TWI565096B - 發光二極體晶粒及其製造方法、發光二極體車燈 - Google Patents

發光二極體晶粒及其製造方法、發光二極體車燈 Download PDF

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Description

發光二極體晶粒及其製造方法、發光二極體車燈
本發明係涉及一種發光二極體晶粒、具有該發光二極體晶粒的車燈及該發光二極體晶粒的製造方法。
發光二極體(LED)係一種可將電流轉換成特定波長範圍的光的半導體元件，憑藉其發光效率高、體積小、重量輕、環保等優點，已被廣泛地應用到當前的各個領域當中。
利用LED作為發光體的車燈結構一般包括一LED光源、反射罩體、遮光部及投射透鏡。LED光源的出射光線沿角度分佈，且位於不同角度對應出射光線的強度不同，導致LED光源無法直接搭配投射透鏡使用，故設置一反射罩體，LED光源發射光線至反射罩體，光線經反射後彙聚經遮光部調整為一預設光型，進而藉由投射透鏡修正散發至外界。反射罩體的設置增加了車燈結構的體積，也提高了車燈結構的製造成本。故，需進一步改進。
有鑒於此，有必要提供一種無反射罩體的LED車燈及其製造方法。
一種LED晶粒，包括一透明基板，依次形成於所述透明基板一側表面的第一半導體層、活性層及第二半導體層，所述第一半導體 層表面部分外露，所述LED晶粒還包括分別與第二半導體層表面和外露部分的第一半導體層表面電連接的電極結構，所述透明基板的另一側表面形成具有凹面的光出射面。
一種LED車燈，包括光源及投射透鏡，所述光源與投射透鏡相互間隔，所述光源包括一LED晶粒，所述LED晶粒包括一透明基板，依次形成於所述透明基板一側表面的第一半導體層、活性層及第二半導體層，所述第一半導體層表面部分外露，所述LED晶粒還包括分別與第二半導體層表面和外露部分的第一半導體層表面電連接的電極結構，所述透明基板的另一側表面形成具有凹面的光出射面，所述LED晶粒的光出射面朝向所述投射透鏡。
一種LED晶粒的製造方法，包括步驟：提供一預成型LED晶粒，包括透明基板，依次形成於所述透明基板一側表面的第一半導體層、活性層、第二半導體層；利用鐳射激發所述透明基板的另一側表面形成具有凹面的光出射面；蝕刻所述活性層和第二半導體層使第一半導體層的表面部分外露；及在該第二半導體層表面和外露部分的第一半導體層表面分別設置相應電連接的電極結構。
與習知技術相比，所述LED車燈無需設置反射罩體，LED晶粒的光出射面經鐳射激發形成凹面，使得光線集中自該凹面出射，經遮光部調整成預設光型，進而藉由投射透鏡修正散發至外界。所述LED車燈的體積較小，且製造成本相對較低。
100‧‧‧LED車燈
10‧‧‧光源
20‧‧‧遮光部
30‧‧‧投射透鏡
40‧‧‧電路板
50‧‧‧焊錫
60‧‧‧光罩
11，11a‧‧‧LED晶粒
12，12a‧‧‧透明基板
13‧‧‧N型層
14，14a‧‧‧活性層
15，15a‧‧‧P型層
16‧‧‧反射層
17‧‧‧電極結構
121‧‧‧第一表面
122‧‧‧第二表面
18‧‧‧光出射面
19‧‧‧凹面
171‧‧‧N電極
172‧‧‧P電極
31‧‧‧第三表面
32‧‧‧第四表面
圖1為本發明一實施例中LED車燈的剖面示意圖。
圖2為圖1所示LED車燈中LED晶粒的剖面示意圖，所述LED晶粒包 括一光出射面。
圖3為圖2所示LED晶粒的形成步驟示意圖。
圖4為圖2所示LED車燈中配合鐳射脈衝對出光面進行激發的光罩的結構示意圖。
如圖1所示為本發明LED車燈100的一個較佳實施例，該LED車燈100包括一光源10、遮光部20及投射透鏡30。
具體的，請參閱圖2，所述光源10為一LED封裝體，其設置在一電路板40上。該光源10包括一LED晶粒11及覆蓋該LED晶粒11的封裝結構(圖未示)。該LED晶粒11包括一透明基板12，依次設置於該透明基板一側表面的第一半導體層、活性層14、第二半導體層、反射層16及電極結構17。在本實施例中，該第一半導體層為N型層13，該第二半導體層為P型層15。
所述透明基板12為絕緣基板。請參閱圖3，所述透明基板12呈規則的平板狀，其包括第一表面121和與該第一表面121相對的第二表面122。該第一表面121為一平面，該第二表面122經鐳射激發形成一光出射面18，該光出射面具有一凹面19，本實施例中，該凹面19為非球面的弧面結構。本實施例中該透明基板12優選為藍寶石。
所述N型層13、活性層14、P型層15、反射層16及電極結構17依次設置於該第一表面121。該N型層13優選為N型氮化鎵層。該活性層14優選為多重量子阱(muti-quantum well)層。該P型層15優選為P型氮化鎵層。所述活性層14和P型層15的一端被蝕刻而外露 部分N型層13。該反射層16由金屬材料製成，且其表面為一光滑的表面，可增強LED晶粒11的出光效率。所述電極結構17包括一N電極171和一P電極172，所述N電極171設置在該N型層13外露的表面上，所述P電極172設置於反射層16表面遠離該N電極171的一端。所述N電極171和P電極172藉由焊錫50固定在所述電路板40上並形成電性連接。LED晶粒11發出的光線集中自該凹面19出射，進而自封裝結構的出光面(圖未示)射出，封裝結構增強該LED晶粒11的穩固性且不改變自該光出射面18出射的光線的角度及強度。
所述遮光部20的形狀依照車頭燈法規規定光型而設計，該遮光部20作為明暗截止線將自光源10出射的光線調整為預設光型。所述遮光部20設於光源10和投射透鏡30之間。
所述投射透鏡30為一凸透鏡，其包括一第三表面31及與該第三表面31相對的第四表面32。該第三表面31與該LED晶粒的光出射面18相對，並與該遮光部20及光源10間隔一適當距離。所述第四表面32為一球面。經遮光部20調整後的光線自第三表面31進入該投射透鏡30並經第四表面32散發至外界。可以理解的，該投射透鏡30可為一非球面透鏡。
工作時，所述反射層16上的P電極172與N型層13上的N電極171分別位於活性層14兩側。當在P電極172和N電極171兩端施加正向電壓時，P型層15中的空穴和N型層13中的電子將在電場的作用下在活性層14中複合，能量以光線的形式釋放並自光出射面18射出。由於LED晶粒11的光出射面18具有一凹面19，使得光線集中自該凹面出射，經遮光部20調整成預設光型，進而藉由投射透鏡30修 正散發至外界。
下面將介紹所述LED車燈100的製造方法，本實施方式提供的所述LED車燈100的製造方法包括以下步驟：
第一步驟：請參閱圖3，提供一預成型的LED晶粒11a，該LED晶粒11a包括一透明基板12a、依次設置在該透明基板12a上的N型層13、活性層14a及P型層15a。
所述透明基板12為絕緣基板。所述透明基板12呈規則的平板狀，其包括第一表面121和與該第一表面121相對的第二表面122。該第一表面121和第二表面122均為平面。本實施例中，該透明基板12由藍寶石(sapphire)製成，本實施例中優選為藍寶石。所述N型層13、活性層14a及P型層15a依次形成於該第一表面121上。
第二步驟：提供鐳射脈衝(圖未示)搭配光罩60多次激發該第二表面122，使該第二表面122形成一光出射面18，該光出射面18具有一凹面19。本實施例中，該凹面19為非球面的弧面結構。具體的，請參閱圖4，所述鐳射光罩60呈方形，其底面蝕刻形成圖案結構，所述鐳射脈衝穿射該光罩60的圖案結構射向該第二表面122，鐳射脈衝穿設光罩60的圖案結構配合LED晶粒11所在平臺(圖未示)的旋轉激發該第二表面122，從而形成具有該凹面19的光出射面18。本實施例中，該凹面19為非球面的弧面結構。該激發步驟採用準分子氪氟(KrF)進行激發，激發方式為脈衝激發，其能量較小，適用於精細加工。
第三步驟：蝕刻所述活性層14a及P型層15a的一端形成所述活性層14和P型層15，使得N型層13的部分表面外露。本實施例中，採 用黃光微影技術進行蝕刻。
第四步驟：在P型層15的表面設置一反射層16。所述反射層16的尺寸與該P型層15相同。該反射層16藉由等離子體增強化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)蒸鍍而成。該反射層16表面為一光滑的平面，其可增強LED晶粒11的出光效率。
第五步驟：設置電極結構17。具體的，所述電極結構17包括N電極171和P電極172，將所述N電極171設置在該N型層13外露的表面上，將所述P電極172設置在該反射層16表面且遠離該N電極171的一端。
第六步驟：倒置所述LED晶粒11，將該LED晶粒11的P電極172和N電極171藉由焊錫50固定至電路板40上並形成電性連接。可以理解的，在倒置該LED晶粒11後，在LED晶粒11上覆蓋封裝結構(圖未示)形成所述光源10，封裝結構增強該LED晶粒11的穩固性且不改變自該光出射面18出射的光線的角度及強度。
第七步驟：設置一投射透鏡30，使該投射透鏡30與光源10間隔一適當距離。該投射透鏡30為一凸透鏡，其包括一第三表面31及與該第三表面31相對的第四表面32，該第三表面31與該LED晶粒11的光出射面18相對。所述第四表面32為一球面。可以理解的，該投射透鏡30可為一非球面透鏡。
在該光源10和投射透鏡30之間設置一遮光部20。該遮光部20的形狀依照車頭燈法規規定光型而設計，該遮光部20作為明暗截止線將光源10出射的光線調整為預設光型，進而傳至該投射透鏡30進 行修正散發至外界。
與習知技術相比，本發明的LED車燈100無需設置反射罩體。LED晶粒11的光出射面18經鐳射激發形成凹面19，使得光線集中自該凹面19出射，經遮光部20調整成預設光型，進而藉由投射透鏡30修正散發至外界。所述LED車燈100的體積較小，且製造成本相對較低。
可以理解的，所述LED晶粒11可以單獨設置，也可利用多個進行排列。然後貼合至電路板(圖未示)，進而固定在LED車燈100的相關支架結構上。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
10‧‧‧光源
40‧‧‧電路板
50‧‧‧焊錫
11‧‧‧LED晶粒
12‧‧‧透明基板
13‧‧‧N型層
14‧‧‧活性層
15‧‧‧P型層
16‧‧‧反射層
17‧‧‧電極結構
121‧‧‧第一表面
18‧‧‧光出射面
19‧‧‧凹面
171‧‧‧N電極
172‧‧‧P電極

Claims (9)

  1. 一種發光二極體晶粒，包括一透明基板，依次形成於所述透明基板一側表面的第一半導體層、活性層及第二半導體層，所述第一半導體層表面部分外露，所述發光二極體晶粒還包括分別與第二半導體層表面和外露部分的第一半導體層表面電連接的電極結構，其改良在於：所述透明基板的另一側表面形成具有凹面的光出射面，所述凹面為非球面的弧面結構，所述透明基板為絕緣基板。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，還包括一反射層，所述反射層位於所述第二半導體層表面上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體晶粒，其中，所述第一半導體層為N型層，所述第二半導體層為P型層，所述電極結構包括N電極和P電極，所述N電極設於所述外露部分的N型層表面上，所述P電極設於所述反射層上。
  4. 一種發光二極體車燈，包括光源及投射透鏡，所述光源與投射透鏡相互間隔，所述光源包括一發光二極體晶粒，其改良在於：所述發光二極體晶粒為申請專利範圍第1項至第3項中任意一項所述發光二極體晶粒，所述發光二極體晶粒的光出射面朝向所述投射透鏡。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體車燈，其中，還包括位於光源與投射透鏡之間的遮光部，所述遮光部將發光二極體晶粒出射的光線進一步調整成預設光型。
  6. 一種發光二極體晶粒的製造方法，包括步驟：提供一預成型發光二極體晶粒，包括透明基板，依次形成於所述透明基板一側表面的第一半導體層、活性層、第二半導體層； 利用鐳射激發所述透明基板的另一側表面形成具有凹面的光出射面，所述凹面為非球面的弧面結構，所述透明基板為絕緣基板；蝕刻所述活性層和第二半導體層使第一半導體層的表面部分外露；及在該第二半導體層表面和外露部分的第一半導體層表面分別設置相應電連接的電極結構。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，還包括在第二半導體層表面形成反射層的步驟，所述反射層藉由等離子體增強化學氣相沉積法蒸鍍形成。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，所述第一半導體層為N型層，所述第二半導體層為P型層，所述電極結構包括N電極和P電極，將所述N電極設於所述外露部分的N型層表面，將所述P電極設於所述反射層上。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，所述凹面為非球面的弧面結構，所述透明基板為絕緣基板。
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