TW201916343A - 微型發光元件及顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
一種微型發光元件，包括一磊晶結構層、一第一型電極以及一第二型電極。磊晶結構層具有一第一容置凹槽。第一型電極配置於磊晶結構層的第一容置凹槽上，且具有一第二容置凹槽。第二型電極配置於磊晶結構層上，其中磊晶結構層位於第一型電極與第二型電極之間。
Description
本發明是有關於一種半導體元件及電子裝置，且特別是有關於一種微型發光元件及具有上述微型發光元件的顯示裝置。
一般來說，發光二極體晶片可透過打線接合（wire bonding）或覆晶接合（flip-chip bonding）的方式與外部電路電性連接。以覆晶接合的連接方式來說，發光二極體晶片的電極可透過導電凸塊（conductive bump）、導電膠（conductive paste）、焊料（solder）等導電材料而與外部電路上的接墊電性連接。然而，上述的導電材料與發光二極體晶片的接觸面積小於發光二極體晶片的面積，因此上述的導電材料與外部電路的接墊之間並沒有足夠的對位裕度，因而降低發光二極體晶片與外部電路之間的對位精準度。
本發明提供一種微型發光元件，其第一型電極具有容置凹槽，可具有較大的對位裕度。
本發明提供一種顯示裝置，其微型發光元件與配置於驅動基板上的接合墊之間具有較佳的對位精準度。
本發明的微型發光元件，其包括一磊晶結構層、一第一型電極以及一第二型電極。磊晶結構層具有一第一容置凹槽。第一型電極配置於磊晶結構層的第一容置凹槽上，且具有一第二容置凹槽。第二型電極配置於磊晶結構層上，其中磊晶結構層位於第一型電極與第二型電極之間。
在本發明的一實施例中，上述的磊晶結構層包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層。發光層配置於第一型半導體層與第二型半導體層之間，且第一型半導體層的寬度大於等於第二型半導體層的寬度，其中第一型半導體層具有第一容置凹槽。
在本發明的一實施例中，上述的第一型電極為N型電極，而第二型電極為P型電極。
在本發明的一實施例中，上述的第一型電極的熔點介於 100度至300度之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一容置凹槽具有一第一深度，第一深度與磊晶結構層的最大高度比值大於0且小於等於0.5。
在本發明的一實施例中，上述的第二容置凹槽具有一第一寬度，第一寬度與磊晶結構層的最大寬度比值大於0.6且小於1。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件更包括一絕緣層，覆蓋磊晶結構層的一第一周圍表面。
在本發明的一實施例中，上述的絕緣層的邊緣切齊第一型電極的一第二周圍表面。
本發明的顯示裝置，其包括一驅動基板、多個接合墊以及多個微型發光元件。接合墊分散配置於驅動基板上。微型發光元件分散配置於驅動基板上，且分別對應接合墊。每一微型發光元件包括一磊晶結構層、一第一型電極以及一第二型電極。磊晶結構層具有一第一容置凹槽，其中第一容置凹槽與驅動基板定義出一空間。第一型電極配置於磊晶結構層的第一容置凹槽上且位於空間內。第一型電極與對應的接合墊電性連接。第二型電極配置於磊晶結構層上，其中磊晶結構層位於第一型電極與第二型電極之間。
在本發明的一實施例中，上述的磊晶結構層包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層。發光層配置於第一型半導體層與第二型半導體層之間，且第一型半導體層的寬度大於等於第二型半導體層的寬度，其中第一型半導體層具有第一容置凹槽。
在本發明的一實施例中，上述的第一型電極為N型電極，而第二型電極為P型電極。
在本發明的一實施例中，上述的第一型電極的熔點介於 100度至300度之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一容置凹槽具有一第一深度，第一深度與磊晶結構層的最大高度比值大於0且小於等於0.5。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置更包括一絕緣層，覆蓋磊晶結構層的一第一周圍表面。
在本發明的一實施例中，上述的絕緣層的邊緣切齊第一型電極的一第二周圍表面。
在本發明的一實施例中，上述的每一接合墊的熔點大於等於第一型電極的熔點。
在本發明的一實施例中，上述的每一微型發光元件的第一型電極於驅動基板上的正投影面積大於對應的接合墊於驅動基板上的正投影面積。
在本發明的一實施例中，上述的每一微型發光元件的第一型電極於驅動基板上的正投影面積與對應的接合墊於驅動基板上的正投影面積的比值大於1且小於等於10。
在本發明的一實施例中，上述的每一微型發光元件的第一型電極與驅動基板之間具有一空氣間隙。
在本發明的一實施例中，上述的每一微型發光元件的第一型電極直接接觸驅動基板。
基於上述，本發明的微型發光元件的磊晶結構層具有第一容置凹槽，而第一型電極配置於磊晶結構層的第一容置凹槽上，具有第二容置凹槽。如此一來，後續藉由第一型電極與驅動基板進行接合製程時，容置凹槽的設計可使得本發明的微型發光元件可具有較大的對位裕度。此外，採用此微型發光元件的顯示裝置，則可透過容置凹槽的設計來提高微型發光元件與配置於驅動基板上的接合墊之間的對位精準度。
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。
圖1A繪示為本發明的一實施例的一種顯示裝置的俯視示意圖。圖1B繪示為圖1A的顯示裝置的局部剖面示意圖。圖1C繪示為本發明的一實施例的一種微型發光元件的示意圖。請同時參閱圖1A、圖1B與圖1C，本實施例的顯示裝置10包括一驅動基板100、多個微型發光元件200A以及多個接合墊300。微型發光元件200A與接合墊300分別分散配置於驅動基板100上，且微型發光元件200A分別對應接合墊300。每一微型發光元件200A包括一磊晶結構層220、一第一型電極240以及一第二型電極260。磊晶結構層220具有一第一容置凹槽222a。第一型電極240配置於磊晶結構層220的第一容置凹槽222a上，具有一第二容置凹槽242a。第二型電極260配置於磊晶結構層220上，其中磊晶結構層220位於第一型電極240與第二型電極260之間。此處，顯示裝置10可以為微型發光二極體顯示裝置，但本發明並不以此為限。此外，本實施例的顯示裝置10僅示範性地繪示三個微型發光元件200A，惟本領域通常知識者於參酌本發明後，可依據實際需求改變微型發光元件200A的數量，本發明並不以此為限。
詳細來說，請參閱圖1A，本實施例的驅動基板100具有多個畫素區120，而微型發光元件200A彼此分離地配置於驅動基板100上，且每一畫素區120內至少配置三個微型發光元件200A，其中微型發光元件200A可發出不同光色。更具體來說，本實施例的顯示裝置10更配置有一掃描線驅動電路140、一資料線驅動電路160以及一控制電路180，而資料線驅動電路160與掃描線驅動電路140配置於驅動基板100上且與驅動基板100電性連接。微型發光元件200A可透過資料線驅動電路160與掃描線驅動電路140的驅動而發光，而資料線驅動電路160與掃描線驅動電路140電性連接至控制電路180，可藉由控制電路180的設計來調整微型發光元件200A的發光順序及時間。此處，本實施例的驅動基板100例如是一互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）基板、一矽基液晶（Liquid Crystal on Silicon, LCOS）基板、一薄膜電晶體（Thin Film Transistor, TFT）基板或是其他具有一工作電路的基板，於此並不加以限制。
請再參閱圖1C，本實施例的微型發光元件200A具體化為尚未接合至驅動基板100上的微型發光元件態樣。微型發光元件200A的磊晶結構層220包括一第一型半導體層224、一發光層226以及一第二型半導體層228。發光層226配置於第一型半導體層224與第二型半導體層228之間，其中第一型半導體層224具有第一容置凹槽222a。更具體來說，第一容置凹槽222a為第一型半導體層224的一部分所形成。第一型半導體層224的一寬度T1大於第二型半導體層228的一寬度T2。換句話說，在本實施例的微型發光元件200A的磊晶結構層220的寬度由第一型半導體層224往第二型半導體層228的方向逐漸遞減，以形成磊晶結構層220於垂直方向上的剖面形狀為梯形。另須說明的是，微型發光元件200A的磊晶結構層220的第一型半導體層224與第二型半導體層226的最大寬度差值可以視產品應用的實際需求而介於0微米至5微米之間作調整。也就是說，於其他未繪示的實施例中，第一型半導體層的寬度亦可以等於第二型半導體層的寬度，於此並不加以限制。此外，本實施例的第一型半導體層224於垂直剖面上的最大高度可以大於第二型半導體層228於垂直剖面上的最大高度。具體來說，第一型半導體層224於垂直剖面上的高度可以介於1微米至5微米之間，發光層226於垂直剖面上的高度可以介於0.1微米至1微米之間，且第二型半導體層228於垂直剖面上的高度可以介於0.1微米至0.5微米之間，而使磊晶結構層220的整體高度可以控制於1微米至6微米之間，用以確保後續製程的良率與終端產品的特性。
在本實施例中，微型發光元件200A的第一型電極240與第二型電極260分別位於磊晶結構層220的相對兩側，其中第一型電極240電性連接磊晶結構層220的第一型半導體層240，且第二型電極260電性連接磊晶結構層220的第二型半導體層260。換句話說，微型發光元件200A具體化為垂直式微型發光二極體（Vertical Type Micro LED），其最大寬度可以介於1微米到100微米之間，更佳地是介於1微米到50微米之間。此處，第一型電極240具體化為N型電極，而第二型電極260具體化為P型電極，但不以此為限。此處，第一型電極240的材料可以為例如是銦（In）、錫（Sn）、上述金屬之合金及上述合金之組合的一低熔點金屬，以利於後續的製程操作與顯示裝置10的良率。此處，第一型電極240的熔點可介於100度至300度之間，但不以此為限。第二型電極260的材料包括一半透明導電材料或一透明導電材料，如具有4.5eV至5.3eV的高功函數且性質穩定又具有高光穿透率的氧化銦錫（ITO），以使發光層226所產生的光線可經由第二型電極260而出光。此外，微型發光元件200A的一外部量子效率曲線的一最大峰值電流密度，較佳地，介於0.01 A/cm2
至2 A/cm2
之間。意即，本實施例的微型發光元件200A適於在低電流密度的情況下操作。
更進一步來說，如圖1C所示，第一型電極240共形地覆蓋於第一型半導體層224而具有第二容置凹槽242a。具體來說，第一型電極240完全覆蓋磊晶結構層220的第一容置凹槽222a，而第二容置凹槽242a的剖面形狀大致相同於第一容置凹槽222a的剖面形狀。此處，第一型電極240於第一容置凹槽222a的一底面S1的厚度大於第一型電極240於第一容置凹槽222a的一側表面S2的厚度，避免破壞第一型半導體層224的第一容置凹槽222a中較為脆弱的側面。當然，於其他未繪示的實施例中，第一型電極亦可以相同的厚度覆蓋於第一容置凹槽的底面與側面上，此仍屬於本發明所欲保護的範圍。較佳地，本實施例的第一容置凹槽222a具有一第一深度D1，而磊晶結構層220具有一最大高度D2，且第一深度D1與最大高度D2的比值大於0且小於等於0.5，以使微型發光元件200A具有較佳的結構良率。若比值大於0.5，則因第一容置凹槽222a的深度過深會影響到微型發光元件200A本身的結構良率。此外，第二容置凹槽224a具有一第一寬度W1，而磊晶結構層220具有一最大寬度W2，第一寬度W1與最大寬度W2比值大於0.6且小於1，使第一型電極240的第二容置凹槽242a具有一定的開口率，而使得微型發光元件200A在後續的製程中可以具有較好的對位裕度。若寬度比值小於0.6，則會影響到後續接合程序的製程裕度。
請再參閱圖1A與圖1B，本實施例的接合墊300對應於微型發光元件200A，且以例如是陣列排列的方式的設置於驅動基板100上。微型發光元件200A的第一型電極240於驅動基板100上的正投影面積大於對應的接合墊300於驅動基板100上的正投影面積。更具體來說，微型發光元件200A的第一型電極240於驅動基板100上的正投影面積與對應的接合墊300於驅動基板100上的正投影面積的比值大於1且小於等於10。也就是說，微型發光元件200A的第一型電極240於驅動基板100上的正投影面積與接合墊300於驅動基板100上的正投影面積的比值會依據微型發光元件200A的尺寸與實際設計需求而有所不同。舉例來說，當微型發光元件200A的尺寸大於50微米時，由於微型發光元件200A的尺寸較大，則每一微型發光元件200A的第一電極層240與對應的接合墊300於驅動基板100上的正投影面積比值大於3且小於等於10，可在對位接合時有較大的製程容許度。此外，當微型發光元件200A的尺寸小於或等於50微米時，由於微型發光元件200A的尺寸較小，則每一微型發光元件200A的第一電極層240與對應的接合墊300於驅動基板100上的正投影面積比值大於1且小於等於5，可在對位接合時有較佳的製程良率。此處，接合墊300的材質包括金（Au）、鈦（Ti）、鉑（Pt）、鋁（Al）、鎳（Ni）、鉻（Cr）、銦（In）、錫（Sn）或上述金屬的合金。特別說明的是，接合墊300的熔點可大於等於第一型電極240的熔點。此處，接合墊300選擇與第一型電極240相近熔點的金屬或合金，例如皆為銦，但不以此為限。於此，本實施例的顯示裝置10的整體配置關係即大致完成。
在組裝上，請同時參考圖1B與圖1C，首先，將微型發光元件200A的第一型電極240的第二容置凹槽242a朝向設置有接合墊300的驅動基板100。接著，透過接合製程將微型發光元件200A放置於驅動基板100上，而使微型發光元件200A的第一型電極240直接接觸並電性連接驅動基板100，且使對應的接合墊300位於第二容置凹槽242a與驅動基板100所定義出的一空間A1中。此時，接合製程的溫度可使得低熔點的第一型電極240呈現熔融態而與對應的接合墊300電性連接，而接合於驅動基板100上。此時，低熔點的接合墊300亦可呈現部分熔融態，與呈現熔融態的第一型電極240共晶接合。由於第一型電極240具有第二容置凹槽242a，因此熔融態的接合墊300與熔融態的第一型電極240大多會被留在第二容置凹槽242a與驅動基板100所定義出的空間A1中，不會溢流大幅散至驅動基板100上。之後，進行一固化程序，以固化呈現熔融態的第一型電極240與接合墊300，而完成將微型發光元件200A組裝於驅動基板100上而定義出顯示裝置10。
由於第一型電極240與接合墊300皆為低熔點的金屬或合金，因此當微型發光元件200A透過接合墊300與驅動基板接合100而形成顯示裝置10時，操作溫度可以不需太高，可具有較佳的良率。值得一提的是，本實施例的第一型電極240的第二容置凹槽242a的設計具有導引的功能，可使得微型發光元件200A在碰觸到對應的接合墊300的邊緣時，可將對應的接合墊300容納至第二容置凹槽242a內，可具有較大的對位裕度，且可提升微型發光元件200A與驅動基板100之間的對位精準度。
此外，如圖1B所示，當微型發光元件200A與驅動基板100接合之後，微型發光元件200A與驅動基板100所定義出的空間A1完全被熔融態的第一型電極240與接合墊300所填滿。因此，後續固化程序時，空間A1中不會出現有空氣間隙。然而，請參考圖1D，微型發光元件200A的第一型電極240與驅動基板100所定義出的一空間A2中亦可具有一空氣間隙G，可做為接合時的緩衝空間。也就是說，微型發光元件200A與驅動基板100之間具有空氣間隙G，但此空氣間隙G並不影響顯示裝置10的電性能力，此仍屬於本發明所欲保護的範圍。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參照前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
圖2繪示為本發明的另一實施例的一種微型發光元件的示意圖。請同時參閱圖1C與圖2，本實施例的微型發光元件200B與圖1C的微型發光元件200A相似，兩者的差異在於：本實施例的微型發光元件200B更包括一絕緣層280b，其中絕緣層280b覆蓋磊晶結構層220b的一第一周圍表面222b，以避免外界的水氣或氧氣侵襲磊晶結構層220b。此處，絕緣層280b配置於磊晶結構層220b的第一周圍表面222b上且位於第一型電極240b與第二型電極260b之間。特別是，絕緣層280b的邊緣切齊該第一型電極240b的一第二周圍表面242b，且第一型電極240b沿伸配置於絕緣層280b上，使第一型電極240b與接合墊（未繪示）具有較大的接合面積。此處，絕緣層280b的邊緣亦切齊第二型電極260b的一周圍表面，可使後續共電極（未繪示）有較大的接合面積，但於其他未繪示的實施例中，第二型電極亦可以內縮而不切齊絕緣層的邊緣，在此並不為限。
圖3繪示為本發明的另一實施例的一種微型發光元件的示意圖。請同時參閱圖2與圖3，本實施例的微型發光元件200C與圖2的微型發光元件200B相似，兩者的差異在於：本實施例的絕緣層280c除了覆蓋磊晶結構層220c的第一周圍表面222c外，更由第二型半導體層228c延伸至覆蓋第二型電極260c的部分側面，以更加地確保磊晶結構層220c不會因受到外界的水氣或氧氣入侵而破壞。此外，因為製程變異的關係，微型發光元件200C的磊晶結構層220c的第一型半導體層224c亦可部分延伸至第一型電極240c與絕緣層280c之間，只要絕緣層280c提供磊晶結構層220c的發光層226c足夠阻隔水氣或氧氣的保護，此仍屬於本發明所欲保護的範圍。此處，第一型半導體層224c、絕緣層280c與第一型電極240c的第二周圍表面242c大致切齊。
綜上所述，本發明的微型發光元件的磊晶結構層具有第一容置凹槽，而第一型電極配置於磊晶結構層的第一容置凹槽上，具有第二容置凹槽。藉此，後續藉由第一型電極與驅動基板進行接合製程時，容置凹槽的設計可使得本發明的微型發光元件可具有較大的對位裕度。此外，採用此微型發光元件的顯示裝置，則可透過微型發光元件的容置凹槽的設計來提高微型發光元件與配置於驅動基板上的接合墊之間的對位精準度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧顯示裝置
100‧‧‧驅動基板
120‧‧‧畫素區
140‧‧‧掃描線驅動電路
160‧‧‧資料線驅動電路
180‧‧‧控制電路
200A、200B、200C‧‧‧微型發光元件
220、220b、220c‧‧‧磊晶結構層
222a‧‧‧第一容置凹槽
222b、222c‧‧‧第一周圍表面
224、224c‧‧‧第一型半導體層
226、226c‧‧‧發光層
228、228c‧‧‧第二型半導體層
240、240b、240c‧‧‧第一型電極
242a‧‧‧第二容置凹槽
242b、242c‧‧‧第二周圍表面
260、260b、260c‧‧‧第二型電極
280b、280c‧‧‧絕緣層
300‧‧‧接合墊
A1、A2‧‧‧空間
D1‧‧‧第一深度
D2‧‧‧最大高度
G‧‧‧空氣間隙
W1‧‧‧第一寬度
W2‧‧‧最大寬度
S1‧‧‧底面
S2‧‧‧側表面
T1、T2‧‧‧寬度
圖1A繪示為本發明的一實施例的一種顯示裝置的俯視示意圖。 圖1B繪示為圖1A的顯示裝置的局部剖面示意圖。 圖1C繪示為本發明的一實施例的一種微型發光元件的示意圖。 圖1D繪示為本發明的一實施例的另一種顯示裝置的局部剖面示意圖。 圖2繪示為本發明的另一實施例的一種微型發光元件的示意圖。 圖3繪示為本發明的另一實施例的一種微型發光元件的示意圖。
Claims (20)
- 一種微型發光元件，包括： 一磊晶結構層，具有一第一容置凹槽； 一第一型電極，配置於該磊晶結構層的該第一容置凹槽上，且具有一第二容置凹槽；以及 一第二型電極，配置於該磊晶結構層上，其中該磊晶結構層位於該第一型電極與該第二型電極之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件，其中該磊晶結構層包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層，該發光層配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間，且該第一型半導體層的寬度大於等於該第二型半導體層的寬度，其中該第一型半導體層具有該第一容置凹槽。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件，其中該第一型電極為N型電極，而該第二型電極為P型電極。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件，其中該第一型電極的熔點介於100度至300度之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件，其中該第一容置凹槽具有一第一深度，該第一深度與該磊晶結構層的最大高度比值大於0且小於等於0.5。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件，其中該第二容置凹槽具有一第一寬度，該第一寬度與該磊晶結構層的最大寬度比值大於0.6且小於1。
- 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件，更包括： 一絕緣層，覆蓋該磊晶結構層的一第一周圍表面。
- 如申請專利範圍第7項所述的微型發光元件，其中該絕緣層的邊緣切齊該第一型電極的一第二周圍表面。
- 一種顯示裝置，包括： 一驅動基板； 多個接合墊，分散配置於該驅動基板上；以及 多個微型發光元件，分散配置於該驅動基板上，且分別對應該些接合墊，其中各該微型發光元件，包括： 一磊晶結構層，具有一第一容置凹槽，其中該第一容置凹槽與該驅動基板定義出一空間； 一第一型電極，配置於該磊晶結構層的該第一容置凹槽上且位於該空間內，其中該第一型電極與對應的該接合墊電性連接；以及 一第二型電極，配置於該磊晶結構層上，其中該磊晶結構層位於該第一型電極與該第二型電極之間。
- 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中該磊晶結構層包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層，該發光層配置於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間，且該第一型半導體層的寬度大於等於該第二型半導體層的寬度，其中該第一型半導體層具有該第一容置凹槽。
- 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中該第一型電極為N型電極，而該第二型電極為P型電極。
- 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中該第一型電極的熔點介於100度至300度之間。
- 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中該第一容置凹槽具有一第一深度，該第一深度與該磊晶結構層的最大高度比值大於0且小於等於0.5。
- 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，更包括： 一絕緣層，覆蓋該磊晶結構層的一第一周圍表面。
- 如申請專利範圍第14項所述的顯示裝置，其中該絕緣層的邊緣切齊該第一型電極的一第二周圍表面。
- 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中各該接合墊的熔點大於等於該第一型電極的熔點。
- 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中各該微型發光元件的該第一型電極於該驅動基板上的正投影面積大於對應的該接合墊於該驅動基板上的正投影面積。
- 如申請專利範圍第17項所述的顯示裝置，其中各該微型發光元件的該第一型電極於該驅動基板上的正投影面積與對應的該接合墊於該驅動基板上的正投影面積的比值大於1且小於等於10。
- 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中各該微型發光元件的該第一型電極與該驅動基板之間具有一空氣間隙。
- 如申請專利範圍第9項所述的顯示裝置，其中各該微型發光元件的該第一型電極直接接觸該驅動基板。
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