CN110071208A - 发光二极管结构及其制造方法以及微显示器的像素结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管结构及其制造方法以及微显示器的像素结构，发光二极管结构包含电路基板、发光元件、吸光层以及反射层。电路基板具有顶表面，且此顶表面包含发光区以及外围区，其中外围区环绕发光区。发光元件设置在位于发光区的顶表面上。吸光层设置在位于外围区的顶表面上并环绕发光元件。吸光层具有第一部分及位于第一部分上的第二部分。反射层覆盖电路基板的顶表面并延伸至吸光层的第一部分的侧壁，其中第二部分暴露于反射层之外。此发光二极管结构可提高对比度并增加光的使用率。
Description
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管结构、一种制造发光二极管结构的方法以及一种微显示器的像素结构。
背景技术
微型显示器市场成长的主要推动力是微型显示器的应用领域不断扩张，以及如头戴显示器(HMD)、电子取景器(EVF)及抬头显示器(HUD)等可携式设备的普及。微型显示器具有高亮度、低成本且易于制造的优势。随着微型显示器设备技术的进步以及用户行为的改变，对微型显示器所要求的解析度与色彩对比度日渐提升。对此，找寻下一种新的技术方案达到较佳的显示品质，实属当前重要研发课题之一，也成为当前相关领域亟需改进的目标。
发明内容
本发明的一目的是提供一种发光二极管结构，此发光二极管结构可提高对比度并增加光的使用率。
上述发光二极管结构包含电路基板、发光元件、吸光层以及反射层。电路基板具有顶表面，且此顶表面包含发光区以及外围区，其中外围区环绕发光区。发光元件设置在位于发光区的顶表面上。吸光层设置在位于外围区的顶表面上并环绕发光元件。吸光层具有第一部分及位于此第一部分上的第二部分。反射层覆盖电路基板的顶表面并延伸至吸光层的第一部分的侧壁，其中第二部分暴露于反射层之外。
根据本发明一实施方式，电路基板的顶表面包含两个导电垫位于发光区，且发光元件设置于两个导电垫上。两个导电垫之间间隔一定距离。
根据本发明一实施方式，反射层于两个导电垫之间具有间隙。此间隙至少大于上述距离的1/3倍。
根据本发明一实施方式，电路基板的顶表面可包含保护层。此保护层位于外围区且吸光层设置于保护层上。
根据本发明一实施方式，上述发光二极管结构可还包含封装层配置在发光元件上。封装层的顶表面与吸光层的顶表面实质上齐平。
根据本发明一实施方式，上述发光二极管结构可还包含偏光片配置在封装层及吸光层上。偏光片直接接触吸光层的第二部分的顶表面。
根据本发明一实施方式，吸光层具有第一高度(h1)且吸光层的第二部分具有第二高度(h2)。第二高度(h2)与第一高度(h1)的比值(h2/h1)为约0.2至约0.5。
根据本发明一实施方式，上述发光二极管结构可还包含粘着层。此粘着层可夹设于电路基板的顶表面与反射层之间以及吸光层的第一部分与反射层之间。
本发明的另一目的是提供一种微显示器的像素结构，此微显示器的像素结构包含如上述中任一项所述的发光二极管结构。本发明公开的微显示器的像素结构可实现高色彩品质、高可靠性以及在强光下的高可视性。
本发明的又一目的是提供一种发光二极管结构的制造方法，包含以下步骤：提供电路基板，电路基板具有顶表面，顶表面包含发光区以及环绕发光区的外围区，其中电路基板的顶表面包含两个导电垫位于发光区；形成吸光层覆盖电路基板；图案化吸光层，以暴露出位于发光区的顶表面；形成反射层覆盖电路基板以及吸光层；图案化反射层，以暴露出吸光层的顶表面、吸光层的侧壁的一部分以及两个导电垫之间的顶表面的一部分；以及在发光区中设置发光元件并电性连接两个导电垫。
根据本发明一实施方式，在图案化吸光层的步骤之后，但在形成反射层的步骤前，还包含形成粘着层覆盖电路基板。
根据本发明一实施方式，在图案化吸光层的步骤之后，吸光层具有第一高度(h1)，以及在图案化反射层的步骤之后，吸光层的侧壁暴露的部分具有第二高度(h2)，其中第二高度(h2)与第一高度(h1)的比值(h2/h1)为约0.2至约0.5。
根据本发明一实施方式，在图案化反射层的步骤中还包含暴露出两个导电垫的顶表面。
根据本发明一实施方式，在图案化反射层的步骤中，两个导电垫之间的顶表面暴露的部分使得两个导电垫之间具有间隙，且间隙至少大于两个导电垫之间的距离的1/3倍。
根据本发明一实施方式，在设置发光元件的步骤之后，还包含在发光元件的周围和下方填充荧光粉。
根据本发明一实施方式，在填充荧光粉的步骤之后，还包含在发光元件和荧光粉上形成封装层并位于吸光层之间，其中封装层的顶表面与吸光层的顶表面实质上齐平。
根据本发明一实施方式，在形成封装层的步骤之后，还包含在吸光层和封装层上形成偏光片。
本发明的发光二极管结构及其制造方法以及微显示器的像素结构与现有技术相比，具有能提高对比度并增加光的使用率的有益效果。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，结合附图说明如下：
图1绘示本发明一实施方式的发光二极管结构的制造方法的流程图。
图2至图9及图11至图12绘示本发明的多个实施方式的制造方法中各制程阶段的剖面示意图。
图10A至图10B绘示本发明的多个实施方式的图9的俯视示意图。
具体实施方式
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所公开的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。
本发明的一目的是提供一种发光二极管结构的制造方法，通过此制造方法所得到的发光二极管结构可提高对比度并增加光的使用率。图1绘示本发明一实施方式的发光二极管结构100的制造方法10的流程图，图2至图9及图11至图12绘示方法10中各工艺阶段的剖面示意图。如图1所示，方法10包含步骤S01至步骤S06。
在步骤S01中，提供具有顶表面110a的电路基板110，此顶表面110a包含发光区L以及外围区P，如图2所示。在后续步骤中，将会在发光区L中形成发光元件，以及在外围区P中形成遮光元件。外围区P是环绕在发光区L的周围。电路基板110的顶表面110a包含两个导电垫112位于发光区L。在多个实施方式中，电路基板110的顶表面110a还包含保护层114位于外围区P。在一实施方式中，电路基板110可例如为玻璃或性质类似玻璃的其他材料所制成。在另一实施方式中，电路基板110可例如为环氧树脂(Epoxy)、聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)和/或双顺丁烯二酸酰亚胺/三氮阱(Bismaleimide triazine，简称BT)等的有机聚合材料所制成。在一些实施方式中，导电垫112的材质可为金属，例如铜、铝、镍、锡、铬、或上述金属的组合或合金。在一些实施方式中，保护层114可例如为防焊(Solder Mask)层。
如图3所示，电路基板110具有与顶表面110a相对的底表面110b。在另一实施方式中，可选择性地在电路基板110的底表面110b上形成承载板210。承载板210可以有效避免后续形成的发光二极管结构100产生翘曲(Warpage)现象。在一实施方式中，承载板210的材质可以是玻璃或陶瓷等无机材料、金属基板及高刚性有机高分子材料。
在步骤S02中，形成吸光层120覆盖电路基板110，如图4所示。还具体的说，吸光层120全面覆盖电路基板110的顶表面110a。在一实施方式中，吸光层120可为黑色矩阵(blackmatrix，简称BM)，举例来说，可以为金属铬(Cr)黑色矩阵、树脂型黑色矩阵、无电解电镀镍(Ni)黑色矩阵或石墨(Graphite)黑色矩阵。在本发明的某些实施方式中，吸光层120可以利用真空蒸镀(vacuum evaporation)法、涂覆法或印刷法等方式覆盖在电路基板110上。
在步骤S03中，图案化吸光层120，如图5所示，以暴露出位于发光区L的顶表面110a。具体的说，图案化后的吸光层120是直接形成在位于外围区P的保护层114上。吸光层120可避免邻近的发光元件150混色，进而提高色彩的对比度。在一实施方式中，图案化后的吸光层120的底表面宽度小于保护层114的顶表面宽度。在另一实施方式中，图案化后的吸光层120的底表面宽度等于保护层114的顶表面宽度。根据本发明某些实施方式，可使用微影工艺执行步骤S03。在一些实施方式中，图案化后的吸光层120具有第一高度h1。
请参阅图6，在图案化吸光层120的步骤之后，可选择性地形成粘着层130覆盖电路基板110。更具体的说，粘着层130是保型地(conformally)沉积覆盖电路基板110以及图案化后的吸光层120，以利后续形成的反射层与电路基板(和吸光层)之间的接合。在本发明的某些实施方式中，粘着层120的材料可包含绝缘胶、导电胶和/或金属。举例来说，粘着层120的材料可为绝缘胶，例如环氧树脂或硅胶；粘着层120的材料可为导电胶，例如混合银粉的环氧树脂；粘着层120的材料可为金属，例如铜、铝、锡和/或锌，但不以此为限。在步骤S04中，形成反射层140覆盖电路基板110以及吸光层120，如图7所示。更具体的说，反射层140是保型地(conformally)覆盖电路基板110以及吸光层120。在本发明的某些实施方式中，反射层140可以利用化学镀、电镀、PVD等方式覆盖电路基板110以及吸光层120。在一些实施方式中，反射层140的材料包括铝、铬、钼、银、钕、铜、钛、或其他上述金属的合金。在包含粘着层130的实施方式中，反射层140是形成于粘着层130上。
在步骤S05中，图案化反射层140，如图8A至图8B所示，以暴露出吸光层120的顶表面120a、吸光层120的侧壁的一部分120b以及两个导电垫112之间的顶表面110a的一部分D2。值得注意的是，两个导电垫112之间的顶表面110a暴露的部分使得两个导电垫之间具有间隙D2，且此间隙D2至少大于两个导电垫112之间距离D1的1/3倍，以避免电路间的短路问题。举例来说，可以如图8A及图8B所绘示的两个导电垫之间的间隙D2大小不同。在本发明的某些实施方式中，可使用微影蚀刻工艺执行步骤S05。在一些实施方式中，在步骤S05中还包含同时暴露出两个导电垫112的顶表面112a。
在一些实施方式中，在图案化反射层140的步骤之后，吸光层120的侧壁暴露的该部分120b具有第二高度h2。值得注意的是，第二高度h2与第一高度h1的比值(h2/h1)为约0.2至约0.5。根据多个实施例，当第二高度h2与第一高度h1的比值(h2/h1)大于某一数值，例如0.5，会吸收过多发光元件发出来的光，而降低发光元件的光使用率。反之，当第二高度h2与第一高度h1的比值(h2/h1)小于某一数值，例如0.2，则会使得发光二极管结构100的对比度不足。因此，第二高度h2与第一高度h1的比值(h2/h1)可例如为0.25、0.3、0.35、0.4或0.45。
在步骤S06中，设置发光元件150于发光区L中，如图9所示，且发光元件150电性连接两个导电垫112。还精确地说，发光元件150为覆晶式发光二极管(Flip-Chip LED)，直接电性接合导电垫112。相较于公知的发光二极管，覆晶式发光二极管省去了打线的步骤，也省去了线材所需的体积，进而可以封装出尺寸更小的发光二极管。在一实施例中，发光元件150为横向(lateral)半导体发光二极管。在一些实施方式中，发光元件150的顶表面150a可以实质上齐平或低于反射层140在吸光层120侧壁上的截面140c。在本发明的多个实施方式中，发光元件150可以为红光二极管、绿光二极管或蓝光二极管，但不限于此。
图10A至图10B绘示本发明的多个实施方式的图9的俯视示意图。根据本发明多个实施方式，图案化后的吸光层120是环绕发光元件150，且反射层140形成在发光元件150与图案化后的吸光层120之间。更具体的说，吸光层120的俯视图案可以为矩形或环形。在包含粘着层130的实施方式中，粘着层130是夹置在反射层140与吸光层120之间。
请参阅图11，在一些实施方式中，在设置发光元件150的步骤之后，可以选择性地进一步填充荧光粉160于发光元件150的周围和下方。荧光粉160具有波长转换的功能。在本发明的一实施例中，若发光元件150为蓝光二极管，则可填充黄色荧光粉，进而放射出白光。举例来说，黄色荧光粉可为铝酸盐类荧光粉。在本发明的另一实施例中，可利用多个发光元件150，如蓝光、绿光及红光二极管定义子像素(subpixel)，以特殊排列图案形成像素(Pixel)，进而放射出白光。
请继续参阅图11，在一些实施方式中，在填充荧光粉160的步骤之后，还包含形成封装层170于发光元件150和荧光粉160上并位于吸光层120之间。值得注意的是，封装层170的顶表面170a与吸光层120的顶表面120a实质上齐平。在一些实施方式中，封装层170具有高耐硫化性、高折射率、高透明性以及较低吸湿性。根据本发明多个实施方式，封装层170的材料可以包含选自聚甲基丙烯酸甲脂(polymethyl methacrylate,PMMA)、乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)、聚乙烯(polypropylene,PP)、尼龙(polyamide,PA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚亚酰胺(polyimide,PI)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)、环氧树脂(epoxy)以及硅胶(silicone)等中的一种或是多种组合。
请参阅图12，在一些实施方式中，在形成封装层170的步骤之后，还包含形成偏光片180于吸光层120和封装层170上。在目前高外界光亮度的环境中，外界光可能会进入发光二极管结构100，并且被具有高反射率的反射层140反射，从而降低发光二极管结构100的视觉对比度和出光品质。因此，偏光片180的设置可阻挡外界光，以避免外界光对发光元件150所产生的光产生干扰。
本发明的另一目的是提供一种发光二极管结构。图12绘示本发明一实施方式的发光二极管结构100的剖面示意图。发光二极管结构100包含电路基板110、发光元件150、吸光层120以及反射层140。
电路基板110具有顶表面110a。顶表面110a包含发光区L以及外围区P，且外围区P环绕发光区L。发光元件150设置在位于发光区L的顶表面110a上。在一实施方式中，电路基板110的顶表面110a包含两个导电垫112位于发光区L。发光元件150设置于两个导电垫112上，其中两个导电垫112之间间隔第一距离D2。在一实施方式中，反射层140于两个导电垫112之间具有间隙D1，且此间隙D1至少大于第一距离D2的1/3倍。
吸光层120设置在位于外围区P的顶表面110a上并环绕发光元件150，且吸光层120具有第一部分120c及位于第一部分120c上的第二部分120d。在一实施方式中，电路基板110的顶表面110a包含保护层114位于外围区P且吸光层120设置于保护层114上。在又一实施方式中，发光二极管结构100还包含封装层170配置在发光元件150上，且封装层170的顶表面170a与吸光层120的顶表面120a实质上齐平。在另一实施方式中，发光二极管结构100还包含偏光片180配置在封装层170及120吸光层上，其中偏光片180直接接触吸光层120的第二部分120d的顶表面120a。在又另一实施方式中，吸光层120具有第一高度h1且吸光层120的第二部分120d具有第二高度h2，第二高度h2与第一高度h1的比值(h2/h1)为约0.2至约0.5。
反射层140覆盖电路基板110的顶表面110a并延伸至吸光层120的第一部分120c的侧壁120e，其中第二部分120d暴露于反射层140之外。在又一实施方式中，发光二极管结构100还包含粘着层130夹设于电路基板110的顶表面110a与反射层140之间以及吸光层120的第一部分120c与反射层140之间。
除此之外，本发明的发光二极管结构100可继续与其他的部件组合，例如薄膜电晶体、液晶、透明电极、彩色滤光片及/或保护玻璃等。因此，本发明的发光二极管结构100可较佳地应用于液晶显示器(LCD)、硅基液晶(LCoS)、数字光处理器(DLP)、有机发光显示器(OLED)、头戴显示器(HMD)、抬头显示器(HUD)、电子取景器(EVF)、热成像眼镜及可穿戴设备等微显示器。
本发明的又一目的是提供一种微显示器的像素结构。此微显示器的像素结构包含至少一个如前述的发光二极管结构100。具体的说，微显示器的像素结构包含分别放射红光、绿光及蓝光的发光二极管结构100阵列。有关发光二极管结构100的详细内容与前述类似，故不再此赘述。
虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (17)
1.一种发光二极管结构，其特征在于，包含：
电路基板，具有顶表面，所述顶表面包含发光区以及外围区，所述外围区环绕所述发光区；
发光元件，设置在位于所述发光区的所述顶表面上；
吸光层，设置在位于所述外围区的所述顶表面上并环绕所述发光元件，且所述吸光层具有第一部分及位于所述第一部分上的第二部分；以及
反射层，覆盖所述电路基板的所述顶表面并延伸至所述吸光层的所述第一部分的侧壁，其中所述第二部分暴露于所述反射层之外。
2.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述电路基板的所述顶表面包含两个导电垫位于所述发光区，且所述发光元件设置于所述两个导电垫上，其中所述两个导电垫之间间隔一定距离。
3.如权利要求2所述的发光二极管结构，其特征在于，所述反射层在所述两个导电垫之间具有间隙，且所述间隙至少大于所述距离的1/3倍。
4.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述电路基板的所述顶表面包含保护层位于所述外围区且所述吸光层设置于所述保护层上。
5.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，还包含封装层配置在所述发光元件上，且所述封装层的顶表面与所述吸光层的顶表面实质上齐平。
6.如权利要求5所述的发光二极管结构，其特征在于，还包含偏光片配置在所述封装层及所述吸光层上，其中所述偏光片直接接触所述吸光层的所述第二部分的顶表面。
7.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，所述吸光层具有第一高度且所述吸光层的所述第二部分具有第二高度，所述第二高度与所述第一高度的比值为0.2至0.5。
8.如权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于，还包含粘着层，夹设于所述电路基板的所述顶表面与所述反射层之间以及所述吸光层的所述第一部分与所述反射层之间。
9.一种发光二极管结构的制造方法，其特征在于，包含：
提供电路基板，所述电路基板具有顶表面，所述顶表面包含发光区以及环绕所述发光区的外围区，其中所述电路基板的所述顶表面包含两个导电垫位于所述发光区；
形成吸光层覆盖所述电路基板；
图案化所述吸光层，以暴露出位于所述发光区的所述顶表面；
形成反射层覆盖所述电路基板以及所述吸光层；
图案化所述反射层，以暴露出所述吸光层的顶表面、所述吸光层的侧壁的一部分以及所述两个导电垫之间的所述顶表面的一部分；以及
在所述发光区中设置发光元件并电性连接所述两个导电垫。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在图案化所述吸光层的步骤之后，但在形成所述反射层的步骤前，还包含形成粘着层覆盖所述电路基板。
11.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在图案化所述吸光层的步骤之后，所述吸光层具有第一高度；
其中在图案化所述反射层的步骤之后，所述吸光层的所述侧壁暴露的所述部分具有第二高度；
其中所述第二高度与所述第一高度的比值为0.2至0.5。
12.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在图案化所述反射层的步骤中还包含暴露出所述两个导电垫的顶表面。
13.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在图案化所述反射层的步骤中，所述两个导电垫之间的所述顶表面暴露的所述部分使得所述两个导电垫之间具有间隙，且所述间隙至少大于所述两个导电垫之间的距离的1/3倍。
14.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在设置所述发光元件的步骤之后，还包含在所述发光元件的周围和下方填充荧光粉。
15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，在填充所述荧光粉的步骤之后，还包含在所述发光元件和所述荧光粉上形成封装层并位于所述吸光层之间，其中所述封装层的顶表面与所述吸光层的所述顶表面实质上齐平。
16.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，在形成所述封装层的步骤之后，还包含在所述吸光层和所述封装层上形成偏光片。
17.一种微显示器的像素结构，其特征在于，包含：
如权利要求1～7中任一项所述的发光二极管结构。
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