TWI443860B - 發光元件、發光裝置、製造發光元件之方法，以及製造發光裝置之方法 - Google Patents

發光元件、發光裝置、製造發光元件之方法，以及製造發光裝置之方法 Download PDF

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Description

發光元件、發光裝置、製造發光元件之方法，以及製造發光裝置之方法
本揭示案係關於一種發光元件、一種製造發光元件之方法、一種發光裝置，及一種製造發光裝置的方法。
本申請案主張申請於2008年5月22日之韓國專利申請案第10-2008-0047575號之優先權，該案之揭示內容的全文特此以引用的方式併入本文中。
舉例而言，具有小於約6英吋之尺寸的小基板通常用以製造諸如LED(發光二極體)及LD(雷射二極體)的發光元件。此係因為可能難以製造用以製造發光元件之具有約6英吋或更多之尺寸的基板。
小基板之使用可降低產量，此又可使得難以降低發光元件之製造成本。另外，適合諸如具有約6英吋或更小之尺寸之基板之小基板的製造設備應用以製造發光元件。結果，開發適合小基板之製造設備可為必要的。
本發明之例示性實施例可提供一種以高產量製造發光元件的方法。
本發明之例示性實施例可提供一種使用製造發光元件之方法製造發光裝置的方法。
本發明之例示性實施例可提供一種藉由使用製造發光元件之方法所製造的發光元件。
本發明之例示性實施例可提供一種藉由使用發光元件所製造之發光裝置。
根據本發明之一例示性實施例，提供一種製造發光元件的方法。該方法包括：在至少一第一基板上形成一具有第一導電類型之第一導電層、一發光層，及一具有第二導電類型之第二導電層；在第二導電層上形成一歐姆層；及將該至少一第一基板接合至一第二基板。第二基板大於第一基板。該方法進一步包括蝕刻歐姆層、第二導電層及發光層之若干部分以暴露第一導電層之一部分。
根據本發明之另一例示性實施例，提供一種製造發光元件的方法。該方法包括在一第一溫度下對至少一絕緣基板執行第一退火，及將該至少一絕緣基板接合至一導電基板。導電基板大於絕緣基板。該方法進一步包括在一低於第一溫度之第二溫度下對彼此接合之絕緣基板及導電基板執行第二退火。
根據本發明之又一例示性實施例，提供一種製造發光元件的方法。該方法包括：在至少一藍寶石基板上形成一具有n型之第一GaN層、一發光層、一具有p型之第二GaN層；對該至少一藍寶石基板執行第一退火；在第二GaN層上形成一歐姆層；對該至少一藍寶石基板執行第二退火；及將該至少一藍寶石基板接合至一矽基板。矽基板大於藍寶石基板。該方法進一步包括：蝕刻歐姆層、第二GaN層及發光層之若干部分以暴露第一GaN層的一部分；在暴露之第一GaN層上形成一第一電極；及在歐姆層上形成一第二電極。
根據本發明之又一例示性實施例，提供一種使用根據上文所提及之態樣之製造發光元件之方法製造發光裝置的方法。
根據本發明之再一例示性實施例，提供一種發光元件。該發光元件包括：一基板；一形成於基板上之具有第一導電類型之第一導電圖案；一形成於第一導電圖案上之發光圖案；一形成於發光圖案上之具有第二導電類型之第二導電圖案；及一形成於第二導電圖案上的歐姆圖案，其中第一導電圖案之寬度大於發光圖案之寬度，且第二導電圖案之邊緣與歐姆圖案的邊緣對準。
根據本發明之又一例示性實施例，提供一種發光裝置，其包括根據上文所提及之態樣的發光元件。
可自結合附圖考慮之以下描述更詳細地理解本發明之例示性實施例。
現將參看展示本發明之例示性實施例之隨附圖式更充分地描述本發明。然而，本發明可以許多不同形式具體化，且不應解釋為限於本文中所闡述之實施例。在諸圖中，為清楚起見，將放大層及區之尺寸及相對尺寸。
應理解，當元件或層被稱作位於另一元件或層「上」、「連接至」或「耦接至」另一元件或層時，其可直接位於另一元件或層上、直接連接或耦接至另一元件或層或可存在插入元件或層。對比而言，當元件被稱作「直接」在另一元件或層「上」、「直接連接至」或「直接耦接至」另一元件或層時，不存在插入元件或層。全文中相似數字指代相似元件。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之所列項中之一或多者的任何及所有組合。
為了描述之簡易起見，可在本文中使用諸如「下方」、「下」、「下部」、「上」、「上部」及其類似術語之空間相對術語以描述如圖式中所說明的一元件或特徵與另一(其他)元件或特徵之關係。應理解，除諸圖中所描繪之定向之外，空間相對術語意欲涵蓋裝置在使用或操作中之不同定向。在本說明書中，相同組件由相同參考數字表示。
本文中參考係本發明之理想化實施例之示意性說明的橫截面說明來描述本發明之例示性實施例。因而，應預期由於(例如)製造技術及/或容差而引起的自說明之形狀之變化。因此，本發明之例示性實施例不應解釋為限於本文中所說明之區的特定形狀，而應包括由於(例如)製造產生的形狀之偏差。舉例而言，說明或描述為扁平之區通常可具有粗糙及/或非線性特徵。此外，可使所說明之銳角變得圓整(round)。因此，諸圖中所說明之區本質上為示意性的，且其形狀不欲說明區之精確形狀且不欲限制本發明之範疇。
為本發明之描述之清楚起見，下文中將參看隨附圖式詳細描述本發明之例示性實施例。
圖1至圖7為說明根據本發明之第一例示性實施例的製造發光元件之方法之中間步驟的圖。圖8A及圖8B為說明根據本發明之第一例示性實施例之發光元件的圖。
首先，參看圖1，在第一基板100上順序形成第一導電層112a、發光層114a及第二導電層116a。
第一導電層112a、發光層114a及第二導電層116a可包括(例如)Inx Aly Ga(1-x-y) N(0x1且0y1)(亦即，包括GaN之各種材料)。亦即，第一導電層112a、發光層114a及第二導電層116a可由(例如)AlGaN或InGaN形成。
可藉由(例如)MOCVD(金屬有機化學氣相沈積)、液相磊晶法、氫化物氣相磊晶法、分子束磊晶法或MOVPE(金屬有機氣相磊晶法)在第一基板100上順序形成第一導電層112a、發光層114a及第二導電層116a。
接著，將詳細描述該等層。第一導電層112a可為第一導電類型(例如，n型)，且第二導電層116a可為第二導電類型(例如，p型)。然而，根據該設計，第一導電層112a可為第二導電類型(p型)，且第二導電層116a可為第一導電類型(n型)。
發光層114a為第一導電層112a之載子(例如，電子)耦合至第二導電層116a之載子(例如，電洞)以發光之區。另外，發光層114a可包括井層及障壁層。由於井層具有窄於障壁層之帶隙的帶隙，因此載子(電子及電洞)經收集且耦合於井層中。根據井層之數目，發光層114a可分類為(例如)單一量子井(SQW)結構及多重量子井(MQW)結構。單一量子井結構包括一個井層，且多重量子井結構包括多個井層。為調整發射特性，井層及障壁層中之至少一者可摻雜有(例如)B、P、Si、Mg、Zn及Se中之至少一者。
第一基板100可由任何材料形成，只要其可生長第一導電層112a、發光層114a及第二導電層116a即可。舉例而言，第一基板100可為由藍寶石(Al2 O3 )或氧化鋅(ZnO)形成之絕緣基板，或由矽(Si)或碳化矽(SiC)形成之導電基板。在以下描述中，第一基板100由藍寶石基板構成。
又，緩衝層可形成於第一基板100與第一導電層112a之間。緩衝層可由(例如)Inx Aly Ga(1-x-y) N(0x1且0y1)形成。緩衝層經形成以改良第一導電層112a、發光層114a及第二導電層116a之結晶度。
可使用具有形成於基板100上之第一導電層112a、發光層114a及第二導電層116a之基座基板。
參看圖2，為活化第二導電層116a，上面形成有第一導電層112a、發光層114a及第二導電層116a之第一基板100可經受第一退火處理181。舉例而言，可在約400℃之溫度下執行第一退火處理181。具體言之，舉例而言，當第二導電層116a由摻雜有Mg之Inx Aly Ga(1-x-y) N形成時，第一退火處理181可減少耦合至Mg之H的量。以此方式，有可能改良第二導電層116a之p型特性。
參看圖3，歐姆層130a形成於第二導電層116a上。舉例而言，歐姆層130a可包括ITO(氧化銦錫)、鋅(Zn)、氧化鋅(ZnO)、銀(Ag)、錫(Ti)、鋁(Al)、銀(Au)、鎳(Ni)、氧化銦(In2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、銅(Cu)、鎢(W)及鉑(Pt)中之至少一者。
為活化歐姆層130a，可對上面形成有歐姆層130a之第一基板100執行第二退火處理182。舉例而言，可在約400℃之溫度下執行第二退火處理。
參看圖4A及圖4B，將至少一第一基板100接合至第二基板190。
具體言之，第二基板190大於第一基板100。亦即，當第二基板190重疊第一基板100時，第二基板190覆蓋第一基板100以便隱蔽第一基板100。舉例而言，當第二基板190及第一基板100具有圓形形狀時，第二基板190之直徑大於第一基板100之直徑。舉例而言，第二基板190可具有約6英吋或更多(亦即，約150 mm或更多)之直徑，且第一基板100可具有小於約6英吋之直徑。當第二基板190及第一基板100具有矩形形狀時，第二基板190之對角線可大於第一基板100之對角線。
第二基板190可為導電基板或絕緣基板。舉例而言，第二基板190可為由矽、應變矽(Si)、矽合金、SOI(絕緣體上矽)、碳化矽(SiC)、矽鍺(SiGe)、碳化矽鍺(SiGeC)、鍺、鍺合金、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)、III-V半導體、II-VI半導體、其組合物，及其層狀物中之至少一者形成之導電基板。另外，第二基板190可為(例如)由氮化鋁、氮化硼、氧化矽、氮化矽、氮化鈹、石英、其組合物，及其層狀物中之至少一者形成之絕緣基板。在以下描述中，第二基板190為矽基板。
各種接合方法可用以將第一基板100接合至第二基板190。在本發明之第一例示性實施例中，使用直接接合。
首先，為將第一基板100直接接合至第二基板190，第一基板100及第二基板190可滿足以下條件。
第一基板100及第二基板190之接合表面應為實質上扁平且平滑的。當第一基板100及第二基板190之接合表面為彎曲或粗糙時，可能難以將該兩個基板接合。
亦即，總厚度變化可能需要經調整以便等於或小於預定值。舉例而言，在8英吋晶圓之狀況下，總厚度變化可等於或小於約6 μm。在2英吋晶圓之狀況下，總厚度變化可等於或小於約1.5 μm。
因此，若必要，則半導體拋光技術可用以拋光第一基板100之接合表面及第二基板190之接合表面中的至少一者。舉例而言，CMP(化學機械拋光)可用於以之單位調整表面粗糙度。當藉由AFM(原子力顯微鏡)量測第一基板100之接合表面及第二基板190之接合表面的表面粗糙度時，第一基板100之接合表面及第二基板190之接合表面的表面粗糙度較佳等於或小於約1 nm。第一基板100及第二基板190之接合表面可經鏡面拋光。
另外，應充分清潔第一基板100及第二基板190之接合表面。
因此，若必要，則較佳充分清潔第一基板100及第二基板190中之至少一者。原因係黏附至第一基板100及第二基板190之表面的各種雜質(諸如，顆粒及灰塵)可為污染源。亦即，若第一基板100與第二基板190之間的界面中在其間的接合處理期間存在雜質，則可能削弱接合能。當削弱接合能時，第一基板100可易於自第二基板190分離。
為將第一基板100與第二基板190直接接合，首先對第二基板190之接合表面及第一基板100之接合表面中的至少一者執行預處理。
預處理可為(例如)電漿處理及/或濕式處理。
舉例而言，電漿處理可使用O2 、NH3 、SF6 、Ar、Cl2 、CHF3 及H2 O中之至少一者，但不限於此。由於可在低溫下執行電漿處理，因此有可能減小施加至第一基板100及第二基板190之應力。
濕式處理可(例如)使用H2 SO4 、HNO3 、HCl、H2 O2 、H5 IO6 、SC-1(標準清潔-1)及SC-2(標準清潔-2)中之至少一者，但不限於此。SC-1溶液可為(例如)NH4 OH/H2 O2 ，且SC-2溶液可為(例如)HCl/H2 O2 。
預處理可活化第一基板100及第二基板190之接合表面。亦即，預處理可改變第一基板100及第二基板190之接合表面之狀態以適合接合。
懸空鍵可產生於基板之經受預處理的接合表面上。懸空鍵可為親水性懸空鍵或疏水性懸空鍵。舉例而言，當第二基板190為矽晶圓且第一基板100為藍寶石晶圓時，「-OH」(其為親水性懸空鍵)可藉由預處理形成於第一基板100之接合表面及第二基板190之接合表面上。
接著，第二基板190及至少一第一基板100經配置使得其接合表面面對彼此。在彼時，形成於第一基板100之接合表面上的「-OH」及形成於第二基板190之接合表面上的「-OH」藉由凡得瓦爾力彼此自發接合。如圖4B之平面圖中所示，可將具有約2英吋之直徑的9個第一基板100配置於一具有約8英吋之直徑的第二基板190上。配置於第二基板190上之第一基板100的數目視第二基板190與第一基板100之間的尺寸差而定。
接著，彼此自發接合之第二基板190及至少一第一基板100經受(例如)熱處理或實體壓縮。接著，如圖4A中所示，第二基板190及至少一第一基板100藉由共價鍵彼此連接。具體言之，當第二基板190為矽晶圓且第一基板100為藍寶石晶圓時，第二基板190藉由氧-氧共價鍵耦合至複數個第一基板100，如由以下化學式所表示：
可在約25℃(室溫)至約400℃之範圍中之溫度下執行熱處理。當在高溫下執行熱處理持續一長時間時，有可能增加第二基板190與第一基板100之間的接合能。然而，當在過高溫度下執行熱處理時，第二基板190及第一基板100可能彎曲或破裂。因此，在恰當溫度範圍中執行熱處理可為必要的。隨著熱處理時間增加，接合能可增加。然而，即使當熱處理時間增加時，在特定時間(例如，幾小時)已逝去之後，接合能可能不會增加。原因係，在特定時間已逝去之後，形成於第二基板190及複數個第一基板100之接合表面上的「-OH」可皆消耗(亦即，此係因為「-OH」可皆變為氧共價鍵)。若必要，則可調整熱處理時間。
參看圖5，歐姆層130a、第二導電層116、發光層114及第一導電層112以此次序經部分蝕刻以暴露第一導電層112的一部分。作為蝕刻之結果，形成歐姆圖案130、第二導電圖案116、發光圖案114及第一導電圖案112，如圖5中所示。
參看圖6，在暴露之第一導電圖案112(亦即，第一電極形成區)上形成歐姆圖案131且接著形成第一電極140及第二電極150。舉例而言，第一導電圖案112上之歐姆圖案131可包括ITO(氧化銦錫)、鋅(Zn)、氧化鋅(ZnO)、銀(Ag)、錫(Ti)、鋁(Al)、金(Au)、鎳(Ni)、氧化銦(In2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、銅(Cu)、鎢(W)及鉑(Pt)中之至少一者。
具體言之，第一電極140及第二電極150可由相同材料或不同材料形成。舉例而言，第一電極140及第二電極150可包括氧化銦錫(ITO)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、金(Au)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鋁(Al)、釩(V)、鎢(W)、鉬(Mo)及銀(Ag)中之至少一者。
接著，經接合之第一基板100及第二基板190經受第三退火處理183。詳言之，第三退火處理183之溫度可低於第一退火處理181及/或第二退火處理182之溫度。舉例而言，可在約190℃或更低之溫度下執行第三退火處理。
出於參考之目的，可在未形成第一電極140及第二電極150之階段中執行第三退火處理183。具體言之，在歐姆層形成於第一電極140上之後，可執行第三退火處理。
詳言之，在本發明之第一例示性實施例中，較佳在低溫下執行接合處理(參見圖4A及圖4B)之後的處理。原因如下。當在高溫下執行接合處理之後的處理時，經接合之第一基板100與第二基板190之間的界面可受應力。當應力之量為大時，第一基板100可自第二基板190分離。出於此原因，較佳在接合處理之前執行高溫處理。舉例而言，第三退火處理183之溫度可低於用於活化第二導電層116a之第一退火處理181的溫度及用於活化歐姆層130a之第二退火處理182的溫度。
在形成第二電極150之前或之後，可執行表面刻花處理以在第二導電圖案116之表面上形成紋理形狀。可(例如)藉由使第二導電圖案116之表面經受使用諸如KOH之蝕刻劑之濕式蝕刻而形成紋理形狀。可藉由(例如)乾式蝕刻形成紋理形狀。具有不同於逃逸圓錐角之角的光歸因於第二導電圖案116與空氣之間的折射率之差而可限於第二導電圖案116中。紋理形狀使得許多光分量有可能自第二導電圖案116逃逸。結果，有可能改良光發射效率。
參看圖7，移除第二基板190。
舉例而言，研磨處理或CMP(化學機械拋光)處理可用以移除第二基板190。
接著，減小第一基板100之厚度。舉例而言，可執行CMP處理以將第一基板100之厚度減小至(例如)約100 μm。
接著，執行鋸切處理以將基板分割為若干晶片，藉此完成發光元件1。
在根據本發明之第一例示性實施例之製造過程中，其中複數個第一小基板100接合至第二大基板190，僅使用適合第二大基板190之尺寸的製造設備，但無需用於第一小基板100之獨立製造設備。另外，由於一次製造大量第一基板100，因此有可能改良產量。結果，有可能降低發光元件1之製造成本。
將參看圖7、圖8A及圖8B描述根據本發明之第一例示性實施例的發光元件1。根據本發明之第一例示性實施例之發光元件1係藉由參看圖1至圖7描述之製造方法製造。
參看圖7、圖8A及圖8B，發光元件1包括第一導電圖案112、形成於第一導電圖案112上之發光圖案114、形成於發光圖案114上之第二導電圖案116，及形成於第一導電圖案112及第二導電圖案116上的歐姆圖案130及131。然而，在本發明之第一例示性實施例中，第二導電圖案116之邊緣與歐姆圖案130的邊緣對準。
如上文所述，為降低接合處理(參見圖4A及圖4B)之後的處理之溫度，在接合處理之前形成歐姆層130a(參見圖3)。接著，在接合處理之後，同時蝕刻歐姆圖案130、第二導電圖案116、發光圖案114及第一導電圖案112(參見圖5)。因此，第二導電圖案116之邊緣與歐姆圖案130之邊緣對準。
同時，發光元件1可用於俯視型封裝及側視型封裝。在俯視型封裝中，大體而言，使用具有(例如)圖8A中所示之約1 mm×1 mm之尺寸的矩形發光元件。俯視型封裝直接發射光至物件，且大體上用於照明裝置及顯示裝置。另一方面，在側視型封裝中，使用具有(例如)圖8B中所示之約150 μm×400 μm之尺寸的矩形發光元件，但可視所要目的而改變其結構。側視型封裝大體上用於行動裝置(例如，行動電話、MP3播放器及導航系統)及顯示裝置。俯視型封裝及側視型封裝在尺寸及形狀上可彼此不同，但在組態及操作上彼此實質上類似。
接著，將描述發光元件1之操作。
當第一導電圖案112為n型且第二導電圖案116為p型時，第一偏壓(V-、I-或接地電壓)經由第一電極140施加至第一導電圖案112且第二偏壓(V+或I+)經由第二電極150施加至第二導電圖案116。因此，正向偏壓施加至發光結構110。正向偏壓使得發光圖案114發光。
圖9為說明根據本發明之第二例示性實施例的製造發光元件之方法的圖。圖10為說明根據本發明之第三例示性實施例的製造發光元件之方法的圖。
參看圖9及圖10，根據第二及第三例示性實施例之製造發光元件之方法不同於根據第一例示性實施例的方法，不同之處在於第一基板100未直接接合至第二基板190，而是第一基板100藉由黏著劑接合至第二基板190。在黏著劑接合中，中間材料層191及192插入於第一基板100與第二基板190之間。當中間材料層191具有足夠厚度時，中間材料層191可補償第一基板100或第二基板190之略微彎曲。
可在第二基板190之接合表面及/或第一基板100之接合表面上形成中間材料層191及192，且第一基板100及第二基板190可藉由(例如)熱壓縮或實體壓縮而彼此接合。在圖9及圖10中，為解釋之便利起見，中間材料層191形成於第二基板190之接合表面上。
如圖9中所示，中間材料層191可為(例如)由導電材料形成之金屬層。舉例而言，金屬層可包括Au、Ag、Pt、Ni、Cu、Sn、Al、Pb、Cr及Ti中之至少一者。亦即，金屬層可為(例如)由Au、Ag、Pt、Ni、Cu、Sn、Al、Pb、Cr或Ti，其層狀物或其組合物形成之單一層。舉例而言，金屬層可為Au層、Au-Sn層，或藉由交替地層疊Au及Sn層而形成之多層。
如圖10中所示，中間材料層192可為有機層。有機層可為(例如)BCB(苯并環丁烯)。BCB已作為Dow Cyclotene出售。BCB適合製造半導體裝置。由於BCB極抵抗大多數濕式蝕刻劑，因此可能難以移除BCB。大體而言，BCB通常僅藉由乾式蝕刻移除。BCB可產生小於氧化矽(SiO2 )之應力。亦即，即使當BCB經形成具有大厚度時，第二基板190可能仍未彎曲或破裂。
接著，將描述使用根據本發明之第一至第三例示性實施例的製造發光元件之方法製造發光裝置的方法。發光裝置之實例包括使用發光元件製造之發光封裝(參見圖11至圖17)及使用發光元件及/或發光封裝製造的發光系統(參見圖18至圖25)。
圖11及圖12為說明根據本發明之第一例示性實施例的製造發光封裝之方法之中間步驟的圖。為本發明之描述之清楚起見，圖11及圖12僅展示主要部件。圖13及圖14A至圖14C為詳細說明封裝主體與發光元件之間的連接的圖。圖14A至圖14C為沿圖13之線XIV-XIV截取之橫截面視圖。
首先，參看圖11，發光元件1配置於封裝主體210上。
具體言之，封裝主體210可包括位於其中之槽212，且發光元件1可提供於槽212中。詳言之，槽212之側壁212a可為傾斜的。自發光元件1發射之光可自側壁212a反射且接著向前行進。
在諸圖中，發光元件1連接至基台230，且連接至基台230之發光元件1提供於封裝主體210之槽212中。然而，本發明之例示性實施例不限於此。舉例而言，發光元件1可在未使用基台230之情形下直接提供於封裝主體210上。
各種方法可用以連接封裝主體210與發光元件1。舉例而言，可使用圖13及圖14A至圖14C中所示之連接方法。
參看圖13及圖14A，可將發光元件1安裝至基台230。在諸圖中，發光元件1係以覆晶方式連接，但本發明之例示性實施例不限於此。舉例而言，可以橫向方式連接發光元件1。在覆晶連接中，第一電極及第二電極經連接以便面對封裝之底部。在橫向類型LED中，第一電極及第二電極經連接以便面對封裝之上部表面。在圖13中，發光元件1具有用於俯視型封裝之矩形形狀，但本發明之例示性實施例不限於此。舉例而言，發光元件1可具有用於側視型封裝之矩形形狀。
發光元件1可為發射UV光之UV發光元件1或發射藍光(亦即，具有藍色波長之光)之藍色發光元件1。
發光元件1配置於封裝主體210之槽212中。槽212大於發光元件1。可考慮自發光元件1發射且自槽212之側壁212a反射之光的量、其反射角、填充槽212之透明樹脂(圖12中之參考數字250)的種類，及磷光體層(圖12中之參考數字260)之種類來判定槽212之尺寸。發光元件1較佳配置於槽212之中心處。當發光元件1與側壁212a之間的距離為恆定時，易於防止色彩不規則性。
封裝主體210可由具有高電阻之有機材料(諸如，矽樹脂、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、尿素樹脂、氟樹脂或醯亞胺樹脂)，或具有高電阻之無機材料(諸如，玻璃或矽膠)形成。另外，封裝主體210可由熱阻樹脂形成，使得其在製造過程期間不會被熱熔融。另外，為減小樹脂之熱應力，可將諸如氮化鋁、氧化鋁及其化合物之各種填充物與樹脂混合。形成封裝主體210之材料不限於樹脂。封裝主體210之一部分(例如，側壁212a)或整個封裝主體210可由(例如)金屬材料或陶瓷材料形成。舉例而言，當整個封裝主體210由金屬材料形成時，可相對易於耗散自發光元件1產生之熱。圖3A展示整個封裝主體210由金屬材料形成的狀況。
另外，電連接至發光元件1之引線214a及214b提供於封裝主體210中。發光元件1可電連接至基台230，且基台230以及引線214a及214b可分別藉由(例如)導線216a及216b彼此連接。引線214a及214b可由具有高熱傳導率之材料形成以經由引線214a及214b將自發光元件1產生之熱直接耗散至外部。
圖14B中所示之發光封裝不同於圖14a中所示之發光封裝，不同之處在於基台230以及引線214a及214b未藉由導線(圖14A中之216a及216b)彼此連接，但其藉由提供於基台230中的通道232彼此連接。
此外，圖14C中所示之發光封裝不同於圖14A中所示之發光封裝，不同之處在於基台230以及引線214a及214b未藉由導線(圖14A中之216a及216b)彼此連接，但其藉由提供於基台230的上部、側及後部表面上之線路234彼此連接。
圖14B中所示之發光封裝及圖14C中所示之發光封裝未使用任何導線。因此，有可能減小發光封裝之尺寸。
如參看圖13至圖14C所描述，本發明可應用於各種發光封裝。在本說明書中，以下諸圖僅展示主要部件以防止本發明之例示性實施例之範疇受到限制。
再次參看圖12，透明樹脂層250形成於發光元件1上。具體言之，透明樹脂層250填充槽212之至少一部分。舉例而言，如圖12中所示，透明樹脂層250可能未完全填充槽212。形成透明樹脂層250之材料可未經特別限制，只要其可充滿封裝主體210之槽212即可。舉例而言，透明樹脂層250可由環氧樹脂、矽樹脂、硬矽樹脂、經改質之矽樹脂、胺基甲酸酯樹脂、環氧丙烷樹脂、丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯樹脂或聚醯亞胺樹脂形成。
接著，磷光體層260形成於透明樹脂層250上。磷光體層260可由透明樹脂262與磷光體264之混合物形成。分散於磷光體層260中之磷光體264吸收自發光封裝1發射之光且將其轉換為具有不同波長的光。因此，隨著磷光體264良好分散，發射特性得以改良。結果，可改良磷光體264之波長轉換效率及色彩混合效應。
舉例而言，磷光體層260可形成於發光封裝11中以發射白光。當發光封裝11發射藍光時，磷光體264可包括黃色磷光體，且其亦可包括紅色磷光體以改良演色性指數(CRI)特性。當發光封裝11發射UV光時，磷光體264可包括所有紅色、綠色及藍色磷光體。
透明樹脂262未經特別限制，只要其可穩定地分散磷光體264即可。舉例而言，透明樹脂262可為(例如)環氧樹脂、矽樹脂、硬矽樹脂、經改質之矽樹脂、胺基甲酸酯樹脂、環氧丙烷樹脂、丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯樹脂或聚醯亞胺樹脂。
磷光體264未經特別限制，只要其可吸收來自發光元件1之光且將其轉換為具有不同波長之光即可。舉例而言，磷光體較佳為選自以下材料之至少一者：主要由諸如Eu或Ce之鑭系元素活化之基於氮化物之磷光體或基於氮氧化物的磷光體；主要由諸如Eu之鑭系元素或諸如Mn之過渡金屬元素活化之鹼土元素鹵素磷灰石磷光體、鹼土金屬元素硼化物鹵素磷光體、鹼土金屬元素鋁酸鹽磷光體、鹼土元素矽酸鹽、鹼土元素硫化物、鹼土元素硫代鎵酸鹽、鹼土元素氮化矽及鍺酸鹽；主要由諸如Ce之鑭系元素活化之稀土鋁酸鹽及稀土矽酸鹽；及主要由諸如Eu之鑭系元素活化之有機化合物及有機錯合物。具體言之，可使用以下磷光體，但本發明之例示性實施例不限於此。
主要由諸如Eu或Ce之鑭系元素活化之基於氮化物的磷光體包括(例如)M2 Si5 N8 ：Eu(M為選自由Sr、Ca、Ba、Mg及Zn組成之群組的至少一元素)。除M2 Si5 N8 ：Eu之外，亦可包括MSi7 N10 ：Eu、M1.8 Si5 O0.2 N8 ：Eu、M0.9 Si7 O0.1 N10 ：Eu(M為選自由Sr、Ca、Ba、Mg及Zn組成之群組的至少一元素)。
主要由諸如Eu或Ce之鑭系元素活化之基於氮氧化物的磷光體包括(例如)MSi2 O2 N2 ：Eu(M為選自由Sr、Ca、Ba、Mg及Zn組成之群組的至少一元素)。
主要由諸如Eu之鑭系元素或諸如Mn之過渡金屬元素活化之鹼土元素鹵素磷灰石磷光體包括(例如)M5 (PO4 )3 X：R(M為選自由Sr、Ca、Ba、Mg及Zn組成之群組的至少一元素，X為選自由F、Cl、Br及I組成之群組的至少一元素，且R為選自由Eu、Mn及Eu與Mn之組合組成之群組的至少一元素)。
鹼土金屬元素硼化物鹵素磷光體包括(例如)M2 B5 O9 X：R(M為選自由Sr、Ca、Ba、Mg及Zn組成之群組的至少一元素，X為選自由F、Cl、Br及I組成之群組的至少一元素，且R為選自由Eu、Mn及Eu與Mn之組合組成之群組的至少一元素)。
鹼土金屬元素鋁酸鹽磷光體包括(例如)SrAl2 O4 ：R、Sr4 Al14 O25 ：R、CaAl2 O4 ：R、BaMg2 Al16 O27 ：R及BaMgAl10 O17 ：R(R為選自由Eu、Mn及Eu與Mn之組合組成之群組的至少一元素)。
鹼土基於硫化物之磷光體包括(例如)La2 O2 S：Eu、Y2 O2 S：Eu及Gd2 O2 S：Eu。
主要由諸如Ce之鑭系元素活化之稀土鋁酸鹽磷光體包括(例如)具有Y3 Al5 O12 ：Ce、(Y0.8 Gd0.2 )3 Al5 O12 ：Ce、Y3 (Al0.8 Ga0.2 )5 O12 ：Ce及(Y,Gd)3(Al,Ga)5 O12 ：Ce之組合物的YAG磷光體。稀土鋁酸鹽磷光體亦可包括(例如)Tb3 Al5 O12 ：Ce及Lu3 Al5 O12 ：Ce，其中Y之一部分或整體由(例如)Tb或Lu取代。
鹼土元素矽酸鹽磷光體可由矽酸鹽組成，且其代表性實例為(例如)(SrBa)2 SiO4 ：Eu。
其他磷光體包括(例如)ZnS：Eu、Zn2 GeO4 ：Mn及MGa2 S4 ：Eu(M為選自由Sr、Ca、Ba、Mg及Zn組成之群組的至少一元素，且X為選自由F、Cl、Br及I組成之群組的至少一元素)。
若必要，則替代於Eu或除Eu之外，上文所提及之磷光體可包括(例如)選自由Tb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni及Ti組成之群組的至少一元素。
亦可使用具有與上文所描述之磷光體相同之效能及效應的其他磷光體。
圖15至圖17為說明根據本發明之第二至第四例示性實施例之發光封裝的圖。由於熟習此項技術者可自根據本發明之第一例示性實施例之製造發光封裝的方法推導出根據本發明之第二至第四例示性實施例之製造發光封裝的方法，因此將省略其描述。
首先，參看圖15，根據本發明之第二實施例的發光封裝12不同於根據第一例示性實施例之發光封裝，不同之處在於濾光片280形成於磷光體層260上。濾光片280吸收具有特定波長之光。舉例而言，濾光片280可吸收主要自發光元件1發射之光，且可能不吸收其次自磷光體層260發射之光。濾光片280可由吸收具有特定波長之光且耗散熱之材料形成。舉例而言，濾光片280可由無機染料或有機染料形成。
詳言之，當發光元件1發射UV光時，可使用UV濾光片280。此係因為大量過多之UV光對人體可為有害的。
參看圖16，根據本發明之第三例示性實施例的發光封裝13不同於根據第一例示性實施例的發光封裝，不同之處在於磷光體層260係以透鏡形狀形成。磷光體層260可具有預定曲率以改良自發光元件1發射之光的漫射特性及提取特性。在圖16中，磷光體層係以凸透鏡形狀形成，但若必要則其可以凹透鏡形狀形成。
參看圖17，根據本發明之第四例示性實施例的發光封裝14不同於根據第一例示性實施例之發光封裝，不同之處在於透明樹脂層250僅形成於發光元件1及基台230上。磷光體層260形成於透明樹脂層250上以便充滿槽212。圖18為說明根據本發明之第一例示性實施例之發光系統的圖。
參看圖18，根據本發明之第一例示性實施例之發光系統21包括電路板300及配置於電路板300上的發光封裝11。
電路板300包括彼此電隔絕之第一導電區310及第二導電區320。第一導電區310及第二導電區320提供於電路板300之一表面上。
第一導電區310電連接至發光封裝11之引線214a，且第二導電區320電連接至發光封裝11之引線214b。第一導電區310及第二導電區320可藉由焊料分別連接至引線214a及214b。
圖19為說明根據本發明之第二例示性實施例之發光系統的圖。
參看圖19，根據本發明之第二例示性實施例之發光系統22不同於根據第一例示性實施例的發光系統，不同之處在於電路板300包括通孔316及326。
具體言之，第一導電區310及第二導電區320形成於電路板300之一表面上以便彼此電隔絕，且第三導電區312及第四導電區322形成於電路板300之另一表面上以便彼此電隔絕。第一導電區310及第三導電區312經由第一通孔316彼此連接，且第二導電區320及第四導電區322經由第二通孔326彼此連接。第一導電區310電連接至發光封裝11之引線214a，且第二導電區320電連接至發光封裝11之引線214b。
圖20至圖21B為說明根據本發明之第三例示性實施例之發光系統的圖。詳言之，圖21A及圖21B展示磷光體層340及透明樹脂350形成於發光封裝陣列上之實例。
圖20展示根據本發明之第三例示性實施例的具有配置於發光系統23中之電路板300上之複數個發光封裝11的發光封裝陣列。
第一導電區310及第二導電區320在電路板300上於同一方向上彼此平行延伸。發光封裝11提供於第一導電區310與第二導電區320之間。複數個發光封裝11經彼此平行配置以便在第一導電區310及第二導電區320延伸之方向上延伸。第一導電區310電連接至發光封裝11之引線214a，且第二導電區320電連接至發光封裝11之引線214b。當將第一偏壓施加至第一導電區310且將第二偏壓施加至第二導電區320時，正向偏壓施加至發光封裝11中之發光元件，此使該複數個發光封裝11同時發光。
參看圖21A，可以線性形狀形成磷光體層340及透明樹脂350。舉例而言，當將發光封裝11配置於如圖14A中所示的第一導電區310及第二導電區320延伸之方向上時，亦可將磷光體層340及透明樹脂350配置於第一導電區310及第二導電區320延伸之方向上。磷光體層340及透明樹脂350可經形成以便圍繞第一導電區310及第二導電區320兩者。
參看圖21B，可以點形成磷光體層340及透明樹脂350。在此狀況下，磷光體層340及透明樹脂350可經形成以便僅圍繞相應發光封裝11。
圖22為說明根據本發明之第四例示性實施例之發光系統的圖。
圖22展示參看圖18至圖21B所描述之發光系統所應用於的最終產品之實例。發光系統可應用於各種器件，諸如照明裝置、顯示裝置及行動器件(例如，行動電話、MP3播放器及導航系統)。圖22中所示之裝置為用於液晶顯示器(LCD)中之邊緣型背光單元(BLU)。由於液晶顯示器不具有位於其中的光源，因此背光單元用作光源，且背光單元照明液晶面板之後部表面。
參看圖22，背光單元包括發光封裝11、光導板410、反射板412、漫射片(diffusion sheet)414及一對稜鏡片416。
發光元件1發光。發光元件1可為側視型。如上文所描述，發光元件1配置於發光封裝11之封裝主體210的槽中。
光導板410將所發射之光導向至液晶面板450。光導板410由諸如丙烯酸系樹脂之透明塑膠材料形成，且將自發光元件1發射之光導向至提供於光導板410上方的液晶面板450。因此，將入射於光導板410上之光的行進方向改變至液晶面板450的各種圖案412a印刷於光導板410之後部表面上。
反射板412提供於光導板410之下部表面上以將自光導板410之下部側發射的光反射至上部側。反射板412將未由提供於光導板410之後部表面上之圖案412a反射的光反射至光導板410之發射表面。以此方式，有可能減少光損耗且改良自光導板410之發射表面發射之光的均勻性。漫射片414漫射自光導板410發射之光以防止部分集光。
三方稜鏡以預定陣列形成於稜鏡片416之上部表面上。大體而言，兩個稜鏡片經配置使得稜鏡彼此偏離預定角度。以此方式，稜鏡片使由漫射片414漫射之光在垂直於液晶面板450之方向上行進。
圖23至圖26為說明根據本發明之第五至第八例示性實施例之發光系統的圖。
圖23至圖26展示上文所提及之發光系統所應用於的最終產品。圖23展示投影儀，圖24展示車前照燈，圖25展示路燈，且圖26展示燈。用於圖23至圖26中所示之照明裝置之發光元件1可為俯視型。
參看圖23，自光源510發射之光通過聚光透鏡520、彩色濾光片530及成形透鏡540，且接著自數位微鏡裝置(DMD)550反射。接著，光經由投影透鏡580到達螢幕590。根據本發明之上文所描述之例示性實施例的發光元件提供於光源510中。
已描述本發明之例示性實施例，但應進一步注意，適度熟習此項技術者將顯而易見，可進行各種修改而不脫離本發明之精神及範疇，本發明之精神及範疇係由附加之申請專利範圍的精神及範疇所界定。
1．．．發光元件
11．．．發光封裝
12．．．發光封裝
13．．．發光封裝
14．．．發光封裝
21．．．發光系統
22．．．發光系統
23．．．發光系統
100．．．第一基板
110．．．發光結構
112．．．第一導電圖案
112a．．．第一導電層
114．．．發光圖案
114a．．．發光層
116．．．第二導電圖案
116a．．．第二導電層
130．．．歐姆圖案
130a．．．歐姆層
131．．．歐姆圖案
140．．．第一電極
150．．．第二電極
181．．．第一退火處理
182．．．第二退火處理
183．．．第三退火處理
190．．．第二基板
191．．．中間材料層
192．．．中間材料層
210．．．封裝主體
212．．．槽
212a．．．側壁
214a．．．引線
214b．．．引線
216a．．．導線
216b．．．導線
230．．．基台
232．．．通道
234．．．線路
250．．．透明樹脂/透明樹脂層
260．．．磷光體層
262．．．透明樹脂
264．．．磷光體
280．．．濾光片
300．．．電路板
310．．．第一導電區
312．．．第三導電區
316．．．第一通孔
320．．．第二導電區
322．．．第四導電區
326．．．第二通孔
340．．．磷光體層
350．．．透明樹脂
410．．．光導板
412．．．反射板
412a．．．圖案
414．．．漫射片
416．．．稜鏡片
450．．．液晶面板
510．．．光源
520．．．聚光透鏡
530．．．彩色濾光片
540．．．成形透鏡
550．．．數位微鏡裝置(DMD)
580．．．投影透鏡
590．．．螢幕
圖1至圖7為說明根據本發明之第一例示性實施例的製造發光元件之方法之中間步驟的圖；圖8A及圖8B為說明根據本發明之第一例示性實施例之發光元件的圖；圖9為說明根據本發明之第二例示性實施例的製造發光元件之方法的圖；圖10為說明根據本發明之第三例示性實施例的製造發光元件之方法的圖；圖11及圖12為說明根據本發明之第一例示性實施例的製造發光封裝之方法之中間步驟的圖；圖13及圖14A至圖14C為具體說明封裝主體與發光元件之間的連接的圖；圖15至圖17為說明根據本發明之第二至第四例示性實施例之發光封裝的圖；圖18為說明根據本發明之第一例示性實施例之發光系統的圖；圖19為說明根據本發明之第二例示性實施例之發光系統的圖；圖20至圖21B為說明根據本發明之第三例示性實施例之發光系統的圖；圖22為說明根據本發明之第四例示性實施例之發光系統的圖；及圖23至圖26為說明根據本發明之第五至第八例示性實施例之發光系統的圖。
100．．．第一基板
112a．．．第一導電層
114a．．．發光層
116a．．．第二導電層
130a．．．歐姆層
190．．．第二基板

Claims (22)

  1. 一種製造一發光元件的方法，該方法包含：在至少一第一基板上形成一具有一第一導電類型之第一導電層、一發光層及一具有一第二導電類型之第二導電層；在該第二導電層上形成一歐姆層；將該至少一第一基板接合至一第二基板，該第二基板大於該第一基板；蝕刻該歐姆層、該第二導電層及該發光層之若干部分以暴露該第一導電層之一部分；在該暴露之第一導電層上形成一第一電極；在該歐姆層上形成一第二電極；在形成該第一電極及該第二電極之後移除該第二基板；減小該第一基板之厚度；及將該第一基板分割為若干晶片。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含：在形成該歐姆層之前，對上面形成有該第一導電層、該發光層及該第二導電層之該第一基板執行一第一退火。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包含：在該暴露之第一導電層上形成一第一電極；在該歐姆層上形成一第二電極；及 在形成該第一電極及該第二電極之後對彼此接合之該第一基板及該第二基板執行一退火，其中對彼此接合之該第一基板及該第二基板執行之該退火的處理溫度低於該第一退火之處理溫度。
  4. 如請求項2之方法，其進一步包含：在該第一基板及該第二基板彼此之該接合之前，對上面形成有該歐姆層之該第一基板執行一第二退火。
  5. 如請求項4之方法，其進一步包含：在該暴露之第一導電層上形成一第一電極；在該歐姆層上形成一第二電極；及在形成該第一電極及該第二電極之後對彼此接合之該第一基板及該第二基板執行一第三退火，其中該第三退火之處理溫度低於該第二退火之處理溫度。
  6. 如請求項1之方法，其中該至少一第一基板至該第二基板之該接合係藉由直接接合及黏著劑接合中的至少一者來執行。
  7. 如請求項6之方法，其中該直接接合包括：預處理該第二基板之一接合表面或該至少一第一基板之一接合表面；及對該第二基板及該至少一第一基板執行一熱處理，或實體壓縮該第二基板及該至少一第一基板。
  8. 如請求項7之方法，其中該預處理包括一電漿處理或一濕式處理。
  9. 如請求項7之方法，其進一步包含：在該預處理之前，拋光該第一基板之該接合表面及該第二基板之該接合表面中的至少一者。
  10. 如請求項7之方法，其進一步包含：在該預處理之前，清潔該第一基板及該第二基板。
  11. 如請求項6之方法，其中：該黏著劑接合包括：在該第二基板之該接合表面與該至少一第一基板之該接合表面之間插入一中間材料層；及對該第二基板及該至少一第一基板執行一熱處理，或實體壓縮該第二基板及該至少一第一基板。
  12. 如請求項1之方法，其中該第一基板為一絕緣基板，且該第二基板為一導電基板。
  13. 如請求項1之方法，其中該第一導電層、該發光層及該第二導電層各自包括Inx Aly Ga(1-x-y) N(0x1且0y1)。
  14. 如請求項1之方法，其中該第一導電類型為一n型，且該第二導電類型為一p型。
  15. 一種製造一發光元件的方法，該方法包含：在至少一絕緣基板上依序形成一第一導電類型之第一導電層、一發光層及一具有一第二導電類型之第二導電層；在該第二導電層上形成一歐姆層；在一第一溫度下對該至少一絕緣基板執行一第一退火； 將該至少一絕緣基板接合至一導電基板，該導電基板大於該絕緣基板；依序蝕刻該歐姆層、該第二導電層及該發光層之若干部分以暴露該第一導電層之一部分；在一低於該第一溫度之第二溫度下對彼此接合之該絕緣基板及該導電基板執行一第二退火；在該暴露之第一導電層上形成一第一電極；在該歐姆層上形成一第二電極；在形成該第一電極及該第二電極之後移除該導電基板；減小該絕緣基板之厚度；及將該絕緣基板分割為若干晶片。
  16. 如請求項15之方法，其進一步包含：在該第一退火之前，在該絕緣基板上順序形成一具有一第一導電類型之第一導電層、一發光層及一具有一第二導電類型之第二導電層。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包含：在該第一退火之前，在該第二導電層上形成一歐姆層。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包含：在該至少一絕緣基板至該導電基板之該接合之後且在該第二退火之前，順序蝕刻該歐姆層、該第二導電層及該發光層之若干部分以暴露該第一導電層的一部分； 在該暴露之第一導電層上形成一第一電極；及在該歐姆層上形成一第二電極。
  19. 如請求項15之方法，其中該至少一絕緣基板至該導電基板之該接合係藉由直接接合及黏著劑接合中的至少一者來執行。
  20. 一種製造一發光元件的方法，該方法包含：在至少一藍寶石基板上形成一具有一n型之第一GaN層、一發光層、一具有一p型之第二GaN層；對該至少一藍寶石基板執行一第一退火；在該第二GaN層上形成一歐姆層；對該至少一藍寶石基板執行一第二退火；將該至少一藍寶石基板接合至一矽基板，該矽基板大於該藍寶石基板；蝕刻該歐姆層、該第二GaN層及該發光層之若干部分以暴露該第一GaN層的一部分；在該暴露之第一GaN層上形成一第一電極；在該歐姆層上形成一第二電極；在形成該第一電極及該第二電極之後移除該矽基板；減小該藍寶石基板之厚度；及將該藍寶石基板分割為若干晶片。
  21. 如請求項20之方法，其進一步包含：在形成該第一電極及該第二電極之前或之後，對彼此接合之該藍寶石基板及該矽基板執行一第三退火，其中該第三退火之處理溫度低於該第一退火或該第二 退火之處理溫度。
  22. 一種使用如請求項1之製造一發光元件之方法製造一發光裝置的方法。
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