TWI619271B

TWI619271B - 發光元件

Info

Publication number: TWI619271B
Application number: TW104134825A
Authority: TW
Inventors: 賴育弘; 林子暘
Original assignee: 錼創科技股份有限公司
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2018-03-21
Also published as: TW201624777A

Abstract

一種發光元件，包括一基板、多個微型發光晶片、多個反射結構以及多個導電凸塊。基板具有多個接墊。微型發光晶片分散配置於基板上，且每一微型發光晶片包括一發光層。反射結構分散配置於微型發光晶片的周圍，且至少遮蔽微型發光晶片的發光層。導電凸塊對應微型發光晶片配置且位於微型發光晶片與基板之間，其中微型發光晶片透過導電凸塊與基板的接墊電性連接。

Description

發光元件

本發明是有關於一種半導體元件，且特別是有關於一種發光元件。

一般來說，發光二極體光源模組是將多個發光二極體晶片以矩陣排列的方式配置於基板上。然而，相鄰兩發光二極體晶片所發出的側向光會被彼此所吸收，因而導致發光二極體晶片所發出的側向光無法被利用，進而降低發光二極體光源模組的出光效率。

本發明提供一種發光元件，具有較佳的出光效率與出光均勻度。

本發明的發光元件，其包括一基板、多個微型發光晶片、多個反射結構以及多個導電凸塊。基板具有多個接墊。微型發光晶片分散配置於基板上，且每一微型發光晶片包括一發光層。反射結構分散配置於微型發光晶片的周圍，且至少遮蔽微型發光晶片的發光層。導電凸塊對應微型發光晶片配置且位於微型發光晶片與基板之間，其中微型發光晶片透過導電凸塊與基板的接墊電性連接。

在本發明的一實施例中，上述的每一反射結構包括一第一反射結構，直接覆蓋至少一微型發光晶片的一側表面，且第一反射結構彼此不互相連接。

在本發明的一實施例中，上述的鄰近基板的一側的毎一第一反射結構的厚度小於遠離基板該側的毎一第一反射結構的厚度。

在本發明的一實施例中，上述的每一反射結構更包括一第二反射結構，覆蓋於每一微型發光晶片的一下表面上且暴露出部分下表面，而導電凸塊分別直接接觸第二反射結構所暴露出的下表面。

在本發明的一實施例中，上述的每一第一反射結構為一絕緣反射層，而每一第二反射結構為一導電反射層。

在本發明的一實施例中，上述的每一微型發光晶片更包括一第一型半導體層、一第二型半導體層以及一接合墊。發光層位於第一型半導體層與第二型半導體層之間，而接合墊位於第一型半導體層與基板之間且與一導電凸塊電性連接。

在本發明的一實施例中，上述的反射結構包括多個第一反射結構，位於基板上且分散排列。每一第一反射結構的高度大於每一微型發光晶片的發光層至基板的距離。

在本發明的一實施例中，上述的反射結構更包括多個第二反射結構，而每一微型發光晶片具有一下表面，第二反射結構位於微型發光晶片的下表面與導電凸塊之間。

在本發明的一實施例中，上述的反射結構更包括多個第三反射結構，而每一微型發光晶片具有相對於下表面的一上表面，第三反射結構位於微型發光晶片的上表面上。

在本發明的一實施例中，上述的毎一第一反射結構的高度大於每一微型發光晶片的發光層至基板的距離，且每一第一反射結構的高度小於每一微型發光晶片的上表面至基板的距離。

在本發明的一實施例中，上述的每一微型發光晶片的一外部量子效率曲線的一最大峰值電流密度介於0.01 A/cm² 至2 A/cm² 之間。

在本發明的一實施例中，上述的每一微型發光晶片的缺陷密度介於10⁴ /cm² 至10⁸ /cm² 之間。

基於上述，由於本發明的發光元件具有反射結構，其中反射結構是設置於微型發光晶片的周圍，且至少遮蔽微型發光晶片的發光層。因此，發光元件的正向出光的光通量可提升且可減少其側向出光的光通量。再者，反射結構亦可使微型發光晶片的發光層所發出的光線經由反射現象來達到均勻出光的效果。如此一來，本發明的發光元件可具有較佳的發光效率與出光均勻度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A繪示為本發明的一實施例的一種發光元件的剖面示意圖。請參考圖1A，發光元件100a包括一基板110、多個微型發光晶片120、多個反射結構130a以及多個導電凸塊140。基板110具有多個接墊112。微型發光晶片120分散配置於基板110上，且每一微型發光晶片120包括一發光層124。反射結構130a分散配置於微型發光晶片120的周圍，且至少遮蔽微型發光晶片120的發光層124。導電凸塊140對應微型發光晶片120配置且位於微型發光晶片120與基板110之間，其中微型發光晶片120透過導電凸塊140與基板110的接墊112電性連接。

詳細來說，本實施例的基板110具體化為一驅動基板，其例如是一線路基板、顯示基板（display substrate）、發光基板（lighting substrate）、具電晶體（transistors）或積體電路（integrated circuits (ICs)）的基板或具有金屬再分配線（metal redistribution lines）之基板，於此並不加以限制。如圖1A所示，接墊112是內埋於基板110內，但於其他未繪示的實施例中，接墊亦可配置於基板的表面上，此仍屬於本發明所欲保護的範圍。每一微型發光晶片120更包括一第一型半導體層122、一第二型半導體層126以及一接合墊121。發光層124位於第一型半導體層122與第二型半導體層126之間，而接合墊121位於第一型半導體層122與基板110 之間且與導電凸塊140電性連接。如圖1A所示，本實施例的微型發光晶片120的剖面具體化為一倒梯形，其中第二型半導體層126的面積大於第一型半導體層122的面積，但並不以此為限。於其他實施例中，請參考圖1B，微型發光晶片120a的剖面亦可具體化為一矩形，其中微型發光晶片120a的第二型半導體層126a的面積大略等於第一型半導體層122a的面積；或者是，請參考圖1C，微型發光晶片120b的剖面亦可具體化為一梯形，其中微型發光晶片120b的第二型半導體層126b的面積小於第一型半導體層122b的面積。在本實施例的微型發光晶片120中，第一型半導體層122例如是一P型半導體層，第二型半導體層126例如是一N型半導體層，發光層124為一多重量子井（multiple quantum well, MQW）結構。於其他未繪示的實施例中，亦可以是第一型半導體層122例如是一N型半導體層，而第二型半導體層126例如是一P型半導體層，且發光層124為一多重量子井結構。

如圖1A所示，本實施例的第二型半導體層126的厚度大於第一型半導體層122的厚度，其中第二型半導體層126的厚度例如是3微米，而第一型半導體層122的厚度例如是0.5微米。因此，發光層124較接近導電凸塊140與基板110的接墊112，可有效將微型發光晶片120所產生的熱透過導電凸塊140與基板110而傳遞至外界，可使發光元件100a具有較佳的散熱效果。再者，本實施例的每一微型發光晶片120的一外部量子效率曲線的一最大峰值電流密度，較佳地，介於0.01 A/cm² 至2 A/cm² 之間。意即，本實施例的微型發光晶片120適於在低電流密度的情況下操作。此外，本實施例的每一微型發光晶片120可作為顯示器中的子像素（sub-pixel），本實施例的微型發光晶片120與目前一般常用的發光二極體晶片具有不同的尺寸規格，詳細地說，常用的發光二極體晶片的邊長尺寸是0.2公釐(mm) 至 1公釐(mm)，而本實施例的每一微型發光晶片120的邊長尺寸為1微米(μm)至100微米(μm)，較佳地，每一微型磊晶結構120的邊長尺寸為3微米(μm)至40微米(μm)。而，本實施例的微型發光晶片120的缺陷密度也較小，較佳地，微型發光晶片120的缺陷密度介於10⁴ /cm² 至10⁸ /cm² 之間。另外，本實施例的這些微型發光晶片120可為同一顏色的發光晶片，或是包括至少一紅色發光晶片、至少一綠色發光晶片以及至少一藍色發光晶片，於此並不加以限制。

此外，本實施例的每一反射結構130a包括一第一反射結構132a，其中第一反射結構132a直接覆蓋每一微型發光晶片120的一側表面125，且這些第一反射結構130a彼此不互相連接。如圖1A所示，每一微型發光晶片120的側表面125都被第一反射結構132a所直接覆蓋，換言之，第一反射結構132a直接遮蔽微型發光晶片120的發光層124，其中第一反射結構132a例如為一絕緣反射層，除了可有效保護微型發光晶片120的發光層124之外，亦具有防止漏電的效果。再者，本實施例的反射結構130a的第一反射結構132a的厚度不一致，即鄰近基板110的一側的毎一第一反射結構132a的厚度小於遠離基板110的這側的毎一第一反射結構132a的厚度。換言之，第一反射結構132a的厚度在越遠離基板110越厚，可避免微型發光晶片120之間光串擾（optical crosstalk）現象，使每一微型發光晶片120作為顯示器中的子像素（sub-pixel）時，顯示器的顯示品質更佳。

此外，本實施例的每一反射結構130a更包括一第二反射結構134a，其中第二反射結構134a覆蓋於每一微型發光晶片120的一下表面123上且暴露出部分下表面123，而導電凸塊140分別直接接觸第二反射結構134a所暴露出的下表面123。此處，每一第二反射結構134a例如為一導電反射層，其除了具有反射的功能之外，亦具有可電性連接導電凸塊140的功能。

由於本實施例的發光元件100a具有反射結構130a，其中反射結構130a的第一反射結構132a直接覆蓋每一微型發光晶片120的側表面125，而反射結構130a的第二反射結構134a覆蓋於每一微型發光晶片120的下表面123上且暴露出部分下表面123。也就是說，本實施例於微型發光晶片120的側表面125與下表面123上皆配置由反射結構130a，因此發光元件100a的正向出光的光通量可透過第一反射結構132a的設置而可提升，且可減少其側向出光的光通量。再者，本實施例的發光元件100a的出光均勻度也可透過設置第二反射結構134a，來增加反射微型發光晶片120的發光層124所發出的光線，進而提升發光元件100a整體的出光均勻度。簡言之，本實施例的發光元件100a可具有較佳的發光效率與出光均勻度。

此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光元件的局部俯視示意圖。請同時參考圖1A與圖2，本實施例的發光元件100b與圖1A中的發光元件100a相似，惟二者主要差異之處在於：圖1A的發光元件100a中的每一反射結構130a皆對應一個微型發光晶片120，而圖2中的發光元件100b中的每一反射結構130b可對應一個以上的微型發光晶片120，其中微型發光晶片120可為同一顏色的發光晶片或不同顏色的發光晶片，於此並不加以限制。

圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光元件的剖面示意圖。請同時參考圖1A與圖3，本實施例的發光元件100c與圖1A中的發光元件100a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的發光元件100c的微型發光晶片120a的結構型態與反射結構130c的配置位置皆不同於圖1A的發光元件100a的微型發光晶片120的結構型態與反射結構130a的配置位置。

詳細來說，圖1A中的微型發光晶片120的第一型半導體層122的邊緣、發光層124的邊緣、第二型半導體層126的邊緣以及接合墊121的邊緣並沒有切齊；然而，本實施例的微型發光晶片120a的第一型半導體層122a的邊緣、發光層124的邊緣、第二型半導體層126a的邊緣以及接合墊121的邊緣皆切齊。造成上述結構上的差異的原因在於製程變異，但並不影響微型發光晶片120、120a本質上的功能。簡言之，本實施例的微型發光晶片120a的剖面亦可具體化為一矩形，其中微型發光晶片120a的第二型半導體層126a的面積大略等於第一型半導體層122a的面積。

本實施例的反射結構130c包括多個第一反射結構132c，位於基板110上且分散排列，其中每一第一反射結構132c的高度H大於每一微型發光晶片120a的發光層124至基板110的距離D。換言之，第一反射結構132c並沒有與微型發光晶片120a直接接觸，而是設置於微型發光晶片120a的周圍。再者，本實施例的反射結構130c更包括多個第二反射結構134c，其中每一微型發光晶片120a具有一下表面123’，而第二反射結構134c位於微型發光晶片120a的下表面123’與導電凸塊140之間。也就是說，第二反射結構134c是配置微型發光晶片120a的下表面123’上。此外，本實施例的反射結構130c可更包括多個第三反射結構136c，其中每一微型發光晶片120a具有相對於下表面123’的一上表面127’，而第三反射結構136c位於微型發光晶片120a的上表面127’上，且每一第一反射結構132c的高度H大於每一微型發光晶片120a的發光層124至基板110的距離D，且每一第一反射結構132c的高度H小於每一微型發光晶片120a的上表面127’至基板110的距離d。此處，反射結構130c的光反射率高於95%以上，其材料例如是Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Zn、Pt、Au、Hf、及其合金，上述材料其中至少一者來形成單層結構或多層結構。

由於本實施例的發光元件100c的第一反射結構132c的高度H大於每一微型發光晶片120a的發光層124至基板110的距離D，因此微型發光晶片120a的發光層124所發出的光線可經由第一反射結構132c的反射而正向出光。如此一來，可有效提升發光元件100c的正向出光的光通量，而使得發光元件100c具有較佳的出光效率。再者，第二反射結構134c與第三反射結構136c的設置可有效增加微型發光晶片120a的發光層124所發出的光線的反射效果，可使得本實施例的發光元件100c具有較佳的出光均勻度。簡言之，本實施例的發光元件100c可具有較佳的發光效率與出光均勻度。

綜上所述，由於本發明的發光元件具有反射結構，其中反射結構是設置於微型發光晶片的周圍，且至少遮蔽微型發光晶片的發光層。因此，發光元件的正向出光的光通量可提升且可減少其側向出光的光通量。再者，反射結構亦可使微型發光晶片的發光層所發出的光線經由反射現象來達到均勻出光的效果。如此一來，本發明的發光元件可具有較佳的發光效率與出光均勻度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100a、100b、100c‧‧‧發光元件
110‧‧‧基板
112‧‧‧接墊
120、120a、120b‧‧‧微型發光晶片
121、121’‧‧‧接合墊
122、122a、122b‧‧‧第一型半導體層
123、123’‧‧‧下表面
124‧‧‧發光層
125、125’‧‧‧側表面
126、126a、126b‧‧‧第二型半導體層
127’‧‧‧上表面
130a、130b、130c‧‧‧反射結構
132a、132c‧‧‧第一反射結構
134a、134c‧‧‧第二反射結構
136c‧‧‧第三反射結構
140‧‧‧導電凸塊
d、D‧‧‧距離
H‧‧‧高度

圖1A繪示為本發明的一實施例的一種發光元件的剖面示意圖。圖1B至圖1C繪示為本發明的二實施例之發光晶片的剖面示意圖。圖2繪示為本發明的另一實施例的一種發光元件的局部俯視示意圖。圖3繪示為本發明的另一實施例的一種發光元件的剖面示意圖。

Claims

一種發光元件，包括：一基板，具有多個接墊；多個微型發光晶片，分散配置於該基板上，且各該微型發光晶片包括一發光層、一上表面、一側表面及一下表面，該下表面位於該發光層與該基板之間，且該上表面與該下表面分別位於該發光層的兩側；多個反射結構，分別配置於該些微型發光晶片的該些側表面，且至少遮蔽該些微型發光晶片的該些發光層，其中各該反射結構在靠近該下表面的厚度小於靠近該上表面的厚度；以及多個導電凸塊，對應該些微型發光晶片配置且位於該些微型發光晶片與該基板之間，其中該些微型發光晶片透過該些導電凸塊與該基板的該些接墊電性連接。
如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中各該反射結構包括一第一反射結構與一第二反射結構，該第一反射結構直接覆蓋至少一該微型發光晶片的該側表面，且該些第一反射結構彼此不互相連接，該第二反射結構覆蓋於各該微型發光晶片的該下表面上且暴露出部分該下表面，而該些導電凸塊分別直接接觸該些第二反射結構所暴露出的該些下表面。
如申請專利範圍第2項所述的發光元件，其中各該第一反射結構為一絕緣反射層，而各該第二反射結構為一導電反射層。
如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中各該微型發光晶片更包括一第一型半導體層、一第二型半導體層以及一接合墊，該發光層位於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間，而該接合墊位於該第一型半導體層與基板之間且與一該導電凸塊電性連接。
如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中各該微型發光晶片的一外部量子效率曲線的一最大峰值電流密度介於0.01A/cm²至2A/cm²之間。
如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中各該微型發光晶片的缺陷密度介於10⁴/cm²至10⁸/cm²之間。
如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中各該微型發光晶片的邊長尺寸是1微米至100微米。
一種發光元件，包括：一基板，具有多個接墊；多個微型發光晶片，分散配置於該基板上，且各該微型發光晶片包括一發光層；多個反射結構，分散配置於該些微型發光晶片的周圍，且至少遮蔽該些微型發光晶片的該些發光層，其中各該反射結構的高度大於各該微型發光晶片的該發光層至該基板的距離，且小於各該微型發光晶片的該上表面至該基板的距離；以及多個導電凸塊，對應該些微型發光晶片配置且位於該些微型發光晶片與該基板之間，其中該些微型發光晶片透過該些導電凸塊與該基板的該些接墊電性連接。
如申請專利範圍第8項所述的發光元件，其中該些反射結構包括多個第一反射結構與多個第二反射結構，該些第一反射結構位於該基板上且分散排列，各該第一反射結構的高度大於各該微型發光晶片的該發光層至該基板的距離，各該微型發光晶片具有一下表面，該些第二反射結構位於該些微型發光晶片的該些下表面與該些導電凸塊之間。
如申請專利範圍第9項所述的發光元件，其中該些反射結構更包括多個第三反射結構，而各該微型發光晶片具有相對於該下表面的一上表面，該些第三反射結構位於該些微型發光晶片的該些上表面上。