10的剖面示意图。

请参照图1，发光装置10包括呈数组排列的多个微型发光二极管100。多个微型发光二极管100沿着方向x及方向y排成多行与多列，其中方向x与方向y交错。在本实施例中，每一微型发光二极管100可被输入各自的驱动信号，进而实现具有分区发光能力的背光模块(backlight module with local dimming capability)。请参照图1、图2及图3，举例而言，在本实施例中，多个微型发光二极管100的多个第一型半导体110的柱体112可形成在同一生长基底111(例如：氮化镓基板)上，多个微型发光二极管100的多个第一型半导体110的多个柱体112可通过生长基底111彼此电性连接，多个微型发光二极管100的多个第二型半导体120可彼此隔开而互相电性独立。然而，本发明不限于此，根据其它实施例，多个微型发光二极管100也可以依实际需求以其它适当方式电性连接。

请参照图2、图3及图4，每一微型发光二极管100包括第一型半导体110、发光层130、第二型半导体120、第一电极140及第二电极150。第一型半导体110具有沿方向z延伸的柱体112，其中方向z垂直于方向x与方向y。举例而言，在本实施例中，第一型半导体110的柱体112可以选择性为圆柱体。然而，本发明不限于此，根据其它实施例，第一型半导体110的柱体112也可以是其它形状的柱体，例如：六边形柱等。此外，本发明也不限制柱体112各处的截面积形状及/或截面积尺寸必须完全相同。举例而言，在其它实施例中，柱体112的至少一部分(例如：柱体112的顶部)的截面积尺寸也可随着远离生长基底111的方向而缩减。在本实施例中，第一型半导体110可以是N型半导体，例如：N型的氮化镓(N-GaN)，但本发明不以此为限。

在本实施例中，微型发光二极管100还包括绝缘层160。绝缘层160具有开口162，而第一型半导体110的柱体112设置于绝缘层160的开口162。举例而言，于发光装置10的工艺中，可先在生长基底111上形成绝缘层160，其中绝缘层160具有暴露生长基底111的生长区111a的开口162；接着，于生长区111a上形成朝方向z延伸的柱体112。因此，于最终完成的发光装置10中，第一型半导体110的柱体112设置在绝缘层160的开口162中，且柱体112的高度H超过绝缘层160的膜厚T。在本实施例中，第一型半导体110的柱体112的高度H例如是0.1微米(μm)至10微米，第一型半导体110的柱体112的直径d例如是10纳米(nm)至1500纳米，但本发明不以此为限。

在本实施例中，可利用由底向上(bottom up)方法于生长区111a上形成朝方向z延伸的柱体112。举例而言，由底向上方法包括气液固法(vapor-liquid-solid；VLS)、阳极氧化铝模板辅助成长法(anodic alumina membranes；AAM)、界面活性剂辅助合成法(Softtemplate)、氧化物辅助成长法、纳米晶粒辅助成长法、离子束溅镀沉积(ion-beamsputtering deposition)、超临界流体溶液(super critical fluid solution-phase)与溶剂热(solvothermal)反应法、磁电管溅镀(magnetron sputtering)、热化学气相沉积(thermal CVD)、微波物理气相沉积(microwave PECVD)或电子回旋共振化学气相沉积法(ECR CVD)。举例而言，在本实施例中，绝缘层160的材质可以是无机材料(例如：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或上述至少二种材料的堆叠层)、有机材料或上述的组合。

发光层130实质上包覆第一型半导体110的柱体112。举例而言，在本实施例中，是在形成绝缘层160及柱体112之后，再于未被绝缘层160覆盖的柱体112的表面112a上形成发光层130，而发光层130覆盖柱体112的绝大部分的表面112a而未覆盖柱体112的根部的表面112b。在本实施例中，发光层130大致上是共形地覆盖凸出于绝缘层160部分的柱体112，而发光层130为第一壳体(shell)。在本实施例中，发光层130例如是多重量子井(multiplequantum well)结构，多重量子井结构包括彼此交替堆叠的多个井层132及多个阻障层134，且每两阻障层134之间具有一井层132，但本发明不以此为限。

第二型半导体120实质上包覆发光层130。在本实施例中，第二型半导体120大致上是共形地覆盖发光层130，而第二型半导体120为包覆发光层130的第二壳体。在本实施例中，第二型半导体120可以是P型半导体，例如：P型的氮化镓(P-GaN)，但本发明不以此为限。

第一电极140与第一型半导体110电性连接。举例而言，在本实施例中，生长基底111具有相对的第一表面111b及第二表面110c，柱体112形成于生长基底111的第一表面111b上，第一电极140形成于生长基底111的第二表面111c上，相邻的多个微型发光二极管10的多个第一电极140形成于同一导电层而直接连接。生长基底111位于柱体112与第一电极140之间，而绝缘层160的实体位于发光层130与第一电极140之间以及第二型半导体层120与第一电极140之间。基于导电性的考虑，第一电极140一般是使用金属材料。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，第一电极140也可使用其他导电材料，例如：合金、金属材料的氮化物、金属材料的氧化物、金属材料的氮氧化物、或是金属材料与其它导电材料的堆叠层。

第二电极150设置于第二型半导体120上且与第二型半导体120电性连接。在本实施例中，第一型半导体110的柱体112、发光层130以及第二型半导体120构成柱状半导体结构170。柱状半导体结构170在方向z上延伸。柱状半导体结构170的周面170a的面积大于柱状半导体结构170的顶面170b的面积。第二电极150包括设置于柱状半导体结构170的周面170a上的脊部152与多个肋部组154。脊部152沿方向z延伸，多个肋部组154彼此隔开且沿方向z排列，而各肋部组154的多个肋部154a、154b分别设置于脊部152的相对两侧且与脊部152连接。在本实施例中，各肋部组154具有相对于脊部152呈镜向设置的两个肋部154a、154b，但本发明不以此为限。在本实施例中，此多个肋部组154的肋部154a位于脊部152的一侧而沿方向z依序排列，此多个肋部组154的肋部154b位于脊部152的另一侧而沿方向z依序排列，但本发明不以此为限。第一型半导体110的柱体112位于各肋部组154的多个肋部154a、154b之间。此多个肋部组154的多个肋部154a、154b共同环抱第一型半导体110的柱体112、发光层130及第二型半导体120构成的柱状半导体结构170。

图5为图2的发光装置10的相邻两个微型发光二极管100的侧视示意图。请参照图2及图5，在本实施例中，各个肋部154a具有相对的第一端154a1及第二端154a2，各个肋部154b具有相对的第一端(未标示)及第二端154b2，同一肋部组154的肋部154a的第一端及肋部154b的第一端(未标示)连接至脊部152，而同一肋部组154的两肋部154a、154b的第二端154a2、154b2可彼此分离而未直接连接且相隔一间距，各个微型发光二极管100中，此多个间距相对于脊部152设置且实质上沿方向z排列而不沿方向x或方向y排列，但本发明不限于此。根据其它实施例，同一肋部组154的两肋部154a、154b的第二端154a2、154b2也可以直接连接。

请参照图2、图3及图4，在本实施例中，第二电极150还可包括顶部156。第一型半导体110的柱体112、发光层130以及第二型半导体120构成的柱状半导体结构170具有远离生长基底111的顶面170b，而第二电极150的顶部156可设置于柱状半导体结构170的顶面170b上且与脊部152连接。柱状半导体结构170位于第一电极140与第二电极150的顶部156之间。第二电极150还可包括底部158，底部158位于柱状半导体结构170旁，其中脊部152连接于顶部156与底部158之间，底部158的延伸方向举例为垂直于方向z，底部158举例为朝远离柱状半导体结构170的方向延伸。

基于导电性的考虑，在本实施例中，第二电极150是使用金属层制作，例如：钛层、金层或其它金属层。所述金属层的膜厚t很小，而至少部分的第二电极150能透光。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，至少部分的第二电极150(例如：第二电极150的顶部156)也可使用透明导电层，例如：铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物、或其它合适的氧化物、或者是上述至少二者的堆叠层。

值得注意的是，在本实施例中，第一型半导体110具有沿方向z延伸的柱体112，发光层130实质上包覆第一型半导体110的柱体112，且第二型半导体120实质上包覆发光层130，而第一型半导体110的柱体112、发光层130以及第二型半导体120构成柱状半导体结构170。通过包覆第一型半导体110的柱体112的发光层130，微型发光二极管100发出的光束L不但会从柱状半导体结构170的顶面170b出射，更会从半导体结构170的周面170a出射。也就是说，微型发光二极管100是一个能向三度空间发光的立体发光结构。由于微型发光二极管100能朝三度空间发光，因此发光装置10的亮度能提升。此外，通过第二电极150的脊部152与肋部组154，在第一型半导体110的柱体112与第二型半导体120之间流动的电流i(绘于图3)能被分散至发光层130各处。由此，不但能改善电流拥挤(current crowded)及/或散热的问题，更能充分利用发光层130的面积，进而提升发光装置10的亮度。

图6为本发明另一实施例的发光装置10A的局部的剖面示意图。图7为发光装置10A的局部的另一剖面示意图。请对照图3及图6、图4及图7，图6及图7的发光装置10A与图3及图4的发光装置10类似，两者主要的差异在于，图6及图7的发光装置10A还包括介电层180及透光导电层190。以下主要说明发光装置10A与发光装置10的差异，两者相同或相似处，请参照前述说明。

请参照图6及图7，发光装置10A包括呈数组排列的多个微型发光二极管100A。微型发光二极管100A包括第一型半导体110、发光层130、第二型半导体120、第一电极140及第二电极150。发光层130实质上包覆第一型半导体110的柱体112。第二型半导体120实质上包覆发光层130。第一电极140与第一型半导体110电性连接。第二电极150设置于第二型半导体120上且与第二型半导体120电性连接。

与发光装置10不同的是，发光装置10A还包括介电层180及透光导电层190。介电层180覆盖多个微型发光二极管100A之间的间隙g以及每一微型发光二极管100A的第二电极150的脊部152及多个肋部组154，其中介电层180具有多个开口182，多个开口182分别与多个微型发光二极管100A的多个第二电极150的多个顶部156重叠，介电层180不覆盖顶部156。透光导电层190设置于介电层180上且实质上覆盖多个微型发光二极管100A的第二电极150的多个顶部156。在图6的实施例中，相邻的多个微型发光二极管100A的多个第一电极140直接连接，相邻的多个微型发光二极管100A的多个第二电极150通过透光导电层190互相电性连接。也就是说，在本实施例中，相邻的多个微型发光二极管100A可并联，但本发明不以此为限。

举例而言，在本实施例中，介电层180的材质可以是无机材料(例如：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或上述至少二种材料的堆叠层)、有机材料或上述的组合。在本实施例中，透光导电层190例如是具有纳米银丝的透光导电材料。然而，本发明不限于此，根据其它实施例，透光导电层190也可以是金属氧化物，例如：铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物、其它合适的氧化物、或者是上述至少二者的堆叠层。

综上所述，本发明一实施例的发光装置包括数组排列的多个微型发光二极管。微型发光二极管包括第一型半导体、发光层、第二型半导体、电性连接至第一型半导体的第一电极以及电性连接至第二型半导体的第二电极。特别是，第一型半导体具有沿一方向延伸的柱体，发光层实质上包覆第一型半导体的柱体，且第二型半导体实质上包覆发光层。第一型半导体的柱体、发光层及第二型半导体构成柱状半导体结构。通过包覆第一型半导体的柱体的发光层，微型发光二极管发出的光束不但会从柱状半导体结构的顶面出射，更会从半导体结构的周面出射。也就是说，微型发光二极管是一个能向三度空间发光的立体发光结构。由于微型发光二极管能朝三度空间发光，因此发光装置的亮度能提升。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种微型发光二极管，其特征在于，该微型发光二极管包括：

一第一型半导体，具有沿一方向延伸的一柱体；

一发光层，实质上包覆该第一型半导体的该柱体；

一第二型半导体，实质上包覆该发光层；

一第一电极，与该第一型半导体电性连接；以及

一第二电极，设置于该第二型半导体上且与该第二型半导体电性连接。

2.如权利要求1所述的微型发光二极管，其特征在于，该第二电极包括：

一脊部，沿该方向延伸；以及

多个肋部组，彼此隔开，其中各该肋部组的多个肋部分别设置于该脊部的相对两侧且与该脊部连接，而该第一型半导体的该柱体位于至少一肋部组的多个肋部之间。

3.如权利要求2所述的微型发光二极管，其特征在于，该第一型半导体的该柱体、该发光层以及该第二型半导体构成一柱状半导体结构，该第二电极的该脊部以及该第二电极的该多个肋部组设置于该柱状半导体结构的一周面上。

4.如权利要求3所述的微型发光二极管，其特征在于，该第二电极更包括：

一顶部，与该脊部连接，且设置于该柱状半导体结构的一顶面上。

5.如权利要求4所述的微型发光二极管，其特征在于，该柱状半导体结构位于该第一电极与该第二电极的该顶部之间。

6.如权利要求4所述的微型发光二极管，其特征在于，该第二电极更包括：

一底部，位于该柱状半导体结构旁，其中该脊部连接于该顶部与该底部之间。

7.如权利要求1所述的微型发光二极管，其特征在于，该微型发光二极管更包括：

一绝缘层，具有一开口，其中该第一型半导体的该柱体设置于该绝缘层的该开口，该绝缘层的一实体位于该发光层与该第一电极之间，且该绝缘层的该实体更位于该第二型半导体层与该第一电极之间。

8.如权利要求1所述的微型发光二极管，其特征在于，该第一型半导体还具有一生长基底，该柱体形成于该生长基底上，而该生长基底位于该柱体与该第一电极之间。

9.一种发光装置，包括多个权利要求1所述的微型发光二极管，呈数组排列。

10.如权利要求9所述的发光装置，其特征在于，各该微型发光二极管的该第二电极包括：

一脊部，沿该方向延伸；以及

多个肋部组，彼此隔开，其中各该肋部组的多个肋部分别设置于该脊部的相对两侧且与该脊部连接，而该第一型半导体的该柱体位于至少一肋部组的多个肋部之间；

该发光装置更包括：

一介电层，覆盖该多个微型发光二极管之间的间隙以及各该微型发光二极管的该第二电极的该脊部及该多个肋部组，其中该介电层具有多个开口，分别与该多个微型发光二极管的该多个第二电极重叠；以及

一透光导电层，设置于该介电层上且实质上覆盖该多个第二电极。

11.如权利要求10所述的发光装置，其特征在于，更包括：

一绝缘层，具有多个开口，其中该多个柱体分别设置于该绝缘层的该多个开口，而该绝缘层的实体位于该多个发光层与该多个第一电极之间，该绝缘层的实体更位于该多个第二型半导体层与该多个第一电极之间。

12.如权利要求11所述的发光装置，其特征在于，该多个第一电极中的两相邻者直接连接。