CN112992877A - 倒装发光二极管及其制造方法与背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明系一种倒装发光二极管及其制造方法，包括基板、P‑N二极管、第一反射层、导光层及第二反射层，基板之一侧设置P‑N二极管，导光层设置于基板相对于P‑N二极管层之一侧，导光层具有光路调整面，光路调整面与基板之间具有夹角，第二反射层设置在光路调整面上，第一反射层设置在P‑N二极管相对于基板的一侧，P‑N二极管所发出的光线在第一反射层及第二反射层之间反射，并朝向第一反射层及第二反射层之间的二侧面出光。

Description

倒装发光二极管及其制造方法与背光模组

技术领域

本发明有关于发光二极管，尤指一种倒装发光二极管及其制造方法与背光模组。

背景技术

传统发光二极管(Light Emitting Diode，简称：LED)已经广泛应用于照明或显示面板的背光模组之中。以显示面板的背光模组而言，又区分为侧入式背光模组与直下式背光模组。

请参阅图1所示，侧入式背光模组系将正装发光二极管10设置在显示面板11的侧面，使得正装发光二极管10的光源由导光板12引导，同时由导光板12面对背面的反射片13，将发光二极管10的光源反射朝向背光膜材11。

由于，侧入式背光模组不具有区域调光之功能，使得对比度较差，而且在显示面板的边缘会有明显的漏光，因此，许多的显示面板采用直下式背光模组，尤其是使用倒装发光二极管作为直下式背光模组的光源，请参阅图2所示，直下式背光模组系在背光膜材20的下方设置反射片21，而倒装发光二极管22设置在背光膜材20与反射片21之间，且倒装发光二极管22由侧面发出光源，再由反射片21将倒装发光二极管22的光源反射朝向背光膜材20，藉以提高背光模组的亮度及色度的均匀性。

请参阅图3所示，前述的倒装发光二极管22由上至下依序包括第一反射层220、基板221、N型半导体层222、发光层223、P型半导体层224、第二反射层225，并且在N型半导体层222底面于相邻发光层223、P型半导体层224、第二反射层225的侧边设有负电极226，第二反射层225的底面设有正电极227，在且负电极226周围延伸到第二反射层225接近正电极227的位置设有绝缘层228，当负电极226及正电极227导通时，N型半导体层222及P型半导体层224产生的电子及电洞，将在发光层223结合而产生出相应波长的光源。

但是传统的第一反射层220与第二反射层225之间呈现平行，造成倒装发光二极管22之光源在第一反射层220与第二反射层225之间反复地绕射，进一步而言，光源在倒装发光二极管的内部中绕射太久时间，导致出光效率太低，而且会产生高热，故有必要针对此些问题进行改善。

发明内容

有鉴于先前技术的问题，本发明之目的为减少光源在倒装发光二极管内部绕射时间，避免倒装发光二极管产生高热，并且达到让光源快速地从侧面出光的目的。

根据本发明之目的，为提供一种倒装发光二极管，包括基板、P-N二极管、第一反射层、导光层及第二反射层，P-N二极管设置在基板之一侧，第一反射层设置在P-N二极管相对基板的一侧，导光层设置在基板相对于P-N二极管层之一侧，导光层背对基板的一面设有光路调整面，第二反射层设置在光路调整面上，P-N二极管所发出的光线在该第一反射层及该第二反射层之间反射，并朝向该倒装发光二极管的侧面出光。

其中，P-N二极管自基板到第一反射层之间，系包括N型半导体层、P型半导体层及发光层，发光层在P型半导体层与N型半导体层的导电之状态发出的光线，并在第一反射层及第二反射层之间反射，且朝向倒装发光二极管的侧面出光。

其中，倒装发光二极管尚包括负电极、正电极及绝缘层，其中负电极设置在N型半导体层的底面相邻发光层、P型半导体层、第一反射层的位置，正电极设在第一反射层的底部，绝缘层设在负电极的周围，并沿着第一反射层的底部延伸到接近正电极的位置。

其中，基板系为蓝宝石(sapphire)基板，组成为氧化铝(Al2O3)。

其中，第一反射层系为分布式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector)。

其中，光路调整面为固定斜率的斜面，令导光层形成倒锥形体，或者光路调整面为渐变曲率的曲面，令导光层形成连续曲面体，且光路调整面的中央位置的切线之法线与光路调整面的任一位置的切线之法线具有夹角。

其中，导光层于基板的投影面积大于基板，导光层中间位置的厚度为基板、P-N二极管及第一反射层的总和厚度的十分之一，进一步约为10～20微米(10～20μm)，又导光层两侧边缘的厚度与导光层中间位置的厚度之厚度差约为基板、P-N二极管及第一反射层的总和厚度的四分之一，进一步约为10～50微米(10～50μm)。

根据本发明的目的，系一种背光模组，系包括复数个前述的倒装发光二极管、电路板、背光膜材，各倒装发光二极管系夹设在电路板与背光膜材之间，并在各倒装发光二极管上设置保护层，且各倒装发光二极管连接电路板。

根据本发明之目的，系提供一种倒装发光二极管之制造方法，包括下列步骤，提供一待制品，待制品包括一基板、复数个P-N二极管及复数个第一反射层，其中各P-N二极管设置在基板之一侧，各第一反射层分别设置在其中一个P-N二极管相对于基板的一侧，在基板相对于各P-N二极管之一侧制作导光层，各导光层相对基板的一侧为光路调整面，以及沿着光路调整面制作第二反射层，切割各导光层及其相对应的第二反射层直到基板面对各P-N二极管的一面为止，形成复数个倒装发光二极管。

其中，制作导光层的步骤进一步包括：将光阻涂布在基板相对于P-N二极管之一侧，对光阻进行曝光，且对光阻的曝光强度分布系分别对应各P-N二极管的位置进行调整，对光阻进行显影，完成显影后光阻即形成导光层，并导光层在背对各P-N二极管分别形成光路调整面，且光路调整面与基板之间具有夹角。

其中，在进行曝光的过程中，对光阻的曝光强度分布系针对各P-N二极管的中央往两侧渐变，对光阻进行显影，完成显影后光阻即形成导光层，且导光层在背对各P-N二极管形成光路调整面，各光路调整面的厚度以相对各P-N二极管中央到两侧逐渐增厚。

其中，光阻为正型光刻胶，而当对光阻进行曝光时，系以半调色掩膜板设置在光源与光阻之间，利用半调色掩膜板调整光源的曝光强度从相对各P-N二极管的中央往两侧逐渐减弱。

其中，光阻为负型光刻胶，而当对光阻进行曝光时，系以半调色掩膜板设置在光源与光阻之间，利用半调色掩膜板调整光源的曝光强度从相对各P-N二极管的中央往两侧逐渐增强。

其中，切割为使用雷射切割机进行切割。

据上所述，与第一反射层与第二反射层将发光层所发出的光源朝向侧面，减少光源在与第一反射层与第二反射层之间来回绕射，使得光源快速地朝向倒装发光二极管的侧面出光。此外，本发明系在倒装发光二极管增设一个导光层，其余的制程皆与传统的倒装发光二极管，故本发明在较低程度的流程就可以达到最佳的侧面出光效果。

附图说明

图1为传统侧入式背光模组的示意图。

图2为传统直下式背光模组的示意图。

图3为传统倒装发光二极管的示意图。

图4为本发明的倒装发光二极管的示意图。

图5为本发明的第一实施例的倒装发光二极管的示意图。

图6为本发明的第二实施例的倒装发光二极管的示意图。

图7为本发明的背光模组的示意图。

图8为本发明的侧光式倒装发光二极管的制作流程示意图。

附图标记：

10：正装发光二极管

11、20、5：背光膜材

12：导光板

13、21：反射片

22、3：倒装发光二极管

220、34：第二反射层

221、30：基板

31：P-N二极管

222、310：N型半导体层

223、312：发光层

224、311：P型半导体层

225、32：第一反射层

33：导光层

330：光路调整面

226、35：负电极

227、36：正电极

228、37：绝缘层

38：保护层

4：电路板

5：背光膜材

6：待制品

7：光阻

8：半调色掩膜板

9：雷射切割器

θ：夹角

H1：导光层两侧边缘的厚度

H2：导光层中间位置的厚度

S101～S104：步骤

S1021～S1023：步骤

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。

请参阅图4所示，本发明系一种倒装发光二极管，包括基板30、P-N二极管31、第一反射层32、导光层33及第二反射层34，P-N二极管31设置在基板30之一侧，第一反射层32设置在P-N二极管31相对基板30的一侧，导光层33设置在基板30相对于P-N二极管31层之一侧，导光层33背对基板30的一面设有光路调整面330，第二反射层34设置在光路调整面330上，即形成倒装发光二极管3，P-N二极管31所发出的光线在该第一反射层32及该第二反射层34之间反射，并朝向倒装发光二极管3的侧面出光。如此，即可解决传统倒装发光二极管来回反复绕射但是不易从侧面出光的问题，由于可以快速地出光也进一步解决传统倒装发光二极管产生高热的问题。

在本发明中，请参阅图5所示，P-N二极管31自基板30到第一反射层32之间，系包括N型半导体层310、P型半导体层311及发光层312，其中N型半导体层310与P型半导体层311之间夹设发光层312，发光层312在N型半导体层310与P型半导体层311的导电之状态发出的光线，并在第一反射层32及第二反射层34之间反射，且朝向第一反射层32及第二反射层34之间的侧面出光。

在本发明中，请参阅图5所示，倒装发光二极管3尚包括负电极35、正电极36及绝缘层37，其中负电极35设置在N型半导体层310的底面相邻发光层312、P型半导体层311、第一反射层32的位置，正电极36设在第一反射层32的底部，绝缘层37设在负电极35的周围，并沿着第一反射层32的底部延伸到接近正电极36的位置。

据上所述，当导通负电极35及正电极36时，N型半导体层310及P型半导体层311产生的电子及电洞，电子及电洞将在发光层312结合，而在发光层312产生出相应波长的光源，此光源将在第一反射层32与第二反射层34之间反射，并朝向倒装发光二极管3的侧面出光。

在本发明中，倒装发光二极管3系为迷你发光二极管(Mini LED)，其厚度约为200微米(200μm)，基板30系为蓝宝石(sapphire)基板30，组成为氧化铝(Al2O3)，N型半导体层310为N型氮化镓(N-GaN)半导体层，P型半导体层311为P型氮化镓(P-GaN)半导体层。第二反射层34系为分布式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector)，发光层312系为多量子井(Multiple Quantum Well，简称：MQW)。

在本发明中，请参阅图6所示，光路调整面330为固定斜率的斜面，令导光层33形成倒锥形体，或者光路调整面330为渐变曲率的曲面，令导光层33形成连续曲面体(如图5所示)，且光路调整面330的中央位置的切线之法线与光路调整面330的任一位置的切线之法线具有夹角θ(如图4所示)，但本发明在实际实施时，并不限于此，举凡光路调整面330之形状可以使得光源快速被反射出光者，皆属于本发明所称之光路调整面330。第二反射层34可为银薄膜、铝薄膜、银化合物薄膜或铝化合物薄膜，但本发明于实际实施时，并不限于此，举凡可以将光源反射到第一反射层3231之任一种具有反射能力之薄膜，皆属于本发明所称之第二反射层34。

由于，若导光层33于基板30的投影面积与基板30相等，光源可能会由基板30与导光层33的位置漏光，甚至于导光层33于基板30的投影面积小于基板30，光源会朝向基板30的方向直接出光，因此，在本发明中，导光层33于基板30的投影面积大于基板30，将使得导光层33完全遮住基板30，而且导光层33突出基板的部分就如同帽子的帽沿，使得倒装发光二极管3朝向基板30的方向出光的部分，可以被导光层33上所设置的第二反射层34反侧，而可以减少或完全解决漏光或直接出光的问题。又，导光层33两侧边缘的厚度(H1)与导光层33中间位置的厚度(H2)之厚度差约为基板30、P-N二极管31及第一反射层32的总和厚度的四分之一(意即约小于倒装发光二极管3的四分之一)，进一步约为10～50微米(10～20μm)，导光层33中间位置的厚度(H2)为基板30、P-N二极管31及第一反射层32的总和厚度的十分之一(意即约为倒装发光二极管3的十分之一)，进一步约为10～20微米(10～20μm)。

请参阅图7所示，本发明系一种背光模组，系包括复数个前述的倒装发光二极管3、电路板4、背光膜材5，各倒装发光二极管3系夹设在电路板4与背光膜材5之间，其中倒装发光二极管3系为裸晶，为了避免损坏，各倒装发光二极管3上设置保护层38，且各倒装发光二极管3连接电路板4。如此，当电路板4可以传送电力及输出驱动讯号到各倒装发光二极管3，使得各倒装发光二极管3朝向背光膜材5发光，并且倒装发光二极管3的光源可以有效地且均匀地朝向背光膜材5的方向发光。

请参阅图8所示，本发明系一种倒装发光二极管之制造方法，包括下列步骤：

(S101)提供一待制品6，待制品包括一基板30、复数个P-N二极管31及复数个第一反射层32，其中各P-N二极管31设置在基板30之一侧，各第一反射层32分别设置在其中一个P-N二极管31相对于基板30的一侧；

(S102)在基板30相对于各P-N二极管31之一侧制作导光层33，各导光层33相对基板30的一侧为光路调整面330；

(S103)沿着光路调整面330制作第二反射层34；以及

(S104)切割各导光层33及其相对应的第二反射层34直到基板30面对各P-N二极管31的一面为止，形成复数个倒装发光二极管。

综上所述，本发明的倒装发光二极管系在原本的传统制程上增加制作导光层33，并未增加太多额外的制程及生产时间，但是可以大幅提高倒装发光二极管从侧面出光的效率。

在本发明中，制作导光层33的步骤进一步包括：

(S1021)将光阻7涂布在基板30相对于P-N二极管31之一侧；

(S1022)对光阻7进行曝光，且对光阻7的曝光强度分布系分别对应各P-N二极管31的位置进行调整；

(S1023)对光阻7进行显影，完成显影后光阻7即形成导光层33，并导光层33在背对各P-N二极管31分别形成光路调整面330，且光路调整面330与基板30之间具有夹角。

在本发明中，在进行曝光的过程中，对光阻7的曝光强度分布系针对各P-N二极管31的中央往两侧渐变，对光阻7进行显影，完成显影后光阻7即形成导光层33，且导光层33在背对各P-N二极管31形成光路调整面330，各光路调整面330的厚度以相对各P-N二极管31中央到两侧逐渐增厚。

在本发明中，光阻7为正型光刻胶，而当对光阻7进行曝光时，系以半调色掩膜板8设置在光源与光阻7之间，利用半调色掩膜板8调整光源的曝光强度从相对各P-N二极管31的中央往两侧逐渐减弱。光阻7为负型光刻胶，而当对光阻7进行曝光时，系以半调色掩膜板8设置在光源与光阻7之间，利用半调色掩膜板8调整光源的曝光强度从相对各P-N二极管31的中央往两侧逐渐增强。其中切割为使用雷射切割机9进行切割。

综上所述，发光层312所发出的光源从第一反射层31与第二反射层34之间反射直到从倒装发光二极管3的侧面出光，减少光源在倒装发光二极管3内部来回绕射，进而可以增加发光效率，同时减少产生热能。再者，本发明仅增设一个导光层33的制作流程，其余的制程皆与传统的倒装发光二极管3雷同，故本发明在较低程度的流程就可以达到最佳的侧面出光效果。

上列详细说明系针对本发明的可行实施例之具体说明，惟前述的实施例并非用以限制本发明之专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本案之专利范围中。

Claims (17)

1.一种倒装发光二极管，其特征在于，包括：

基板；

P-N二极管，设置在所述基板的一侧；

第一反射层，设置在所述P-N二极管相对所述基板的一侧；

导光层，设置在基板相对于P-N二极管层的一侧，所述导光层背对所述基板的一面设有光路调整面；以及

第二反射层，设置在所述光路调整面上；

其中，所述P-N二极管所发出的光线在所述第一反射层及所述第二反射层之间反射，并朝向所述倒装发光二极管的侧面出光。

2.如权利要求1所述的倒装发光二极管，其中所述P-N二极管包括：

P型半导体层，设在所述第一反射层面对所述基板的一面；

N型半导体层，设在所述基板面对所述第一反射层的一面；以及

发光层，所述P型半导体层与所述N型半导体层之间夹设所述发光层，所述发光层在所述P型半导体层与所述N型半导体层的导电的状态发出的光线，并在所述第一反射层及所述第二反射层之间反射，且朝向所述第一反射层及所述第二反射层之间的二侧面出光。

3.如权利要求2所述的倒装发光二极管，其中尚包括：

负电极，设在所述N型半导体层的底面相邻所述发光层、所述P型半导体层、所述第一反射层的位置；

正电极，所述正电极设在所述第一反射层的底部；以及

绝缘层，设在所述负电极的周围，并沿着所述第一反射层的底部延伸到接近所述正电极的位置。

4.如权利要求1所述的倒装发光二极管，其中所述第一反射层为分布式布拉格反射器。

5.如权利要求1所述的倒装发光二极管，其中所述光路调整面为固定斜率的斜面，令所述导光层形成倒锥形体。

6.如权利要求1所述的倒装发光二极管，其中所述光路调整面为渐变曲率的曲面，令所述导光层形成连续曲面体，所述光路调整面的中央位置的切线之法线与所述光路调整面的任一位置的切线的法线具有夹角。

7.如权利要求1所述的倒装发光二极管，其中所述导光层于所述基板的投影面积大于所述基板。

8.如权利要求2所述的倒装发光二极管，其中所述导光层中间位置的厚度为所述基板、所述P-N二极管及所述第一反射层的总和厚度的十分之一。

9.如权利要求8所述的倒装发光二极管，其中所述导光层中间位置的厚度为10～20微米。

10.如权利要求2所述的倒装发光二极管，其中所述导光层两侧边缘的厚度与所述导光层中间位置的厚度的厚度差为所述基板、所述P-N二极管及所述第一反射层的总和厚度的四分之一。

11.如权利要求10所述的倒装发光二极管，其中所述导光层两侧边缘的厚度与所述导光层中间位置的厚度之厚度差为10～50微米。

12.一种背光模组，其特征在于，包括：

电路板；

背光膜材；以及

复数个如权利要求1～11任一项所述的倒装发光二极管；

其中，各所述倒装发光二极管夹设在所述电路板与所述背光膜材之间，并在各所述倒装发光二极管上设置保护层，且各所述倒装发光二极管连接所述电路板。

13.一种倒装发光二极管的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供一待制品，待制品包括基板、复数个P-N二极管及复数个第一反射层，其中各所述P-N二极管设置在所述基板的一侧，各所述第一反射层分别设置在其中一个所述P-N二极管相对于所述基板的一侧；

在所述基板相对于各所述P-N二极管的一侧制作导光层，各导光层相对基板的一侧为光路调整面；以及

沿着所述光路调整面制作第二反射层；

切割各所述导光层及其相对应的所述第二反射层直到所述基板面对各所述P-N二极管的一面为止，分别形成一倒装发光二极管。

14.如权利要求13所述的倒装发光二极管之制造方法，其中制作所述导光层的步骤包括：

将光阻涂布在所述基板相对于所述P-N二极管的一侧，对所述光阻进行曝光，且对所述光阻的曝光强度分布分别对应各所述P-N二极管的位置进行调整；以及

对所述光阻进行显影，完成显影后所述光阻即形成所述导光层，且所述导光层在背对各所述P-N二极管分别形成所述光路调整面，又所述光路调整面与基板之间具有夹角。

15.如权利要求14所述的倒装发光二极管的制造方法，其中在进行曝光的过程中，对所述光阻的曝光强度分布为针对各所述P-N二极管的中央往两侧渐变，完成显影后所述导光层在背对各所述P-N二极管的一侧形成所述光路调整面，各所述光路调整面的厚度以相对各所述P-N二极管中央到两侧逐渐增厚。

16.如权利要求15所述的倒装发光二极管的制造方法，其中所述光阻为正型光刻胶，而当对所述正型光刻胶进行曝光时，以半调色掩膜板设置在光源与所述正型光刻胶之间，利用所述半调色掩膜板调整所述光源的曝光强度从相对各所述P-N二极管的中央往两侧逐渐减弱。

17.如权利要求15所述的倒装发光二极管的制造方法，其中所述光阻为负型光刻胶，而当对负型光刻胶进行曝光时，以半调色掩膜板设置在光源与所述负型光刻胶之间，利用半调色掩膜板调整所述光源的曝光强度从相对各所述P-N二极管的中央往两侧逐渐增强。

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