CN109585620A - 发光装置及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光装置及其制作方法，其制作方法包含步骤：提供一第一载板，其具有多个第一金属接触；提供一基材；形成多个发光叠层以及多个沟槽于基材上，其中多个发光叠层通过等沟槽与彼此分离；连接多个发光叠层与第一载板；形成一封装材料共同地位于多个发光叠层上；以及切割第一载板以及封装材料以形成多个管芯级的发光元件单元。

Description

发光装置及其制作方法
本发明是中国发明专利申请(申请号：201410663642.X，申请日：2014年11月18日，发明名称：发光装置及其制作方法)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种发光元件及其制作方法以及一种发光元件阵列及其制作方法，特别是涉及一种发光装置及其制作方法。
背景技术
现有发光二极管(LED)封装技术是先在芯片座(sub-mount)上点胶，再将发光二极管芯片固定于芯片座上，进而形成一发光二极管元件，此步骤称为固晶(Die Bonding)。固晶胶材主要为具导电性的银胶或其他非导电性环氧树脂。之后将发光二极管元件组合于电路板上。倒装(flip chip)式的发光二极管使二极管结构中的p型半导体导电层与n型半导体导电层，暴露于同一侧，以能将阴、阳极电极制作于二极管结构的同一侧上，因而可直接将设置有阴、阳极电极的发光二极管结构覆置于一锡料(solder)上。如此，能免除采用传统金属拉线(wire bonding)的需求。然而现有的倒装式发光二极管仍需通过切割、固晶等封装步骤，才能与电路板连结。因此，若倒装式发光二极管的电极具有足够大的接触面积，便能够省略现有的封装步骤。
一般传统LED的操作电流约为数十至数百个毫安培(mA)，但亮度往往不足以应付一般照明所需。若组合大量的LED以提高亮度，则LED照明元件的体积将增加而导致市场上的竞争性降低。因此，提升单颗LED的管芯亮度，成为必然的趋势。然而，当LED朝向高亮度发展时，单一LED的操作电流及功率增加为传统LED的数倍至数百倍，例如，一个高亮度的LED的操作电流约为数百毫安培至数个安培，使得LED所产生的热问题不容忽视。LED的性能会因为“热”而降低，例如热效应会影响LED的发光波长，半导体特性也因热而产生亮度衰减，更严重时甚至造成元件损坏。因此，高功率LED如何散热成为LED的重要议题。
美国专利申请号2004/0188696以及2004/023189(为2004/0188696的分割案)中分别揭示了一种使用表面黏着技术(Surface Mount Technology,SMT)的LED封装结构与方法，其中每一封装结构含有一LED芯片。每一LED芯片先以倒装的形式，通过凸块(bondingbump)黏着于在一芯片座(sub-mount)的前侧(front side)上。在芯片座中具有预先凿出的开孔阵列，并填以金属以形成通道阵列(via array)。此芯片的电极可通过此通道阵列连接至芯片座的具有锡料的后侧(back side)。此通道阵列亦可作为LED芯片的散热路径。在每一LED芯片与次基板黏着之后，再将次基板切割，以进行后续的LED封装。
然而，在美国专利申请号2004/0188696以及2004/023189中的芯片座，需凿出填以金属的通道阵列(via array)，增加制作工艺成本。此外，每一LED芯片黏着于芯片座的步骤，也会增加制作的复杂度。因此，若能具有一种发光二极管，不需芯片座，亦具有良好的散热路径，可在市场上具有优势。
发明内容
本发明揭示一种发光装置的制作方法，其包含步骤：提供一第一载板，其具有多个第一金属接触；提供一基材；形成多个发光叠层以及多个沟槽于基材上，其中多个发光叠层通过多个沟槽与彼此分离；连接多个发光叠层与第一载板；形成一封装材料共同地位于多个发光叠层上；以及切割第一载板以及封装材料以形成多个管芯级的发光元件单元。
于本发明的一实施例中，发光装置的制作方法还包含形成一第一波长转换层于一第一发光叠层上，第一波长转换层将第一发光叠层发出的光转换为一第一光；形成一第二波长转换层于一第二发光叠层上，第二波长转换层将第二发光叠层发出的光转换为一第二光；以及提供一个第三发光叠层，第三发光叠层的上方并未有任何波长转换材料，其中第一发光叠层、第二发光叠层以及第三发光叠层发出的光为蓝光，第一光为绿光且第二光为红光。
附图说明
图1A至图1D为本发明实施例的发光二极管制作方法的示意图；
图1E及图1F分别为本发明实施例的发光二极管的应用示意图；
图2A至图2D为本发明实施例的发光二极管阵列制作方法的示意图；
图2E为本发明实施例的发光二极管阵列与电路板连结的示意图；
图2F及图2G为本发明实施例的发光二极管阵列的封装示意图；
图3A至图3G为本发明实施例的发光装置的制作方法流程各阶段所对应的剖视图；
图4A为如图3F所示的发光元件阵列以倒装的形式与电路载板连接的俯视图；
图4B为本发明实施例的管芯级的红绿蓝发光元件单元包含如图3G所示的红绿蓝发光元件群组的俯视图；
图5A为本发明实施例的发光元件阵列以倒装的形式与电路载板连接的俯视图；
图5B为本发明实施例的单一发光元件的管芯级的发光元件单元的俯视图；
图5C为本发明实施例的单一发光元件的管芯级的发光元件单元的剖视图；
图5D为本发明实施例的单一发光元件的管芯级的发光元件单元的俯视图；
图5E为本发明实施例的单一发光元件的管芯级的发光元件单元的剖视图；
图6A为本发明实施例的管芯级的红绿蓝发光元件单元的剖视图
图6B为图6A所示的发光元件阵列中的单颗发光元件的示意图；
图6C为本发明实施例的发光元件阵列中的单颗发光元件的示意图；
图7A至图7G为本发明实施例的一种发光装置的制作方法流程各阶段所对应的剖视图；
图7H为本发明实施例的管芯级的红绿蓝发光元件单元包含如图7G所示的红绿蓝发光元件群组的俯视图；
图7I为本发明实施例的单一发光元件的管芯级的发光元件单元的剖视图；
图7J为本发明实施例的单一发光元件的管芯级的发光元件单元的俯视图；
图8A为本发明实施例的显示模块的示意图；
图8B为本发明实施例的显示模块的示意图；以及
图9为本发明实施例的灯泡元件分解图。
符号说明
发光结构...100、200a、200b、与200c
基材...11、21
第一导电层...102
活性层...104
第二导电层...106
电极或接合垫...107a、107b
保护层...120
第一介电层...122
第二介电层...140、240
介电层...222a、222b、222c、240a、240b、240c、280
金属层...160、260a、260b、260c、162、262a、262b、262c
发光元件阵列...20、30、32、32’
基材...21
锡料...22
电路载板...13、23
透明封装材料...24
发光元件封装...25
发光元件...10、10a、10b、10c、20a、20b、20c、300、300a、300b、300c、300d、300a’、300b’、300c’、300d’
表面...102a
发光叠层...101
反射层...221
第一金属层...260、260’
第二金属层...262、262’
不透光层...290
金属接触...22
导电通道...22a
第一波长转换层...294
第二波长转换层...296
红绿蓝发光元件单元...35、36、36’、65、66、37
第一宽度...S1、S6’
第一长度...S2
第二宽度...d1、d1’
第二长度...d2
第一距离...S3、S3’
第二距离...S4
第三距离...S5
波长转换层...298
第一长度...S1
第一宽度...S6
填充材料...680
显示模块...76
第二电路载板...73
电路...72
照明模块...78
灯泡...80
光学透镜...82
散热槽...85
连结部...87
电连接器...88
具体实施方式
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，并配合所附的附图作详细说明如下。在附图中，元件的形状或厚度可扩大或缩小。需特别注意的是，图中未绘示或描述的元件，可以是熟悉此技术的人士所知的形式。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。
参照图1A至图1E，为依照本发明实施例的一种发光元件的制作方法流程各阶段所对应的剖视图。在图1A中，首先形成一发光结构100，其包含一基材11、一第一导电层102以做为一包覆层、一活性层104位于第一导电层102上以作为一发光层、一第二导电层106于此活性层104上以作为另一包覆层。优选地，如图1A所示，一电极或接合垫(bonding pad)107a位于第一导电层102的暴露的部分上，另一电极或接合垫107b位在第二导电层106上。电极或接合垫107a与107b的材料(例如铝)与制作方法应为习此技术者所熟知，在此不加赘述。此外，在一实施例中，发光结构100还包含一保护层(passivation layer)120，以保护此发光结构100。此保护层120的材料(例如二氧化硅)与制作方法亦为习此技术者所熟知，在此加不赘述。
在一实施例中，第一导电层102为一n型半导体导电层，而第二导电层106为一p型半导体导电层。n型半导体导电层102、p型半导体导电层106为任何现有或未来中可见者的半导体材料，优选者为Ⅲ－Ⅴ(三/五)族化合物半导体，例如氮化铝镓铟(AlxGayln(1－x－y)N)或磷化铝镓铟(AlxGayIn(1-x-y)P)，其中0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1，并视情况进一步被p/n型掺质所掺杂。而活性层104亦可使用现有的半导体材料与结构，例如材料可为氮化铝镓铟(AlxGayln(1－x－y)N)或磷化铝镓铟(AlxGayln(1－x－y)P)等，而结构可为单量子阱(SingleQuantum Well,SQW)、多重量子阱(Multiple Quantum Well,MQW)与双异质(DoubleHeterosture,DH)，其发光原理与机制为现有的技术，在此不再赘述。此外，发光结构100可通过有机金属化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延成长(molecular beam epitaxy,MBE)制作工艺、或氢化物气相外延成长(hydride vapor phase epitaxy,HVPE)制作工艺等制作。
接着，如图1B所示，形成一第一介电层122于此发光结构100上。优选地，第一介电层122为一透明介电层，且其厚度D≦20μm，由此有效地传导发光结构100所产生的热。第一介电层122的材料可为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、或是其组合，而其可通过MOCVD或是MBE制作。
之后，参见图1C，形成一第二介电层140于第一介电层122上。第二介电层140的材料可为二氧化硅、氮化硅、聚亚酰胺(polyimide)、BCB(bisbenzocyclobutene)以及光致抗蚀剂(photoresist)中选择其一。优选地，第二介电层140的厚度约25μm，通过一印刷技术而形成。
参见图1D，在第二介电层140形成之后，形成金属层160，金属层160位于发光结构100上并电性接触第一导电层102，且部分的金属层160位于第一介电层122上；以及形成金属层162，金属层162位于发光结构100上并电性接触第二导电层106，且部分的金属层162位于第一介电层122上。其中，第一介电层122与第二介电层140隔绝金属层160与金属层162。金属层160或金属层162的材料可选自金(Au)、铝(Al)、银(Ag)、其等的合金，或其他现有的金属。优选地，金属层160与金属层162通过一印刷技术或电镀而共同形成。经由上述步骤，即完成发光元件10。
在一实施例中，第一介电层122为一透明介电层，而第一介电层122与金属层160及/或金属层162的接触面供反射发光结构100发出的光，因而可有效提升发光元件10的光输出强度。此外，金属层160及/或金属层162亦作为发光结构100的散热路径，当金属层160及金属层162具有较大的接触面积A1、A2，也有助于有效且快速的散热。
参见图1E，形成如同图1D所示的结构之后，发光元件的制作方法还包含一移除基材11的步骤，用于暴露出第一导电层102。基材11可以例如是一蓝宝石基材或是砷化镓基材。当基材11为蓝宝石基材，可通过准分子激光(excimer laser)移除基材11。准分子激光可以为一具有能量为400毫焦耳/平方厘米(mJ/cm2)、波长为248纳米以及脉冲宽度(pulsewidth)为38奈秒(ns)的氟化氪(KrF)准分子激光。在较高的温度中，例如60℃，当准分子激光照射在蓝宝石基材上时，蓝宝石基材被移除以暴露出第一导电层102。另外，当基材11为砷化镓基材，一比例为1:35的氨水(NH4OH)与过氧化氢(H2O2)的溶液或是一比例为5:3:5的磷酸(H3PO4)、过氧化氢(H2O2)与水的溶液可以用于移除砷化镓基材，用于暴露出第一导电层102。
移除基材11之后，发光元件的制作方法还包含粗化第一导电层102的表面102a。例如，当第一导电层102为一氮化铝镓铟(AlxGayln(1－x－y)N)层，其表面102a可以通过蚀刻液粗化，蚀刻液可例如为氢氧化钾(KOH)溶液。此外，当第一导电层102为一磷化铝镓铟(AlxGayIn(1-x-y)P)层，一盐酸(HCl)以及磷酸的溶液可用于粗化第一导电层102的表面102a，粗化时间可例如为15秒。第一导电层102的粗化表面102a可降低发生全反射的可能性，用于增加发光元件的光取出效率。
图1F所示的发光元件10以及图1D所示的发光元件10a、10b、10c提供足够大的接触面积(优选为至少占据发光元件10截面积的一半)，发光元件10a、10b、10c利用锡料(solder)12直接与电路载板13连接，而不需要固晶(Die Bonding)与金属拉线(WireBonding)等过程。在一实施例中，发光元件10a发出红光(R)、发光元件10b发出绿光(G)、发光元件10c发出蓝光(B)，三者分别与电路载板13连接以供影像显示的用途。
参照图2A至图2D，为依照本发明实施例的一种发光元件阵列的制作方法流程各阶段所对应的剖视图。在图2A中，首先提供一基材21，例如一蓝宝石(Sapphire)基材、砷化镓(GaAs)基材、或是其他习此技术者所熟知的基材与其组合。接着，在基材21上形成多个发光结构200a、200b、与200c。发光结构200a、200b、与200c的材料与制作方法可参考图1A至图1D的发光结构100。相似地，发光结构200a、200b、与200c可通过有机金属化学气相沉积(MOCVD)制作工艺、分子束外延成长(molecular beam epitaxy,MBE)制作工艺、或氢化物气相外延成长(hydride vapor phase epitaxy,HVPE)制作工艺等制作。
接着，如图2B所示，形成一介电层222a于发光结构200a上、形成一介电层222b于发光结构200b上、形成一介电层222c于发光结构200c上。优选地，如同图1B所示的介电层122，介电层222a、222b、222c为一透明介电层，且其厚度D≦20μm，由此有效地传导发光结构200a、200b、200c所产生的热。介电层222a、222b、222c的材料可为二氧化硅、氮化硅或其等的组合，而其可通过MOCVD或是MBE制作。
之后，参见图2C，形成介电层240a于介电层222a上、形成介电层240b于介电层222b上、形成介电层240c于介电层222c上。介电层240a、240b、240c的材料可为二氧化硅、氮化硅、聚亚酰胺(polyimide)、BCB(bisbenzocyclobutene)以及光致抗蚀剂剂(photoresist)中选择其一。优选地，如同图1C所示的介电层第二140，介电层240a、240b、240c的厚度分别约为25μm，且通过一印刷技术而形成。在一实施例中，在发光结构200a、200b、200c之间，更形成一介电层280，用于电绝缘发光元件20a、20b、与20c(如图2D所示)。在此实施例中，介电层280的材料与介电层240a、240b、240c的材料相同，例如聚亚酰胺，并利用一制作工艺(例如一印刷技术)与介电层240a、240b、240c共同形成。在另一实施例中，介电层280的材料不同于介电层240a、240b、240c的材料，且通过不同制作工艺形成。
参见图2D，形成金属层260a、260b、260c；以及形成金属层262a、262b、262c。金属层260a、260b、260c、262a、262b、与262c的材料可选自金(Au)、铝(Al)、银(Ag)或其等的合金。优选地，金属层260a、260b、260c、262a、262b、与262c通过一印刷技术或是电镀而共同形成。经由上述步骤，即完成具有发光元件20a、20b、与20c的发光元件阵列20。
如图2E至图2F所示，在一实施例中，发光元件20a、20b、与20c提供足够大的接触面积，以利用锡料(solder)22直接与电路载板23连接。再使基材21与发光元件阵列20分离，发光元件阵列20便可作为影像显示之用。例如，利用锡料22直接连接发光元件20a、20b、与20c与电路载板23之后，发光元件的制作方法还包含一移除基材21的步骤。基材11可以例如是一蓝宝石基材，且可通过准分子激光(excimer laser)移除。准分子激光可以为一具有能量为400毫焦耳/平方厘米(mJ/cm2)、波长为248纳米以及脉冲宽度(pulse width)为38奈秒(ns)的氟化氪(KrF)准分子激光。在较高的温度中，例如60℃，当准分子激光照射在蓝宝石基材上时，蓝宝石基材便被移除以暴露出第一导电层102。另外，当基材11为砷化镓基材，一比例为1:35的氨水(NH4OH)与过氧化氢(H2O2)的溶液或是一比例为5:3:5的磷酸(H3PO4)、过氧化氢(H2O2)与水的溶液可用于移除砷化镓基材，用于暴露出第一导电层102。
移除基材21之后，发光装置的制作方法还包含粗化第一导电层102的表面102a。例如，当第一导电层102为一氮化铝镓铟(AlxGayln(1－x－y)N)层，其表面102a可以通过蚀刻液粗化，蚀刻液可例如为氢氧化钾(KOH)溶液。此外，当第一导电层102为一磷化铝镓铟(AlxGayIn1-x-yP)层，一盐酸(HCl)以及磷酸的溶液可用于粗化第一导电层102的表面102a，粗化时间可例如为15秒。第一导电层102的粗化表面102a可降低发生全反射的可能性，用于增加发光元件的光取出效率。一实施例中，如图2G所示，一透明封装材料24用于包覆包含发光元件20a、20b、与20c的发光元件阵列20且连接电路载板23，进而形成发光元件封装25，其中透明封装材料24可例如为环氧树脂或是其他现有技术者所熟知的适合的材料。
参照图3A至图3G，为依照本发明实施例的一种发光装置的制作方法流程各阶段所对应的剖视图。参见图3A，提供一基材21，其为单晶且包含蓝宝石、砷化镓、氮化镓或硅；外延成长一第一导电层102于基材21上，第一导电层102做为一包覆层；外延成长一包含多重量子阱(Multiple Quantum Well,MQW)结构的活性层104于第一导电层102上，其中活性层104作为一发光层；以及外延成长一第二导电层106于活性层104上，其中第二导电层106做为另一包覆层。接着，蚀刻第一导电层102、活性层104以及第二导电层106以在基材21上形成多个通过沟槽(图未标)而彼此分离的发光叠层101，且每一发光叠层101中，一部分的第一导电层102是暴露的。接着，每一发光叠层101上形成有一保护层120，且保护层120覆盖部分的第一导电层102、部分的第二导电层106以及发光叠层101的一侧壁。接着，于每一第一导电层102的暴露的部位上设置一与第一导电层102电连接的电极或接合垫107a，以及于每一第二导电层106上设置一与第二导电层106电连接的电极或接合垫107b。
之后，参见图3B，在每一保护层120上设置一反射层221，以及于每一保护层120上形成一覆盖反射层221的第一介电层122。对于发光叠层101发出的光，反射层221具有一等同于或是大于80％的反射率。反射层221的材料包含金属，例如银、银合金、铝或铝合金。在一实施例中，反射层221的材料包含混有无机粒子的高分子，其中无机粒子由金属氧化物组成或是由具有反射率等于或是大于1.8的材料组成，反射层221的材料例如为混有氧化钛粒子的环氧树脂。各反射层221完全地被各自对应的保护层120以及第一介电层122覆盖，用于电绝缘各反射层221与各自对应的发光叠层101。在另一实施例中，保护层120是被省略的，且反射层221是直接形成于第二导电层106上且电连接第二导电层106。之后，如图3C所示，在基材21上以及沟槽之间以及于每一发光叠层101上形成一第二介电层240，且各第二介电层240暴露各自对应的电极或接合垫107a以及电极或接合垫107b。之后，在每一第二介电层240之间以及于部分的对应的第一介电层122上形成一第一金属层260以及一第二金属层262。第一金属层260以及第二金属层262分别形成于对应的电极或接合垫107a以及电极或接合垫107b上。第一金属层260以及第二金属层262的材料包含金、铝、银或其等的合金。在一实施例中，第一金属层260以及第二金属层262通过一印刷技术或是电镀而共同形成。
如图3D所示，图案化位于相邻发光叠层101之间的第二介电层240用于于第二介电层240里形成凹槽，凹槽暴露一部分的基材21且将第二介电层240隔开以形成介电层240a，之后形成一不透光层290于凹槽中。在一实施例中，不透光层290作为一反射层或是一光吸收层，用于反射或是吸收对应的发光叠层101发出的光且避免被邻近的发光叠层101发出的光互相影响或产生串扰(crosstalk)。对于对应的发光叠层101发出的光，不透光层290具有一小于50％的穿透率(transmittance)。不透光层290的材料包含金属或是包含混有无机粒子的高分子，其中无机粒子由金属氧化物组成或是由具有反射率等于或是大于1.8的材料组成，反射层221的材料例如为混有氧化钛粒子的环氧树脂。至此，包含多个发光元件300的发光元件阵列30制作完成。如图3E所示，提供一电路载板23，其包含有多个位于电路载板23的上表面以及下表面的金属接触22以及包含有多个贯穿电路载板23的导电通道22a，其中导电通道22a可连接位于电路载板的上表面上的金属接触22以及位于电路载板的下表面上的金属接触22。在一实施例中，电路载板23包含锡料(solder)。电路载板23包含FR-4、BT(Bismaleimide-Triazine)树脂、陶瓷或玻璃。电路载板23的厚度介于50至200微米之间以足够支撑发光元件且依旧具有小体积。发光元件阵列30通过对准各发光元件300的第一金属层260与第二金属层262至对应的金属接触22而直接以倒装的形式与电路载板23连接。值得注意的是，发光元件阵列30与电路载板23之间金属接触22以外的区域可能形成有空隙。另外可选择性地以填充材料填充于空隙里以增进连结强度以及机械支撑。连接发光元件阵列30与电路载板23之后，移除发光元件阵列30的基材21。在一实施例中，基材包含蓝宝石，发光叠层101包含氮化镓，且移除基材21的方法包含于较高的温度中，例如60℃，使用一准分子激光照射在第一导电层102与基材21的介面，接着分离基材21与第一导电层102。准分子激光可以为一具有能量为400毫焦耳/平方厘米(mJ/cm2)、波长为248纳米以及脉冲宽度(pulse width)为38奈秒(ns)的氟化氪(KrF)准分子激光。在另一实施例中，当基材21为砷化镓基材，移除基材21的方法包含使用一比例为1:35的氨水(NH4OH)与过氧化氢(H2O2)的混和物或是一比例为5:3:5的磷酸(H3PO4)、过氧化氢(H2O2)与水的混和物用于蚀刻至可以完全地移除基材21且暴露各发光元件300的第一导电层102、介电层240a以及不透光层290。
如图3F所示，移除基材21之后，发光装置的制作方法还包括粗化第一导电层102的暴露的表面。在一实施例中，第一导电层102包含氮化铝镓铟(AlxGayln(1－x－y)N，其中0≦x,y≦0)，可使用氢氧化钾(KOH)溶液蚀刻第一导电层102暴露的表面以形成一粗化表面102a。在另一实施例中，第一导电层102包含磷化铝镓铟(AlxGayIn(1－x－y)P)，可使用盐酸(HCl)或是磷酸的溶液蚀刻第一导电层102暴露的表面以形成一粗化表面102a，粗化时间可例如为15秒。每一第一导电层102的粗化表面102a可降低各发光元件300内的光发生全反射的可能性，用于增加发光元件的光取出效率。在粗化步骤之后，多个凹陷区域位于粗化表面102a且实质上被介电层240a环绕。在一实施例中，为了形成一用于显示器的管芯级的红绿蓝发光元件单元，本实施例的制作方法可选择性地于发光元件300b上涂布一第一波长转换层294以转换光，如图3F所示。例如，发光元件300b的发光叠层101，其发出的主要波长介于430纳米至470纳米之间的蓝光，被转换为第一转换光，例如为一具有主要波长介于610纳米至690纳米之间的红光。进一步的，一第二波长转换层296可选择性地涂布在发光元件300c上用于将发光元件300c所发出的光转换为一第二转换光，例如为一具有主要波长介于500纳米至570纳米之间的绿光。发光元件300a并未涂布任何波长转换材料，以直接自发光元件300a的粗化表面102a发出蓝光。在一实施例中，第一或第二波长转换层通过聚集纳米级的量子点(quantum dot)或是纳米级的荧光粉以形成一具有厚度实质一致的膜，且通过一黏结层(图未示)连结至发光叠层101。在另一实施例中，第一或第二波长转换层包含具有纳米级的量子点或是纳米级的荧光粉，其平均直径或平均特征长度介于10纳米至500纳米之间。每个纳米级的量子点或纳米级的荧光粉的长度或是特征长度实质上小于1000纳米。纳米级的量子点包含半导体材料，例如一具有组成为ZnxCdyMgl-x-ySe的II-ⅤI(二/六)族化合物半导体，其中x以及y可调变为使II-ⅤI(二/六)族化合物半导体光激发后发出绿或红光。「特征长度」定义为一荧光粉或是一量子点的任两端点之间的最大距离。之后，将例如为环氧树脂或是硅氧树脂(silicone)的透明封装材料24涂布于发光元件阵列32的上表面以将波长转换材料固定于发光叠层101，且作为发光元件阵列32的发光元件300a、300b、300c的光学透镜。在另一实施例中，覆盖发光元件300a、300b、300c的波长转换层的材料是相同的。
图4A为如图3F所示的发光元件阵列32以倒装的形式与电路载板23连接的俯视图。发光元件阵列32以及电路载板23两者为具有相同或类似尺寸的晶片形式。发光元件阵列32包含于二维空间中交错且连续设置的多个红绿蓝发光元件群组，且如图中虚线圈起的部位所示，每一群组包含一个发光元件300a、一个发光元件300b以及一个发光元件300c。
最后，执行一切割(dicing)步骤同时切割发光元件阵列32以及电路载板23，形成如图3G所示的多个管芯级的红绿蓝发光元件单元35，各管芯级的红绿蓝发光元件单元35包含一发出蓝光的蓝色发光元件300a、一发出红光的红色发光元件300b以及一发出绿光的绿色发光元件300c。管芯级的红绿蓝发光元件单元35是一种不含封装且为一种表面黏着型的装置，亦即，在切割步骤之后，不需要传统的封装步骤即可直接与一印刷电路载板黏接。透明封装材料24共同地覆盖发光元件300a、300b以及300且不延伸至发光元件300a、300b以及300c的侧壁。在一实施例中，切割(dicing)步骤同时切割发光元件阵列32以及电路载板23以形成多个管芯级的红绿蓝发光元件单元，其中各管芯级的红绿蓝发光元件单元包含多个红绿蓝发光元件群组。多个红绿蓝发光元件群组于一个红绿蓝发光元件单元中以I*J阵列排列，其中I以及J是正整数，且I与J中至少一是大于1。I与J的比例优选地是接近或是等于1/1、3/2、4/3或16/9。
参照图4B，为管芯级的红绿蓝发光元件单元35包含如图3G所示的红绿蓝发光元件群组。管芯级的红绿蓝发光元件单元35是为具有一第一长边以及一第一短边的第一矩形，其中第一短边具有一第一宽度S1且第一长边具有一大于第一宽度S1的第一长度S2。每一发光叠层101为具有一第二长边以及一第二短边的第二矩形，其中第二短边具有一第二宽度d1且第二长边具有一大于第二宽度d1的第二长度d2。发光叠层101的第二短边实质上设置于平行于管芯级的红绿蓝发光元件单元35的第一长边或实质上设置于垂直于管芯级的红绿蓝发光元件单元35的第一短边。在一实施例中，红绿蓝发光元件单元35可作为室内显示平板的一个像素。为了使具有对角线为40英寸且像素分辨率为1024*768的电视显示全部使用发光元件像素，每一像素的面积需小于约0.64平方毫米(mm2)。因此，红绿蓝发光元件单元35的面积可例如为小于0.36mm2。第一长度S2以及第一宽度S1皆小于0.6毫米，且红绿蓝发光元件单元35的长宽比，亦即S2/S1，优选地小于2/1。根据本发明所揭露的实施例，第一金属层260以及第二金属层262之间的距离，亦即第一距离S3，受限于发光元件阵列以及电路载板于连接步骤中的对位控制。第一距离S3等于或是大于25微米(micron)且小于150微米，用于确保制作工艺容差且提供足够做为导电用的接触面积。红绿蓝发光元件单元35的其中一边缘与红绿蓝发光元件单元35的其中一发光叠层101之间的距离，亦即第二距离S4，受限于切割步骤的容差。第二距离S4等于或是大于25微米且小于60微米，用于确保切割步骤的容差以及维持小体积的优点。两个相邻发光元件之间的距离，亦即第三距离S5受限于光刻蚀刻步骤，且小于50微米，或优选地小于25微米，用于于发光叠层101之间保留较多的面积。对于红绿蓝发光元件单元35中每一发光叠层101而言，第二宽度d1介于20至150微米之间且第二长度d2介于20至550微米之间。红绿蓝发光元件单元35的面积与发光叠层101的总面积的比例小于2或介于1.1至2之间，且优选地介于1.2至1.8之间。发光叠层101的面积取决于所需的亮度以及像素尺寸。值得注意的是，红绿蓝发光元件单元35的形状亦可为四边皆与第一宽度S1相同的正方形。于一实施例中，一像素包含两个红绿蓝发光元件单元35，其中一个用于正常操作，另一个用于备用以防正常操作的红绿蓝发光元件单元35故障。第一宽度S1优选地小于0.3毫米，用于使两个红绿蓝发光元件单元35设置于一个像素内。本发明的优点在于，可以实现发光元件作为一平面电视的像素元件，且分辨率更可以提升至像素分辨率为1024*768的两倍或是四倍。于另一实施例中，一红绿蓝发光元件单元35包含两个红绿蓝发光元件群组，其中一个用于正常操作，另一个用于备用以防正常操作的红绿蓝发光元件群组故障。
参照图5A至图5C，为依照本发明实施例的一种管芯级的发光元件单元，其制造方法以及结构与图3A至图3G所示的实施例以及相关的揭示内容相似，不同的地方在于，于切割步骤之前，发光元件阵列34包含多个相同的发光元件300d，如图5A所示。每一发光元件300d涂布相同或不同的波长转换层298，波长转换层298用于转换对应的发光元件300d的发光叠层101发出的光，例如，将主要波长介于430纳米至470纳米之间的蓝光转换为黄光、绿光或是从光的转换光。参照图5B以及图5C，为切割步骤后，包含单一发光元件的管芯级的发光元件单元36的俯视图以及剖视图。管芯级的发光元件单元36的尺寸与图4B所示的管芯级的红绿蓝发光元件单元35的尺寸相似或相同。管芯级的发光元件单元36为具有一第一长边以及一第一短边的第一矩形，其中第一长边具有第一长度S1，且第一短边具有小于第一长度S1的第一宽度S6。每一发光叠层101为具有一第二长边以及一第二短边的第二矩形，其中第二短边具有一第二宽度d1且第二长边具有一大于第二宽度d1的第二长度d2。发光叠层101的第二短边实质上设置于平行于管芯级的红绿蓝发光元件单元36的第一短边或实质上设置于垂直于管芯级的红绿蓝发光元件单元36的第一长边。于一实施例中，红绿蓝发光元件单元36是用于一室内显示平板的的像素的其中一部分。红绿蓝发光元件单元36的面积可例如为小于0.12mm2。第一长度S1以及第一宽度S6皆小于0.2毫米，且红绿蓝发光元件单元36的长宽比，亦即S1/S6，优选地小于2/1。根据本发明，第一金属层260以及第二金属层262之间的距离，亦即第一距离S3，受限于发光元件阵列以及电路载板于连接步骤中的对位控制。第一距离S3等于或是大于25微米且小于150微米，以确保制作工艺容差且提供足够做为导电用的接触面积。红绿蓝发光元件单元36的其中一边缘与其发光叠层101之间的距离，亦即第二距离S4，受限于切割步骤的容差。第二距离S4等于或是大于25微米且小于60微米，用于确保切割步骤的容差以及维持小体积的优点。对于管芯级的红绿蓝发光元件单元36中的发光叠层101而言，第二宽度d1介于20至150微米之间且第二长度d2于20至550微米之间。管芯级的红绿蓝发光元件单元36的面积与发光叠层101的总面积比例小于2或介于1.1至2之间，且优选地介于1.2至1.8之间。发光叠层101的面积取决于所需的亮度以及像素尺寸。值得注意的是，红绿蓝发光元件单元36的形状亦可为四边皆与第一宽度S6相同的正方形。相似的，发光叠层101的形状亦可为四边皆与第二宽度d1相同的正方形。于一实施例中，一像素包含至少三个管芯级的红绿蓝发光元件单元36，用于发出蓝、红以及绿光。
参照图5D至图5E，为依照本发明实施例的一种管芯级的发光元件单元，其制造方法以及结构与图5A至图5C所示的实施例以及相关的揭示内容相似，不同的地方在于，不透光层290可选择性地省略。红绿蓝发光元件单元36’是直接表面黏着于一包含于一灯具的光板。发光叠层101的面积取决于所需的亮度以及光板或灯具的尺寸。对于例如小于0.3瓦的低功率的应用而言，红绿蓝发光元件单元36’的发光叠层101的面积为100mil2至200mil2，对于例如介于0.3至0.9瓦之间的中功率的应用而言，红绿蓝发光元件单元36’的发光叠层101的面积为201mil2至900mil2，对于例如高于0.9瓦的高功率的应用而言，红绿蓝发光元件单元36’的发光叠层101的面积大于900mil2。环绕发光叠层101的介电层240a可作为将光取出管芯级的发光元件单元36’的耦合透镜(coupling lens)。管芯级的发光元件单元36’的面积与发光叠层101的面积的比例等于或大于9，且优选地等于或大于15，用于具有优选的光取出效率以及光分散性。于本发明中，第一金属层260以及第二金属层262之间的距离，亦即第一距离S3’，受限于发光元件阵列以及电路载板于连接步骤中的对位控制。第一距离S3’等于或是大于25微米且小于150微米，用于确保制作工艺容差且提供足够做为导电用的接触面积。值得注意的是，管芯级的发光元件单元36’的形状亦可为四边皆与第一宽度S6’相同的正方形。同样的，发光叠层101的形状亦可为四边皆与第二宽度d1’相同的正方形。第一宽度S6’与第二宽度d1’相同或是大于第二宽度d1’的三倍，优选地，第一宽度S6’与第二宽度d1’相同或是大于第二宽度d1’的四倍，以使管芯级的发光元件单元36’具有优选的光取出效率。于一实例中，介电层于发光叠层101的侧壁具有不相同的厚度，因此第一宽度S6’与第二宽度d1’的第一比例(S6’/d1’)不同于第一长度S1’与第二长度d2’的第二比例(S1’/d2’)，以达到于操作时，俯视管芯级的发光元件单元36’，其具有不对称的光场的特性。此外，第一比例至少为第二比例的两倍，或优选地为第二比例的四倍。
参照图6A，为依照本发明实施例的一管芯级的红绿蓝发光元件单元65的剖视图，其制造方法以及结构与图3A至图3G所示的实施例以及相关的揭示内容相似，不同的地方在于，一填充材料680填充于包含发光元件300a’、300b’以及300c’的发光元件阵列32’以及电路载板23之间的空隙，用于提高两者的连接强度以及提供电路载板以及发光元件之间的电流路径。填充材料680包含异方导电胶(anisotropic conductive film，ACF)，其具有在发光元件阵列32’与电路载板23之间以垂直路径传导电流以及在发光元件阵列32’与电路载板23之间以平行于发光元件阵列32’或电路载板的横向路径绝缘电流的能力。填充材料680于连接发光元件阵列至电路载板23之前涂布于电路载板23上。于一实施例中，第一金属层260’以及第二金属层262’皆未接触电路载板23的金属接触22。填充材料680位于第一金属层260’、第二金属层262’与金属接触22之间，用于在第一金属层260’、第二金属层262’以及金属接触22之间传导电流。第一金属层260’以及第二金属层262’经图案化，因此在面对金属接触22的表面为一具有多个凹部以及凸部的粗化表面。故，发光元件阵列与电路载板的接触面积增加，发光元件阵列与电路载板的连接强度亦提升。多个凹部以及凸部具有规则形状或是不规则形状，且表面粗糙度(Ra)介于0.5至5微米之间。使用异方导电胶作为填充材料的的优点在于第一金属层260’与第二金属层262’之间的距离，即如图4B所示的第一距离S3，可小于25微米。
图6B为图6A所示的发光元件阵列32’中的单颗发光元件300d’的示意图。填充材料680以及第一金属层260’与第二金属层262’的图案化的表面亦可以应用于如图5A至图5C所示的实施例，用于形成如图6B所示的结构。填充材料680填充于发光元件300d’以及电路载板23之间的空隙，以提高两者的连接强度以及提供电路载板与发光元件之间的电流路径。填充材料680包含各向异性导电胶(anisotropic conductive film，ACF)，其具有在发光元件300d’与电路载板23之间以垂直路径传导电流以及在发光元件300d’与电路载板23之间以平行于发光元件300d’或电路载板的横向路径绝缘电流的能力。填充材料680于连接发光元件阵列至电路载板23之前涂布于电路载板23上。于一实施例中，第一金属层260’以及第二金属层262’皆未接触电路载板23的金属接触22。填充材料680位于第一金属层260’、第二金属层262’与金属接触22之间，用于在第一金属层260’、第二金属层262’以及金属接触22之间传导电流。第一金属层260’以及第二金属层262’经图案化，因此在面对金属接触22的表面上有多个凹部以及凸部。故，发光元件与电路载板的接触面积增加，发光元件与电路载板的连接强度亦提升。多个凹部以及凸部具有规则形状或是不规则形状，且表面粗糙度(Ra)介于0.5至5微米之间。同样地，填充材料680以及第一金属层260’与第二金属层262’的图案化的表面亦可以应用于上述如图5E所示的实施例，以形成如图6C所示的结构。
参照图7A至图7G，为依照本发明实施例的一种发光装置的制作方法流程各阶段所对应的剖视图，其中图7A至图7D的步骤以及结构与图2A至图2D所示的实施例以及相关的揭示内容相似，图7F至图7G的步骤以及结构与图3E至图3F所示的实施例以及相关的揭示内容相似，不同的地方在于，如图7C所示，介电层240a、240b、240c、280为一光致抗蚀剂剂，例如为正光致抗蚀剂剂或是负光致抗蚀剂剂；如图7D至图7E所示，于形成金属层260a、260b、260c以及形成金属层262a、262b、262c之后，所述的制作方法更包含移除介电层240a、240b、240c、280，因此形成空隙于两相邻的发光元件之间以及单一发光元件的金属层之间；如图7F至图7G所示，移除基材21之后，两相邻的发光元件通过空隙以彼此分离，且所述的制作方法更包括粗化第一导电层102暴露的表面以形成一粗化表面102a，粗化的方法如前所述，在此便不再赘述。于一实施例中，为了形成一用于显示或照明的管芯级(chip-scale)的红绿蓝发光元件，其制作方法可选择性地于发光元件300b上涂布一第一波长转换层294，如图7G所示，以将发光元件300b所发出的光转换为一第一转换光。进一步的，一第二波长转换层296可选择性地涂布在发光元件300c上用于将发光元件300c所发出的光转换为一第二转换光。发光元件300a并未涂布任何波长转换材料，以直接自发光元件300a的粗化表面102a发出蓝光。各转换层的形成方式以及材料如前所述，在此不再赘述。图7H为依照本发明实施例的管芯级的红绿蓝发光元件单元包含如图7G所示的红绿蓝发光元件群组的俯视图，红绿蓝发光元件单元37的第一宽度S1、第一长度S2、第二长度d2、第一距离S3、第二距离S4、第二宽度d1、第三距离S5如图4B所示的实施例以及相关的揭示内容所述，在此不再赘述，不同的地方在于，发光叠层101并未被介电层240a以及不透光层290环绕。于形成第一波长转换层294以及第二波长转换层296之后，不需涂布前述实施例的透明封装材料24，直接执行切割(dicing)步骤以直接切割电路载板23而不需经由切割发光元件阵列32，形成多个管芯级的红绿蓝发光元件单元。参照图7I以及图7J，为切割步骤后，包含单一发光元件的管芯级的发光元件单元37的剖视图以及俯视图。管芯级的发光元件单元37的第一长度S1、第一宽度S6、第二宽度d1、第二长度d2、第一距离S3以及第二距离S4如图5B所示的实施例以及相关的揭示内容所述，在此不再赘述，不同的地方在于，发光叠层101、第一金属层260以及第二金属层262的侧壁并未有介电层240a以及不透光层290；此外，波长转换层298上并未有透明封装材料24。
参照图8A，为依照本发明实施例的一种显示模块76，其包含多个位于第二电路载板73上的管芯级的红绿蓝发光元件单元65。例如，任两个相邻的管芯级的红绿蓝发光元件单元65是由一间距彼此分离或是无缝地设置而使两者互相接触。第二电路载板73包含电路72，电路72是与红绿蓝发光元件单元65的各发光元件电连接，用于独立控制每一红绿蓝发光元件单元65中的蓝、红以及绿色发光元件。于一实施例中，显示模块76包含M列以及N行的管芯级的红绿蓝发光元件单元65以用于一具有X*Y像素分辨率的显示器，其中M/N＝1/1、3/2、4/3或16/9，X＝a*M，Y＝b*N，且a以及b皆为等于或大于2的正整数。显示模块76于一平方英英寸的面积中，包含超过500个的红绿蓝发光元件单元65。也就是说，显示模块76于一平方英英寸的面积中，包含超过1500个发光叠层101。于另一实施例中，每一管芯级的红绿蓝发光元件单元包含多个红绿蓝发光元件群组，且每一群组如之前所述，包含一蓝色发光元件、一红色发光元件以及一绿色发光元件。多个红绿蓝发光元件群组于一个管芯级的红绿蓝发光元件单元中以I*J阵列排列，其中I以及J是正整数，且I与J中至少一是大于1。I与J的比例优选地是接近或是等于1/1、3/2、4/3或16/9。于一管芯级的红绿蓝发光元件单元中，分别来自于两相邻的红绿蓝发光元件群组的两相邻的发光叠层之间的距离，实质上等于分别来自于两相邻的管芯级的红绿蓝发光元件单元的两相邻的发光叠层之间的距离。显示模块76包含M列以及N行的管芯级的红绿蓝发光元件单元65以用于一具有X*Y像素分辨率的显示器，其中M/N＝1/1、3/2、4/3或16/9，X＝a*M*I，Y＝b*N*J，且a以及b皆为等于或大于2的正整数。显示模块76于一平方英英寸的面积中，包含超过500个的红绿蓝发光元件群组。也就是说，显示模块76于一平方英英寸的面积中，包含超过1500个发光叠层101。每一红绿蓝发光元件单元以及红绿蓝发光元件单元中的每一发光元件皆可通过电路载板23以及第二电路载板73上形成的电路独立驱动。第二电路载板73的材料班还FR-4、BT(Bismaleimide-Triazine)树脂、陶瓷或是玻璃。图8B为依照本发明实施例的一种照明模块78的示意图。照明模块78包括多个位于第二电路载板73上的管芯级的发光元件单元66。依据施加的驱动电压，管芯级的发光元件单元66可通过第二电路载板73上的电路以串联或是并联方式连接。于一实施例中，照明模块78被设置于一如图9所示的灯泡80内。灯泡80进一步包含一覆盖照明模块78的光学透镜82，一具有一连接表面且照明模块78是位于连接表面的散热槽85，一与散热槽85连接的连结部87，以及一与连结部87连接且与照明模块78电连接的电连接器88。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种发光组件阵列，其特征在于，该发光组件阵列包含：
第一发光组件，包含第一发光叠层,该第一发光叠层可发出第一光线；
第二发光组件，包含第二发光叠层,该第二发光叠层可发出第二光线；
第一波长转换层，位于该第一发光叠层之上,可将该第一光线转换成第一转换光；
第二波长转换层，位于该第二发光叠层之上,可将该第二光线发出的光转换成第二转换光,且该第二转换光与该第一转换光的颜色不同；
第一金属层，位于该第一发光叠层之下；
第二金属层；
介电层,包含第一部分及第二部分,该第一部分位于该第一金属层以及该第二金属层之间,且该第二部分位于该第一发光组件以及该第二发光组件之间；以及
不透光层，位于该第一波长转换层以及该第二波长转换层之间。
2.如权利要求1所述的发光组件阵列，其该第一发光叠还包含第一导电层以及第一电极,该第一电极电连接该第一导电层以及该第一金属层。
3.如权利要求1所述的发光组件阵列，其中，该第一发光叠层具有粗化表面,且该第一波长转换层形成在该粗化表面之上。
4.如权利要求1所述的发光组件阵列，其中，该不透光层围绕该第一发光组件、该第二发光组件、该第一金属层、该第二金属层、该第一波长转换层、以及该第二波长转换层。
5.如权利要求1所述的发光组件阵列，其中，该不透光层被该介电层围绕。
6.如权利要求1所述的发光组件阵列，其中，该不透光层包含混有无机粒子的高分子。
7.如权利要求1所述的发光组件阵列，其中，该第一波长转换层与该第二波长转换层为具有厚度实质一致的膜。
8.如权利要求1所述的发光组件阵列，其还包含黏结层位于该第一波长转换层与该第一发光叠层之间。
9.如权利要求1所述的发光组件阵列，其还包含透明封装材料位于该第一波长转换层之上。
10.一种发光装置，其特征在于，包含如权利要求1所述的发光组件阵列、以及电路载板位于该第一发光叠层与该第二发光叠层之下，该电路载板与该发光组件阵列具有相同或类似尺寸。
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