TW201330223A - 發光二極體陣列與其製造方法 - Google Patents

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Yi-An Lu
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Abstract

一種發光二極體陣列，包含一具有第一電極的第一發光二極體與一具有第二電極的第二發光二極體第一發光二極體與第二發光二極體相隔一距離。一第一聚合物層位於第一發光二極體與第二發光二極體之間。一互連線其至少部分位於第一聚合物層上，且連接第一電極與第二電極。一永久基板耦接(coupled)兩發光二極體於具有互連線的一側。一第二聚合物層至少部分包覆發光二極體相對於永久基材的一側，亦即互連線的相對側。

Description

發光二極體陣列與其製造方法
    本發明係關於一種半導體發光元件，特別是一種發光二極體陣列與其形成方法。
    第一圖顯示一種習知水平式發光二極體(LED)的示意圖。參見第一圖，水平式發光二極體100包括磊晶基材102、磊晶結構104、電極單元106。磊晶結構104是利用ㄧ種磊晶程序成長於磊晶基材102上。電極單元106形成在磊晶結構104上以提供其電能。磊晶基材102是以在其表面可成長三族氮化物基，例如氮化鎵基(GaN-based)或氮化銦鎵基(InGaN-based)等半導體的材質所製成，例如藍寶石或碳化矽(SiC)。
    磊晶結構104通常是以氮化鎵基(GaN-based)或氮化銦鎵基(InGaN-based)等半導體的材質所製成。在磊晶過程中，氮化鎵基或氮化銦鎵基材料從磊晶基材102上成長，形成N型摻雜層108與P型摻雜層110。當提供電能於磊晶結構104，位於N型摻雜層108與P型摻雜層110接合處(junction)的發光部分112產生電子電洞捕獲現象。藉此，發光部分112的電子能階降低，而以光子形式釋放能量。例如，發光部分112是一種多重量子井(multiple quantum well，MQW)結構，可限制電子電洞的移動空間，以提升電子電洞的碰撞機率，因而增加電子電洞複合率，如此可提高發光效率。
    電極單元106具有第一電極114與第二電極116。第一電極114與第二電極116分別與N型摻雜層108與P型摻雜層110歐姆接觸。電極114/116是用於提供電能予磊晶結構104。當施加一電壓於第一電極114與第二電極116，一電流從第二電極116通過磊晶結構104流向第一電極114，並在磊晶結構104內橫向分佈。因此，藉由磊晶結構104內的一光電效應產生一些光子。藉由橫向的電流分佈，水平式發光二極體100從磊晶結構104發出光。
    水平式發光二極體100的製程簡單；然而，它可造成一些問題，例如，電流擁擠(current crowding)、電流分佈不均，以及熱累積等問題。這些問題可能會降低發光二極體100的發光效率及/或損壞發光二極體100。
    為克服上述問題，本領域發展出垂直式發光二極體。第二圖為傳統垂直式發光二極體的示意圖。垂直式發光二極體200具有磊晶結構204與電極單元206。電極單元206位於磊晶結構204上以提供其電能。類似於第一圖所示的水平式發光二極體100，磊晶結構204可利用磊晶程序，以氮化鎵基(GaN-based)或氮化銦鎵基(InGaN-based)等半導體材質製成。在磊晶過程中，氮化鎵基或氮化銦鎵基材料從一磊晶基材(未圖示)上成長，形成N型摻雜層208、發光結構212，與P型摻雜層210。接著，脫去磊晶基材，結合電極單元206與磊晶結構204。
    電極單元206具有第一電極214與第二電極216。第一電極214與第二電極216分別與N型摻雜層208及P型摻雜層210歐姆接觸。此外，第二電極216可連接一散熱基材202以增加散熱效率。當施加電壓於第一電極214與第二電極216，電流垂直流動，因而改善習知水平式發光二極體的電流擁擠、電流分佈不均，以及熱累積等問題。然而，如第二圖所示垂直式發光二極體200會有電極遮蔽效應，以及複雜製程等問題待克服。此外，散熱基材202與第二電極216的結合步驟可能會損壞磊晶結構204。
    近年來，本領域已發展出寬能隙氮基 (wide-bandgap nitride-based)的發光二極體，其發射波長範圍介於紫外光至較短波長的可見光之間。發光二極體裝置可應用於新的顯示科技，例如交通號誌燈、液晶電視，以及行動電話的背光模組等。由於缺乏天然基材，氮化鎵或相關氮基化合物通常是形成在藍寶石基材上。傳統發光二極體，例如前述者，因光子以全方向發光，使其發光效率不高。大比例的光被藍寶石基材限制，無法被利用。此外，藍寶石基材的熱傳導係數低，使發光二極體的散熱效率不佳。為克服此問題，需要獨立、未使用藍寶石基材的GaN光電結構。磊晶層轉移技術是一種已知的新方法，用於製作超高亮度的發光二極體。薄膜式P型朝上GaN發光二極體，利用雷射剝離(laser lift-off)以矽基材取代藍寶石基材，且結合高反射性反光層以及N型GaN層表面粗糙化處理，已被確認是一種可消除藍寶石發光限制的有效結構與方法。此結構與方法成為增加GaN基發光二極體的光萃取效率的良好選擇。然而，此技術亦遭遇電極遮蔽問題，發出的光會被電極遮蔽或吸收，導致發光效率降低。
    具有叉合內嵌電極(interdigitated imbedded electrodes)結構的薄膜式N型朝上發光二極體或可改善部分的電極遮蔽。儘管如此，仍有需要進一步改良薄膜式P型朝上發光二極體與N型朝上發光二極體的結構與製程。
    此外，水平式發光二極體100與垂直式發光二極體200通常是以單晶(single-die)的方式封裝，無法製作大面積光源。
    鑒於上述，有需要提供新的發光二極體結構，以改善習知發光二極體的缺失並製作大面積光源。
    本發明一實施例提供一種發光二極體陣列，包含一具有第一電極的第一發光二極體與一具有第二電極的第二發光二極體，第一發光二極體與第二發光二極體相隔一距離。一第一聚合物層位於第一發光二極體與第二發光二極體之間。一互連線至少部分位於第一聚合物層上，且連接第一電極與第二電極。一永久基材耦接發光二極體於具有互連線的一側。一第二聚合物層至少包覆發光二極體相對於永久基材的一側的一部分。
    本發明另一實施例提供一種發光二極體陣列的製作方法，包含：在一暫時基材上形成一具有第一電極的第一發光二極體以及一具有第二電極的第二發光二極體。接著，形成一第一聚合物層於第一發光二極體與第二發光二極體之間。形成一互連線位於第一發光二極體的第一電極與第二發光二極體的第二電極之間，其中互連線至少部分位於第一聚合物層上。接著，耦接一永久基材於發光二極體具有互連線的一側。接著，移除暫時基材，以一第二聚合物層包覆發光二極體於移除暫時基材的一側的至少部分。
    本發明另一實施例提供一種發光二極體陣列，包含一具有第一電極的第一發光二極體、一具有第二電極的第二發光二極體，第一發光二極體與第二發光二極體相隔一距離。一第一聚合物層位於第一發光二極體與第二發光二極體之間。一互連線至少部分位於第一聚合物層上，且連接第一電極與第二電極。一永久基材耦接發光二極體於具有互連線的一側。一第二聚合物層至少包覆發光二極體相對於互連線的一側。
　 於本說明書，「耦接」(coupled)指的是直接連接或間接連接，間接連接例如一或多個中間層或物介於兩個或以上的連接標的。
    第三圖與第四圖顯示一種習知發光二極體陣列300形成在一暫時基材302的俯視圖。參見第三圖，發光二極體陣列300具有複數個欄(column)與列(row)排列發光二極體304。於此實施例，發光二極體304為一四乘四陣列，但不限於此。於圖示中，數字[X, Y]表示發光二極體於陣列中的位置，其中X為欄數，Y為列數，X與Y為整數0、1、2，或3。每個發光二極體304可具有一平台狀的結構。可利用雷射蝕刻、切割或鋸開、感應耦合電漿反應式離子蝕刻(inductively coupled plasma reactive ion etching)等方法，使複數個發光二極體304隔開或分離，並形成間隙306。例如，間隙306被形成在兩相鄰發光二極體304[2,3]與304[3,3]之間。每個發光二極體304通常具有兩電極。例如，發光二極體304[2,3]的兩電極具有正極308[2,3]與負極310[2,3]，且分別被形成在P型氮化鎵(P-GaN)層與N型氮化鎵(N-GaN)層上。在某些實施例，P型氮化鎵(P-GaN)層是位於N型氮化鎵(N-GaN)層上，但在某些實施例，N型氮化鎵(N-GaN)層是位於P型氮化鎵(P-GaN)上。陣列中發光二極體304間的電性連接，可以是串聯或並聯，或者兼具。在一實施例，某一列中每個發光二極體的正極與相鄰發光二極體的負極鄰近設置，以便於串聯。此外，第一列中每個發光二極體的正極與負極，分別電性連接第二列中每個發光二極體的正極與負極。因此，兩相鄰列的發光二極體可彼此並聯。藉此，陣列中的發光二極體同時具有串聯與並聯的電性連接結構。
    參見第四圖，發光二極體304[0,Y]的正極308[0,Y]，透過一對應的互連線電性連接發光二極體304[1,Y](Y=1,2,3)的負極310[1,Y]，發光二極體304[1,Y]的正極308[1,Y]，透過一對應的互連線電性連接發光二極體304[2,Y] (Y=1, 2,3)的負極310[2,Y]。發光二極體304[2,Y]的正極308[2,Y]，透過一對應的互連線312[2,Y] (Y=1,2,3)電性連接發光二極體304[3,Y]的負極310[3,Y]。例如，發光二極體304[2,3]的正極308[2,3]，透過一串聯互連線312[2,3]電性連接發光二極體304[3,3]的負極310[3,3]。發光二極體304[0, 0:3]的最左邊負極310[0, 0], 310[0, 1], 310[0, 2], 310[0, 3]彼此間透過ㄧ並聯互連線312A電性連接。發光二極體304[3, 0:3]的最右邊正極308[3, 0], 308[3, 1], 308[3, 2], 308[3, 3]彼此間透過ㄧ並聯互連線312B電性連接。正極308[0:3, 0:3]與負極310[0:3, 0:3]可以金屬基(metal-based)材質製成。此外，串聯互連線312、並聯互連線312A與並聯互連線312B亦可以金屬基材質製成。請注意正極308[0:3, 0:3]、負極310[0:3, 0:3]、串聯互連線312、並聯互連線312A，與並聯互連線312B的材質可相同或相異。
    第五圖顯示根據一種習知發光二極體陣列400的局部剖面圖。類似於第三圖、第四圖的發光二極體陣列300，發光二極體陣列400具有複數個呈陣列狀的發光二極體，但未求簡潔圖中僅繪出兩個：發光二極體304A與發光二極體304B。發光二極體304A與發光二極體304B設置於第一基材314上。在某些實施例，第一基材314是一暫時基材。發光二極體304A包含正極308，發光二極體304B包含負極310。通常，氧化層316被形成在發光二極體304A與發光二極體304B之間的間隙306上，使正極308與負極310與其他相鄰結構絕緣。ㄧ串聯互連線312被形成在氧化層316上使電性連接正極308與負極310。然而，因為間隙306的深度，氧化層316無法填滿整個間隙306。此外，串聯互連線312的輪廓複雜並具有數個尖銳的角，導致串聯互連線312容易破裂，因而降低發光二極體陣列400的可靠度。
    第六圖至第十五圖顯示根據本發明一實施例製作N型朝上發光二極體陣列500的方法。在某些實施例，製造方法包含利用一聚合物材料以部分或完全填充位於第一基材314上、兩相鄰發光二極體304A與304B之間的間隙306。發光二極體陣列500是由複數個高亮度但低電流密度的發光二極體構成；低電流密度產生較少的熱，因此陣列結構可以使用聚合物作為填充間隙的材料。
    首先，在第一基材314上形成一發光二極體結構(未圖示)。接著，執行一分離步驟，例如切割、鋸、蝕刻或雷射，使第一基材上314的發光二極體結構成為複數個發光二極體304，如第六圖所示。為求簡潔，第六圖與第七圖的發光二極體陣列500僅繪出兩個相鄰的發光二極體304A與304B。第一基材314可以是，一暫時基材，例如，一藍寶石基材。可利用本領域已知的磊晶技術，例如金屬有機化學汽相沈積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)，形成前述的發光二極體結構於第一基材314上。在某些實施例，發光二極體結構包含以多個沈積步驟形成多個氮化鎵層而形成多個氮化鎵發光二極體。例如，發光二極體結構可包含一N型層、一P型層，與夾在N型層與P型層之間的一發光層，例如一多重量子井層。
    如第六圖所示，在分離發光二極體結構後，形成一間隙306於第一發光二極體304A與第二發光二極體304B之間。第一發光二極體304A包含一第一電極(例如，正極308)而第二發光二極體304B包含一第二電極(例如，負極310)。在本實施例，一聚合物材料沈積並覆蓋第一發光二極體304A與第二發光二極體304B且填滿間隙306，形成一第一聚合物層502。第一聚合物層502可由一光阻材料製成，例如polymethylglutarimide (PMGI)或SU-8。在某些實施例，第一聚合物層502的折射係數(refractive index)其範圍從1至2.6，介於空氣與半導體的折射係數之間，以增加光萃取效率。第一聚合物層502的光學透明度可在90%以上，例如99%以上。通常，在正極308上方的第一聚合物層30，其厚度大約為2微米(μm)。在某些實施例，第一聚合物層502於沈積前預先混合螢光粉(phosphor)，混合比例大約30 wt%重量百分比，以調整發光顏色。然而，聚合物的沈積厚度與螢光粉的粒子尺寸應該要協調。例如，如果第一聚合物層502在正極308上的厚度為大約3 μm，則螢光粉的粒徑大約是3 μm或更小。
    接著，參見第七圖，設置圖案化的光罩504於第一聚合物層502上方。光罩504在對應正極308與負極310的地方可具有開口506，以便於移除其上方的第一聚合物層502。在某些實施例，移除聚合物步驟使得第一聚合物層502的輪廓變得平滑。在某些實施例，移除聚合物步驟將移除第一發光二極體304A與第二發光二極體304B上方的聚合物，僅留下間隙306中的第一聚合物層502。
    在某些實施例，在移除聚合物使暴露出正極308與310後，執行一表面親水改質程序於聚合物的表面，使第一聚合物層502原先的斥水性(hydrophobic)表面，改變成親水性(hydrophilic)表面；此步驟例如可利用一氧氣電漿(oxygen plasma)完成。如此，可增加後續形成的金屬基互連線與第一聚合物層502的接合強度。
    接著，如第八圖所示，形成串聯互連線312在第一聚合物層502上以連接相鄰發光二極體的正極308與負極310。在某些實施例，第一聚合物層502除了填滿間隙306，也覆蓋部分的發光二極體304A/B/C/D。第八圖顯示以三個互連線連接四個發光二極體(304 A/B/C/D)之間的正極308與負極310。因為第一聚合物層502具有相對較平滑的表面，後續形成的金屬基互連線312可具有較薄、較平滑的表面輪廓。相較於第五圖習知互連線具有較複雜的輪廓與銳角，本發明較平滑的表面使裝置具有較好的性質與可靠度。
    如第九圖所示，於形成互連線312之後，可形成黏著層508覆蓋互連線312與第一聚合物層502。黏著層508可包含，但不限於，環氧樹脂膠(epoxy glue)、臘(wax)、旋塗氧化物(spin-on-glass；SOG)、光阻(photoresist)、單體(monomer)、聚合物(polymer)，或其他本領域所知悉用於接合GaN層與矽(silicon)、氧化矽(silicon oxide)、金屬(metal)、陶瓷(ceramic)，或聚合物層的膠狀材料。
    如第十圖所示，黏著層508可用於接合發光二極體陣列500與第二基材510。第二基材510可包含，但不限於，矽基材或其他具有適當熱傳導係數的基材。第二基材500可成為發光二極體陣列500的永久基材。在某些實施例，第二基材510包含位於黏著層508與所接合基材之間的反射層512及/或絕緣層514。反射層512可包含分佈型布拉格反射材料(distributed Bragg reflector，DBR)、全方位反射材料(OmidirectionalReflectors；ODR)、銀、鋁、鈦、及/或其他反射性導電材料。絕緣層514可包含氧化物、氮化物，或其他具有高透明度的電絕緣材料。當一永久基材，例如第二基材510，與發光二極體陣列500接合時，黏著層508的材料仍為單體或未交聯狀態。經過硬化(cured)程序，黏著層508轉變成聚合物或交聯狀態，以增加機械強度與化學穩定性。
    如第十一圖所示，在接合第二基材510後，移除第一基材314。移除步驟可利用，例如，雷射剝離(laser lift-off)方法完成。移除第一基材314後，暴露出發光二極體陣列500相對於互連線312與第一聚合物層502的表面。
    在暴露出發光二極體陣列500相對於互連線312與第一聚合物層502的表面後，可形成外部電性連接結構，包含垂直或水平的結構，於一或多個發光二極體304；例如，形成於陣列中最外圍的發光二極體，如第十一圖的最右邊發光二極體304D與最左邊發光二極體304A。第十二圖顯示根據本發明一實施例的發光二極體陣列500，以外部垂直連接結構516A連接發光二極體304A的負極310A，以外部垂直連接結構516D連接發光二極體304D的正極308D。
    第十三圖顯示根據本發明另一實施例的發光二極體陣列500，具有外部水平連接結構518A連接發光二極體304A，以及外部水平連接結構518D連接發光二極體304D。此外，發光二極體陣列500還可包含並聯互連線519A位於發光二極體304A上，以及並聯互連線519D位於發光二極體304D上。並聯互連線519A與519D分別使發光二極體304A與304D的正極308A/D與負極310A/D短路；此外，並聯互連線519A可延伸連接發光二極體304B的負極310B，並聯互連線519D可延伸連接發光二極體304C的正極308C。並聯互連線519A與519D可與串聯互連線312於同一步驟，或不同步驟形成。
    在形成外部垂直連接結構516及/或外部水平連接結構518後，以一第二聚合物層包覆發光二極體陣列所暴露出的表面，例如，具有外部連接結構的表面。第十四圖顯示根據本發明一實施例的發光二極體陣列500，其具有外部垂直連接結構516A/D(如第十二圖所述實施例)的表面，被一第二聚合物層520包覆。第十五圖顯示根據本發明另一實施例的發光二極體陣列500，其具有外部水平連接結構518A/D(如第十三圖所述實施例)的表面，被一第二聚合物層520包覆。

在某些實施例，發光二極體陣列500所暴露出的表面，大致完全被第二聚合物層520包覆。在某些實施例，第二聚合物層520包覆發光二極體陣列500所暴露出的表面，但是露出至少部分的外部連接結構，例如垂直連接結構516或水平連接結構518，如此發光二極體陣列500可以進行後續外部電性連接。
    在某些實施例，第二聚合物層520可包含，但不限於，透明矽膠(silicone)或矽膠與螢光粉的混合。
    在某些實施例，第二聚合物層520可包含與第一聚合物層502相同的材料。例如，第二聚合物層520可由一光阻材料，例如polymethylglutarimide (PMGI)或SU-8製成。第二聚合物層520包覆發光二極體陣列500使其與周遭環境隔離，如此可保護發光二極體陣列500免於遭受外力損壞與環境影響。於本實施例，第二聚合物層520係一具有曲面的外蓋，例如ㄧ半圓形的透明外蓋，其具有大於空氣的光折射率，如此可增加光萃取效率。
    第十六圖至第二十二圖顯示根據本發明另一實施例製作P型朝上發光二極體陣列600的方法，其特徵包含磊晶層轉移、轉移基材之前分離/隔離發光二極體，以及利用聚合物材料包覆發光二極體等。第十六圖顯示複數個發光二極體304A、304B、304C被形成於第一基材314上。第一基材314可包含，但不限於，藍寶石基材。
    首先，在第一基材314上各處沈積磊晶層，接著分離或隔離所沈積的磊晶層，使形成複數個分離的發光二極體304A、304B、304C。可利用切割，割鋸、或雷射等方法完成分離。在某些實施例，利用蝕刻方法完成分離。
    前述磊晶層可利用本領域已知的磊晶技術，例如金屬有機化學汽相沈積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)製作形成。於本實施例，磊晶層是以多個沈積步驟形成多個氮化鎵層，以形成氮化鎵發光二極體。例如，磊晶層可包含一N型層、一P型層，與夾在N型層與P型層之間的一發光層，例如一多重量子井層。
    如第十六圖所示，在分離發光二極體結構後，間隙306位於發光二極體304A、304B、304C之間。如第十七圖所示，接著，以第一黏著層604接合第二基材602與發光二極體304A/B/C的上表面。在某些實施例，第二基材602是玻璃基材，而第一黏著層604是環氧樹脂膠。如第十七圖所示，部分第一黏著層604可流入填滿發光二極體304A、304B、304C之間的間隙306。
    如第十八圖所示，在接合第二基材602後，移除第一基材314。移除第一基材314的方法，可包含，但不限於，雷射剝離(LLO)。在某些實施例，可利用一製程，例如濕蝕刻(wet etching)，使發光二極體304A、304B、304C暴露出的表面粗糙化。如第十九圖所示，移除第一基材314後，可以第二黏著層608接合第三基材606與發光二極體304A、304B、304C。第二黏著層608可包含，但不限於，環氧樹脂膠、臘、旋塗氧化物、光阻、單體、聚合物，或其他本領域所知悉用於接合GaN層與矽、氧化矽、金屬、陶瓷，或聚合物層的膠狀材料。第三基材606可包含，但不限於，矽基材或其他具有適當熱傳導係數的基材。當一永久基材，例如第三基材510，與發光二極體陣列600接合時，第二黏著層608的材料仍為單體或未交聯狀態。經過硬化(cured)程序，第二黏著層608轉變成聚合物或交聯狀態，以增加機械強度與化學穩定性。
    如第二十圖所示，在接合第三基材606後，移除第二基材602與第一黏著層604。移除第一黏著層604會造成間隙306變成空的、未填滿的。如第二十一圖所示，於本實施例，一聚合物材料被填入發光二極體304A、304B、304C之間的間隙306，形成第一聚合物層502。第一聚合物層502可由一光阻材料，例如polymethylglutarimide (PMGI)或SU-8製成。如第二十一圖所示，第一聚合物層502的形成方法，可包含先沈積一聚合物材料填滿間隙306並覆蓋發光二極體304A、304B、304C，接著圖案化該聚合物材料，以形成圖案化第一聚合物層502。圖案化的方法可利用，例如，光罩與蝕刻程序。於本實施例，第一聚合物層502除了填滿間隙306，也覆蓋部分發光二極體304A/B/C。在其他實施例，第一聚合物層502僅填滿間隙306，未覆蓋發光二極體304A/B/C。
    在形成第一聚合物層502後，接著，如第二十一圖所示，形成串聯互連線312在第一聚合物層502上以連接相鄰發光二極體的正極與負極。因為第一聚合物層502具有相對較平滑的表面，後續形成的金屬基互連線312可具有較薄、較平滑的表面輪廓。相較於第五圖習知互連線具有較複雜的輪廓與銳角，本發明較平滑的互連線表面使裝置具有較好的性質與可靠度。
   如第二十二圖所示，在第一聚合物層502上形成互連線312後，以第二聚合物層520包覆互連線312與第一聚合物層502。在某些實施例，第二聚合物層520可包含，但不限於，透明矽膠(silicone)或矽膠與螢光粉的混合。在某些實施例，第二聚合物層520可包含與第一聚合物層502相同的材料。例如，第二聚合物層520可由一光阻材料，例如polymethylglutarimide (PMGI)或SU-8製成。
    在某些實施例，一或多個發光二極體，例如，陣列中最外圍的發光二極體304A與304C，其至少部分區域並未被第二聚合物層520包覆，並透過前述外部連接結構，例如垂直連接結構與水平連接結構，使某些發光二極體(例如304A與304C)與外部連接。在某些實施例，先形成外部連接結構，再形成第二聚合物層520。
    第二十三圖至第二十九圖顯示根據本發明另一實施例製作P型朝上發光二極體陣列600的方法，其特徵包含磊晶層轉移、轉移基材之後分離/隔離發光二極體，以及利用聚合物材料包覆發光二極體等。第二十三圖顯示複數個發光二極體304A、304B、304C被形成於第一基材314上。第一基材314可包含但不限於，藍寶石基材。
    首先，在第一基材314上各處沈積磊晶層，形成發光二極體304A、304B、304C。磊晶層可利用本領域已知的磊晶技術，例如金屬有機化學汽相沈積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)製作形成。於本實施例，磊晶層是以多個沈積步驟形成多個氮化鎵層，以形成氮化鎵發光二極體。例如，磊晶層可包含一N型層、一P型層，與夾在N型層與P型層之間的一發光層，例如一多重量子井層。
    如第二十三圖所示，發光二極體304A、304B、304C並未被分離或隔離。第二十三圖至27中的虛線代表發光二極體304A、304B、304C將被分離的區域。
    如第二十四圖所示，接著，以第一黏著層604接合第二基材602與發光二極體304A/B/C的上表面。在某些實施例，第二基材602是玻璃基材，而第一黏著層604是環氧樹脂膠。由於發光二極體304A/B/C尚未被分離，發光二極體304A、304B、304C之間未存在間隙，因此第一黏著層604未流入不存在的間隙。
    如第二十五圖所示，在接合第二基材602後，移除第一基材314。移除第一基材314的方法，可包含，但不限於，雷射剝離(LLO)。在某些實施例，可利用一製程，例如濕蝕刻(wet etching)，使發光二極體304A、304B、304C所暴露出的表面粗糙化。
    如第二十六圖所示，移除第一基材314後，可以第二黏著層608接合第三基材606與發光二極體304A、304B、304C。第二黏著層608可包含，但不限於，環氧樹脂膠、臘、旋塗氧化物、光阻、單體、聚合物，或其他本領域所知悉用於接合GaN層與矽、氧化矽、金屬、陶瓷，或聚合物層的膠狀材料。第三基材606可包含一反射層(未圖示)及/或一絕緣層(未圖示)位於第三基材606與第二黏著層之間。第三基材606可包含，但不限於，矽基材或其他具有適當熱傳導係數的基材。第三基材606可成為發光二極體304A、304B、304C等的永久基材。當一永久基材，例如第三基材510，與發光二極體陣列600接合時，第二黏著層608的材料仍為單體或未交聯狀態。經過硬化(cured)程序，第二黏著層608轉變成聚合物或交聯狀態，以增加機械強度與化學穩定性。
    如第二十七圖所示，在接合第三基材606後，移除第二基材602與第一黏著層604。此移除步驟可利用，例如，雷射剝離或酸蝕刻。
    如第二十八圖，在移除第一黏著層604與第二基材602後，磊晶層被沿者第二十七圖的虛線分離，以形成發光二極體304A、304B、304C。此分離步驟可利用，例如，切割、鋸或雷射。在某些實施例，利用一蝕刻程序分離形成個別發光二極體。
    如第二十八圖，在分離形成個別發光二極體304A、304B、304C後，一聚合物材料被填入發光二極體304A、304B、304C之間的間隙306以及部分發光二極體304A/B/C上方，形成第一聚合物層502。第一聚合物層502可由一光阻材料，例如polymethylglutarimide (PMGI)或SU-8製成。如第二十八圖所示，第一聚合物層502的形成方法，可包含先沈積一聚合物材料填滿間隙306並覆蓋發光二極體304A、304B、304C，接著圖案化該聚合物材料，以形成圖案化第一聚合物層502。圖案化的方法可利用，例如，光罩與蝕刻程序。於本實施例，第一聚合物層502除了填滿間隙306，也覆蓋部分發光二極體304A/B/C。在其他實施例，第一聚合物層502僅填滿間隙306，未覆蓋發光二極體304A/B/C。
    接著，如第二十八圖所示，在形成第一聚合物層502後，形成串聯互連線312在第一聚合物層502上以連接相鄰發光二極體的正極與負極。如第二十九圖所示，在第一聚合物層502上形成互連線312後，以第二聚合物層520包覆互連線312與第一聚合物層502。在某些實施例，第二聚合物層520可包含，但不限於，透明矽膠(silicone)或矽膠與螢光粉的混合。在某些實施例，第二聚合物層520可包含與第一聚合物層502相同的材料。例如，第二聚合物層520可由一光阻材料，例如polymethylglutarimide (PMGI)或SU-8製成。
    在某些實施例，一或多個發光二極體，例如，陣列中最外圍的發光二極體304A與304C的至少部分區域，並未被第二聚合物層520包覆，並透過前述外部連接結構，例如垂直連接結構與水平連接結構，使某些發光二極體(例如304A與304C)與外部連接。在某些實施例，先形成外部連接結構，再形成第二聚合物層520。第二聚合物層520包覆發光二極體陣列600使其與周遭環境隔離，如此可保護發光二極體陣列600免於遭受外力損壞與環境影響。於本實施例，第二聚合物層520係一具有曲面的外蓋，例如一半圓形的透明外蓋，其具有大於空氣的光折射率，如此可增加光萃取效率。
    本發明並未侷限於所描述的實施例，應包含其可能的變化。本說明書所使用的術語僅為描述實施例所需，不應作為限制。除非特別說明，數量詞「一」與「該」也可能指的是複數。例如，「一裝置」包含兩個以上裝置的組合，「一材料」包含一複合材料。
    根據本說明書，本領域熟悉技藝人士可據以做各種修飾、改變或替換。因此，本說明書僅是用於教示本領域熟悉技藝人士，例示如何實踐本發明，所述的實施例僅為較佳實施例。本領域熟悉技藝人士閱讀本案說明書後，知悉本案實施例中的哪些元件與材料可做替換，哪些元件或製程步驟順序可變更，哪些特徵可被單獨應用。凡其他未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包括在下述之申請專利範圍內。
100．．．水平式發光二極體
102．．．磊晶基材
104．．．磊晶結構
106．．．電極單元
108．．．N型摻雜層
110．．．P型摻雜層
112．．．發光部分
114．．．第一電極
116．．．第二電極
200．．．垂直式發光二極體
202．．．散熱基材
204．．．磊晶結構
206．．．電極單元
208．．．N型摻雜層
210．．．P型摻雜層
212．．．發光結構
214．．．第一電極
216．．．第二電極
300．．．發光二極體陣列
302．．．暫時基材
304(A/B/C/D)．．．發光二極體
306．．．間隙
308(A/B/C/D)．．．正極
310(A/B/C/D)．．．負極
312．．．互連線
314．．．第一基材
400．．．發光二極體陣列
500．．．發光二極體陣列
502．．．第一聚合物層
504．．．光罩
506．．．開口
508．．．黏著層
510．．．第二基材
512．．．反射層
514．．．絕緣層
516(A/B/C/D)．．．垂直連接結構
518(A/B/C/D)．．．水平連接結構
519(A/D)．．．互連線
520．．．第二聚合物層
600．．．P型朝上發光二極體陣列
602．．．第二基材
604．．．第一黏著層
606．．．第三基材
608．．．第二黏著層
以下將以圖式與其敘述詳細說明本發明較佳實施例的特徵與優點，但實施例僅作為例式而非限制，其中：
圖1例示一種習知水平式發光二極體的結構。
圖2例示一種習知垂直式發光二極體的結構。
第三圖顯示顯示根據一種習知發光二極體陣列被形成在一暫時基材。
第四圖顯示根據另一種習知發光二極體陣列被形成在一暫時基材。
第五圖顯示根據另一種習知發光二極體陣列的局部剖面圖。
第六圖顯示根據本發明一實施例的發光二極體被形成於第一基材且聚合物覆蓋發光二極體且位於發光二極體之間。
第七圖顯示除了第六圖的結構外，一圖案化光罩位於聚合物上。
第八圖顯示根據本發明一實施例的發光二極體被形成於第一基材，第一聚合物層被形成於發光二極體之間，以及互連線被形成於發光二極體之間。
第九圖顯示在第八圖的實施例中，一黏著層結合發光二極體。
第十圖顯示第九圖的實施例中，一第二基材結合該黏著層。
第十一圖顯示在第十圖的實施例中，第一基材被移除。
第十二圖顯示根據本發明實施例的發光二極體陣列，一外部垂直連接結構設置於一發光二極體的負極，另一外部垂直連接結構設置於另一發光二極體的負極。
第十三圖顯示根據本發明實施例的發光二極體陣列，具有外部水平連接結構的兩發光二極體。
第十四圖顯示第十二圖的發光二極體陣列被一第二聚合物層包覆。
第十五圖顯示第十三圖的發光二極體陣列被一第二聚合物層包覆。
第十六圖顯示根據本發明另一實施例，複數個隔開的發光二極體位於一第一基材上。
第十七圖顯示第十六圖的結構以一第一黏著層結合一第二基材。
第十八圖顯示第十七圖的結構中，第一基材被移除。
第十九圖顯示第十八圖的結構中，利用一第二黏著層結合一第三基材與磊晶結構。
第二十圖顯示第十九圖的結構中，第一黏著層與第二基材被移除。
第二十一圖顯示第二十圖的結構中，以聚合物材料填充發光二極體之間的間隙並形成互連線於發光二極體之間。
第二十二圖顯示第二十一圖的結構被一第二聚合物層包覆。
第二十三圖顯示根據本發明另一實施例複數個未隔開的發光二極體被形成在一第一基材。
第二十四圖顯示第二十三圖的結構中以一第一黏著層接合一第二基材。
第二十五圖顯示第二十四圖的結構中，第一基材被移除。
第二十六圖顯示第二十五圖的結構中利用一第二黏著層接合一第三基材。
第二十七圖顯示第二十六圖的結構中，第一黏著層與第二基材被移除。
第二十八圖顯示第二十七圖的結構中，分離隔開形成個別發光二極體，以聚合物材料填充發光二極體之間的間隙，並形成互連線於發光二極體之間。
第二十九圖顯示第二十八圖的結構被一第二聚合物層包覆。

以上本發明的各圖示可能不依照比例繪製，且所描述的具體細節僅作為例示而非限制。
304(A/B/C/D)．．．發光二極體
306．．．間隙
308(A/B/C/D)．．．正極
310(A/B/C/D)．．．負極
312．．．互連線
500．．．發光二極體陣列
502．．．第一聚合物層
508．．．黏著層
510．．．第二基材
516(A/D)．．．垂直連接結構
520．．．第二聚合物層

Claims (14)

  1. 一種發光二極體陣列，包括：
        一具有第一電極的第一發光二極體；
        一具有第二電極的第二發光二極體，其中該第一發光二極體與該第二發光二極體相隔一距離；
        一第一聚合物層位於該第一發光二極體與該第二發光二極體之間；
        一互連線，其至少部分位於該第一聚合物層上，並連接該第一電極與該第二電極；
        一永久基材耦接該些發光二極體於具有該互連線的一側；以及
        一第二聚合物層至少包覆該些發光二極體相對於該永久基材的一側的一部分。
  2. 如申請專利範圍第1項的發光二極體陣列，更包含一第三聚合物層接合該永久基材與該些發光二極體，藉此，該第一發光二極體與該第二發光二極體被聚合物圍繞。
  3. 如申請專利範圍第1項的發光二極體陣列，更包含一外部連接結構耦接至至少一該些發光二極體的一第三電極，其中該外部連接結構的至少部分未被該第二聚合物層包覆。
  4. 如申請專利範圍第1項的發光二極體陣列，其中該永久基材包含下列族群中之一者或其任意組合：一反射層與一絕緣層。
  5. 如申請專利範圍第1項的發光二極體陣列，其中該第一聚合物層包含光阻，該第二聚合物層包含矽膠(silicone)。
  6. 如申請專利範圍第1項的發光二極體陣列，其中該發光二極體陣列係一N型朝上發光二極體陣列。
  7. 如申請專利範圍第1項的發光二極體陣列，其中該第二聚合物層至少包覆該些發光二極體相對於該互連線的一側的一部分。
  8. 一種發光二極體陣列的製造方法，包含：
        形成一第一發光二極體以及一第二發光二極體在一暫時基材上；
        形成第一聚合物層於該第一發光二極體與該第二發光二極體之間；
        形成一互連線位於該第一發光二極體的一第一電極與該第二發光二極體的一第二電極之間，其中該互連線至少部分位於該第一聚合物層上；
        耦接一永久基材於該些發光二極體具有該互連線的一側；
        移除該暫時基材；以及
        以一第二聚合物層包覆該些發光二極體於移除暫時基材的一側的至少部分。
  9. 如申請專利範圍第8項的製造方法，更包含以一黏著層接合該些發光二極體與該永久基材。
  10. 如申請專利範圍第8項的製造方法，該第一發光二極體與該第二發光二極體藉由一間隙隔開，其中該第一聚合物層的形成方法，包含首先沈積一聚合物材料填滿該間隙並覆蓋該些發光二極體，接著圖案化該聚合物材料，以形成圖案化的該第一聚合物層。
  11. 如申請專利範圍第8項的製造方法，更包含形成一外部連接結構於至少一該些發光二極體的一第三電極，其中該外部連接結構的至少部分未被該第二聚合物層包覆。
  12. 如申請專利範圍第8項的製造方法，其中該暫時基材係以一黏著層與該些發光二極體暫時接合，而移除該暫時基材時，也同時移除該黏著層。
  13. 如申請專利範圍第8項的製造方法，其中該永久基材包含下列族群中之一者或其任意組合：一反射層與一絕緣層。
  14. 如申請專利範圍第8項的製造方法，其中該第一聚合物層包含光阻，該第二聚合物層包含矽膠(silicone)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI663753B (zh) * 2016-05-25 2019-06-21 朱振甫 在組裝模組中填充有機或無機液體的方法

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