TW201834267A - 發光元件 - Google Patents

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photovoltaic unit
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謝明勳
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晶元光電股份有限公司
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Abstract

本發明一實施例之一發光元件包含複數個光電單元；一具有複數個凹穴可容置至少一光電單元的透明結構；及一導電元件連接至少兩個光電單元。

Description

發光元件
本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種發光元件包含複數個光電單元和一具有複數個凹穴可容置至少一光電單元的透明結構。
白熾燈通常被使用於做為住宅和商業設施的光源，但是90%提供給白熾燈的能量會轉換成熱或紅外線損失，因而使白熾燈的發光效率下降。小型化螢光燈(CFL)可替代白熾燈，可較有效率的將電能轉換成光能，但是CFL包含之有毒材料會導致環境污染。另一提升燈泡效率的方法為使用固態元件，例如發光二極體(LED)，來做為光源。
發光二極體(LED)是一種固態半導體元件，發光二極體(LED)之結構包含一p型半導體層、一n型半導體層與一發光層，其中發光層形成於p型半導體層與n型半導體層之間。LED的結構包含由Ⅲ-Ⅴ族元素組成的化合物半導體，例如磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)，其發光原理是在一外加電場作用下，利用n型半導體層所提供的電子與p型半導體層所提供的電洞在發光層的p-n接面附近複合，將電能轉換成光能。
發光元件包含複數個光電單元；一具有複數個凹穴可容置至少一光電單元的透明結構；以及一導電元件連接至少兩個光電單元。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。在圖式或說明中，相似或相同之部份係使用相同之標號，並且在圖式中，元件之形狀或厚度可擴大或縮小。需特別注意的是，圖中未繪示或描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式。
第1A圖顯示本發明之一實施例中之一光電單元1之剖面圖。光電單元1具有一面積小於50mil2 之底表面S1，例如，面積為4mil x 6mil或2mil x 5mil。光電單元1包含一基板101；及一發光結構102形成於基板101上。發光結構102包含一具有一第一導電性之第一半導體層102a；一具有一第二導電性之第二半導體層102c；以及一發光層102b形成於第一半導體層102a與第二半導體層102c之間。第一半導體層102a與第二半導體層102c可分別提供電子、電洞，於一電流驅動下可使電子、電洞於發光層102b中結合並發光。發光結構102之材料包含Ⅲ-Ⅴ族半導體材料。根據發光層102b之材料，光電單元1可發出紅光、綠光或藍光。一透明導電層108形成在發光結構102之第二半導體層102c上以擴散電流。透明導電層108由一導電材料所組成，例如氧化銦錫(ITO)、鎘錫氧化物（CTO）、銻氧化錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、或鋅錫氧化物。一第一連接墊104形成在保護層103上且電連接至第一半導體層102a。一第二連接墊105形成在發光結構102上，可透過透明導電層108電連接至第二半導體層102c。一保護層103形成於發光結構102之一或多個表面上，且由一或多個介電材料，例如二氧化矽或氮化矽，所組成。保護層103可用於電性分離第一連接墊104與第二連接墊105，避免第一連接墊104與第二連接墊105透過透明導電層108產生短路路徑。第1B圖顯示第1A圖之光電單元1之上視圖，且未顯示第一連接墊104及第二連接墊105。第1C圖顯示第1A圖之光電單元1之上視圖。第一連接墊104的一上表面104s與第二連接墊105的一上表面105s之總表面積至少為光電單元1之底表面S1面積的30%以上。
第2A圖顯示本發明之一實施例中之一光電單元2之剖面圖。光電單元2具有一面積小於50mil2 之底表面S1，例如，面積為4mil x 6mil或2mil x 5mil。參照第2A圖，除了與光電單元1類似的部分，光電單元2更包含一第一延伸墊204；一第二延伸墊205；以及一保護層203。第一延伸墊204及第二延伸墊205可分別地形成在第一連接墊104與第二連接墊105上，且彼此電連接。保護層203由一或多個介電材料，例如二氧化矽或氮化矽，所組成，可用於電性分離第一延伸墊204及第二延伸墊205。第2B圖顯示第2A圖之光電單元2之上視圖。第一延伸墊204之一上表面204s大於第一連接墊104之上表面104s。第二延伸墊205之一上表面205s大於第二連接墊105之上表面105s。第一延伸墊204的上表面204s與第二延伸墊205的上表面205s之總表面積至少為光電單元2之底表面S1面積的50%以上。
第3A圖顯示本發明之一實施例中之一光電單元3之剖面圖。光電單元3具有一面積小於50mil2 之底表面S1，例如，面積為4mil x 6mil或2mil x 5mil。參照第3A圖，光電單元3包含一基板101；以及一發光結構102形成於基板101上。發光結構102之材料包含Ⅲ-Ⅴ族半導體材料。發光結構102包含一具有一第一導電性之第一半導體層102a；一具有一第二導電性之第二半導體層102c；以及一發光層102b形成於第一半導體層102a與第二半導體層102c之間。根據發光層102b之材料，光電單元3可發出紅光、綠光或藍光。第一半導體層102a與第二半導體層102c可分別提供電子、電洞，於一電流驅動下可使電子、電洞於發光層102b中結合並發光。光電單元3更包含一保護層103形成於發光結構102之一或多個表面上，其中保護層103由一或多個介電材料，例如二氧化矽或氮化矽，所組成。一透明導電層108形成在發光結構102之第二半導體層102c上以擴散電流。透明導電層108由一導電材料所組成，例如氧化銦錫(ITO)、鎘錫氧化物（CTO）、銻氧化錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、或鋅錫氧化物。一第一電極墊304及一第二電極墊305形成在基板101之同一側，且分別電連接至第一半導體層102a及第二半導體層102c。第一電極墊304及第二電極墊305透過保護層103彼此電性分離。第3B圖顯示第3A圖之光電單元3之上視圖。第一電極墊304的一上表面304s與第二電極墊305的一上表面305s之總表面積至少為光電單元3之底表面S1面積的50%以上。
如同第1C圖所示，第一連接墊104及第二連接墊105可作為連接至一外部電源（圖未示）之一電連接路徑。如同第2B圖所示之第一延伸墊204及第二延伸墊205，或如同第3B圖所示之第一電極墊304與第二電極墊305亦可分別具有類似於第一連接墊104及第二連接墊105之功用。以第一連接墊104為例，若第一連接墊104的上表面104s具有足夠大的面積，光電單元1可易於連接至或對準至一外部結構，例如一外部電源。第一延伸墊204形成在第一連接墊104上更可擴大連接之面積，例如上表面204s，因此相對於光電單元1，光電單元2可容許較大之對準誤差。因此，第一電極墊304之上表面304s面積可近似於第一延伸墊204之上表面204s面積，及第二電極墊305之上表面305s面積可近似於第二延伸墊205之上表面205s面積。
第4A~4C圖顯示本發明之一實施例中之一光電元件4之製造方法。參照第4A圖，複數個光電單元，其可為一或多種前述之光電單元1、2、3，可提供在一暫時載板10'上。暫時載板10'之材料可包含導電材料及絕緣材料其中之一。導電材料包含含碳材料、複合材料、金屬、半導體或及其組合。含碳材料，例如鑽石、類碳鑽、石墨或碳纖維。複合材料，例如金屬基複合材料（Metal Matrix Composite，（MMC））、陶瓷基複合材料（Ceramic Matrix Composite，（CMC））、及/或聚合物基複合材料（Polymer Matrix Composite，（PMC））。半導體，例如矽、硒化鋅、砷化鎵、碳化矽、磷化鎵、磷砷化镓、磷化銦、鎵酸鋰、或鋁酸鋰。金屬，例如鎳、銅、或鋁。絕緣材料包含有機材料、無機材料、或及其組合。有機材料，例如環氧樹脂（Epoxy）、聚亞醯胺(PI)、苯并環丁烯（BCB）、過氟環丁烷（PFCB）、Su8、丙烯酸樹脂（Acrylic Resin）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚醚醯亞胺（Polyetherimide）、或氟碳聚合物（Fluorocarbon Polymer）。無機材料，例如藍寶石、氧化鋅、鑽石、玻璃、石英或氮化鋁。
以光電單元3為例，可進一步提供一連接層12以將複數個光電單元3連接至一暫時載板10'。每一光電單元3可包含一具有一第一電極墊304及一第二電極墊305之發光二極體(LED)晶片。連接層12包含一或多個黏結材料。黏結材料可為一絕緣材料、一UV膠帶、或一熱剝離膠帶（thermal release tape）。絕緣材料包含但不限於苯并環丁烯（BCB）、Su8、環氧樹酯, 或塗佈旋轉玻璃（SOG）。
於前述步驟之後，光電單元3可被一第一支撐結構16所包覆（encapsulated），如第4B圖所示。第一支撐結構16可為一透明結構，主要由一或多個有機材料或無機材料所構成。有機材料可為環氧樹脂（Epoxy）、聚亞醯胺(PI)、苯并環丁烯（BCB）、過氟環丁烷（PFCB）、Su8、丙烯酸樹脂（Acrylic Resin）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚醚醯亞胺（Polyetherimide）、或氟碳聚合物（Fluorocarbon Polymer）。無機材料可為玻璃、氧化鋁、SINR或塗佈旋轉玻璃（SOG）。所述之有機材料或無機材料可填充於兩相鄰光電單元3之間的一空間16t中。覆蓋於光電單元3之第一支撐結構16可固定且支撐光電單元3，且增加光電單元3的機械強度。此外，第一支撐結構16之一表面S3可為一平坦表面或一粗化表面。一第二支撐結構18可進一步形成在第一支撐結構16上，以加強支撐光電單元3及第一支撐結構16。第二支撐結構18可為一透明結構，包含不同於第一支撐結構16之材料或具有比第一支撐結構16大之硬度。
如第4C圖所示，於形成第一支撐結構16或第二支撐結構18之後，移除暫時載板10'及連接層12以曝露複數個光電元件3之部份及第一支撐結構16之部份。複數個位於第二支撐結構18相對側之導電結構40係形成在曝露出之光電元件3及第一支撐結構16上。導電結構40可分別連接至光電單元3之第一電極墊304及第二電極墊305。每一導電結構40具有一上表面面積（圖未示）大於第1C圖中的第一連接墊104及第二連接墊105其中之一，或大於或等於第2B圖中的第一延伸墊204及第二延伸墊205其中之一，或大於或等於第3B圖中的第一電極墊304及第二電極墊305其中之一。最後，沿著開口17切割複數個光電元件4使彼此分離，如同第4C圖所示。至少光電元件4之一長度、寬度、及/或面積與光電單元1、2、或3係為相同的數量級。
第5A圖顯示本發明之一實施例中之一光電元件4a之剖面圖，係由第4A至4C圖之步驟所製成。光電元件4a包含一光電單元1；一第一支撐結構16形成在光電單元1上；及一第二支撐結構18形成在第一支撐結構16上。較佳地，第一支撐結構16可形成為一圍繞光電單元1之形狀。一第一導電結構401及一第二導電結構402形成在光電單元1上，且分別連結至光電單元1之第一連接墊104及第二連接墊105。第一導電結構401之上表面401s面積大於第一連接墊104之上表面104s面積，且第二導電結構402之上表面402s面積大於第二連接墊105之上表面105s面積。設置在發光結構102上之保護層103可物理性地分開第一連接墊104及第二連接墊105，且保護發光結構102。一反射層280可形成於光電單元1和第一支撐結構16上。反射層280可由一或多個反射材料所組成，像是介電材料，例如二氧化矽、氮化矽，或金屬氧化物，例如二氧化鈦或其他白色物質。在本發明的一實施例中，反射層280可為單層或疊層。光電元件4a與光電單元1之體積比介於1.2:1及10:1之間，較佳地，介於2:1及5:1之間。第二支撐結構18具有一第一寬度W1。光電單元1具有一第二寬度W2。第一寬度W1大於第二寬度W2，例如第一寬度W1為第二寬度W2之1.5倍。介於第一連接墊104與第二連接墊105間之第一距離（d1）大於介於第一導電結構401與第二導電結構402間之第三距離（d3）。
第5B圖顯示本發明之一實施例中之一光電元件4b之剖面圖，係由第4A至4C圖之步驟所製成。光電元件4b包含光電單元2；一第一支撐結構16形成在光電單元2上；及一第二支撐結構18形成在第一支撐結構16上。第一支撐結構16可形成為一圍繞光電單元2之形狀。一第一導電結構401及一第二導電結構402形成在光電單元2上，且分別連結至光電單元2之第一延伸墊204及第二延伸墊205。一反射層280可形成於光電單元2和第一支撐結構16上。反射層280可由一或多個反射材料所構成，像是介電材料，例如二氧化矽、氮化矽，或金屬氧化物，例如二氧化鈦或其他白色物質。在本發明的一實施例中，反射層280可為單層或疊層。第一導電結構401具有一上表面401s面積大於或等於第一延伸墊204之上表面204s面積，且第二導電結構402具有一上表面402s面積大於或等於第二延伸墊205之上表面205s面積。光電元件4b與光電單元2之體積比介於1.2:1及10:1之間，較佳地，介於2:1及5:1之間。第二支撐結構18具有一第一寬度W1；光電單元2具有一第二寬度W2；第一寬度W1大於第二寬度W2，例如第一寬度至少為第二寬度之1.5倍。介於第一連接墊104與第二連接墊105間之第一距離（d1）大於介於第一延伸墊204與第二延伸墊205間之第二距離（d2），且更大於介於第一導電結構401與第二導電結構402間之第三距離（d3）。然而，第5B圖僅作為例示並非限制。第二距離（d2）可等於、大於、或小於第三距離（d3）。
第5C圖顯示本發明之一實施例中之一光電元件4c之剖面圖，係由第4A至4C圖之步驟所製成。光電元件4c包含一光電單元3；一第一支撐結構16形成在光電單元3上；及一第二支撐結構18形成在第一支撐結構16上。光電單元3可被第一支撐結構16所圍繞。一第一導電結構401及一第二導電結構402形成在光電單元3上，且分別連結至第一電極墊304及第二電極墊305。一反射層280可形成於光電單元3和第一支撐結構16上。反射層280可由一或多個反射材料所構成，像是介電材料，例如二氧化矽、氮化矽，或金屬氧化物，例如二氧化鈦或其他白色物質。第一導電結構401具有一上表面401s面積大於或等於第一電極墊304之上表面304s面積，且第二導電結構402具有一上表面402s面積大於或等於第二電極墊305之上表面305s面積。光電元件4c與光電單元3之體積比介於1.2:1及10:1之間，較佳地，介於2:1及5:1之間。第二支撐結構18具有一第一寬度W1及光電單元3具有一第二寬度W2。第一寬度W1大於第二寬度W2，例如第一寬度W1至少為第二寬度W2之1.5倍。介於第一電極墊304與第二電極墊305間之第四距離d4大於或等於介於第一導電結構401與第二導電結構402間之第三距離d3。然而，第5C圖僅作為例示並非限制。
第6A圖顯示本發明之一實施例中之一發光元件5a。發光元件5a包含一支撐結構51。於一實施例中，支撐結構51可為一不透明結構，或一在可見光區域具有平均光穿透率在60%以上，較佳70%以上之透明結構。透明結構之材料包含有機材料、無機材料、或二者之組合。有機材料包含塑膠。無機材料包含玻璃、石英、氧化鋁、鑽石、或上述之組合。於另一實施例中，支撐結構51可為一可撓性結構，包含一可撓性材料，例如可撓性玻璃或可撓性塑膠材料，且此可撓性結構可依所需之出光型態曲折成任何形狀。於另一實施例中，支撐結構51具有熱穩定性和抗熱性。支撐結構51之熔點高於發光元件5a之操作溫度，於發光元件5a操作中所產生的熱不會使支撐結構51變形或熔化。
上述之一或多種光電單元1、2、3或光電元件4a、4b、4c可藉由導電材料或非導電材料形成於支撐結構51上，並應用於發光元件5a中。導電材料包含金屬或金屬氧化物，例如氧化銦錫(ITO)、鎘錫氧化物（CTO）、銻氧化錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、或鋅錫氧化物。非導電材料包含環氧樹脂（Epoxy）、聚亞醯胺(PI)、苯并環丁烯（BCB）、過氟環丁烷（PFCB）、Su8、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚醚醯亞胺（Polyetherimide）、或氟碳聚合物（Fluorocarbon Polymer）。於另一實施例中，光電單元1、2、3或光電元件4a、4b、4c可藉由異向性導電膜(Anisotropic Conductive Film, ACF) 形成於支撐結構51上。
如果支撐結構51係透明，上述之一或多種光電單元1、2、3或光電元件4a、4b、4c可藉由上述第4A圖至4C圖之步驟鑲埋於支撐結構51中。於另一實施例中，複數個焊墊，例如錫凸塊，可先形成於支撐結構51上表面之一預定位置上，翻轉上述之光電單元1、2、3或光電元件4a、4b、4c，並將其連接墊、延伸墊、電極墊或導電結構分別接合至複數個焊墊之上。
如果支撐結構51係不透明，複數個焊墊，例如錫凸塊，可先形成於支撐結構51上表面之一預定位置上，翻轉上述之光電單元1、2、3或光電元件4a、4b、4c，並將其連接墊、延伸墊、電極墊或導電結構分別接合至複數個焊墊之上。
第6A圖係以光電單元3鑲埋於支撐結構51中為例。於此實施例中，發光元件5a包含複數個光電單元3鑲埋於支撐結構51中，其中支撐結構51係為一具有一或多個凹穴(圖未示)可容納複數個光電單元3之透明結構。如第6A圖所示，複數個光電單元3藉由一導電元件53彼此串聯在一起，形成電連接，其中導電元件53之材料可為金屬。導電元件53具有一部分531設置在支撐結構51上之兩凹穴間。導電元件53可藉由金屬線、化學蒸鍍、或電鍍等方式形成。
如果將上述之一或多種光電單元1、2、3應用在發光元件5a上，一第一導電結構與一第二導電結構視需要形成於光電單元1、2或3上以增加導電元件53與光電單元1、2或3之間可容許的對位誤差。於第6A圖所示之實施例中，一光電單元3形成於一凹穴中，一第一導電結構501與一第二導電結構502分別形成於第3A圖中光電單元3的第一電極墊304及第二電極墊305上，且藉由導電元件53形成一電路以電性連接光電單元3上的第一導電結構501與另一光電單元3上的第二導電結構502。
如果將上述之一或多種光電元件4a、4b、4c應用在發光元件5a上，可藉由導電元件53形成一電路以電性連接第5A~5C圖中的一光電元件4a、4b或4c的第一導電結構401與另一光電元件4a、4b或4c的第二導電結構402。
於上述之步驟後，利用導電元件53形成一電路以電性連接光電單元1、2、3或光電元件4a、4b、4c。此電路於支撐結構51之一側具有一第一端點55及一第二端點57以做為一電性接觸點，在此可用〝+〞及〝-〞之符號做為代表，其可電連接至一外部電源(圖未示)。
第6B圖顯示第6A圖中一具有光電單元3之發光元件5a沿著線X-X’之剖面圖。一透明結構，例如一連接層52，包含一波長轉換材料，例如黃色螢光粉或染料，可形成於支撐結構51及光電單元3之間。如第6B圖所示，導電元件53可藉由上述方法形成於第一導電結構501與第二導電結構502上以與光電單元3電連接。
依據本發明之實施例，支撐結構51可具有一平坦面，例如第6B圖所示之表面S5，或一具有凸部之粗化面，例如第6C圖所示之表面S7，或一曲面，例如第6D圖所示之表面S9。如第6C圖所示，表面S7為鋸齒狀。如第6D圖所示，表面S9具有一半球形形狀。
第6E圖顯示本發明之另一實施例中之一發光元件5c。上述之一或多種光電單元1、2、3或光電元件4a、4b、4c可應用於發光元件5c中。以光電單元3為例，發光元件5c包含複數個光電單元3藉由導電元件53彼此串聯、並聯或其任意組合以形成電連接。例如，數個光電單元3先藉由串聯之方式形成一串聯陣列，二或多個串聯陣列藉由並聯之方式形成一並聯陣列。二或多個並聯陣列彼此可以再串聯連接，如第6E圖所示。詳言之，導電元件53係電連接至每一光電單元3上之第一導電結構501與第二導電結構502。因此數個光電單元3彼此係藉由導電元件53來連接。此外，光電元件亦可藉由導電元件53達到散熱之功效。
在下列實施例之描述中將以複數個光電單元3為例，但其目的並非用以限制本發明之範圍，其他舉例，例如複數個光電單元1、2或複數個光電元件4a、4b或4c亦可應用於此實施例中。於此實施例中，複數個光電單元3彼此間隔一適當距離，且可視需要地排列成一群組。複數個光電單元3間之距離可固定或不固定，或是各種態樣。靠近支撐結構51週邊之複數個光電單元3間之距離比靠近支撐結構51中心之複數個光電單元3間之距離大，如第6A圖中的發光元件5a或第6E圖中的發光元件5c所示。所包含之光電單元3之數量越多，發光元件5a或發光元件5c之亮度越高。如第6A圖或第6E圖所示，複數個光電單元3於一立體圖上可排列成一形狀，包含但是不限於，葉狀、線狀、散佈狀分佈或上述之組合。於一實施例中，支撐結構51包含一根部具有一第一端點55及一第二端點57，一莖部連接至根部並延著一第一方向延伸，及複數個支部連接至莖部並延著一或多個不同於第一方向之方向延伸。
本發明中的發光元件5a或發光元件5c可用於不同之用途，例如燈泡、緊急指示燈、PAR燈、車燈、街燈、地鐵照明或室內照明。第7圖顯示本發明之一實施例中之一燈泡6之前視圖。上述之一或多種發光元件5a和發光元件5c可應用於燈泡6中。以發光元件5a為例，燈泡6包含一發光元件5a，一插座65電性連接至發光元件5a，一接觸部64，以及一外殼62。發光元件5a可為一燈條具有一散佈狀配置或線狀排列。散佈狀配置例如為葉片狀、花瓣狀、樹枝狀、葉脈狀、圓柱狀、U形或弧形。線狀排列例如為矩形。發光元件5a可插於插座65中。插座65具有電路以將發光元件電連接一電源(圖未示)。外殼62之形狀包含球狀、管狀或蠟燭狀。外殼62之形狀亦可參考美國國家標準協會(American National Standard Institute, ANSI)之標準，例如A系列(A series)、B系列(B series)、S系列(S series)、F系列(F series)和G系列(G series)。外殼62之材料包含玻璃或塑膠。空氣、透明材料或上述二者之組合可填充於外殼62中。接觸部64具有一螺紋63和一管腳66，其可做為連接至一交流電源(AC power)(圖未示)之兩端點。螺紋63可用於將燈泡6置於一插座(圖未示)中。接觸部64可用於置入並與一標準電源插座，例如E40、E27、E26或E14電源插座電連接。接觸部64可容置一驅動器(圖未示)具有一電路可用以整流和負荷保護。
第8A~8B、9A~9B、10A~10B、11A~11D、12A~12B、13A~13B、14A~14B、15圖顯示本發明之一實施例中之一發光元件，如第16圖之發光元件7f或第17圖之發光元件7g，的製造方法。在第8A~8B、9A~9B、10A~10B、11A~11D、12A~12B、13A~13B、14A~14B、15圖及在下列描述中，係以光電單元3為例說明，但上述之一或多種光電單元1、2或光電元件4a、4b、4c亦可應用於此些步驟中。第8A圖顯示複數個光電單元3形成於一暫時基板70之上視圖。第8B圖顯示一沿著第8A圖中線Y-Y’之剖面圖。如第8A圖及第8B圖所示，數個具有一第一電極墊304及一第二電極墊305之光電元件3彼此以一第一間距P1形成在暫時基板70上。在另一實施例中，光電單元3可以一第一間距P1成長在一成長基板（圖未示）上。提供一暫時載板100以用於接下來之轉移步驟中，將光電單元3轉移至暫時載板100。詳言之，光電單元3可藉由手動選取或機械選取從暫時基板70轉移至暫時載板100之預定位置。具體地，光電單元3亦可藉由一黏著層（圖未示）轉移至暫時載板100。進一步，光電元件3可逐次（one by one）或批次（batch）轉移。
第9A圖顯示本發明中複數個光電單元3形成於一暫時載板100之一上視圖。第9B圖顯示一沿著第9A圖中線Z-Z’之剖面圖。第9B圖顯示光電單元3從暫時基板70或成長基板（圖未示）轉移至暫時載板100。暫時載板100包含一類似於上述之暫時載板10'的材料。在一實施例中，暫時載板100可為一膠帶，其包含一或多個黏結材料以和光電單元3形成連接。具有第一電極墊304及第二電極墊305之光電單元3彼此以一第二間距P2形成在暫時載板100上，其中第二間距P2大於第一間距P1。亦即，當光電單元從暫時基板70轉移至暫時載板100時，兩鄰近光電單元3間的空間係被擴大。
第10A圖顯示本發明之一實施例中光電單元3之上視圖，具有一第一電極墊304及一第二電極墊305之光電單元3形成在一第一支撐結構73上。第10B圖顯示一沿著第10A圖中線A-A’之剖面圖。第一支撐結構73可具有凹穴，凹穴係配置以容納至少一光電單元3。覆蓋光電單元3之第一支撐結構73可固定且支撐光電單元3，且增加光電單元3的機械強度。第一支撐結構73可為透明結構，由一或多個透明材料所構成。透明材料由一或多個有機材料或無機材料所構成。有機材料可為環氧樹脂（Epoxy）、聚亞醯胺(PI)、苯并環丁烯（BCB）、過氟環丁烷（PFCB）、Su8、丙烯酸樹脂（Acrylic Resin）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚醚醯亞胺（Polyetherimide）、或氟碳聚合物（Fluorocarbon Polymer）。無機材料可為玻璃、氧化鋁、SINR或塗佈旋轉玻璃（SOG）。如第10A圖所示，一波長轉換層111可以圍繞每一光電單元3之方式形成。在另一實施例中，一波長轉換層111'，可為以一長條狀並圍繞複數個光電單元3之方式形成於暫時載板100之部分表面100s上。在另一實施例中，波長轉換層可以圍繞複數個光電單元3且形成於暫時載板100之全部表面100s上之方式形成。
第11A圖顯示本發明之一實施例中複數個光電單元3之上視圖，光電單元3具有一第一電極墊304及一第二電極墊305，且進一步形成在一第二支撐結構71上。第11B圖顯示一沿著第11A圖中線B-B’之剖面圖。第二支撐結構71可包含一不同於第一支撐結構73之材料，或具有比第一支撐結構73大之硬度。第二支撐結構71可包含一或多個透明材料，例如藍寶石、鑽石、玻璃、環氧樹脂、石英、壓克力、氧化矽、氮化鋁、氧化鋅、矽膠、或及其組合。第二支撐結構71的厚度可介於100 μm和700 μm之間。第二支撐結構71對於一光線為透明，像是太陽光或光電元件所發出的光線。此外，波長轉換層111係圍繞每一光電單元3。第二支撐結構71之至少一表面為平坦面，例如第11B圖所示之表面S2；或一粗化面，例如第11C圖所示之表面S4；或一曲面，例如第11D圖所示之表面S6。第二支撐結構71之表面S4為鋸齒狀。第二支撐結構71之曲面S6具有多個曲狀突出部分別對應於每一個光電單元3以增加光取出。
第12A圖顯示本發明之一實施例中多個光電單元3之上視圖，光電單元3係被一第二支撐結構71和一第一支撐結構73所支撐。如第11B圖所示，將光電單元3從一暫時載板100上移除，翻轉第二支撐結構71及第一支撐結構73。第12B圖顯示一沿著第12A圖中線C-C’之剖面圖。
第13A及14A圖顯示光電單元3之上視圖，光電單元3藉由導電元件75彼此串聯連接。在另一實施例中，光電單元3可藉由導電元件75彼此並聯連接（圖未示）。第13B及14B圖分別顯示沿著第13A圖中線D-D’及第14A圖中線E-E’之剖面圖。如第13A圖及14A圖所示，導電元件75具有一部分751設置在介於兩光電單元3間之第一支撐結構73上。一反射層115藉由微影及蝕刻製程形成在光電單元3上。反射層115可由一或多個反射材料所組成，像是介電材料，例如二氧化矽、氮化矽，或金屬氧化物，例如二氧化鈦或其他白色物質。在本發明的一實施例中，反射層115可為單層或疊層。第13A~13B圖顯示第一支撐結構73的一部份表面S8被反射層115所覆蓋，且第一支撐結構73中未被反射層115所覆蓋之一部份表面S9係被波長轉換層111''所覆蓋；並第一支撐結構73中未被反射層115及波長轉換層111''所覆蓋之一部份表面S10係被導電元件75所覆蓋。反射層115形成在介於兩光電單元3間之第一支撐結構73上。波長轉換層111''與波長轉換層111的材料可為相同或不同。導電元件75包含一或多個金屬。金屬例如為銀、金、鈦或銅。
第14A~14B圖顯示另一實施例，第一支撐結構73的一部份表面S8被反射層115所覆蓋，且第一支撐結構73中未被反射層115所覆蓋之一部份表面S10係被導電元件75所覆蓋。
於第8A~8B、9A~9B、10A~10B、11A~11D、12A~12B、13A~13B、14A~14B圖之步驟後，複數個光電單元3彼此藉由一導電元件75串聯連接，如第15圖所示。於另一實施例中，複數個光電單元3彼此可藉由一導電元件75並聯連接(圖未示)。如第15圖所示，一第一端點76及一第二端點78形成於第一支撐結構73的同一側以做為電性接觸點。於另一實施例中，第一端點76及第二端點78可形成於第一支撐結構73的相對側以做為電性接觸點。於形成第一端點76及第二端點78之後，藉由導電元件75所連接的複數個光電單元3被分隔成數個發光元件7f，如第16圖所示。每一發光元件7f中光電單元3的數目可因實際之應用狀況而調整。每一發光元件7f中的複數個光電單元3可排列為一條線或是排列為多條線，第16圖所示為複數個光電單元3排列成兩條線。發光元件7f具有一寬度W及一長度L，例如寬度W大約介於100 μm及1000 μm之間。長度L則與所連接的光電單元3的數目有關，所連接的光電單元3的數目越多，長度L越長。
於本發明另一實施例中，第一端點76及第二端點78係形成於第一支撐結構73的相對側以做為電性接觸點，如第17圖所示，複數個光電單元3係排列成一條線。發光元件7g具有一寬度W及一長度L，例如寬度W大約介於100 μm及1000 μm之間。長度L則與連接的光電單元3的數目有關，所連接的光電單元3的數目越多，長度L越長。
發光元件7f或7g可依使用情形，例如燈泡、緊急指示燈、PAR燈、車燈、街燈、地鐵照明或室內照明，而做不同的設計與排列。如第7圖所示，發光元件7f或7g可應用於燈泡6。具體來說，發光元件7f或7g可插入燈泡6的插座65中。
於本發明另一實施例中，多個發光元件7f或7g排列成一線狀，彼此電連接。以發光元件7g為例來說明，第18圖顯示發光元件7g可放置於一電路板72上，例如FR4或是PCB上。一或多個發光元件7g可與電路板72構裝為一發光元件80。電路板72包含多個電性接點79以與一交流電源AC power (圖未示)連接。發光元件7f或7g上的第一端點76及第二端點78可與電路板72上的電性接點79形成電連接。
發光元件80可應用於一燈管8。第19圖顯示一燈管8的剖面圖。燈管8之尺寸與標準之螢光燈管相似，例如T5和T8螢光燈管。燈管8至少包含一發光元件80，發光元件80係連接至一接觸部(圖未示)。接觸部(圖未示)內部具有一驅動器以與一電源(圖未示)電連接。驅動器(圖未示)內部具有一電路可用以整流和負荷保護。
第20A圖顯示本發明之一實施例中之一燈條90之放大立體圖。第20A圖中的燈條90具有一圓柱形。燈條90包含一空腔905，一可發出紅光之發光元件90R，以及兩個可發出白光之發光元件90W。發光元件90R和發光元件90W位於空腔905內部。空腔905包含矩形、圓柱形、U形或是弧形。空腔905可填充空氣或是透明介質，例如矽膠或是環氧樹脂。依據實際之應用，發光元件90W和發光元件90R之數目可調整以得到所需之色溫。發光元件90R和發光元件90W係環繞一中心軸(A)擺放，且彼此互相平行。於第20A~20B圖中係以光電單元3為例說明，但是上述之一或多種光電單元1、2或光電元件4a、4b、4c皆可應用於發光元件90R和發光元件90W。發光元件90R和發光元件90W之結構與第16~17圖顯示之發光元件7g或發光元件7f相似。發光元件90R或發光元件90W包含複數個光電單元3彼此串聯連接。發光元件90R和發光元件90W之製造方法可參考於第8A~8B、9A~9B、10A~10B、11A~11D、12A~12B、13A~13B、14A~14B、15、16、17圖之步驟。於本實施例中，發光元件90W包含複數個可發出藍光之光電單元3，以及一波長轉換層直接位於光電單元3上以將藍光轉換成一黃光。藍光與黃光混合後即產生一白光。燈條90可用以混合光線。具體而言，將發光元件90W所發出具有一演色性指數(CRI)小於80之白光以及發光元件90R所發出之紅光混合後以得到演色性指數(CRI)大於80之白光。於本實施例中，由於發光元件90R和發光元件90W彼此互相分離，可減少發光元件90R和發光元件90W之間的熱傳導。燈條90之材料包含玻璃、矽膠(silicone)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、聚胺酯(polyurethane, PU) 、或環氧樹脂(epoxy)。進一步來說，由於發光元件90R和發光元件90W係彼此互相分離，發光元件90R和發光元件90W可藉由一積體電路(IC circuit)的兩個通道分別控制，所述兩個通道係指發光元件90R和發光元件90W可於相同電流或不相同電流之情況下驅動。例如，當發光元件90W係於30 mA下驅動時，發光元件90R可選擇性地在30 mA或是20 mA下驅動。或者是，發光元件90R和發光元件90W可以串聯連接，並藉由一電路板的電路設計，以單一通道控制。所述單一通道係指發光元件90R和發光元件90W係於相同電流之情況下驅動。例如，當發光元件90W係於20 mA下驅動時，發光元件90R亦是在20 mA下驅動。
第20B圖顯示本發明之另一實施例中之一燈條90之放大立體圖。於此實施例中，燈條90包含一可發出紅光之發光元件90R及兩個可發出藍光之發光元件90B。一膜層907包含波長轉換材料和擴散粒子形成於燈條90的內表面。或者是，膜層907形成於燈條90的外表面。波長轉換材料係用於將發光元件90B所發出之藍光轉換成黃光，藍光與黃光混合後即產生一白光。擴散粒子係用於漫射藍光、黃光及或白光。經由藍光與黃光混合後的白光具有一演色性指數(CRI)小於80，可再與發光元件90R所發出之紅光混合以得到演色性指數(CRI)大於80之白光。於一實施例中，膜層907包含波長轉換材料以轉換光線和漫射光線。
第21A圖顯示發光元件90R之剖面圖。如第21A圖所示，發光元件90R具有一結構不同於第20A圖中發光元件90R之結構。於第21A~21B圖中，將以複數個光電單元3為例，但其目的並非用以限制本發明之範圍，其他舉例，例如一或複數個光電單元1、2、或光電元件4a、4b或4c亦可應用於發光元件90R。如第21A圖所示，發光元件90R包含複數個光電單元3位於一電路板91上及一外殼903位於複數個光電單元3上以導光及漫射光。於第20A圖中的發光元件90R具有一發射面E1垂直於中心軸A。於第21A圖中的發光元件90R具有一發射面E2平行於第20A圖中的中心軸A。第21B圖顯示發光元件90R於另一實施例之剖面圖。如第21B圖所示，於另一實施例中外殼903於側表面9031上可粗化以增加出光。
第22A圖顯示本發明之一實施例中一燈條95之立體圖。第22A圖中的燈條95之形狀為U形。如第22A圖所示，燈條95包含一透光外殼951，及一可發藍光之發光元件90B為透光外殼951所包覆。於第22A~22B圖中，將以複數個光電單元3為例，但其目的並非用以限制本發明之範圍，其他舉例，例如一或複數個光電單元1、2、或光電元件4a、4b或4c亦可應用於發光元件90B。如第22A圖所示，發光元件90B包含複數個光電單元3藉由一連接結構954，例如金屬線，彼此串聯連接且位於一可撓性透明基板953上。於一實施例中，此彎曲的燈條95包含可發出藍光的發光元件90B及可發出紅光的發光元件90R。此外，一膜層952可形成透光外殼951的內表面及或外表面上。膜層952包含波長轉換材料和擴散粒子。波長轉換材料係用於將藍光轉換成黃光，藍光與黃光混合後即產生一白光。擴散粒子係用於漫射藍光、黃光及或白光。經由藍光與黃光混合後的白光具有一演色性指數(CRI)小於80，可再與紅光混合以得到演色性指數(CRI)大於80之白光。於一實施例中，膜層952包含波長轉換材料以轉換光線和漫射光線。
第22B圖顯示另一實施例中之一燈條95之立體圖。如第22B圖所示，複數個發光元件90B可放置於一U型可撓性基板956上。可撓性基板956上具有一電路(圖未示)以與發光元件90B電連接。發光元件90B包含複數個光電單元，例如上述之光電單元3，彼此串聯連接形成一與第16~17圖中發光元件7g或7f相似之結構。
第23圖顯示本發明一實施例中之一燈泡20之立體圖。燈泡20包含三個彎曲成U形之燈條95。
第24圖顯示本發明一實施例中之一燈泡10之立體圖。燈泡10包含一外殼10S，一電路板91，例如PCB板，複數個插座98位於電路板91上並電連接至電路板91，及複數個燈條90分別連接至對應的插座98。複數個燈條90可排列成三角形並相互傾斜。具體而言，複數個燈條90從一立體圖上係排列成一錐形。由於插座98具有一傾斜的上表面，相對的，燈條90連接到此傾斜的上表面時有一傾斜的位置。因此，燈條90的上部份901彼此會互相靠近，且燈條90的下部份902彼此會互相遠離。或者是，燈條管90的上部份901彼此會互相遠離，且燈條90的下部份902彼此會互相靠近。於本實施例中，複數個燈條90可排列成一多角形，例如方形或六角形，且往上出光。複數個燈條90之排列亦可相互平行。
第25圖顯示本發明一實施例中之一燈泡30之立體圖。燈泡30包含一蠟燭形外殼301，一電路板91，例如PCB板，複數個插座98位於電路板91上並電連接至電路板91，及複數個可發出白光之發光元件90W分別連接至對應的插座98。複數個發光元件90W可排列成三角形並相互傾斜。於本實施例中，由於插座98具有一傾斜的上表面，相對的，發光元件90W連接到此傾斜的上表面時有一傾斜的位置。因此，發光元件90W的上部份彼此會互相靠近，且發光元件90W的下部份彼此會互相遠離。或者是，發光元件90W的上部份彼此會互相遠離，且發光元件90W的下部份彼此會互相靠近。於本實施例中，發光元件90W之排列亦可相互平行。複數個發光元件90W可排列成一多角形，例如方形或六角形，且往上出光。發光元件90W之排列亦可相互平行。於本實施例中，發光元件90W之結構與第16~17圖顯示之發光元件7g或發光元件7f相似。
上述所提及之實施例係使用描述技術內容及發明特徵，而使習知此技藝者可了解本發明之內容並據以實施，其並非用以限制本發明之範圍。亦即，任何人對本發明所作之任何顯而易見之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。例如，電連接方式不限於串聯連接。需了解的是，本發明中上述之實施例在適當的情況下，是可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。
可理解的是，對於熟習此項技藝者，不同修飾或變更皆可應用於本發明中且不脫離本發明之精神與範圍。前述之描述，目的在於涵蓋本發明之修飾或變更的揭露皆落於本發明之專利範圍內且與其均等。
1、2、3‧‧‧光電單元
10'、100‧‧‧暫時載板
100s‧‧‧表面
S1‧‧‧底表面
S2、S4、S6、S8、S10‧‧‧表面
101‧‧‧基板
102‧‧‧發光結構
102a‧‧‧第一型半導體層
102b‧‧‧發光層
102c‧‧‧第一型半導體層
103、203‧‧‧保護層
104‧‧‧第一連接墊
104s、204s、304s、401s‧‧‧上表面
105‧‧‧第二連接墊
105s、205s、305s、402s‧‧‧上表面
108‧‧‧透明導電層
111、111'、111''‧‧‧波長轉換層
115、280‧‧‧反射層
12、52‧‧‧連接層
16、73‧‧‧第一支撐結構
16t‧‧‧空間
17‧‧‧開口
18、71‧‧‧第二支撐結構
10、20‧‧‧燈泡
204‧‧‧第一延伸墊
205‧‧‧第二延伸墊
304‧‧‧第一電極墊
305‧‧‧第二電極墊
4、4a、4b、4c‧‧‧光電元件
40‧‧‧導電結構
401、501‧‧‧第一導電結構
402、502‧‧‧第二導電結構
5a、5c、7f、7g、80‧‧‧發光元件
51‧‧‧支撐結構
53、75‧‧‧導電元件
55、76‧‧‧第一端點
57、78‧‧‧第二端點
S5、S7、S9‧‧‧表面
6‧‧‧燈泡
10S、62‧‧‧外殼
64‧‧‧接觸部
63‧‧‧螺紋
65、98‧‧‧插座
66‧‧‧管腳
70‧‧‧暫時基板
72、91‧‧‧電路板
751‧‧‧部份
79‧‧‧電性接點
8‧‧‧燈管
90、95‧‧‧燈條
90R、90W、90B‧‧‧發光元件
901‧‧‧上部份
902‧‧‧下部份
903、951‧‧‧外殼
9031‧‧‧側表面
905‧‧‧空腔
907、952‧‧‧膜層
953‧‧‧透明基板
954‧‧‧連接結構
956‧‧‧可撓性基板
第1A圖是本發明之一實施例中之一光電單元之剖面圖。 第1B圖是第1A圖之光電單元之上視圖，且未顯示一連接墊。 第1C圖是第1A圖之光電單元之上視圖。 第2A圖是本發明之一實施例中之一光電單元之剖面圖。 第2B圖是第2A圖之光電單元之上視圖。 第3A圖是本發明之一實施例中之一光電單元之剖面圖。 第3B圖是第3A圖之光電單元之上視圖。 第4A-4C圖是本發明之一實施例中之一光電元件之製造方法。 第5A圖是本發明之一實施例中之一光電元件之剖面圖。 第5B圖是本發明之一實施例中之一光電元件之剖面圖。 第5C圖是本發明之一實施例中之一光電元件之剖面圖。 第6A圖是本發明之一實施例中之一包含複數個光電元件之發光元件。 第6B圖是第6A圖中之發光元件沿著線X-X’之剖面圖。 第6C圖是第6A圖中之發光元件沿著線X-X’之剖面圖。 第6D圖是第6A圖中之發光元件沿著線X-X’之剖面圖。 第6E圖是本發明之一實施例中之一包含複數個光電元件之發光元件。 第7圖本發明之一實施例中之一燈泡之前視圖。 第8A-17圖是本發明之一實施例中之一發光元件之製造方法。 第18圖是本發明之一實施例中之一光電封裝之上視圖。 第19圖是本發明之一實施例中之一燈管之剖面圖。 第20A-20B圖是本發明之一實施例中之一燈條之放大立體圖。 第21A-21B圖是本發明之一實施例中之一發光元件之剖面圖。 第22A-22B圖是本發明之一實施例中之一燈條之剖面圖。 第23圖是本發明之一實施例中之一燈泡之立體圖。 第24圖是本發明之一實施例中之一燈泡之立體圖。 第25圖是本發明之一實施例中之一燈泡之立體圖。

Claims (10)

  1. 一種燈泡，包含： 一第一光電單元與一第二光電單元，各個光電單元包含： 一發光結構，具有一側壁，並包含一第一半導體層、一第二半導體層、以及一發光層位於該第一半導體層與該第二半導體層之間；以及 一第一電極墊以及一第二電極墊位於該第一半導體層之上； 一導電元件連接該第一光電單元的該第一電極墊與該第二發光單元的該第二電極墊上，且不覆蓋該第一發光單元及該第二發光單元的該側壁； 一透明結構，不間斷地覆蓋該發光結構及該導電元件並在空間中呈現弧形外觀，且具有一朝向該導電元件的曲面； 一第一端點以及一第二端點與該第一光電單元與該第二光電單元電性連接，並位於該透明結構的外緣以接受電力；以及 一外殼，可以容置該第一與第二光電單元、該透明結構及該導電元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的燈泡，其中，該透明結構為一可撓性結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的燈泡，更包含波長轉換材料位於透明結構內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的燈泡，其中，該透明結構具有複數個凹穴供容置該第一光電單元與該第二光電單元，部分的該導電元件位於其中兩個該複數個凹穴之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的燈泡，其中，該第一端點與該第二端點位於該透明結構的同一側。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的燈泡，其中，該第一光電單元與該第二光電單元在空間上呈現散佈狀排列。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的燈泡，其中，該第一光電單元與該第二光電單元的長邊在空間上的排列呈現非直線排列。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的燈泡，其中，該第一光電單元與該第二光電單元的短邊在空間上的排列呈現非直線排列。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的燈泡，其中，該透明結構的熔點高於該第一光電單元與該第二光電單元的操作溫度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的燈泡，其中，該透明結構可以曲折成一立體的形狀。
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