TWI525849B - 發光二極體裝置 - Google Patents

Description

發光二極體裝置

本發明係關於一種發光二極體裝置，尤其是關於一種具有高出光效率的覆晶發光二極體陣列裝置結構。

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。

傳統的陣列式發光二極體1，如第1圖所示，包含一絕緣基板10、複數個發光二極體單元12形成於絕緣基板10上，包含一p型半導體層121、一發光層122、以及一n型半導體層123。由於基板10不導電，因此於複數個發光二極體單元12之間由蝕刻形成溝渠14後可使各發光二極體單元12彼此絕緣，另外再藉由部分蝕刻複數個發光二極體單元12至n型半導體層123，分別於n型半導體層123暴露區域以及p型半導體層121上形成一第一電極18以及一第二電極16。再藉由金屬導線19選擇性連接複數個發光二極體單元12之第一電極18及第二電極16，使得複數個發光二極體單元12之間形成串聯或並聯之電路。

然而，藉由金屬導線19進行發光二極體單元12間的電路連結時，由於發光二極體單元12與之間的溝渠14高低差距頗大，在形成金屬導線19時容易產生導線連結不良或斷線的問題，進而影響元件的良率。

為解決上述問題，發光二極體單元可進一步結合一承載基板(次載體，sub-mount)，以覆晶的方式形成一發光裝置。所述發光裝置包含一具有至少一導電連結結構(電路)之承載基板；至少一焊料(solder)位於上述承載基板上，藉由此焊料將上述發光二極體固定於承載基板上，再以導電連結結構(電路)電性連接發光二極體之電極墊；其中，上述之承載基板可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基板(mounting substrate)，以方便發光裝置之電路規劃並提高其散熱效果。

本發明提供一種發光二極體裝置，尤其是關於一種具有高出光效率的覆晶發光二極體陣列裝置結構。

本發明的一實施例提供一種發光二極體裝置，包含一承載基板，具有一第一表面與一相對於第一表面的一第二表面；一第一發光二極體陣列，具有複數第一發光二極體單元，以覆晶方式設置於第一表面上；一第二發光二極體陣列，具有複數第二發光二極體單元，以覆晶方式設置於 第二表面上；其中，至少一第一導電連結結構，設置於第一表面上；以及，至少一第二導電連結結構，設置於第二表面上；其中，至少兩個第一發光二極體單元與第一導電連結結構接合形成電性連結，至少兩個第二發光二極體單元與第二導電連結結構接合形成電性連結。

本發明的另一實施例提供一種發光二極體裝置，包含一承載基板，具有一第一表面；一第一發光二極體陣列，具有複數第一發光二極體單元，以覆晶方式設置於第一表面上；一第一成長基板，具有一第二表面，該第二表面與該第一發光二極體陣列相連接；以及一第一導電連結結構，設置於第一表面上，至少兩個第一發光二極體單元透過與第一導電連結結構接合形成電性連結；其中，第一表面與第二表面係粗化之表面。

以下配合圖式說明本發明之各實施例。首先，如第2圖所示，本發明之第一實施例提供一種具有雙面覆晶結構的發光二極體裝置2。發光二極體裝置2具有一承載基板27，承載基板27具有第一表面271與第二表面272，其中第一表面271與第二表面272相對。承載基板並不限定為單一基板，亦可以是由複數基板或複數不同材料組合而成的複合式承載基板。例如：承載基板27可以包含兩個相互接合的第一承載基板與第二承載基板(圖未示)，分別承載第一發光二極體單元23與第二發光二極體單元23’。為了增加發光裝置整體的發光效率，第一表面271與第二表面272上可以分別選擇性地形成反射結構251或252，例如可以為金屬反射層或分布式布拉格反射層(DBR，distributed Bragg reflector)等；或者，第一表面271與第二表面272也可以分別選擇性地形成粗化的表面。形成粗化結構的方式例如可以為濕式蝕刻、電化學蝕刻、離子束轟擊等方式，但不限於此。而形成於第一表面271與第二表面272上的粗化結構，其粗化程度(表面粗糙度，RMS)也可根據出光的需求，透過調整蝕刻液的種類、電化學蝕刻時間、離子束轟擊強度與時間等參數而相同或不同。此外，為了裝置整體的電性連結設計，第一表面271與第二表面272上分別設置圖案化之導電層，亦即導電連結結構291與292，而第一表面271與第二表面272之間也可選擇性設置導電連結結構293，用以電性連結兩表面上的電性元件。在第一表面271上，設置有形成於單一成長基板21上的複數第一發光二極體單元23，本實施例中第一發光二極體單元23有兩個，但並不以此數目為限。其中，每一個第一發光二極體單元23包含一p型半導體層231、一發光層232、以及一n型半導體層233，藉由覆晶的方式，將這些第一發光二極體單元23上的電極結構28與第一表面271上的導電連結結構291相對接合，電極結構28與導電連結結構291之間更可選擇性地包含有連結的焊料(圖未示)。相同地，在第二表面上，設置有形成於單一成長基板22上的複數個第二發光二極體單元23’，本實施例中第二發光二極體單元23’有兩個，但並不以此數目為限，而第一表面271與第二表面272上第一發光二極體單元23與第二發光二極體單元23’的種類也可選擇性更換，不需相同。其中，每一個第二發光二極體單元23’包含一p型半導體層231’、一發光層232’、以及一n型半導體層233’，藉由覆晶的方式，將這些第二發光二極體單元23’上的電極結構26與第二表面272上的導電連結結構292相對接合，電極結構28’與導電連結結構292之間更可選擇性地包含有連結的焊料(圖未示)。除此之外，為了增加覆晶式發光二極體單元23與23’的發光效率，也可選擇性地在p型半導體層231及/或231’鄰近承載基板的一側製作反射結構25，相同地，例如可以為金屬反射層或分布式布拉格反射層(DBR，distributed Bragg reflector)等。本實施例中，其中，成長基板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)等等。此外，透過導電連結結構291，第一表面271上的兩個第一發光二極體單元23彼此形成電性連結，透過導電連結結構292，第二表面272上的兩個第二發光二極體單元23’彼此形成電性連結，透過導電連結結構293，更使得第一表面271上的兩個第一發光二極體單元23與第二表面272上的兩個第二發光二極體23’形成電性連結。然而，實際上的實施方式並不以此為限，第一表面271及/或第二表面272上的導電連結結構291、292可以為陣列式的排列，而第一發光二極體單元23及/或第一發光二極體單元23’也可以相對應為陣列式的排列。此外，形成發光二極體裝置2之後，視裝置整體結構需求不同，成長基板21及/或成長基板22可以選擇性地移除；而設置在第一表面271及/或第二表面272發光二極體單元晶粒也不需相同，可以是來自於不同成長基板的各種發光二極體單元晶粒。

接著，請參照第3圖，第3圖為本發明之第二實施例，所提供為一種單面覆晶結構的發光二極體裝置3。發光二極體裝置3具有一承載基板37，承載基板37具有一第一表面34，在第一表面34上更包含有導電連結結構39，用以使導電連結結構39上方的電性元件彼此間進行電性連結。在第一表面34上，設置有形成於單一成長基板31上的複數第一發光二極體單元35。其中，成長基板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)等等。本實施例中，第一發光二極體單元35有兩個，但並不以此數目為限。其中，每一個第一發光二極體單元35包含一p型半導體層351、一發光層352、以及一n型半導體層353，藉由覆晶的方式，將這些第一發光二極體單元35上的電極結構36與第一表面34上的導電連結結構39相對接合，電極結構36與導電連結結構39之間更可選擇性地包含有連結的焊料(圖未示)。相同地，為了增加裝置整體的發光效率，p型半導體層351鄰近承載基板37的一側可以選擇性地形成反射結構38，而第一表面34上也可以選擇性地形成反射結構(圖未示)，例如可以為金屬反射層或分布式布拉格反射層(DBR，distributed Bragg reflector)等。此外，除了在承載基板37的第一表面34上形成粗化結構外，成長基板31的表面32及/或33也都可以進行相當的粗化，再增加光摘出的效率。形成粗化結構的方式例如可以為濕式蝕刻、電化學蝕刻、離子束轟擊等方式，但不限於此。而形成於第一表面34與成長基板表面32及/或33上的粗化結構，其粗化程度(表面粗糙度，RMS)也可根據出光的需求，透過調整蝕刻液的種類、電化學蝕刻時間、離子束轟擊強度與時間等參數而相同或不同。此外，第一表面37上的導電連結結構39可以為陣列式的排列，而發光二極體單元35也可以相對應為陣列式的排列。此外，形成發光二極體裝置2之後，視裝置整體結構需求不同，成長基板31可以選擇性地移除；而設置在第一表面34上的發光二極體單元晶粒也不需相同，可以是來自於不同成長基板的各種發光二極體單元晶粒。

綜上所述，本發明提出一種覆晶發光二極體裝置，藉由反射層與不同粗化程度的粗化表面設置，使發光裝置具有高的出光效率。此外，藉由設置於基板表面的導電連結結構進行發光元件的電性連結，可解決傳統陣列式發光二極體導線連結不良的根本問題。更進一步，發光裝置可延伸至雙面覆晶的半導體發光裝置，使裝置發光的角度放大，增加裝置可使用於不同領域的彈性。

本發明所列舉之各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‧‧‧傳統陣列式發光二極體裝置

2、3‧‧‧發光二極體裝置

10‧‧‧基板

12、23、23’、35‧‧‧發光二極體單元

14‧‧‧溝渠

16‧‧‧第二電極

18‧‧‧第一電極

19‧‧‧金屬導線

21、22、31‧‧‧成長基板

25、38、251、252‧‧‧反射結構

28、28’、36‧‧‧電極結構

27、37‧‧‧承載基板

32、33‧‧‧表面

34、271‧‧‧第一表面

39、291、292、293‧‧‧導電連結結構

272‧‧‧第二表面

121、231、231’、351‧‧‧p型半導體層

122、232、232’、352‧‧‧發光層

123、233、233’、353‧‧‧n型半導體層

第1圖為一結構圖，顯示一傳統陣列式發光二極體裝置結構圖；第2圖為一結構圖，顯示依據本發明一實施例的發光二極體裝置結構圖； 第3圖為一結構圖，顯示依據本發明另一實施例的發光二極體裝置結構圖。

2．．．發光二極體裝置

21、22．．．成長基板

23、23’．．．發光二極體單元

25、251、252．．．反射結構

28、28’．．．電極結構

27．．．承載基板

231、231’．．．p型半導體層

232、232’．．．發光層

233、233’．．．n型半導體層

271．．．第一表面

272．．．第二表面

291、292、293．．．導電連結結構

Claims (7)

1. 一種發光二極體裝置，包含：一承載基板，具有一第一表面與一相對於該第一表面的第二表面；一第一發光二極體陣列，具有複數第一發光二極體單元，以覆晶方式設置於該第一表面上；以及一第二發光二極體陣列，具有複數第二發光二極體單元，以覆晶方式設置於該第二表面上；其中，該第一表面上設置有至少一第一導電連結結構，該第二表面上設置有至少一第二導電連結結構；其中，至少兩個該第一發光二極體單元與該第一導電連結結構接合形成電性連結，至少兩個該第二發光二極體單元與該第二導電連結結構接合形成電性連結。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝置，其中，該承載基板係為一複合基板，包含一第一承載基板與一第二承載基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝置，其中該第一表面上及/或該第二表面上更包含一粗化結構。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體裝置，其中：設置於該第一表面上與該第二表面上的該粗化結構粗化程 度不相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝置，更包含：一第三導電連結結構，設置於該承載基板上，電性連結至少一個該第一發光二極體單元與至少一個該第二發光二極體單元。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體裝置，更包含：一由金屬反射層及/或分布式布拉格反射層構成的反射結構，設置於該第一表面及/或該第二表面上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體裝置，更包含：一由金屬反射層及/或分布式布拉格反射層構成的反射結構，設置於該p型半導體層的表面上。