CN110739377A - 微型发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微型发光二极管装置，包括基板、微型发光二极管、第一保护层及第二保护层。微型发光二极管适于设置于基板上。第一保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第一部分，且与基板具有间隙。第二保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第二部分，第二保护层位于第一保护层与基板之间的间隙内且覆盖部分的第一保护层。第一保护层在该外侧壁上的最大厚度小于该第二保护层在该外侧壁上的最大厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型发光二极管装置，尤其涉及一种具有保护层的微型发光二极管装置。
背景技术
随着光电科技的进步，许多光电元件的体积逐渐往小型化发展。近几年来由于发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)制作尺寸上的突破，所以发光二极管不仅可应用于照明技术，也适用于制作显示面板。目前将发光二极管以阵列排列制作的微型发光二极管(micro-LED)显示器在市场上逐渐受到重视。微型发光二极管显示器属于主动式发光二极管显示器，其除了相较于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)显示器而言更为省电以外，也具备更佳优异的对比度表现，而可以在阳光下具有可视性。此外，由于微型发光二极管显示器采用无机材料，因此其相较于有机发光二极管显示器而言具备更佳优良的可靠性以及更长的使用寿命。要如何能够更对微型发光二极管等微型发光二极管提供更佳的保护则是本领域的研究目标。
发明内容
本发明提供一种微型发光二极管装置，其具有保护层。
本发明的一种微型发光二极管装置，微型发光二极管装置包括基板、微型发光二极管、第一保护层及第二保护层。微型发光二极管适于设置于基板上。第一保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第一部分，且与基板具有间隙。第二保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第二部分。第二保护层位于第一保护层与基板之间的间隙内且覆盖部分的第一保护层，第一保护层在外侧壁上的最大厚度小于第二保护层在外侧壁上的最大厚度。
在本发明的一实施例中，上述的第一保护层在外侧壁上的最大厚度与第二保护层在外侧壁上的最大厚度的比值小于等于0.2。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层在基板上的宽度随着远离第一保护层的方向渐增。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层在接触基板的坡脚部位的外轮廓切线与基板之间的夹角为锐角，且上述的第二保护层在接触第一保护层的坡顶部位的外轮廓切线与第一保护层之间的夹角为锐角。
在本发明的一实施例中，上述的第一保护层的材质不同于第二保护层的材质。
在本发明的一实施例中，上述的第一保护层的杨氏模数大于第二保护层的杨氏模数。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层在基板上的高度小于等于微型发光二极管在基板上的高度的0.5倍。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管包括发光层，第二保护层在基板上的高度小于发光层在基板上的高度。
微型发光二极管在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管的外侧壁的第一部分的粗糙度小于第二部分的粗糙度。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层在基板上的高度大于等于第一保护层在基板上的高度。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层还配置于微型发光二极管的底面，而介于微型发光二极管与基板之间。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层为不透光层。
基于上述，本发明的微型发光二极管装置的第一保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第一部分，第二保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第二部分、位于第一保护层与基板之间的间隙内，且覆盖部分的第一保护层。因此，本发明的微型发光二极管装置可被良好地保护。这样上窄下宽的设计可使得后续连接至微型发光二极管的线路能够沿着第一保护层与第二保护层的外缘分布，而能对线路提供缓冲的效果，以降低线路断裂的机率。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。
图2是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。
图3是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。
图4是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。
图5是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。
附图标记说明：
θ1、θ2：夹角；
h1、h2、h3：高度；
W1、W2：厚度；
10：基板；
20、22：线路；
100、100a、100b、100c、100d：微型发光二极管装置；
110：微型发光二极管；
111：第一型半导体层；
112：发光层；
113：第二型半导体层；
115：外侧壁；
116：第一部分；
117：第二部分；
120：第一型电极；
125、125d：第二型电极；
130：第一保护层；
140、140a、140b、140c：第二保护层。
具体实施方式
本发明的实施例的微型发光二极管所描述的微型发光二极管，在此所用“微型”元件意指可具有1微米至100微米的尺寸。在一些实施例中，微型元件可具有20微米、10微米或5微米之一最大宽度。在一些实施例中，微型元件可具有小于20微米、10微米或5微米之一最大高度。然应理解本发明的实施例不必限于此，某些实施例的方式当可应用到更大也许更小的尺度。基板例如可为显示基板、发光基板、具薄膜晶体管或集成电路(ICs)等功能元件的基板或其他类型的电路基板，但不以此为限。虽然本发明的一些实施例特定于描述包含p-n二极管的微型发光二极管，但应理解本发明的实施例不限于此，某些实施例也可应用到其他微型发光二极管，包括具光子功能的微型发光二极管(例如激光二极管、光电二极管)。
图1是依照本发明的一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图1，本实施例的微型发光二极管装置100例如为微型发光二极管显示器(micro LEDdisplay)，可包含其他组件。此等其他组件包含(但不限于)：存储装置、触控屏幕控制器及电池。在其他实施方案中，微型发光二极管显示器可为电视机、平板电脑、电话、笔记本电脑、电脑监视器、独立式终端机服务台、数字相机、手持游戏控制台、媒体显示器、电子书显示器、车用显示器或大面积电子看板显示器。微型发光二极管装置100包括基板10。基板10为线路基板，而线路基板例如是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)基板、硅基液晶(LiquidCrystal on Silicon，LCOS)基板、薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)基板或其他具有工作电路的基板。基板10也可以软性基板，其材料包含聚酯树脂(polyester resin；PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthalate；PEN)或聚酰亚胺(polyimide；PI)。
微型发光二极管装置100包括微型发光二极管110、第一保护层130及第二保护层140。微型发光二极管110适于设置于基板10上。
在本实施例中，微型发光二极管110包括依序堆叠的第一型半导体层111(例如是N型半导体层)、发光层112及第二型半导体层113(例如是P型半导体层)。微型发光二极管110的磊晶结构的厚度以1微米至6微米为佳，太厚或太薄都将影响后续制程的良率。第一型半导体层111的厚度可大于第二型半导体层113的厚度，其中第一型半导体层111的厚度介于1微米至5微米之间，发光层112的厚度介于0.1微米至1微米之间，而第二型半导体层113的厚度介于0.1微米至0.5微米之间，但并不以为限。
另外，在本实施例中，微型发光二极管110例如是以水平式发光二极管为例。第一型半导体层111的长宽大于第二型半导体层113的长宽。也就是说，微型发光二极管110由剖面图来看为梯型结构。此处，第一型半导体层111与第二型半导体层113的最大宽度差值介于0微米至5微米之间，能弹性的应用于后续的设计中。当然，在其他实施例中，微型发光二极管110也可以是垂直式发光二极管。
微型发光二极管装置100还包括第一型电极120与第二型电极125，分别接触且电性连接第一型半导体层111与第二型半导体层113，由系由高功函数金属(例如：铂、镍、钛、金、铬、上述的合金及上述材料的组合)、金属氧化物(如氧化铟锡及氧化锌)或是导电的非金属材料如导电高分子、石墨、石墨烯及黑磷形成。
第一保护层130配置于微型发光二极管110的外侧壁115的第一部分116，且与基板10具有间隙。第二保护层140配置于微型发光二极管110的外侧壁115的第二部分117。第二保护层140位于第一保护层130与基板10之间的间隙内且覆盖部分的第一保护层130。在本实施例中，第二保护层140覆盖第一保护层130在垂直侧面的一部分，但第二保护层140覆盖第一保护层130的范围不以此为限制。
在本实施例中，由于微型发光二极管110为水平式发光二极管，第一型电极120与第二型电极125位于微型发光二极管110的顶面，第二保护层140所配置于外侧壁115的第二部分117靠近微型发光二极管110的底面，而远离第一型电极120及第二型电极125。当然，在其他实施例中，若微型发光二极管110为垂直式发光二极管，第二保护层140也可以靠近连接于第一型半导体层111的第一型电极120。
要说明的是，在本实施例中，第一保护层130在外侧壁115上的最大厚度W1与第二保护层140在外侧壁115上的最大厚度W2的比值小于等于0.2。这样可使得第一保护层130与第二保护层140呈现上窄下宽的设计，而让连接于第一型电极120与第二型电极125的线路22、20能够沿着第一保护层130与第二保护层140的外缘分布，下降至基板10上，而能对线路20、22提供缓冲的效果，以降低线路20、22断裂的机率，使微型发光二极管10能通过线路20、22与基板10电性连接。
在本实施例中，第二保护层140呈坡状。也就是说，图1的左右两侧的第二保护层140在基板10上的宽度随着远离第一保护层130的方向渐增，且在最靠近基板10的部位的宽度(也就是标示W2处)为最大。因此，第二保护层140在接触基板10的坡脚部位的外轮廓切线与基板10之间的夹角θ1为锐角，且第二保护层140在接触第一保护层130的坡顶部位的外轮廓切线与第一保护层130之间的夹角θ2为锐角。这样的设计可使得线路20、22能够沿着第一保护层130与第二保护层140f的外缘缓降。换句话说，线路20、22可较缓地爬上第一保护层130与第二保护层140f的外缘。更佳的，θ1的角度小于等于45度，θ2的角度大于等于45度，可提高线路20、22的制程良率。
当然，在一未示出的实施例中，第二保护层140也可以是平台状，而使得第一保护层130与第二保护层140也可以呈现阶梯的形式，第二保护层140的形状不以上述为限制。
此外，在本实施例中，微型发光二极管110的外侧壁115的第一部分116的粗糙度小于第二部分117的粗糙度。因此，微型发光二极管110在外侧壁115的第二部分117会具有较大的粗糙度。较大的粗糙度也能提供第二保护层140较佳的抓固力。
此外，由于微型发光二极管110在接合于基板10上的过程中会加热，微型发光二极管110在外侧壁115的第二部分117具有较大的粗糙度还可提供较多的空间供软化的第二保护层140填入，而提升缓冲效果。
值得一提的是，第一保护层130的材质不同于第二保护层140的材质。在本实施例中，第一保护层130的材料可为无机材料，例如包括二氧化硅。第二保护层140可为有机材料，例如有机高分子层、感光层或感热层。更具体地说，第二保护层140的材料例如包括环氧树脂。当然，在一实施例中，第二保护层140也可以是不透光层，例如是掺杂有反射粒子或是包括黑色光阻层，而能够帮助正向出光。另外，在一实施例中，第一保护层130例如是透光层，第二保护层140例如是不透光层，以控制侧向出光的幅度。当然，第一保护层130的材料与第二保护层140的材料不以此为限制。
在本实施例中，第一保护层130的杨氏模数大于第二保护层140的杨氏模数，而使得第一保护层可以提供微型发光元极体较佳的保护，而第二保护层140能够提供较佳的缓冲性，以降低微型发光二极管110在接合过程中损坏的机率。
要说明的是，为了使微型发光二极管装置100仍具有一定强度的保护，第二保护层140在基板10上的高度h1小于等于微型发光二极管110在基板10上的高度h2的0.5倍，以在缓冲效果与保护强度之间取得平衡。此外，在本实施例中，第二保护层140在基板10上的高度h1小于发光层112在基板10上的高度h3，避免影响侧向出光。
图2是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图2，图2的微型发光二极管装置100a与图1的微型发光二极管装置100的主要差异在于，在本实施例中，第二保护层140a在基板10上的高度等于第一保护层130在基板10上的高度。也就是说，第二保护层140a的顶面可以是齐平于第一保护层130的顶面。线路20、22沿着第一保护层130的顶面延伸且沿着第二保护层140a的外轮廓向斜下方延伸。
图3是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图3，图3的微型发光二极管装置100b与图1的微型发光二极管装置100的主要差异在于，在本实施例中，第二保护层140b在基板10上的高度大于第一保护层130在基板10上的高度。换句话说，第二保护层140b也可以覆盖在第一保护层130的至少部分顶面。在这样的实施方式中，线路20、22可以是仅沿着第二保护层140b的表面先水平延伸再向斜下方延伸，而不一定会接触到第一保护层130。此处，第二保护层140b的表面分别齐平于第一型电极120与第二型电极125的表面，可让后续配置的线路20、22有更佳的制程良率。
图4是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图4，图4的微型发光二极管装置100c与图1的微型发光二极管装置100的主要差异在于，在本实施例中，第二保护层140c还配置于微型发光二极管110的底面，而介于微型发光二极管110与基板10之间，而提供更佳的缓冲效果，以降低微型发光二极管装置100c在接合至基板10的过程中，微型发光二极管装置100c受压损坏的机率。
值得一提的是，在一未示出的实施例中，第二保护层140c在对应于微型发光二极管110的底面的部位可具有孔洞，孔洞占微型发光二极管110的底面的面积介于10％至90％之间，例如是30％至60％之间。在一实施例中，孔洞可以是随机排列或是呈阵列排列。设计者可视需求调整孔洞的数量与位置，以因应温度变化或是在特定位置上提供特殊的缓冲效果。第二保护层140b上设有孔洞可降低因温度变化产生的热胀冷缩，而造成微型发光二极管装置100c变形龟裂的机率。
此外，第二保护层140c在微型发光二极管110的底面下方的部位的厚度可依据需求调整。举例来说，例如是发出不同颜色(红、蓝、绿)的微型发光二极管110的高度可能会不同，若欲使这些发出不同颜色(红、蓝、绿)的微型发光二极管110的出光面等高，设计者可通过采用不同厚度的第二保护层140c而使这些微型发光二极管装置100c能够在基板10上的高度相同。
图5是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图5，图5的微型发光二极管显示装置100d与图1的微型发光二极管装置100的主要差异在于，在本实施例中，第二型电极125d低于第一保护层130的表面，且配置第一保护层130间，可使线路20配置于第一保护层130和第二型电极125d形成的凹槽间，而使线路20在电性连接到第二型电极125d有更好的电性连接，以增加降低发光二极管显示装置100d的良率。
综上所述，本发明的微型发光二极管装置的第一保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第一部分，第二保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第二部分、位于第一保护层与基板之间的间隙内，且覆盖部分的第一保护层。因此，本发明的微型发光二极管装置可被良好地保护。此外，第一保护层的材质不同于第二保护层的材质，而能够对微型发光二极管提供不同的保护效果。第一保护层在外侧壁上的最大厚度与第二保护层在外侧壁上的最大厚度的比值小于等于0.2。这样上窄下宽的设计可使得后续连接至微型发光二极管的线路能够沿着第一保护层与第二保护层的外缘分布，而能对线路提供缓冲的效果，以降低线路断裂的机率。
此外，与一般的发光二极管技术相比，微型发光二极管从毫米级降至微米级，因此微型发光二极管显示器能达高解析度，并能够降低显示的电力消耗，更具节能、机构简单、薄型等优势。
Claims (12)
1.一种微型发光二极管装置，其特征在于，包括：
基板；
微型发光二极管，适于设置于所述基板上；
第一保护层，配置于所述微型发光二极管的外侧壁的第一部分，且与所述基板具有间隙；以及
第二保护层，配置于所述微型发光二极管的所述外侧壁的第二部分，所述第二保护层位于所述第一保护层与所述基板之间的所述间隙内且覆盖部分的所述第一保护层，且所述第一保护层在所述外侧壁上的最大厚度小于所述第二保护层在所述外侧壁上的最大厚度。
2.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第一保护层在所述外侧壁上的最大厚度与所述第二保护层在所述外侧壁上的最大厚度的比值小于等于0.2。
3.根据权利要求2所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层在所述基板上的宽度随着远离所述第一保护层的方向渐增。
4.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层在接触所述基板的坡脚部位的外轮廓切线与所述基板之间的夹角为锐角，且所述第二保护层在接触所述第一保护层的坡顶部位的外轮廓切线与所述第一保护层之间的夹角为锐角。
5.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第一保护层的材质不同于所述第二保护层的材质。
6.根据权利要求5所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第一保护层的杨氏模数大于所述第二保护层的杨氏模数。
7.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层在所述基板上的高度小于等于所述微型发光二极管在所述基板上的高度的0.5倍。
8.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述微型发光二极管包括发光层，所述第二保护层在所述基板上的高度小于所述发光层在所述基板上的高度。
9.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述微型发光二极管的所述外侧壁的所述第一部分的粗糙度小于所述第二部分的粗糙度。
10.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层在基板上的高度大于等于所述第一保护层在所述基板上的高度。
11.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层还配置于所述微型发光二极管的底面，而介于所述微型发光二极管与所述基板之间。
12.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层为不透光层。
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