TW202218192A - 微型發光二極體 - Google Patents
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Abstract
一種微型發光二極體,適於配置且電性連接於一電路基板上,微型發光二極體包括磊晶結構、至少一第一電極、第二電極及絕緣層。磊晶結構包括依序堆疊的第一半導體層、發光層及第二半導體層。至少一第一電極電性連接於第一半導體層,且從第一半導體層旁沿著磊晶結構的至少一側面延伸至第二半導體層與電路基板之間。第二電極位於第二半導體層的下方且電性連接於第二半導體層。絕緣層至少設置於至少一第一電極與磊晶結構的發光層之間及至少一第一電極與第二半導體層之間。
Description
本發明是有關於一種微型發光二極體,且特別是有關於一種具有較佳接合良率的微型發光二極體。
目前,垂直式發光二極體與倒裝式發光二極體為常見的兩種發光二極體的形式。垂直式發光二極體的兩電極位於相對的兩側,由於其中一個電極需要透過打線接合至電路板,接合良率受到限制。倒裝式發光二極體則需要在磊晶層上形成導通孔或平台(mesa),來使其中一個半導體層電性連接於電極,當發光二極體縮小至微米等級的微型發光二極級,應用於顯示裝置上時,整體尺寸難以縮減。
本發明提供一種微型發光二極體,其可兼具垂直式發光二極體與倒裝式發光二極體的優點。
本發明的一種微型發光二極體,適於配置且電性連接於一電路基板上,微型發光二極體包括磊晶結構、至少一第一電極、第二電極及絕緣層。磊晶結構包括依序堆疊的第一半導體層、發光層及第二半導體層。至少一第一電極電性連接於第一半導體層,且從第一半導體層旁沿著磊晶結構的至少一側面延伸至第二半導體層與電路基板之間。第二電極位於第二半導體層的下方且電性連接於第二半導體層。絕緣層至少設置於至少一第一電極與磊晶結構的發光層之間及至少一第一電極與第二半導體層之間。
在本發明的一實施例中,上述的微型發光二極體更包括導電層,設置於第一半導體層上且接觸於第一半導體層,且至少一第一電極接觸且電性連接於導電層。
在本發明的一實施例中,上述的導電層對電路基板的投影完全覆蓋磊晶結構、至少一第一電極及絕緣層對電路基板的投影。
在本發明的一實施例中,上述的導電層對電路基板的投影範圍小於磊晶結構、至少一第一電極及絕緣層對電路基板的投影範圍。
在本發明的一實施例中,上述的導電層對磊晶結構的投影覆蓋磊晶結構的80%以上的面積。
在本發明的一實施例中,上述的導電層對電路基板的投影面積與磊晶結構對電路基板的投影面積的比率介於80%至110%之間。
在本發明的一實施例中,上述的導電層的厚度小於各第一電極的厚度。
在本發明的一實施例中,上述的微型發光二極體更包括第一出光層,設置在導電層上,且導電層位於第一出光層與第一半導體層之間,導電層的折射率大於第一出光層的折射率。
在本發明的一實施例中,上述的微型發光二極體更包括第二出光層,設置在第一出光層上,且第一出光層位於第二出光層與導電層之間,第一出光層的折射率大於第二出光層的折射率。
在本發明的一實施例中,上述的各第一電極對電路基板的投影面積大於等於第二電極對電路基板的投影面積。
在本發明的一實施例中,上述的至少一第一電極對磊晶結構的投影面積等於第二電極對磊晶結構的投影面積。
在本發明的一實施例中,上述的至少一第一電極包括多個第一電極,至少一側面包括多個側面,這些第一電極沿著磊晶結構的這些側面延伸至第二半導體層的下方。
在本發明的一實施例中,上述的至少一第一電極對電路基板的投影未重疊於磊晶結構對電路基板的投影。
在本發明的一實施例中,上述的至少一第一電極直接接觸第一半導體層。
在本發明的一實施例中,上述的至少一第一電極延伸至第一半導體層上。
本發明的一種顯示裝置,包括一顯示面板以及多個上述的微型發光二極體,疊置於顯示面板的下方。
基於上述,本發明的微型發光二極體的第一電極從第一半導體層旁沿著磊晶結構的至少一側面延伸至第二半導體層與電路基板之間,且第二電極位於第二半導體層的下方。因此,相較於垂直式發光二極體,本發明的微型發光二極體的第一電極及第二電極位於磊晶結構的同一側,可直接接合至電路基板上,而不需打線,有效提升接合良率。此外,相較於倒裝式發光二極體,本發明的微型發光二極體藉由第一電極從第一半導體層旁沿著磊晶結構的至少一側面延伸至第二半導體層的下方的設計,而不需在磊晶結構上製作導通孔或是平台,而可具有較小的尺寸。換句話說,本發明的微型發光二極體可兼顧垂直式發光二極體與倒裝式發光二極體的優勢。
圖1A是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。請參閱圖1A,本實施例的顯示裝置10包括一顯示面板20以及多個微型發光二極體100,這些微型發光二極體100配置於顯示面板20的上且電性連接顯示面板20。在本實施例中,微型發光二極體100可兼顧垂直式發光二極體與倒裝式發光二極體的優勢,下面將對此進行介紹。
圖1B是依照本發明的一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。圖1C是圖1B的俯視示意圖。請參閱圖1B及圖1C,本實施例的微型發光二極體100適於配置且電性連接於一電路基板32上。微型發光二極體100包括磊晶結構110、至少一第一電極140、第二電極142及絕緣層120。
磊晶結構110包括依序堆疊的第一半導體層112、發光層114及第二半導體層116。在本實施例中,第一半導體層112例如為P型半導體層,第二半導體層116例如為N型半導體層,且發光層114為多重量子井層。
至少一第一電極140電性連接於第一半導體層112,且從第一半導體層112旁沿著磊晶結構110的至少一側面延伸至第二半導體層116的下方。在本實施例中,第一電極140的數量以一個為例,但在其他實施例中,第一電極140也可以是多個,不以此為限制。
此外,在本實施例中,第一電極140呈L字型,第一電極140的一部分位於磊晶結構110的側面,第一電極140的另一部分位於磊晶結構110的下方,但第一電極140的形式不以此為限制。第一電極140在磊晶結構110的側面的部位與在磊晶結構110的下方的部位可以一體成型的方式製作,以具有較佳的良率。
第二電極142位於第二半導體層116的下方且電性連接於第二半導體層116。在本實施例中,微型發光二極體100還包括一歐姆接觸層145,配置在第二電極142與第二半導體層116之間,第二電極142透過歐姆接觸層145電性連接於第二半導體層116,可增加第二電極142與第二半導體層116間的電性連接。於未繪示出的實施例中亦可以不包括歐姆接觸層145。
在本實施例中,第一電極140及第二電極142位於磊晶結構110的同一側。因此,第一電極140及第二電極142可分別連接至電路基板32上的第一接墊34及第二接墊36。
此外,在本實施例中,第一電極140對電路基板32的投影面積大於等於第二電極142對電路基板32的投影面積。這樣的設計可使得第一電極140具有較大的面積來與電路基板32的第一接墊34接合,大的接合面積可均勻分散接合力,以增加接合良率。
此外,由於第一電極140設置在磊晶結構110的側面,第一電極140可作為反射層,以使射向磊晶結構110的側面的光被反射向上,而提升出光效率。
絕緣層120至少設置於至少一第一電極140與磊晶結構110的發光層114之間及至少一第一電極140與第二半導體層116之間。在本實施例中,絕緣層120還設置於至少一第一電極140與磊晶結構110的第一半導體層112之間。也就是說,絕緣層120隔開了第一電極140及整個磊晶結構110。
在本實施例中,微型發光二極體100更包括導電層130,設置於第一半導體層112上且歐姆接觸於第一半導體層112。第一電極140接觸且電性連接於導電層130。也就是說,在本實施例中,第一電極140是通過導電層130來電性連接於第一半導體層112。在本實施例中,導電層130為透明導電層130,磊晶結構110所產生的光會穿過導電層130向上射去,同時具有導電和透光功效。導電層130的材料例如包括ITO、AZO或ZnO,但導電層130的材料及形式不以此為限制。
此外,由圖1B可見,導電層130的厚度小於第一電極140的厚度。導電層130由於具有較小的厚度,而可以減少光現在通過導電層130時被吸收的比率,以使微型發光二極體100具有良好的出光量,但又可以透過導電層130與第一電極140接觸且電性連接,以使微型發光二極體100具有良好的效率,減少習知因與第一電極140配置於上遮掩出光的問題。
在本實施例中,導電層130覆蓋在磊晶結構110、第一電極140及絕緣層120的上方。因此,導電層130對電路基板的投影完全覆蓋磊晶結構110、第一電極140及絕緣層120對電路基板的投影,可有較佳的電流傳導效率。當然,在其他實施例中,導電層130與磊晶結構110及絕緣層120之間的相對關係不以此為限制。
值得一提的是,本實施例的微型發光二極體100的第一電極140從導電層130沿著磊晶結構110的側面延伸至第二半導體層116的下方,且第二電極142位於第二半導體層116的下方。因此,相較於習知的垂直式微型發光二極體,本實施例的微型發光二極體100的第一電極140及第二電極142位於磊晶結構110的同一側,可直接單顆接合至電路基板32上,而不需打線或是共電極,有效提升接合良率。
此外,相較於習知的倒裝式發光二極體,本實施例的微型發光二極體100藉由第一電極140從第一半導體層112旁沿著磊晶結構110的至少一側面延伸至第二半導體層116的下方的設計,而不需在磊晶結構110上製作導通孔或是平台,而可將尺寸縮小至30微米以下,而具有較小的尺寸。
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考前述實施例,下述實施例不再重複贅述。
圖2是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。請參閱圖2,圖2的微型發光二極體100a與圖1B的微型發光二極體100的主要差異在於,在圖1B中,第一電極140對磊晶結構110的投影面積大於第二電極142對磊晶結構110的投影面積,也就是,第一電極140在磊晶結構110下方的尺寸大於第二電極142在磊晶結構110下方的尺寸。在本實施例中,第一電極140a對磊晶結構110的投影面積等於第二電極142對磊晶結構110的投影面積。也就是,第一電極140a在磊晶結構110下方的尺寸等於第二電極142在磊晶結構110下方的尺寸,因微型發光二極體100的厚度小於等於10微米,透過平均的接合面積,可有較佳的接合良率,避免微型發光二極體100的損傷。當然,第一電極140a與第二電極142的尺寸關係不以此為限制。
圖3A是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。圖3B是圖3A的俯視示意圖。請參閱圖3A與圖3B,圖3A的微型發光二極體100b與圖1B的微型發光二極體100的主要差異在於,在本實施例中,至少一第一電極140b包括多個第一電極140b,至少一側面包括多個側面,這些第一電極140b沿著磊晶結構110的這些側面延伸至第二半導體層116的下方。在本實施例中,第一電極140b的數量為兩個,兩第一電極140b從磊晶結構110的相對兩側面(圖3A的左側面與右側面)延伸至第二半導體層116的下方。
在本實施例中,第一電極140b的數量增加,可增加位在磊晶結構110的側面上的反射面積,而進一步提升出光效率。
此外,在本實施例中,由於第一電極140b的數量增加,若其中一條第一電極140b斷裂,還有其他的第一電極140b可以運作,而可降低微型發光二極體100b失效的機率。
再者,一般來說,磊晶結構110在製作時,中央處的缺陷較少。在本實施例中,由於第一電極140b要配置在磊晶結構110的側面上且第一電極140b的數量為多個,第二電極142b被改配置到對應於磊晶結構110的中央處的位置,這樣的設計可使第二電極142b位在對應於磊晶結構110的缺陷較少的部位。因此,微型發光二極體100b可具有較佳的發光效率及外部量子效率(EQE)。
圖3C是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的俯視示意圖。請參閱圖3C,圖3C的微型發光二極體100c與圖3B的微型發光二極體100b的主要差異在於,在本實施例中,第一電極140c的數量為四個,這四個第一電極140c從磊晶結構110的四側面延伸至第二半導體層116的下方,且這四個第一電極140c一體成型連接在一起,而包覆磊晶結構110的四個側面。在未繪示出的實施例中,這四個第一電極140c可以是分開包覆磊晶結構110的四個側面。
這樣的設計除了可提供光線在磊晶層的四個側面上更全面的反射效果之外,還可使微型發光二極體100c的這些第一電極140c具有更大的接合面積,進一步增加與電路基板32的第一接墊34之間的接合裕度。微型發光二極體100c與電路基板32之間的對位略有偏差也能夠運作。
圖4A是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。圖4B是圖4A的俯視示意圖。請參閱圖4A與4B,圖4A的微型發光二極體100d與圖3A的微型發光二極體100b的主要差異在於,在本實施例中,導電層130d的邊緣內縮,而外露出部分的第一電極140。因此,導電層130d對電路基板32的投影範圍小於磊晶結構110、第一電極140及絕緣層120對電路基板32的投影範圍。
圖4C是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的俯視示意圖。請參閱圖4C,同樣地,圖4C的微型發光二極體100e與圖3C的微型發光二極體100c的主要差異在於,在本實施例中,導電層130e的邊緣內縮,而外露出部分的第一電極140。因此,導電層130e對電路基板32的投影範圍小於磊晶結構110、第一電極140及絕緣層120對電路基板32的投影範圍。
圖5是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。請參閱圖5,圖5的微型發光二極體100f與圖1B的微型發光二極體100的主要差異在於,在圖1B中,第一電極140呈L字型,第一電極140會從磊晶結構110的側面延伸至磊晶結構110的正下方。在本實施例中,第一電極140f呈I字型,第一電極140f從磊晶結構110的側面垂直地向下延伸,但不延伸至磊晶結構110的正下方。因此,第一電極140f對電路基板的投影未重疊於磊晶結構110對電路基板的投影,呈I字型的第一電極140f可以增加第一電極140f的製作良率。
圖6A是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。圖6B是圖6A的俯視示意圖。請參閱圖6A與6B,圖6A的微型發光二極體100g與圖1B的微型發光二極體100的主要差異在於,在本實施例中,導電層130g非完全覆蓋磊晶結構110與絕緣層120。
一般來說,磊晶結構110在製作時,中央處的缺陷較少,如圖6B所示,導電層130g配置在對應於磊晶結構110的中央的位置且往第一電極140的方向延伸。在圖6B的俯視圖中,導電層130g的上側、左側與下側邊緣內縮,而減少配置在圖6B的俯視圖中磊晶結構110與絕緣層120的上側、左側與下側的部位。這樣的配置可降低電流流經磊晶結構110在這三側的邊緣的機率,而使電流集中在磊晶結構110的中央,亦可以減少導電層130g的遮光,進而使微型發光二極體100g具有較佳的發光效率。
在本實施例中,導電層130g對磊晶結構110的投影覆蓋磊晶結構110的80%以上的面積,以能供大電流通過,但低於100%,降低電流流經磊晶結構110的邊緣的機率。此外,在本實施例中,導電層130g只會覆蓋部分的磊晶結構110及第一電極140,因此,導電層130g對電路基板的投影面積與磊晶結構110對電路基板的投影面積的比率可介於80%至110%之間,但不以此為限制。
圖7至圖12是依照本發明的其他實施例的多種微型發光二極體的剖面示意圖。請先參閱圖7,圖7的微型發光二極體100h與圖1B的微型發光二極體100的主要差異在於,在本實施例中,絕緣層120h並未隔開第一電極140與第一半導體層112,而使第一電極140直接接觸第一半導體層112。具體地說,第一電極140直接接觸第一半導體層112的側壁。當微型發光二極體100是發藍光、綠光或黃光時,第一半導體層112的材料是三、五族的材料,第一半導體層112可以與第一電極140直接歐姆接觸。
因此,在本實施例中,第一電極140除了可以透過導電層130來與第一半導體層112歐姆接觸之外,還可以直接與第一半導體層112歐姆接觸,以縮短電流路徑。
請參閱圖8,圖8的微型發光二極體100i與圖7的微型發光二極體100h的主要差異在於,在本實施例中,微型發光二極體100i不具有圖7的導電層130。由於若第一半導體層112的材料是三、五族的材料,第一半導體層112可以與第一電極140直接歐姆接觸,而不需透過導電層130,因此,在本實施例中,導電層130(圖7)可被省略。
值得一提的是,相較於導電層130(圖7),磊晶結構110的良率與品質較佳,可與第一電極140之間的異質接面的接合性良好,而具有較佳的電性連接品質。本實施例將導電層130(圖7)省去,直接由第一半導體層112與第一電極140歐姆接觸,可提升整體良率。
請參閱圖9,圖9的微型發光二極體100j與圖8的微型發光二極體100i的主要差異在於,在本實施例中,絕緣層120隔開第一半導體層112與第一電極140j,且第一電極140j延伸至第一半導體層112的正上方,而在第一半導體層112的正上方與第一半導體層112歐姆接觸。
請參閱圖10,圖10的微型發光二極體100k與圖9的微型發光二極體100j的主要差異在於,在本實施例中,第一電極140k的數量為多個。這些第一電極140k從磊晶結構110上表面沿著這些側面延伸至第二半導體層116的下方。
請參閱圖11,圖11的微型發光二極體100l與圖1B的微型發光二極體100的主要差異在於,在本實施例中,微型發光二極體100l更包括第一出光層150,設置在導電層130上,且導電層130位於第一出光層150與第一半導體層112之間,導電層130的折射率大於第一出光層150的折射率,而可增加出光效率。第一出光層150例如是SiN,但第一出光層150的種類不以此為限制。
請參閱圖12,圖12的微型發光二極體100m與圖11的微型發光二極體100l的主要差異在於,在本實施例中,微型發光二極體100m更包括第二出光層152,設置在第一出光層150上,且第一出光層150位於第二出光層152與導電層130之間,第一出光層150的折射率大於第二出光層152的折射率,而可更進一步增加出光效率。第二出光層152例如是SiO
2,但第二出光層152的種類不以此為限制。
綜上所述,本發明的微型發光二極體的第一電極從第一半導體層旁沿著磊晶結構的至少一側面延伸至第二半導體層的下方,且第二電極位於第二半導體層的下方。因此,相較於垂直式發光二極體,本發明的微型發光二極體的第一電極及第二電極位於磊晶結構的同一側,可直接接合至電路基板上,而不需打線,有效提升接合良率。此外,相較於倒裝式發光二極體,本發明的微型發光二極體藉由第一電極從第一半導體層旁沿著磊晶結構的至少一側面延伸至第二半導體層的下方的設計,而不需在磊晶結構上製作導通孔或是平台,而可具有較小的尺寸。換句話說,本發明的微型發光二極體可兼顧垂直式發光二極體與倒裝式發光二極體的優勢。
10:顯示裝置
20:顯示面板
32:電路基板
34:第一接墊
36:第二接墊
100、100a~100m:微型發光二極體
110:磊晶結構
112:第一半導體層
114:發光層
116:第二半導體層
120、120h:絕緣層
130、130d、130e、130g:導電層
140、140a、140b、140c、140f、140j、140k:第一電極
142、142b:第二電極
145:歐姆接觸層
150:第一出光層
152:第二出光層
圖1A是依照本發明的一實施例的一種顯示裝置的剖面示意圖。
圖1B是依照本發明的一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。
圖1C是圖1B的俯視示意圖。
圖2是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。
圖3A是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。
圖3B是圖3A的俯視示意圖。
圖3C是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的俯視示意圖。
圖4A是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。
圖4B是圖4A的俯視示意圖。
圖4C是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的俯視示意圖。
圖5是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。
圖6A是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體的剖面示意圖。
圖6B是圖6A的俯視示意圖。
圖7至圖12是依照本發明的其他實施例的多種微型發光二極體的剖面示意圖。
32:電路基板
34:第一接墊
36:第二接墊
100:微型發光二極體
110:磊晶結構
112:第一半導體層
114:發光層
116:第二半導體層
120:絕緣層
130導電層
140:第一電極
142:第二電極
145:歐姆接觸層
Claims (16)
- 一種微型發光二極體,適於配置且電性連接於一電路基板上,所述微型發光二極體包括: 磊晶結構,包括依序堆疊的第一半導體層、發光層及第二半導體層; 至少一第一電極,電性連接於所述第一半導體層,且從所述第一半導體層旁沿著所述磊晶結構的至少一側面延伸至所述第二半導體層與所述電路基板之間; 第二電極,位於所述第二半導體層的下方且電性連接於所述第二半導體層;以及 絕緣層,至少設置於所述至少一第一電極與所述磊晶結構的所述發光層之間及所述至少一第一電極與所述第二半導體層之間。
- 如請求項1所述的微型發光二極體,更包括: 導電層,設置於所述第一半導體層上且接觸於所述第一半導體層,且所述至少一第一電極接觸且電性連接於所述導電層。
- 如請求項2所述的微型發光二極體,其中所述導電層對所述電路基板的投影完全覆蓋所述磊晶結構、所述至少一第一電極及所述絕緣層對所述電路基板的投影。
- 如請求項2所述的微型發光二極體,其中所述導電層對所述電路基板的投影範圍小於所述所述磊晶結構、所述至少一第一電極及所述絕緣層對所述電路基板的投影範圍。
- 如請求項2所述的微型發光二極體,其中所述導電層對所述磊晶結構的投影覆蓋所述磊晶結構的80%以上的面積。
- 如請求項2所述的微型發光二極體,其中所述導電層對所述電路基板的投影面積與所述磊晶結構對所述電路基板的投影面積的比率介於80%至110%之間。
- 如請求項2所述的微型發光二極體,其中所述導電層的厚度小於各所述第一電極的厚度。
- 如請求項2所述的微型發光二極體,更包括: 第一出光層,設置在所述導電層上,且所述導電層位於所述第一出光層與所述第一半導體層之間,所述導電層的折射率大於所述第一出光層的折射率。
- 如請求項8所述的微型發光二極體,更包括: 第二出光層,設置在所述第一出光層上,且所述第一出光層位於所述第二出光層與所述導電層之間,所述第一出光層的折射率大於所述第二出光層的折射率。
- 如請求項1所述的微型發光二極體,其中各所述第一電極對所述電路基板的投影面積大於等於所述第二電極對所述電路基板的投影面積。
- 如請求項1所述的微型發光二極體,其中所述至少一第一電極對所述磊晶結構的投影面積等於所述第二電極對所述磊晶結構的投影面積。
- 如請求項1所述的微型發光二極體,其中所述至少一第一電極包括多個第一電極,所述至少一側面包括多個側面,所述多個第一電極沿著所述磊晶結構的所述多個側面延伸至所述第二半導體層的下方。
- 如請求項1所述的微型發光二極體,其中所述至少一第一電極對所述電路基板的投影未重疊於所述磊晶結構對所述電路基板的投影。
- 如請求項1所述的微型發光二極體,其中所述至少一第一電極直接接觸所述第一半導體層。
- 如請求項14所述的微型發光二極體,其中所述至少一第一電極延伸至所述第一半導體層上。
- 一種微型發光二極體顯示裝置,包括: 一顯示面板;以及 多個如請求項1至15中任一項所述的微型發光二極體,配置於所述顯示面板上並電性連接所述顯示面板。
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