TW202232789A - 倒裝發光二極體及其製造方法與背光模組 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種倒裝發光二極體及其製造方法與背光模組，包括基板、P-N二極管、第一反射層、導光層及第二反射層，基板之一側設置P-N二極管，導光層設置於基板相對於P-N二極管層之一側，導光層具有光路調整面，光路調整面與基板之間具有夾角，第二反射層設置在光路調整面上，第一反射層設置在P-N二極管相對於基板的一側，P-N二極管所發出的光線在第一反射層及第二反射層之間反射，並朝向第一反射層及第二反射層之間的二側面出光。

Description

倒裝發光二極體及其製造方法與背光模組
本發明係有關於發光二極體，尤指一種倒裝發光二極體及其製造方法與背光模組。
傳統發光二極體(Light Emitting Diode，簡稱：LED)已經廣泛應用於照明或顯示面板的背光模組之中。以顯示面板的背光模組而言，又區分為側入式背光模組與直下式背光模組。
請參閱圖1所示，側入式背光模組係將正裝發光二極體10設置在顯示面板11的側面，使得正裝發光二極體10的光源由導光板12引導，同時由導光板12面對背面的反射片13，將發光二極體10的光源反射朝向背光膜材11。
由於，側入式背光模組不具有區域調光之功能，使得對比度較差，而且在顯示面板的邊緣會有明顯的漏光，因此，許多的顯示面板採用直下式背光模組，尤其是使用倒裝發光二極體作為直下式背光模組的光源，請參閱圖2所示，直下式背光模組係在背光膜材20的下方設置反射片21，而倒裝發光二極體22設置在背光膜材20與反射片21之間，且倒裝發光二極體22由側面發出光源，再由反射片21將倒裝發光二極體22的光源反射朝向背光膜材20，藉以提高背光模組的亮度及色度的均勻性。
請參閱圖3所示，前述的倒裝發光二極體22由上至下依序包括第一反射層220、基板221、N型半導體層222、發光層223、P型半導體層224、第二反射層225，並且在N型半導體層222底面於相鄰發光層223、P型半導體層224、第二反射層225的側邊設有負電極226，第二反射層225的底面設有正電極227，在且負電極226周圍延伸到第二反射層225接近正電極227的位置設有絕緣層228，當負電極226及正電極227導通時，N型半導體層222及P型半導體層224產生的電子及電洞，將在發光層223結合而產生出相應波長的光源。
但是傳統的第一反射層220與第二反射層225之間呈現平行，造成倒裝發光二極體22之光源在第一反射層220與第二反射層225之間反覆地繞射，進一步而言，光源在倒裝發光二極體的內部中繞射太久時間，導致出光效率太低，而且會產生高熱，故有必要針對此些問題進行改善。
有鑑於先前技術的問題，本發明之目的係減少光源在倒裝發光二極體內部繞射時間，避免倒裝發光二極體產生高熱，並且達到讓光源快速地從側面出光之目的。
根據本發明之目的，係提供一種倒裝發光二極體，包括基板、P-N二極管、第一反射層、導光層及第二反射層，P-N二極管設置在基板之一側，第一反射層設置在P-N二極管相對基板的一側，導光層設置在基板相對於P-N二極管層之一側，導光層背對基板的一面設有光路調整面，第二反射層設置在光路調整面上， P-N二極管所發出的光線在該第一反射層及該第二反射層之間反射，並朝向該倒裝發光二極體的側面出光。
其中，P-N二極管自基板到第一反射層之間，係包括N型半導體層、P型半導體層及發光層，發光層在P型半導體層與N型半導體層的導電之狀態發出的光線，並在第一反射層及第二反射層之間反射，且朝向倒裝發光二極體的側面出光。
其中，倒裝發光二極體尚包括負電極、正電極及絕緣層，其中負電極設置在N型半導體層的底面相鄰發光層、P型半導體層、第一反射層的位置，正電極設在第一反射層的底部，絕緣層設在負電極的周圍，並沿著第一反射層的底部延伸到接近正電極的位置。
其中，基板係為藍寶石(sapphire)基板，組成為氧化鋁(Al 2O 3)。
其中，第一反射層係為分佈式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector)。
其中，光路調整面為固定斜率的斜面，令導光層形成倒錐形體，或者光路調整面為漸變曲率的曲面，令導光層形成連續曲面體，且光路調整面的中央位置的切線之法線與光路調整面的任一位置的切線之法線具有夾角。
其中，導光層於基板的投影面積大於基板，導光層中間位置的厚度為基板、P-N二極管及第一反射層的總和厚度的十分之一，進一步約為10~20微米(10~20μm)，又導光層兩側邊緣的厚度與導光層中間位置的厚度之厚度差約為基板、P-N二極管及第一反射層的總和厚度的四分之一，進一步約為10~50微米(10~50μm)。
根據本發明之目的，係一種背光模組，係包括複數個前述的倒裝發光二極體、電路板、背光膜材，各倒裝發光二極體係夾設在電路板與背光膜材之間，並在各倒裝發光二極體上設置保護層，且各倒裝發光二極體連接電路板。
根據本發明之目的，係提供一種倒裝發光二極體之製造方法，包括下列步驟，提供一待製品，待製品包括一基板、複數個P-N二極管及複數個第一反射層，其中各P-N二極管設置在基板之一側，各第一反射層分別設置在其中一個P-N二極管相對於基板的一側，在基板相對於各P-N二極管之一側製作導光層，各導光層相對基板的一側為光路調整面，以及沿著光路調整面製作第二反射層，切割各導光層及其相對應的第二反射層直到基板面對各P-N二極管的一面為止，形成複數個倒裝發光二極體。
其中，製作導光層的步驟進一步包括：將光阻塗佈在基板相對於P-N二極管之一側，對光阻進行曝光，且對光阻的曝光強度分布係分別對應各P-N二極管的位置進行調整，對光阻進行顯影，完成顯影後光阻即形成導光層，並導光層在背對各P-N二極管分別形成光路調整面，且光路調整面與基板之間具有夾角。
其中，在進行曝光的過程中，對光阻的曝光強度分布係針對各P-N二極管的中央往兩側漸變，對光阻進行顯影，完成顯影後光阻即形成導光層，且導光層在背對各P-N二極管形成光路調整面，各光路調整面的厚度以相對各P-N二極管中央到兩側逐漸增厚。
其中，光阻為正型光刻膠，而當對光阻進行曝光時，係以半調色掩膜板設置在光源與光阻之間，利用半調色掩膜板調整光源的曝光強度從相對各P-N二極管的中央往兩側逐漸減弱。
其中，光阻為負型光刻膠，而當對光阻進行曝光時，係以半調色掩膜板設置在光源與光阻之間，利用半調色掩膜板調整光源的曝光強度從相對各P-N二極管的中央往兩側逐漸增強。
其中，切割為使用雷射切割機進行切割。
據上所述，與第一反射層與第二反射層將發光層所發出的光源朝向側面，減少光源在與第一反射層與第二反射層之間來回繞射，使得光源快速地朝向倒裝發光二極體的側面出光。此外，本發明係在倒裝發光二極體增設一個導光層，其餘的製程皆與傳統的倒裝發光二極體，故本發明在較低程度的流程就可以達到最佳的側面出光效果。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並不用於限定本發明。
請參閱圖4所示，本發明係一種倒裝發光二極體，係包括基板30、P-N二極管31、第一反射層32、導光層33及第二反射層34，P-N二極管31設置在基板30之一側，第一反射層32設置在P-N二極管31相對基板30的一側，導光層33設置在基板30相對於P-N二極管31層之一側，導光層33背對基板30的一面設有光路調整面330，第二反射層34設置在光路調整面330上，即形成倒裝發光二極體3， P-N二極管31所發出的光線在該第一反射層32及該第二反射層34之間反射，並朝向倒裝發光二極體3的側面出光。如此，即可解決傳統倒裝發光二極體來回反覆繞射但是不易從側面出光的問題，由於可以快速地出光也進一步解決傳統倒裝發光二極體產生高熱的問題。
在本發明中，請參閱圖5所示，P-N二極管31自基板30到第一反射層32之間，係包括N型半導體層310、P型半導體層311及發光層312，其中N型半導體層310與P型半導體層311之間夾設發光層312，發光層312在N型半導體層310與P型半導體層311的導電之狀態發出的光線，並在第一反射層32及第二反射層34之間反射，且朝向第一反射層32及第二反射層34之間的側面出光。
在本發明中，請參閱圖5所示，倒裝發光二極體3尚包括負電極35、正電極36及絕緣層37，其中負電極35設置在N型半導體層310的底面相鄰發光層312、P型半導體層311、第一反射層32的位置，正電極36設在第一反射層32的底部，絕緣層37設在負電極35的周圍，並沿著第一反射層32的底部延伸到接近正電極36的位置。
據上所述，當導通負電極35及正電極36時，N型半導體層310及P型半導體層311產生的電子及電洞，電子及電洞將在發光層312結合，而在發光層312產生出相應波長的光源，此光源將在第一反射層32與第二反射層34之間反射，並朝向倒裝發光二極體3的側面出光。
在本發明中，倒裝發光二極體3係為迷你發光二極體(Mini LED)，其厚度約為200微米(200μm)，基板30係為藍寶石(sapphire)基板30，組成為氧化鋁(Al 2O 3)，N型半導體層310為N型氮化鎵(N-GaN)半導體層，P型半導體層311為P型氮化鎵(P-GaN)半導體層。第二反射層34係為分佈式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector)，發光層312係為多量子井(Multiple Quantum Well，簡稱：MQW)。
在本發明中，請參閱圖6所示，光路調整面330為固定斜率的斜面，令導光層33形成倒錐形體，或者光路調整面330為漸變曲率的曲面，令導光層33形成連續曲面體(如圖5所示)，且光路調整面330的中央位置的切線之法線與光路調整面330的任一位置的切線之法線具有夾角θ(如圖4所示)，但本發明在實際實施時，並不限於此，舉凡光路調整面330之形狀可以使得光源快速被反射出光者，皆屬於本發明所稱之光路調整面330。第二反射層34可為銀薄膜、鋁薄膜、銀化合物薄膜或鋁化合物薄膜，但本發明於實際實施時，並不限於此，舉凡可以將光源反射到第一反射層3231之任一種具有反射能力之薄膜，皆屬於本發明所稱之第二反射層34。
由於，若導光層33於基板30的投影面積與基板30相等，光源可能會由基板30與導光層33的位置漏光，甚至於導光層33於基板30的投影面積小於基板30，光源會朝向基板30的方向直接出光，因此，在本發明中，導光層33於基板30的投影面積大於基板30，將使得導光層33完全遮住基板30，而且導光層33突出基板的部分就如同帽子的帽沿，使得倒裝發光二極體3朝向基板30的方向出光的部分，可以被導光層33上所設置的第二反射層34反側，而可以減少或完全解決漏光或直接出光的問題。又，導光層33兩側邊緣的厚度(H1)與導光層33中間位置的厚度(H2)之厚度差約為基板30、P-N二極管31及第一反射層32的總和厚度的四分之一(意即約小於倒裝發光二極體3的四分之一)，進一步約為10~50微米(10~20μm)，導光層33中間位置的厚度(H2)為基板30、P-N二極管31及第一反射層32的總和厚度的十分之一(意即約為倒裝發光二極體3的十分之一)，進一步約為10~20微米(10~20μm)。
請參閱圖7所示，本發明係一種背光模組，係包括複數個前述的倒裝發光二極體3、電路板4、背光膜材5，各倒裝發光二極體3係夾設在電路板4與背光膜材5之間，其中倒裝發光二極體3係為裸晶，為了避免損壞，各倒裝發光二極體3上設置保護層38，且各倒裝發光二極體3連接電路板4。如此，當電路板4可以傳送電力及輸出驅動訊號到各倒裝發光二極體3，使得各倒裝發光二極體3朝向背光膜材5發光，並且倒裝發光二極體3的光源可以有效地且均勻地朝向背光膜材5的方向發光。
請參閱圖8所示，本發明係一種倒裝發光二極體之製造方法，包括下列步驟： (S101) 提供一待製品6，待製品包括一基板30、複數個P-N二極管31及複數個第一反射層32，其中各P-N二極管31設置在基板30之一側，各第一反射層32分別設置在其中一個P-N二極管31相對於基板30的一側； (S102) 在基板30相對於各P-N二極管31之一側製作導光層33，各導光層33相對基板30的一側為光路調整面330； (S103) 沿著光路調整面330製作第二反射層34；以及 (S104)切割各導光層33及其相對應的第二反射層34直到基板30面對各P-N二極管31的一面為止，形成複數個倒裝發光二極體。
綜上所述，本發明的倒裝發光二極體係在原本的傳統製程上增加製作導光層33，並未增加太多額外的製程及生產時間，但是可以大幅提高倒裝發光二極體從側面出光的效率。
在本發明中，製作導光層33的步驟進一步包括： (S1021)將光阻7塗佈在基板30相對於P-N二極管31之一側； (S1022)對光阻7進行曝光，且對光阻7的曝光強度分布係分別對應各P-N二極管31的位置進行調整； (S1023)對光阻7進行顯影，完成顯影後光阻7即形成導光層33，並導光層33在背對各P-N二極管31分別形成光路調整面330，且光路調整面330與基板30之間具有夾角。
在本發明中，在進行曝光的過程中，對光阻7的曝光強度分布係針對各P-N二極管31的中央往兩側漸變，對光阻7進行顯影，完成顯影後光阻7即形成導光層33，且導光層33在背對各P-N二極管31形成光路調整面330，各光路調整面330的厚度以相對各P-N二極管31中央到兩側逐漸增厚。
在本發明中，光阻7為正型光刻膠，而當對光阻7進行曝光時，係以半調色掩膜板8設置在光源與光阻7之間，利用半調色掩膜板8調整光源的曝光強度從相對各P-N二極管31的中央往兩側逐漸減弱。光阻7為負型光刻膠，而當對光阻7進行曝光時，係以半調色掩膜板8設置在光源與光阻7之間，利用半調色掩膜板8調整光源的曝光強度從相對各P-N二極管31的中央往兩側逐漸增強。其中切割為使用雷射切割機9進行切割。
綜上所述，發光層312所發出的光源從第一反射層31與第二反射層34之間反射直到從倒裝發光二極體3的側面出光，減少光源在倒裝發光二極體3內部來回繞射，進而可以增加發光效率，同時減少產生熱能。再者，本發明僅增設一個導光層33的製作流程，其餘的製程皆與傳統的倒裝發光二極體3雷同，故本發明在較低程度的流程就可以達到最佳的側面出光效果。
上列詳細說明係針對本發明的可行實施例之具體說明，惟前述的實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
10:正裝發光二極體 11、20、5:背光膜材 12:導光板 13、21:反射片 22、3:倒裝發光二極體 220、34:第二反射層 221、30:基板 31:P-N二極管 222、310:N型半導體層 223、312:發光層 224、311:P型半導體層 225、32:第一反射層 33:導光層 330:光路調整面 226、35:負電極 227、36:正電極 228、37:絕緣層 38:保護層 4:電路板 5:背光膜材 6:待製品 7:光阻 8:半調色掩膜板 9:雷射切割器 θ:夾角 H1:導光層兩側邊緣的厚度 H2:導光層中間位置的厚度 S101~S104:步驟 S1021~S1023:步驟
圖1係傳統側入式背光模組之示意圖。 圖2係傳統直下式背光模組之示意圖。 圖3係傳統倒裝發光二極體之示意圖。 圖4係本發明之倒裝發光二極體之示意圖。 圖5係本發明之第一實施例的倒裝發光二極體之示意圖。 圖6係本發明之第二實施例的倒裝發光二極體之示意圖。 圖7係本發明之背光模組之示意圖。 圖8係本發明之側光式倒裝發光二極體之製作流程示意圖。
3:倒裝發光二極體
30:基板
31:P-N二極管
32:第一反射層
33:導光層
330:光路調整面
34:第二反射層
θ:夾角
H1:導光層兩側邊緣的厚度
H2:導光層中間位置的厚度

Claims (17)

  1. 一種倒裝發光二極體，包括： 一基板； 一P-N二極管，設置在該基板之一側； 一第一反射層，設置在該P-N二極管相對該基板的一側； 一導光層，設置在基板相對於P-N二極管層之一側，該導光層背對該基板的一面設有一光路調整面；以及 一第二反射層，設置在該光路調整面上； 其中，該P-N二極管所發出的光線在該第一反射層及該第二反射層之間反射，並朝向該倒裝發光二極體的側面出光。
  2. 如請求項1所述的倒裝發光二極體，其中該P-N二極管包括： 一P型半導體層，係設在該第一反射層面對該基板的一面； 一N型半導體層，係設在該基板面對該第一反射層的一面；以及 一發光層，該P型半導體層與該N型半導體層之間夾設該發光層，該發光層在該P型半導體層與該N型半導體層的導電之狀態發出的光線，並在該第一反射層及該第二反射層之間反射，且朝向該第一反射層及該第二反射層之間的二側面出光。
  3. 如請求項2所述的倒裝發光二極體，其中尚包括： 一負電極，設在該N型半導體層的底面相鄰該發光層、該P型半導體層、該第一反射層的位置； 一正電極，該正電極設在該第一反射層的底部；以及 一絕緣層，設在該負電極的周圍，並沿著該第一反射層的底部延伸到接近該正電極的位置。
  4. 如請求項1所述的倒裝發光二極體，其中該第一反射層係為分佈式布拉格反射器。
  5. 如請求項1所述的倒裝發光二極體，其中該光路調整面為固定斜率的斜面，令該導光層形成倒錐形體。
  6. 如請求項1所述的倒裝發光二極體，其中該光路調整面為漸變曲率的曲面，令該導光層形成連續曲面體，該光路調整面的中央位置的切線之法線與該光路調整面的任一位置的切線之法線具有夾角。
  7. 如請求項1所述的倒裝發光二極體，其中該導光層於該基板的投影面積大於該基板。
  8. 如請求項2所述的倒裝發光二極體，其中該導光層中間位置的厚度為該基板、該P-N二極管及該第一反射層的總和厚度的十分之一。
  9. 如請求項8所述的倒裝發光二極體，其中該導光層中間位置的厚度為10~20微米。
  10. 如請求項2所述的倒裝發光二極體，其中該導光層兩側邊緣的厚度與該導光層中間位置的厚度之厚度差為該基板、該P-N二極管及該第一反射層的總和厚度的四分之一。
  11. 如請求項10所述的倒裝發光二極體，其中該導光層兩側邊緣的厚度與該導光層中間位置的厚度之厚度差為10~50微米。
  12. 一種背光模組，包括： 一電路板； 一背光膜材；以及 複數個如請求項1~11任一項所述之該倒裝發光二極體； 其中，各該倒裝發光二極體係夾設在該電路板與該背光膜材之間，並在各該倒裝發光二極體上設置一保護層，且各該倒裝發光二極體連接該電路板。
  13. 一種倒裝發光二極體之製造方法，包括下列步驟： 提供一待製品，待製品包括一基板、複數個P-N二極管及複數個第一反射層，其中各該P-N二極管設置在該基板之一側，各該第一反射層分別設置在其中一個該P-N二極管相對於該基板的一側； 在該基板相對於各該P-N二極管之一側製作一導光層，各導光層相對基板的一側為一光路調整面；以及 沿著該光路調整面製作一第二反射層； 切割各該導光層及其相對應的該第二反射層直到該基板面對各該P-N二極管的一面為止，分別形成一倒裝發光二極體。
  14. 如請求項13所述的倒裝發光二極體之製造方法，其中製作該導光層的步驟進一步包括： 將一光阻塗佈在該基板相對於該P-N二極管之一側，對該光阻進行曝光，且對該光阻的曝光強度分布係分別對應各該P-N二極管的位置進行調整；以及 對該光阻進行顯影，完成顯影後該光阻即形成該導光層，且該導光層在背對各該P-N二極管分別形成該光路調整面，又該光路調整面與基板之間具有夾角。
  15. 如請求項14所述的倒裝發光二極體之製造方法，其中在進行曝光的過程中，對該光阻的曝光強度分布係針對各該P-N二極管的中央往兩側漸變，完成顯影後該導光層在背對各該P-N二極管的一側形成該光路調整面，各該光路調整面的厚度以相對各該P-N二極管中央到兩側逐漸增厚。
  16. 如請求項15所述的倒裝發光二極體之製造方法，其中該光阻為正型光刻膠，而當對該正型光刻膠進行曝光時，係以一半調色掩膜板設置在一光源與該正型光刻膠之間，利用該半調色掩膜板調整該光源的曝光強度從相對各該P-N二極管的中央往兩側逐漸減弱。
  17. 如請求項15所述的倒裝發光二極體之製造方法，其中該光阻為負型光刻膠，而當對負型光刻膠進行曝光時，係以半調色掩膜板設置在一光源與該負型光刻膠之間，利用一半調色掩膜板調整該光源的曝光強度從相對各該P-N二極管的中央往兩側逐漸增強。
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