TWI523216B - 發光元件 - Google Patents

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Description

發光元件
本發明關於一種發光元件結構及其製造方法。
發光二極體(LED)之發光原理和結構與傳統光源並不相同，具有耗電量低、元件壽命長、無須暖燈時間、反應速度快等優點，再加上其體積小、耐震動、適合量產，容易配合應用需求製成極小或陣列式的元件，在市場上的應用頗為廣泛。例如，光學顯示裝置、雷射二極體、交通號誌、資料儲存裝置、通訊裝置、照明裝置、以及醫療裝置等。
本發明提供一發光元件，包含：一基板；複數第一發光二極體單元於基板上，其中每一複數第一發光二極體單元具有一第一電極結構；及複數第二發光二極體單元於複數第一發光二極體單元之間，其中每一複數第二發光二極體單元具有一第二電極結構；其中每一複數第二發光二極體單元藉由覆晶倒裝方式將第二電極結構各自與鄰近之第一發光二極體單元之第一電極結構相對接合
本發明提供一發光元件，其中第一電極結構和第二電極結構各包含一第一電性電極及一第二電性電極。其中每一複數第二發光二極體單元之第二電極結構之第一電性電極各自與相鄰之第一發光二極體單元之第一電極結構之第二電性電極連結；每一複數第二發光二極體單元之第二電極結構之第二電性電極各自與相鄰之第一發光二極體單元之第一電極結構之第一電性電極連結。
以下配合圖式說明本發明之各實施例。首先，如第1圖所示，本發明之第一實施例提供一種發光元件1。發光元件1具有一成長基板11，複數個第一發光二極體單元12直接磊晶成長於此基板上。本實施例中第一發光二極體單元12有三個，但並不以此數目為限。其中，每一個第一發光二極體單元12包含一第一型半導體層121、一發光層122、以及一第二型半導體層123。依序蝕刻部分第二型半導體層123、發光層122、第一型半導體層121至裸露出第一型半導體層121之一表面，再分別於裸露之第一型半導體層121一表面及第二型半導體層123上形成一第一電性電極13及一第二電性電極14，其中第一電性電極13和第二電性電極14組成第一發光二極體單元12之第一電極結構。另外於一成長基板21之上直接磊晶成長複數個第二發光二極體單元22；本實施例中第二發光二極體單元22有二個，但並不以此數目為限。其中，每一個第二發光二極體單元22包含一第一型半導體層221、一發光層222、以及一第二型半導體層223。依序蝕刻部分第二型半導體層223、發光層222、第一型半導體層221至裸露出第一型半導體層221之一表面。為了增加第二發光二極體單元22的發光效率，於第二型半導體層223上可以分別選擇性地形成反射結構25，例如為金屬反射層或分布式布拉格反射層(DBR，distributed Bragg reflector)等；再分別於裸露之第一型半導體層221一表面及反射結構25上形成一第一電性電極23及一第二電性電極24，其中第一電性電極23和第二電性電極24組成第二發光二極體單元22之第二電極結構；再藉由切割步驟以形成複數個第二發光二極體單元。其中複數個第一發光二極體單元間具有複數個間隙，且其間隙小於任一第二發光二極體單元22之寬度。
每一複數第二發光二極體單元22藉由覆晶倒裝的方式將其第二電極結構各自與相鄰之第一發光二極體單元12的第一電極結構相對接合，亦即以第二發光二極體單元22之第一電性電極23與一第一發光二極體單元12之第二電性電極14接合；以發光二極體單元22之第二電性電極24與另一第一發光二極體單元12之第一電性電極13接合形成電性串聯連結。再於第二發光二極體單元22與成長基板11間形成一底部填充物質(underfill)19，包含一絕緣材料，其可為一異方性導電膠(Anisotropic Conductive Glue)。最後所形成的發光元件為一單晶片具有一邊長介於0.5mm至5mm之間。其中，成長基板11、21之材質係可包含但不限於鍺(germanium,Ge)、砷化鎵(gallium arsenide,GaAs)、磷化銦(indium phosphide,InP)、藍寶石(sapphire)、碳化矽(silicon carbide)、矽(silicon)、氧化鋰鋁(lithium aluminum oxide,LiAlO2)、氧化鋅(zinc oxide,ZnO)、氮化鎵(gallium nitride,GaN)、氮化鋁(aluminum nitride)等。第一發光二極體單元12及第二發光二極體單元22之材質可包含磷化鋁鎵銦化合物或氮化鋁鎵銦化合物。其中任一複數第一發光二極體單元12之發光層122所放射的主波長(dominant wavelength)與任一複數第二發光二極體單元22之發光層222所放射的主波長彼此大致相同或相異，且各第二發光二極體單元22之發光層222所放射的峰值波長彼此大致相同或相異，各第一發光二極體單元12之發光層122所放射的峰值波長彼此大致相同。此外，任一複數第一發光二極體單元12及/或任一複數第二發光二極體單元22之側壁可為非垂直之斜面(圖未示)。
如第2圖所示，本發明之第二實施例提供一種發光元件2。提供一成長基板31，複數個第一發光二極體單元32直接磊晶成長於此基板上。本實施例中第一發光二極體單元32有三個，但並不以此數目為限。其中，每一個第一發光二極體單元32包含一第一型半導體層321、一發光層322、以及一第二型半導體層323。依序蝕刻部分第二型半導體層323、發光層322、第一型半導體層321至裸露出第一型半導體層321之一表面，再分別於裸露之第一型半導體層321一表面及第二型半導體層323上形成一第一電性電極33及一第二電性電極34，其中第一電性電極33和第二電性電極34組成第一發光二極體單元32之第一電極結構，再藉由切割步驟以形成複數個第一發光二極體單元。另外於一成長基板41之上直接磊晶成長複數個第二發光二極體單元42；本實施例中第二發光二極體單元42有二個，但並不以此數目為限。其中，每一個第二發光二極體單元42包含一第一型半導體層421、一發光層422、以及一第二型半導體層423。依序蝕刻部分第二型半導體層423、發光層422、第一型半導體層421至裸露出第一型半導體層421之一表面。為了增加第二發光二極體單元42的發光效率，於第二型半導體層 423上可以分別選擇性地形成反射結構45，例如為金屬反射層或分布式布拉格反射層(DBR，distributed Bragg reflector)等；再分別於裸露之第一型半導體層421一表面及反射結構45上形成一第一電性電極43及一第二電性電極44，其中第一電性電極43和第二電性電極44組成第二發光二極體單元42之第二電極結構；再藉由切割步驟以形成複數個第二發光二極體單元。
其中，成長基板31、41之材質係可包含但不限於鍺(germanium,Ge)、砷化鎵(gallium arsenide,GaAs)、磷化銦(indium phosphide,InP)、藍寶石(sapphire)、碳化矽(silicon carbide)、矽(silicon)、氧化鋰鋁(lithium aluminum oxide,LiAlO2)、氧化鋅(zinc oxide,ZnO)、氮化鎵(gallium nitride,GaN)、氮化鋁(aluminum nitride)等。第一發光二極體單元32及第二發光二極體單42之材質可包含磷化鋁鎵銦化合物或氮化鋁鎵銦化合物。任一複數第一發光二極體單元32之發光層322所放射的主波長(dominant wavelength)與任一複數第二發光二極體單元42之發光層422所放射的主波長彼此大致相同或相異；且各第二發光二極體單元42之發光層422所放射的峰值波長彼此大致相同或相異，各第一發光二極體單元32之發光層322所放射的峰值波長彼此大致相同或相異。任一複數第一發光二極體單元32及/或任一複數第二發光二極體單元42之側壁可為非垂直之斜面(圖未示)。 提供一承載基板30，例如為一印刷電路板，一軟基板，一鋁基板，一陶瓷基板，或一銅基板。複數個第一發光二極體單元32形成於此承載基板30之上，且其第一電極結構藉由導電連結結構36與承載基板上之電路(圖未示)形成電性連結。其中複數個第一發光二極體單元間具有複數個間隙，且其間隙小於任一第二發光二極體單元42之一寬度。於本實施例中，此寬度介於0.1mm至2mm之間。再於此複數個間隙形成一第一絕緣結構37，其中第一絕緣結構37之高度係小於或等於任一第一發光二極體單元之高度；且於第一發光二極體單元32鄰接第一絕緣結構37之一側壁形成一第二絕緣結構35。再於第一絕緣結構37與第二絕緣結構35之間形成另一導電連結結構36；其中組成第一絕緣結構37及第二絕緣結構35的材料可相同或不同。
每一複數第二發光二極體單元42藉由覆晶倒裝的方式將其第二電極結構各自與相鄰之第一發光二極體單元32的第一電極結構相對接合，亦即以第二發光二極體單元42之第一電性電極43與一第一發光二極體單元32之第二電性電極34接合；以第二發光二極體單元42之第二電性電極44與另一第一發光二極體單元32之第一電性電極33接合形成電性串聯連結。再於第二發光二極體單元42與第一絕緣結構37間形成一底部填充物質(underfill)39，包含一絕緣材料，其可為一異方性導電膠(Anisotropic Conductive Glue)； 或和第一絕緣結構37組成物質相同。
如第3圖所示，本發明之第三實施例提供一種發光元件3。其中與第二實施例之差異在於複數個第一發光二極單元32間具有複數個間隙，但其間隙大於任一第二發光二極體單元42之一寬度。於本實施例中，此寬度介於0.25mm至5mm之間。於此複數個間隙除了形成一第一絕緣結構37，一第二絕緣結構35，及一底部填充物質(underfill)39外，更於第一絕緣結構37之上形成複數個延伸電極結構38。每一複數第二發光二極體單元42藉由覆晶倒裝的方式將其第二電極結構各自與相鄰之第一發光二極體單元32的第一電極結構藉由複數個延伸電極結構38及複數個導電連結結構36而接合，亦即以第二發光二極體單元42之第一電性電極43與一第一發光二極體單元32之第二電性電極34藉由複數個延伸電極結構38及複數個導電連結結構36而接合；以第二發光二極體單元42之第二電性電極44與另一第一發光二極體單元32之第一電性電極33藉由複數個延伸電極結構38接合形成電性串聯連結。
如第4圖所示，本發明之第四實施例提供一種發光元件4。複數個第一發光二極體單元52及複數個第二發光二極體單元62分別磊晶成長於基板51、61之步驟，結構，成長基板材料，發光二極體單元組成材料等與第二實施例相同。再 提供一承載基板50，例如為一印刷電路板，一軟基板，一鋁基板，一陶瓷基板，或一銅基板。複數個第一發光二極體單元52形成於此承載基板50之上，且其第一電極結構中的一第一電性電極53及一第二電性電極54藉由導電連結結構56分別與承載基板上之電路(圖未示)形成電性連結。其中複數個第一發光二極體單元間具有複數個間隙，且其間隙大於任一第二發光二極體單元62之一寬度；於本實施例中，此寬度介於0.25mm至5mm之間。複數個延伸電極結構58形成於複數個間隙內，且複數個第二發光二極體單元62藉由覆晶倒裝的方式形成於此些間隙內。每一複數第二發光二極體單元62將其第二電極結構各自與相鄰之第一發光二極體單元52的第一電極結構藉由複數個延伸電極結構58及導電連結結構56而接合，亦即以第二發光二極體單元62之第一電性電極63與一第一發光二極體單元52之第二電性電極54藉由延伸電極結構58及導電連結結構56而接合；以第二發光二極體單元62之第二電性電極64與另一第一發光二極體單元52之第一電性電極53藉由延伸電極結構58及導電連結結構56接合形成電性串聯連結。於導電連接結構56與第一發光二極體單元間形成另一第二絕緣結構55，並於第二發光二極體單元62與延伸電極結構58間形成一底部填充物質(underfill)59，包含一絕緣材料，其可為一異方性導電膠(Anisotropic Conductive Glue)。且任一複數第一發光二 極體單元52及/或任一複數第二發光二極體單元62之側壁可為非垂直之斜面。
本發明所列舉之實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。
1，2，3，4‧‧‧發光元件
11，21，31，41，51，61‧‧‧成長基板
12，32，52‧‧‧第一發光二極體單元
22，42，62‧‧‧第二發光二極體單元
13，33，53‧‧‧第一電極結構第一電性電極
14，34，54‧‧‧第一電極結構第二電性電極
23，43，63‧‧‧第二電極結構第一電性電極
24，44，64‧‧‧第二電極結構第二電性電極
19，39，59‧‧‧底部填充物質
25，45，65‧‧‧反射結構
30，50‧‧‧承載基板
35，55‧‧‧第二絕緣結構
36，56‧‧‧導電連結結構
37‧‧‧第一絕緣結構
38，58‧‧‧延伸電極結構
121，221，321，421，521，621‧‧‧第一型半導體層
122，222，322，422，522，622‧‧‧發光層
123，223，323，423，523，623‧‧‧第二型半導體層
第1圖為本發明所揭示之第一實施例發光元二極體之結構剖面示意圖。
第2圖為本發明所揭示之第二實施例發光元二極體之結構剖面示意圖。
第3圖為本發明所揭示之第三實施例發光元二極體之結構剖面示意圖。
第4圖為本發明所揭示之第四實施例發光元二極體之結構剖面示意圖。
2．．．發光元件
30．．．承載基板
31，41．．．成長基板
32．．．第一發光二極體單元
33．．．第一電極結構第一電性電極
34．．．第一電極結構第二電性電極
35．．．第二絕緣結構
36．．．導電連結結構
37．．．第一絕緣結構
39．．．底部填充物質
42．．．第二發光二極體單元
43．．．第二電極結構第一電性電極
44．．．第二電極結構第二電性電極
45．．．反射結構
321，421．．．第一型半導體層
322，422．．．發光層
323，423．．．第二型半導體層

Claims (10)

  1. 一發光元件，包含：一基板；複數第一發光二極體單元於該基板之上，其中每一該第一發光二極體單元具有一第一電極結構；及複數第二發光二極體單元於該複數第一發光二極體單元之間，其中每一該第二發光二極體單元具有一第二電極結構；其中每一該第二發光二極體單元藉由覆晶倒裝方式將該第二電極結構各自與鄰近之該第一發光二極體單元之該第一電極結構相對接合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該複數個第一發光二極體單元間形成複數個間隙。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中每一該第一發光二極體單元及每一該第二發光二極體單元各包含：一第一型半導體層；一第二型半導體層；及一發光層，形成於該第一型半導體層與該第二型半導體層間；其中，於該複數第一發光二極體單元其中之一，其該第一型半導體層是位於該基板以及其該第一電極結構之間；且於該複數第二發光二極體單元其中之一，其該第二電極結構是位於其該第一型半導體層以及該基板之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，更包含一底部填充物質於該複數第二發光二極體單元與該基板之間，其中該底部填充物質包含一絶緣材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，更包含一底部填充物質於該複數第二發光二極體單元與該基板之間，其中該底部填充物質為一異方性導電膠。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中任一該第一發光二極體單元及/或任一該第二發光二極體單元之側壁包含非垂直之斜面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該等第一電極結構和該等第二電極結構各包含一第一電極及一第二電極，該複數第二發光二極體單元其中一之該第一電極係電性連結於相鄰之一第一發光二極體單元之該第二電極。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該複數第二發光二極體單元形成於該等間隙內。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中於該等間隙其中之一，其包含一第一絕緣結構；且該第一絕緣結構之高度係小於或等於任一第一發光二極體單元之高度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件，其中該第一絕緣結構之上更包含至少一延伸電極結構；其中每一該第二發光二極體單元之第二電極結構各自與相鄰之第一發光二極體單元之該第一電極結構藉由該延伸電極結構形成電性 連結。
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