TW201301588A - 大發光面積的發光二極體晶粒及其封裝結構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種大發光面積的發光二極體封裝結構，包含封裝基板、發光二極體晶粒，及透明導電膜，封裝基板包括與外部電路電連接的第一、第二導墊，發光二極體晶粒設置於第一導墊上並包括可發光的發光本體，及形成在發光本體側周面的絕緣壁，透明導電膜形成在發光二極體晶粒的頂面並延伸至第二導墊，藉絕緣壁的隔離使第一導墊、發光二極體晶粒、透明導電膜與第二導墊間形成電通路，本發明的發光二極體晶粒不需再設置會遮蔽光線的導電電極，同時封裝時也不需傳統的金屬導線，而可大幅減少遮光、提升整體發光面積。

Description

大發光面積的發光二極體晶粒及其封裝結構

本發明是有關於一種發光二極體封裝結構，特別是指一種無遮光的大發光面積的發光二極體封裝結構。

發光二極體((light emitting diode,簡稱LED)因具有體積小、結構穩固、反應時間快、冷光束等優點而大量運用在照明及顯示器背光模組的技術中，尤其在環保節能的現代，發光二極體節能、低汙染的優勢更加被市場所重視，因此，提升發光二極體發光亮度、增進光輸出效率是現今業界與學界主要的研究目標。

參閱圖1，目前的發光二極體封裝結構包含一封裝基板1、一固晶於該封裝基板1的發光二極體晶粒(LED chip)2，及二分別電連接該封裝基板1與發光二極體晶粒2的金線3。

該封裝基板1包括二間隔設置且分別與外部電路(圖未示)電連接的支架11。

該發光二極體晶粒2固著於該封裝基板1的其中一支架11上，並包括一磊晶基板21、一發光本體22，及二電極23。基於一般使用氮化鎵系(Gallium Nitride-based;GaN-based)半導體磊晶的品質考量，該磊晶基板21材質是以藍寶石(Sapphire)構成。該發光本體22由氮化鎵系半導體材料於該磊晶基板21上形成，並具有一具n型半導體性質的第一披覆層221(n-cladding layer)、一形成在該第一披覆層221上的發光層222、一形成在該發光層222上並具p型半導體性質的第二披覆層223(p-cladding layer)。該二電極23分別設置於該第一披覆層221與第二披覆層223上，並與該第一披覆層221與第二披覆層223相電連接。

補充說明的是，目前的發光二極體晶粒2的第二披覆層223上通常還會具有一層主要由金屬氧化物構成且讓進入該發光本體22的電流更為均勻分布的電流分流層(current-spreading layer)，由於該電流分流層構成已為業界所周知，且與本發明重點無關，故略過不述。

該二金線3利用打線技術(wire bonding)分別電連接該等電極23與該等支架11，藉由該等支架11、金線3，與該發光二極體晶粒2的二電極23所形成的電通路，而讓外部電路可對該發光二極體晶粒2的發光本體22提供電能，進而使得該發光層222將接受的電能轉換為光能向外界發光。

上述的發光二極體封裝結構有兩個主要的問題，一是為了良好的導電效率，該發光二極體晶粒2的二電極23是由不透光的金屬或合金所形成，而遮蔽了部分由該發光層222朝外射出的光線，同時，因應此等具電極23的發光二極體晶粒2的結構所採用的金線3本身也阻礙了光線向外射出的行進路徑；另一問題是該二電極23設置的位置使該發光二極體晶粒2的發光本體22中的電流傳送無法呈現良好的垂直電流通路，而導致發光效率不佳。

因此，如何提高該發光二極體封裝結構的整體出光面積，以及增加發光亮度是本發明研究重點。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以提升發光面積與增加光輸出效率的大發光面積的發光二極體封裝結構。

於是，本發明大發光面積的發光二極體封裝結構，包含一封裝基板、一發光二極體晶粒，及一透明導電膜。

該封裝基板包括相間隔設置並分別與外部電路電連接的一第一導墊，與一第二導墊。

該發光二極體晶粒包括一設置於該封裝基板的第一導墊上並與該第一導墊形成電連接的發光本體，及一形成在該發光本體側周面的絕緣壁，該發光本體可在接受電能時轉換電能為光能而產生光。

較佳地，該絕緣壁為一透光的材料所構成而不會遮蔽由該發光本體側面射出的光線。

該透明導電膜形成在該發光二極體晶粒的頂面並延伸至該封裝基板的第二導墊，透過該透明導電膜使該發光二極體晶粒與該第二導墊形成電連接。

外部電路透過該第一、第二導墊、透明導電膜與該發光二極體晶粒之間的電連接向該發光本體提供電能，使得該發光本體釋放出光能而向外界發光。

本發明之功效在於：該發光二極體晶粒並無會遮光的電極設計，同時利用該透明導電膜配合該發光二極體晶粒之絕緣壁的隔離，使該第一導墊、發光二極體晶粒、透明導電膜與第二導墊間形成電通路來獲得外部電能而讓該發光本體產生光，大幅降低遮光效應、提升整體發光面積。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖2，本發明發光二極體封裝結構之較佳實施例包含一封裝基板4、一固晶於該封裝基板4上的發光二極體晶粒5，及一電連接該封裝基板4與該發光二極體晶粒5的透明導電膜6。

該封裝基板4包括相間隔設置並分別與外部電路(圖未示)電連接的一第一導墊41，與一第二導墊42。

該發光二極體晶粒5包括一在提供電能時能以光電效應產生光的發光本體51，及一形成在該發光本體51側周面的絕緣壁52。

該發光本體51具有一固著於該封裝基板4的第一導墊41上的電極層511，及一設置於該電極層511上的磊晶膜512。

該電極層511以具有良好導電性和高光反射特性的材質，例如鎳(Ni)、金(Au)、銀(Au)、鋁(Al)、鉑(Pt)、鈀(Pd)，或含此等金屬的合金等製作而成，並與該磊晶膜512形成歐姆接觸而同時作為承載該磊晶膜512的基板與對外連接的電極之用。

該磊晶膜512以氮化鎵系(GaN-based)半導體材料構成，並具有一具n形半導體性質的第一披覆層513(n-cladding layer)、一具p形半導體性質的第二披覆層515，及一夾設於該第一披覆層513與第二披覆層515之間的發光層514，並利用光電效應的原理使得該磊晶膜512在接受電能時發光。

該絕緣壁52是以一透光材料所形成，如氧化矽、氮氧化矽或氟化鎂等而不會遮蔽該發光本體側面發出的光，同時可以提供良好的絕緣功效。

更詳細地說，該發光二極體晶粒5是屬於電流垂直導通的結構，其製作過程是先在一以藍寶石(Sapphire)為主要構成的基板上以氮化鎵系(GaN-based)半導體材料磊晶形成該結晶良好的磊晶膜512，之後在該磊晶膜512上形成該電極層511，而該電極層511與該磊晶膜512即構成整個發光本體51，接著在該電極層511與該磊晶膜512的側周面形成該透光的絕緣壁52，最後移除基板而製作得到該發光二極體晶粒5。

由前述製作過程得到該發光二極體晶粒5後，則以例如覆晶技術(Flip chip)使該發光二極體晶粒5的電極層511電連接並固著於該封裝基板4的第一導墊41上。

該透明導電膜6則可利用蒸鍍或鍍濺等技術形成於該發光二極體晶粒5相反於該電極層511的頂面上，並延伸至該封裝基板4的第二導墊42，而使得該發光二極體晶粒5電連接於該第二導墊42，此外，該透明導電膜6可選自目前一般常用的氧化銦錫、氧化銦、氧化錫、氧化鎳、氧化鋅，或氧化鎂等透明且導電的金屬氧化物為材料，不僅可透光，也可使電流分布較均勻而有利於提升出光效果。

較佳地，該透明導電膜6厚度(以量測該發光二極體晶粒5頂面的透明導電膜6厚度為準)不小於200 nm以達到傳輸電流時降低電阻、構成良好電流通路的要求，若是膜厚太薄便容易使得導電時電阻過大、功率降低，且影響通過發光二極體晶粒5表面的電流分佈，使發光均勻度不佳。

更佳地，該透明導電膜6厚度不小於300 nm。

電流(圖未示)經由該第一導墊41、電極層511、磊晶膜512、透明導電膜6與第二導墊42所形成的電通路，將電能傳送至該發光二極體晶粒5的磊晶膜512中，且藉由該絕緣壁52的隔離而不會導致電流短路，該磊晶膜512接受電能後，將所得到的電能轉換成光能釋出而發光，值得注意的是，此電通路因該發光二極體晶粒5屬於電流垂直導通結構，所以呈現一良好的電流垂直分佈，而非習知水平電流結構，因此可降低操作電阻，提升發光效率。

由於本發明中圍繞於該磊晶膜512側周面的絕緣壁52，及位於該磊晶膜512頂面的該透明導電膜6皆為透光材質，故通電後，由該磊晶膜512發出且朝四面八方散射的光可不受遮蔽地從該發光二極體晶粒5頂面、側周面自由向外射出；不僅如此，該位於磊晶膜512底面的電極層511是以高光反射特性的材料構成，而可將由該磊晶膜512朝底面行進的光反射向外，而大幅增強本發明發光二極體封裝結構的發光亮度。

綜上所述，本發明的發光二極體封裝結構利用透明導電膜6的電連接，而不需要在該發光二極體晶粒5的磊晶膜512上形成會遮光的電極，同時還利用該發光二極體晶粒5的電極層511達到反射集光的功用，不僅降低該發光二極體晶粒5上遮光的面積又加強了整體發光強度與出光效果，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

4．．．封裝基板

41．．．第一導墊

42．．．第二導墊

5．．．發光二極體晶粒

51．．．發光本體

511．．．電極層

512．．．磊晶膜

513．．．第一披覆層

514．．．發光層

515．．．第二批覆層

52．．．絕緣層

6．．．透明導電膜

圖1是一剖視圖，說明目前的一發光二極體及其封裝結構；及

圖2是一剖視圖，說明本發明之發光二極體封裝結構的一較佳實施例。

4．．．封裝基板

41．．．第一導墊

42．．．第二導墊

5．．．發光二極體晶粒

51．．．發光本體

511．．．電極層

512．．．磊晶膜

513．．．第一披覆層

514．．．發光層

515．．．第二批覆層

52．．．絕緣層

6．．．透明導電膜

Claims (13)

1. 一種大發光面積的發光二極體封裝結構，包含：一封裝基板，包括相間隔設置並分別與外部電路電連接的一第一導墊，與一第二導墊；一發光二極體晶粒，包括一設置於該封裝基板的第一導墊上並與該第一導墊形成電連接的發光本體，及一形成在該發光本體側周面的絕緣壁；及一透明導電膜，以透明且可導電的材料形成在該發光二極體晶粒的頂面並延伸至該封裝基板的第二導墊，使該發光二極體晶粒與該第二導墊形成電連接。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之大發光面積的發光二極體封裝結構，其中，該發光二極體晶粒的發光本體具有一固著於該第一導墊上並與該第一導墊形成電連接的電極層，及一設置在該電極層上並在接受電能時產生光的磊晶膜，該發光本體藉該絕緣壁的隔離，使該第一導墊、電極層、磊晶膜、透明導電膜，及該第二導墊間形成電通路。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之大發光面積的發光二極體封裝結構，其中，該電極層是以可導電且對該發光本體的磊晶膜所發出的光具有高反射特性的材料所製作。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之大發光面積的發光二極體封裝結構，其中，該發光二極體晶粒的絕緣壁是選自下列構成的群組：氧化矽、氮氧化矽，及氟化鎂。
5. 根據申請專利範圍第3項所述之大發光面積的發光二極體封裝結構，其中，該絕緣壁包圍住該發光本體的電極層與該磊晶膜的側周面，使該發光本體的側周面不與該透明導電膜相接觸。
6. 根據申請專利範圍第3項所述之大發光面積的發光二極體封裝結構，其中，該透明導電膜之主要材料是選自以下所成的群組：氧化銦錫、氧化銦、氧化錫、氧化鎳、氧化鋅，及氧化鎂。
7. 根據申請專利範圍第6項所述之大發光面積的發光二極體封裝結構，其中，該透明導電膜的厚度不小於200 nm。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之大發光面積的發光二極體封裝結構，其中，該透明導電膜的厚度不小於300 nm。
9. 一種大發光面積的發光二極體晶粒，包含：一發光本體，提供電能時將電能轉換為光能而發光，及一絕緣壁，形成在該發光本體的側周面。
10. 根據申請專利範圍第9項所述之大發光面積的發光二極體晶粒，其中，該發光本體包括一可導電的電極層，及一形成於該電極層上且能轉換電能為光的磊晶膜。
11. 根據申請專利範圍第10項所述之大發光面積的發光二極體晶粒，還包括一均勻覆蓋於該磊晶膜頂面及該絕緣壁頂面且厚度不小於300nm的透明導電膜以做為電極之用。
12. 根據申請專利範圍第11項所述之大發光面積的發光二極體晶粒，其中，該絕緣壁的構成材料是選自以下所成的群組：氧化矽、氮氧化矽，及氟化鎂。
13. 根據申請專利範圍第12項所述之大發光面積的發光二極體晶粒，其中，該電極層是以可導電且對該發光本體的磊晶膜所發出的光具有高反射特性的材料所製作。