TWI633645B - 可撓性led元件與可撓性led顯示面板 - Google Patents

可撓性led元件與可撓性led顯示面板 Download PDF

Info

Publication number
TWI633645B
TWI633645B TW106126344A TW106126344A TWI633645B TW I633645 B TWI633645 B TW I633645B TW 106126344 A TW106126344 A TW 106126344A TW 106126344 A TW106126344 A TW 106126344A TW I633645 B TWI633645 B TW I633645B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
semiconductor material
substrate
gallium nitride
electrode
Prior art date
Application number
TW106126344A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201911531A (zh
Inventor
黃耀賢
陳昇暉
Original Assignee
鼎展電子股份有限公司
黃耀賢
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 鼎展電子股份有限公司, 黃耀賢 filed Critical 鼎展電子股份有限公司
Priority to TW106126344A priority Critical patent/TWI633645B/zh
Priority to JP2017174783A priority patent/JP6429049B1/ja
Priority to US15/798,536 priority patent/US10147858B1/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI633645B publication Critical patent/TWI633645B/zh
Publication of TW201911531A publication Critical patent/TW201911531A/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40Materials therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483Containers
    • H01L33/486Containers adapted for surface mounting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50Wavelength conversion elements
    • H01L33/501Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502Wavelength conversion materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50Wavelength conversion elements
    • H01L33/507Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58Optical field-shaping elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40Materials therefor
    • H01L33/42Transparent materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641Heat extraction or cooling elements characterized by the materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

本發明旨在揭示一種可撓性LED元件與一種可撓性LED顯示面板。不同於習知技術利用剝離製程之晶圓接合技術將LED元件之中的藍寶石基板替換成高導熱性質的銅基板,本發明特別以薄金屬製的可撓性基板、一基板保護層、一晶格匹配層、一發光結構、一第一電極、與一第二電極構成所謂的可撓性LED元件。特別地,由於厚度約為25-150μm的薄金屬製基板具有優秀的可撓性、高導熱特性、與耐高溫性質,因此工程人員可利用PECVD與MOCVD等薄膜沉積設備配合全自動捲式(roll-to-roll)生產線大量地生產本發明之可撓性LED元件。值得說明的是,由於薄金屬製的可撓性基板為絕佳的熱導體,因此能夠有效地排除可撓性LED元件發光時所產生的熱。

Description

可撓性LED元件與可撓性LED顯示面板
本發明係關於發光元件的相關技術領域,尤其具良好散熱功效的一種可撓性LED元件與一種可撓性LED顯示面板。
發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)為目前廣泛應用之發光元件,由於其具有體積小、使用壽命長等優點,因而被廣泛地應用於人類的日常生活之中。
圖1係顯示傳統LED元件的側面剖視圖。如圖1所示,傳統的LED元件1’係於結構上包括:一藍寶石基板11’、一N型半導體層12’、一多重量子井結構(multiple quantum well, MQW)13’、一P型半導體層14’、一第一電極15’、與一第二電極16’。其中,常見的該N型半導體層12’與該P型半導體層14’的材料分別為N型氮化鎵(n-type gallium nitride, n-GaN)與P型氮化鎵(p-type gallium nitride, p-GaN);並且,多重量子井結構13’主要為InGaN/GaN的多重堆疊結構。
熟悉LED元件之設計與製作的電子工程師應該知道,圖1所示的傳統LED元件1’為GaN系藍光二極體(GaN-based blue LED),其於實務製作上顯示以下缺點: (1)肇因於藍寶石基板11’與N型半導體層12’之間的晶格常數的顯著差異,大量的錯位差排(misfit dislocation)生成於藍寶石基板11’與N型半導體層12’的介面,導致電子與電洞的復合效率(electron-hole recombination rate)的大量下降。 (2)藍寶石基板11’的熱傳導能力極差,因此無法有效排除LED元件1’運作時所產生的熱,導致LED元件1’內部產生熱堆積現象;嚴重者,過多的熱堆積會造成LED元件1’的失能。
為了解決上述缺陷,利用剝離製程之晶圓接合技術(lift-off and bonding approach)於是被提出。美國專利號:US8,507,357即揭示一種用以剝離LED元件基底之方法。請參閱圖2A與圖2B所顯示的用以剝離LED元件基底之方法的製程示意圖。如圖2A與圖2B所示,所述剝離方法係首先於藍寶石基板11’之上形成一過渡層(transition layer)10’;接著,在該過渡層10’的覆蓋之下將藍寶石基板11’加工成一圖案化藍寶石基板(Patterned sapphire substrate, PSS)11a’。
繼續地,該剝離方法接著在所述圖案化藍寶石基板11a’之上形成一阻擋層17’,其中該阻擋層17’係同時填滿圖案化藍寶石基板11a’的複數個溝槽11a1’。之後,便可在阻擋層17’與圖案化藍寶石基板11a’之上依序地形成N型半導體層12’、多重量子井結構13’、與P型半導體層14’以構成一LED發光結構。值得注意的是,N型半導體層12’與圖案化藍寶石基板11a’之間存在有複數個第一孔洞18’。最終,在P型半導體層14’覆上一特殊基底層19’之後,便可以利用濕蝕刻的方式,通過該些第一孔洞18’於N型半導體層12’之中蝕刻出複數個第二孔洞20’,促使圖案化藍寶石基板11a’自N型半導體層12’剝離而出,進而獲得另一LED元件1a’。
熟悉LED元件設計與製作的電子工程師可以推知,銅製的特殊基底層19’能夠有效排除LED元件1a’運作時所產生的熱。然而,利用剝離製程之晶圓接合技術所製得的LED元件1a’仍舊於實務上顯示以下缺點: (A)銅屬於易塑性變形材料,因此銅製的特殊基底層19’反而會於切割晶粒(die saw process)之時造成LED發光結構的毀壞。 (B)另一方面,由於濕式蝕刻屬於非等向性蝕刻,因此難以有效掌控濕式蝕刻對N型半導體層12’所造成的不必要蝕刻。
由上述說明,吾人可以得知,如何在不破壞LED發光結構的情況下以其它高導熱性基材替換傳統LED元件之中的藍寶石基板,成為各LED晶圓廠(LED foundries)的主要研究課題。有鑑於此,本案之發明人係極力加以研究創作,而終於研發完成本創作之一種可撓性LED元件與一種可撓性LED顯示面板。
本發明之主要目的在於提出一種可撓性LED元件與一種可撓性LED顯示面板。不同於習知技術利用剝離製程之晶圓接合技術將LED元件之中的藍寶石基板替換成高導熱性質的銅基板,本發明特別以薄金屬製的可撓性基板、一基板保護層、一晶格匹配層、一發光結構、一第一電極、與一第二電極構成所謂的可撓性LED元件。值得說明的是,由於厚度約為70-150μm的薄金屬基板具有優秀的可撓性、高導熱特性、與耐高溫性質,因此工程人員可利用PECVD與MOCVD等薄膜沉積設備配合全自動捲式(roll-to-roll)生產線大量地生產本發明之可撓性LED元件。除此之外,由於薄金屬製的可撓性基板為絕佳的熱導體,因此能夠有效地排除可撓性LED元件發光時所產生的熱。
為了達成上述本發明之主要目的,本案發明人係提供所述可撓性LED元件之一實施例,係包括: 一可撓性基板,係由一薄金屬製成; 一基板保護層,係覆於該可撓性基板之上,或包覆該可撓性基板; 一晶格匹配層,係形成於該基板保護層之上; 一發光結構,係包括: 一第一半導體材料層,係形成於該晶格匹配層之上; 一主動層,係形成於該第一半導體材料層之上;及 一第二半導體材料層,係形成於該主動層之上; 一第一電極,係電性連接該第一半導體材料層;以及 一第二電極,係形成於該第二半導體材料層之上。
並且,為了達成上述本發明之主要目的,本案發明人進一步提供所述可撓性LED顯示面板的一實施例,係包括: 一可撓性基板,係由一薄金屬製成; 一基板保護層,係覆於該可撓性基板之上,或包覆該可撓性基板; 一晶格匹配層,係形成於該基板保護層之上; 一複數個發光結構,係形成於該晶格匹配層之上,且每一個發光結構係包括: 一第一半導體材料層,係形成於該晶格匹配層之上; 一主動層,係形成於該第一半導體材料層之上;及 一第二半導體材料層,係形成於該主動層之上; 複數個第一電極,係分別電性連接該複數個發光結構的該第一半導體材料層; 複數個第二電極,係分別電性連接該複數個發光結構的該第二半導體材料層之上;以及 一透明金屬網格基板,係由一透明基板、複數條第一金屬線與複數條第二金屬線所構成;其中,該複數條第一金屬線與該複數條第二金屬線係形成於該透明基板之表面,並且,該複數條第一金屬線係分別電性連接該複數個發光結構的該第一電極,且該複數條第二金屬線係分別電性連接該複數個發光結構的該第二電極。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種可撓性LED元件與一種可撓性LED顯示面板,以下將配合圖式,詳盡說明本發明之較佳實施例。
可撓性 LED 元件的第一實施例
請參閱圖3,係顯示本發明之一種可撓性LED元件的第一實施例的示意性立體圖。如圖3所示,本發明之可撓性LED元件1可作為一可撓性照明裝置的基礎發光元件;進一步地,也可以作為一可撓性顯示面板的基礎像素。此可撓性LED元件1係於結構上包括:一可撓性基板11、一基板保護層10、一晶格匹配層1B、一發光結構1a、一第一電極15、與一第二電極16。於本發明中,可撓性基板11的厚度係介於70μm至150μm之間,且其製程材料可以是不鏽鋼、銅、金、鎳、鉬、鈦、鎢、前述任兩者之組合、或前述任兩者以上之組合。必須特別強調的是,基於發光結構1a係由多個半導磊晶層所組成,薄金屬的耐高溫特性使其成為最佳的可撓性基板11的製程材料。除此之外,厚度約為25-150μm的薄金屬基板,不但具有絕佳的可撓性,同時也具備高導熱性質而有助於可撓性LED元件1之散熱。
如圖3所示,基板保護層10係覆於該可撓性基板11之上,且其厚度係介於50nm至500nm之間。或者,於製程上亦可令基板保護層10整個包覆該可撓性基板11。如此,在製造所述發光結構1a的多個半導磊晶層之時,便可以藉由基板保護層10的阻絕而有效地避免可撓性基板11受到磊晶材料的汙染。所述基板保護層10之製造材料可為下列任一者:二氧化矽(SiO 2)、二氧化鈦(TiO 2)、氧化鎳(NiO)、氧化鋁(Al 2O 3)、氧化鋅(ZnO)、氮化物、鹵化物、矽基化合物、前述任兩者之組合、或前述任兩者以上之組合。
值得注意的是,基板保護層10位於可撓性基板11與晶格匹配層1B之間,且晶格匹配層1B由具有特定晶向的單晶材料所製成,例如:氮化鋁(AlN)、未摻雜的氮化鎵(undoped GaN)、或氧化鋅(ZnO)。以二氧化矽與氮化鋁分別作為基板保護層10與晶格匹配層1B的示範性材料,其中氮化鋁為六方纖鋅礦結構,具有a=0.311nm、c=0.498nm的晶格常數;另一方面,β-方石英晶系的二氧化矽(β-Cristobalite SiO 2)則具有a=0.499nm晶格常數。因此,熟悉薄膜沉積製程的工程師可以推知,以二氧化矽作為基板保護層10,除了能夠達到保護可撓性基板11避免其受到磊晶氣相物質的汙染以外,同時還可以令氮化鋁膜(即,晶格匹配層1B)以c軸排向形成於該基板保護層10之上。補充說明的是,其它可作為基板保護層10與晶格匹配層1B的材料係整理於下表(1)與表(2)之中。 表(1) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 材料 </td><td> 晶格常數 (nm) </td></tr><tr><td> TiO<sub>2</sub></td><td> a=0.462 </td></tr><tr><td> NiO </td><td> a=0.418 </td></tr><tr><td> SnO<sub>2</sub></td><td> a=0.474 </td></tr><tr><td> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub></td><td> a=0.478 </td></tr></TBODY></TABLE>表(2) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 材料 </td><td> 晶格常數 (nm) </td></tr><tr><td> GaN </td><td> a=0.3186 </td><td> c=0.5185 </td></tr><tr><td> ZnO </td><td> a=0.328 </td><td> c=0.52 </td></tr></TBODY></TABLE>
必須補充說明的是,晶格匹配層1B的製造材料也可以選用晶格常數接近整數倍於GaN的單晶材料,例如:II-VI族半導體化合物的硫化鋅(ZnS)的晶格常數a=0.623nm、II-VI族半導體化合物的硒化鋅(ZnSe)的晶格常數a=0.653nm。另一方面,隨著發光顏色的不同,發光結構1a的第一半導體材料層12、主動層13與第二半導體材料層14的材料的選用也跟著不同。傳統上,GaP、GaAsP、及AlGaAs為發光結構1a之主動層13的主要材料,使得發光結構1a能夠發出波長範圍介於580nm至740nm之間的可見光。然而,隨著有機金屬化學氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD)製程技術越趨進步,氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(Al xGa 1-xN)、或氮化銦鎵(In xGa 1-xN)已成為主動層13的主要材料;其中,包含GaN主動層13的發光結構1a可以發出藍色光。
熟悉LED晶粒(die)之設計與製造的元件工程師都知道的是,透過增加x的值(x<1)可以令包含In xGa 1-xN主動層13的發光結構1a可以發出長波長的光。相對地,藉由增加x的值(x<1)可以令包含Al xGa 1-xN主動層13的發光結構1a可以發出短波長的光。於此,必須補充說明的是,以GaN、Al xGa 1-xN或In xGa 1-xN製成的主動層13會於第一半導體材料層12與第二半導體材料層14形成單一量子井結構;其中,所述第一半導體材料層12之製造材料為N型氮化鎵(n-type gallium nitride, n-GaN),例如摻雜矽(Si)的氮化鎵。另外,所述第二半導體材料層14之製造材料為P型氮化鎵(p-type gallium nitride, p-GaN),例如摻雜鎂(Mg)的氮化鎵。然而,為了提升電子與電洞於主動層13內的復合效率,也可以將主動層13進一步地設計成一個多重量子井結構;其中,該多重量子井結構可為下列任一者:氮化鎵與氮化銦鎵(In xGa 1-xN)的多重堆疊結構、氮化鎵與氮化鋁鎵(Al xGa 1-xN)的多重堆疊結構、或氮化鋁鎵(Al xGa 1-xN)與氮化銦鎵(In xGa 1-xN)的多重堆疊結構。
繼續地參閱圖3。所述第一電極15係電性連接該第一半導體材料層12,且所述第二電極16係形成於該第二半導體材料層14之上;其中,第一電極15與第二電極16的製造材料可為下列任一者:鋁(Al)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、金(Au)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、前述任兩者之組合、或前述任兩者以上之組合。例如,第一電極15與第二電極16可為鎳-金複合結構或鈦-鋁複合結構。
可撓性 LED 元件的第二實施例
請繼續參閱圖4,係顯示本發明之可撓性LED元件的第二實施例的示意性立體圖。相對於前述第一實施例,此可撓性LED元件1的第二實施例係更包括一透明導電層17。如圖4所示,此透明導電層17係形成於該第一電極15與該第一半導體材料層12之間,並同時形成於該第二電極16與該第二半導體材料層14之間。並且,就製程上而言,所述透明導電層17可以是氧化銦錫(Indium tin oxide, ITO)薄膜、氧化鋅(ZnO)薄膜、鎳-金複合薄膜。必須特別說明的是,設置透明導電層17的目的在於提升可撓性LED元件1的出光效率(out coupling efficiency)。
可撓性 LED 元件的第三實施例
熟悉LED晶粒設計與製造的半導體元件工程師應該知道圖3與圖4所顯示的可撓性LED元件1的兩個實施例皆屬於LED晶粒(die)。因此,於第三實施例中,可撓性LED元件1被進一步地設計成LED零件(component)。請參閱圖5,係顯示本發明之可撓性LED元件的第三實施例的立體分解圖。如圖5所示,可撓性LED元件1的第三實施例係包括:一底座18、一可撓性基板11、一基板保護層10、一晶格匹配層1B、一發光結構1a、一第一電極15、一第二電極16、一膠體上蓋(colloidal encapsulation cover)19、以及一光擴散透鏡1L。
承上述,該底座18具有一容置槽181,用以將如圖3所示的可撓性LED元件1的晶粒(die)容置於其中。此外,一第一電性端子183係嵌於該底座18之中,並具有一第一線接合端與一第一焊接端;其中,該第一線接合端係露出於該底座18之表面用以電性連接至第一電極15,且該第一焊接端出於該底座18之底面。另一方面,一第二電性端子184,係嵌於該底座18之中,並具有一第二線接合端與一第二焊接端;其中,該第二線接合端係露出於該底座18之表面用以電性連接至第二電極16,且該第二焊接端出於該底座18之底面。
另一方面,膠體上蓋19係置於底座18上方,並由設置於該容置槽181的槽口周圍的複數個支撐柱182,藉此方式使得容置槽181的槽口周圍與膠體上蓋19之間存在一空氣間隙(air gap)。值得注意的是,一光擴散透鏡1L係設置於該膠體上蓋19之上,且該膠體上蓋19內部係散佈於複數個光轉換粒子1P。並且,所述光轉換粒子1P可以是螢光粉或者量子點。由上述說明可以得知,圖5所示的可撓性LED元件1之第三實施例為一白光LED部件,因此,由第一半導體材料層12、主動層13及第二半導體材料層14所組成的發光結構1a會發出波長範圍介於450nm至480nm之間的藍光,或者發出波長範圍介於380nm至420nm之間的紫外光。
另一方面,螢光粉與量子點的種類繁多,下表(3)與表(4)示範性地列出常用的幾種材料。 表(3) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 螢光材料種類 </td><td> 示範性材料 </td></tr><tr><td> 鋁酸鹽類螢光粉 </td><td> 銪(Eu)摻雜的釔鋁石榴石 </td></tr><tr><td> 矽酸鹽類螢光粉 </td><td> Ca<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>7</sub>:Eu<sup>2+</sup></td></tr><tr><td> 磷酸鹽類螢光粉 </td><td> KSr<sub>1-x</sub>PO<sub>4</sub>:Tb<sub>x</sub> K<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub>:Mn<sup>4+</sup> (KSF) </td></tr><tr><td> 硫化物螢光粉 </td><td> ZnS:X X = Au, Ag, Cu, Mn, Cd </td></tr><tr><td> 氮化物螢光粉 </td><td> β-SiAlON:Eu<sup>2+</sup></td></tr><tr><td> 其他螢光粉 </td><td> SrGa<sub>2</sub>S<sub>4</sub>:Eu<sup>2+</sup> (SGS) </td></tr></TBODY></TABLE>表(4) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 量子點種類 </td><td> 示範性材料 </td></tr><tr><td> II-VI族量子點 </td><td> CdSe 或 CdS </td></tr><tr><td> III-V族量子點 </td><td> (Al, In, Ga)P、(Al, In, Ga)As、或 (Al, In, Ga)N </td></tr><tr><td> 具有殼-核結構之 II-VI族量子點 </td><td> CdSe/ZnS </td></tr><tr><td> 具有殼-核結構之 III-V族量子點 </td><td> InP/ZnS </td></tr><tr><td> 具有合金結構之非球形 II-VI量子點 </td><td> ZnCdSeS </td></tr></TBODY></TABLE>
可撓性 LED 顯示面板的實施例
上述說明係已完整、清楚地介紹本發明之一種可撓性LED元件,接著將繼續說明本發明之一種可撓性LED顯示面板。請參閱圖6,係顯示本發明之一種可撓性LED顯示面板的立體圖;並且,請參閱圖7,係顯示本發明之可撓性LED顯示面板的部分結構分解圖。如圖6與圖7所示,本發明之可撓性LED顯示面板100可應用於一可撓性LED顯示器2之中,並包括:一可撓性基板11、一基板保護層10、一晶格匹配層1B、複數個發光結構1a、複數個第一電極15、複數個第二電極16、以及一透明金屬網格基板1M。
如圖7所示,每一個發光結構1a皆包括第一半導體材料層12、主動層13、第二半導體材料層14、第一電極15、與第二電極16。並且,所述透明金屬網格基板1M係由一透明基板1M1、複數條第一金屬線1M2與複數條第二金屬線1M3所構成;其中,該複數條第一金屬線1M2與該複數條第二金屬線1M3係形成於該透明基板1M1之表面,並且,該複數條第一金屬線1M2係分別電性連接該複數個發光結構1a的該第一電極15,且該複數條第二金屬線1M3係分別電性連接該複數個發光結構1a的該第二電極16。熟悉透明導電基板設計與製作的電子工程師應該知道,此透明金屬網格基板1M即屬於透明導電基板,且最佳的實施模板即為ITO基板或ZnO基板。
如此,上述係已完整且清楚地說明本發明之可撓性LED元件與可撓性LED顯示面板;並且經由上述可知本發明係具有下列之優點:
(1)不同於習知技術係利用剝離製程之晶圓接合技術將LED元件之中的藍寶石基板替換成高導熱性質的銅基板,本發明特別以薄金屬製的可撓性基板11、一基板保護層10、一晶格匹配層1B、一發光結構1a、一第一電極15、與一第二電極16構成所謂的可撓性LED元件1。值得說明的是,由於厚度約為70-150μm的薄金屬基板具有優秀的可撓性、高導熱特性、與耐高溫性質,因此工程人員可利用PECVD與MOCVD等薄膜沉積設備配合全自動捲式(roll-to-roll)生產線大量地生產本發明之可撓性LED元件1。
(2)除此之外,基於薄金屬製的可撓性基板11為絕佳的熱導體,因此能夠有效地排除可撓性LED元件1發光時所產生的熱。
必須加以強調的是,上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明,惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍,凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更,均應包含於本案之專利範圍中。
<本發明>
1‧‧‧可撓性LED元件
11‧‧‧可撓性基板
10‧‧‧基板保護層
1B‧‧‧晶格匹配層
1a‧‧‧發光結構
15‧‧‧第一電極
16‧‧‧第二電極
12‧‧‧第一半導體材料層
13‧‧‧主動層
14‧‧‧第二半導體材料層
17‧‧‧透明導電層
18‧‧‧底座
19‧‧‧膠體上蓋
1L‧‧‧光擴散透鏡
181‧‧‧容置槽
182‧‧‧支撐柱
183‧‧‧第一電性端子
184‧‧‧第二電性端子
1P‧‧‧光轉換粒子
1M‧‧‧透明金屬網格基板
1M1‧‧‧透明基板
1M2‧‧‧第一金屬線
1M3‧‧‧第二金屬線
100‧‧‧可撓性LED顯示面板
2‧‧‧可撓性LED顯示器
<習知>
1’‧‧‧LED元件
11’‧‧‧藍寶石基板
12’‧‧‧N型半導體層
13’‧‧‧多重量子井結構
14’‧‧‧P型半導體層
15’‧‧‧第一電極
16’‧‧‧第二電極
10’‧‧‧過渡層
11a’‧‧‧圖案化藍寶石基板
17’‧‧‧阻擋層
11a1’‧‧‧溝槽
18’‧‧‧第一孔洞
19’‧‧‧特殊基底層
20’‧‧‧第二孔洞
1a’‧‧‧LED元件
圖1係顯示傳統LED元件的側面剖視圖; 圖2A與圖2B係顯示用以剝離LED元件基底之方法的製程示意圖; 圖3係顯示本發明之一種可撓性LED元件的第一實施例的示意性立體圖; 圖4係顯示本發明之可撓性LED元件的第二實施例的示意性立體圖; 圖5係顯示本發明之可撓性LED元件的第三實施例的立體分解圖; 圖6係顯示本發明之一種可撓性LED顯示面板的立體圖; 圖7係顯示本發明之可撓性LED顯示面板的部分結構分解圖。

Claims (13)

  1. 一種可撓性LED元件,係包括:一可撓性基板,係由一薄金屬製成,其中,該薄金屬的製造材料可為下列任一者:不鏽鋼、銅、金、鈦、前述任兩者之組合、或前述任兩者以上之組合;一基板保護層,係覆於該可撓性基板之上,或包覆該可撓性基板;其中,該基板保護層之製造材料可為下列任一者:、二氧化鈦(TiO2)、氧化鎳(NiO)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO)、氮化物、鹵化物、前述任兩者之組合、或前述任兩者以上之組合;一晶格匹配層,係由氮化鋁(AlN)、未摻雜的氮化鎵(undoped GaN)、或氧化鋅(ZnO)製成,並形成於該基板保護層之上;一發光結構,係包括:一第一半導體材料層,係由N型氮化鎵(n-type gallium nitride,n-GaN)製成,並形成於該晶格匹配層之上;一主動層,係形成於該第一半導體材料層之上;及一第二半導體材料層,係由P型氮化鎵(p-type gallium nitride,p-GaN)製成,並形成於該主動層之上;一第一電極,係電性連接該第一半導體材料層;以及一第二電極,係形成於該第二半導體材料層之上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性LED元件,其中,所述主動層於該第一半導體材料層與該第二半導體材料層形成單一量 子井結構,且該主動層的製造材料可為下列任一者:氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)、或氮化銦鎵(InxGa1-xN)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性LED元件,其中,所述主動層於該第一半導體材料層與該第二半導體材料層形成一個多重量子井結構,且該多重量子井結構可為下列任一者:氮化鎵與氮化銦鎵(InxGa1-xN)的多重堆疊結構、氮化鎵與氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)的多重堆疊結構、或氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)與氮化銦鎵(InxGa1-xN)的多重堆疊結構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性LED元件,其中,所述第一電極與所述第二電極的製造材料可為下列任一者:鋁(Al)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、金(Au)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、前述任兩者之組合、或前述任兩者以上之組合。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性LED元件,其中,該可撓性基板的厚度係介於25μm至150μm之間,且該基板保護層的厚度係介於50nm至500nm之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性LED元件,更包括:一透明導電層,係形成於該第一電極與該第一半導體材料層之間,並同時形成於該第二電極與該第二半導體材料層之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性LED元件,更包括:一底座,係包括:一容置槽,用以將該可撓性基板、該基板保護層、該晶格匹配層、該發光結構、該第一電極、與該第二電極容置於其中;複數個支撐柱,係設置於該容置槽的槽口周圍;一第一電性端子,係嵌於該底座之中,並具有一第一線接合端與一第一焊接端;其中,該第一線接合端係露出於該底座之表面用以電性連接至該第一電極,且該第一焊接端出於該底座之底面;及一第二電性端子,係嵌於該底座之中,並具有一第二線接合端與一第二焊接端;其中,該第二線接合端係露出於該底座之表面用以電性連接至該第二電極,且該第二焊接端出於該底座之底面;一膠體上蓋,係置於該底座上方,並由該複數個支撐柱所支撐,使得該容置槽的槽口周圍與該膠體上蓋之間存在一間隙;以及複數個光轉換粒子,係散佈於該膠體上蓋之中。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之可撓性LED元件,更包括:一光擴散透鏡,係設置於該膠體上蓋之上。
  9. 一種可撓性LED顯示面板,係包括: 一可撓性基板,係由一薄金屬製成,其中,該薄金屬的製造材料可為下列任一者:不鏽鋼、銅、金、鈦、前述任兩者之組合、或前述任兩者以上之組合;一基板保護層,係覆於該可撓性基板之上,或包覆該可撓性基板;其中,該基板保護層之製造材料可為下列任一者:二氧化鈦(TiO2)、氧化鎳(NiO)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO)、氮化物、鹵化物、前述任兩者之組合、或前述任兩者以上之組合;一晶格匹配層,係由氮化鋁(AlN)、未摻雜的氮化鎵(undoped GaN)、或氧化鋅(ZnO)製成,並形成於該基板保護層之上;複數個發光結構,係形成於該晶格匹配層之上,且每一個發光結構係包括:一第一半導體材料層,係由N型氮化鎵(n-type gallium nitride,n-GaN)製成,並形成於該晶格匹配層之上;一主動層,係形成於該第一半導體材料層之上;及一第二半導體材料層,係由P型氮化鎵(p-type gallium nitride,p-GaN)製成,並形成於該主動層之上;複數個第一電極,係分別電性連接該複數個發光結構的該第一半導體材料層;複數個第二電極,係分別電性連接該複數個發光結構的該第二半導體材料層之上;以及一透明金屬網格基板,係由一透明基板、複數條第一金屬線與複數條第二金屬線所構成;其中,該複數條第一金屬線與該複數條第二金屬線係形成於該透明基板之表面,並且,該複數條第一金屬線係分別電性連接該複數個發光結構的該第一電極,且 該複數條第二金屬線係分別電性連接該複數個發光結構的該第二電極。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之可撓性LED顯示面板,其中,所述主動層於該第一半導體材料層與該第二半導體材料層形成單一量子井結構,且該主動層的製造材料可為下列任一者:氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)、或氮化銦鎵(InxGa1-xN)。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之可撓性LED顯示面板,其中,所述主動層於該第一半導體材料層與該第二半導體材料層形成一個多重量子井結構,且該多重量子井結構可為下列任一者:氮化鎵與氮化銦鎵(InxGa1-xN)的多重堆疊結構、氮化鎵與氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)的多重堆疊結構、或氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)與氮化銦鎵(InxGa1-xN)的多重堆疊結構。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之可撓性LED顯示面板,其中,所述第一電極與所述第二電極的製造材料可為下列任一者:鋁(Al)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、金(Au)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、前述任兩者之組合、或前述任兩者以上之組合。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之可撓性LED顯示面板,更包括: 一透明導電層,係形成於該第一電極與該第一半導體材料層之間,並同時形成於該第二電極與該第二半導體材料層之間。
TW106126344A 2017-08-04 2017-08-04 可撓性led元件與可撓性led顯示面板 TWI633645B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106126344A TWI633645B (zh) 2017-08-04 2017-08-04 可撓性led元件與可撓性led顯示面板
JP2017174783A JP6429049B1 (ja) 2017-08-04 2017-09-12 可撓性led素子と可撓性led表示パネル
US15/798,536 US10147858B1 (en) 2017-08-04 2017-10-31 Flexible LED device and flexible LED panel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106126344A TWI633645B (zh) 2017-08-04 2017-08-04 可撓性led元件與可撓性led顯示面板

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI633645B true TWI633645B (zh) 2018-08-21
TW201911531A TW201911531A (zh) 2019-03-16

Family

ID=63959741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106126344A TWI633645B (zh) 2017-08-04 2017-08-04 可撓性led元件與可撓性led顯示面板

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10147858B1 (zh)
JP (1) JP6429049B1 (zh)
TW (1) TWI633645B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022055965A1 (en) * 2020-09-08 2022-03-17 Nbd Nanotechnologies Inc. Anti-microbial surfaces and related methods
CN113782555A (zh) * 2021-09-09 2021-12-10 杭州士兰明芯科技有限公司 Led芯片光源及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007123437A (ja) * 2005-10-26 2007-05-17 Toyoda Gosei Co Ltd 蛍光体板及びこれを備えた発光装置
US20100193795A1 (en) * 2009-01-28 2010-08-05 Fritzemeier Leslie G Large-grain crystalline thin-film structures and devices and methods for forming the same
TW201429001A (zh) * 2012-12-03 2014-07-16 Iljin Led Co Ltd 包含分離區之具有改進的電流擴散性以及高亮度的半導體發光二極體

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS515555B1 (zh) * 1970-02-09 1976-02-20
JP2008263126A (ja) * 2007-04-13 2008-10-30 Oki Data Corp 半導体装置、該半導体装置の製造方法、ledヘッド、及び画像形成装置
JP6157118B2 (ja) * 2010-03-23 2017-07-05 株式会社朝日ラバー 可撓性反射基材、その製造方法及びその反射基材に用いる原材料組成物
CN102020961A (zh) * 2010-11-12 2011-04-20 华烁科技股份有限公司 一种led散热基板用高导热挠性铝基覆铜板
JP2016082002A (ja) * 2014-10-14 2016-05-16 大日本印刷株式会社 配線基板および実装基板
CN107534074B (zh) * 2015-02-10 2020-08-14 艾宾姆材料公司 在ibad织构化衬底上的外延六方材料

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007123437A (ja) * 2005-10-26 2007-05-17 Toyoda Gosei Co Ltd 蛍光体板及びこれを備えた発光装置
US20100193795A1 (en) * 2009-01-28 2010-08-05 Fritzemeier Leslie G Large-grain crystalline thin-film structures and devices and methods for forming the same
TW201429001A (zh) * 2012-12-03 2014-07-16 Iljin Led Co Ltd 包含分離區之具有改進的電流擴散性以及高亮度的半導體發光二極體

Also Published As

Publication number Publication date
TW201911531A (zh) 2019-03-16
US10147858B1 (en) 2018-12-04
JP6429049B1 (ja) 2018-11-28
JP2019033240A (ja) 2019-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108140700B (zh) 发光器件
TWI489655B (zh) 發光裝置封裝件及照明系統
US20230261157A1 (en) Contact structures of led chips for current injection
WO2007018789A1 (en) Blue led with roughened high refractive index surface layer for high light extraction
CN107810563B (zh) 紫外光发光二极管、发光二极管封装及照明装置
CN111433921B (zh) 一种发光二极管
US11545595B2 (en) Contact structures for light emitting diode chips
EP2405495B1 (en) Light emitting diode
US8269234B2 (en) Semiconductor light-emitting device
JP6218426B2 (ja) 発光素子及び発光素子パッケージ
KR101114047B1 (ko) 발광소자 및 그 제조방법
TWI633645B (zh) 可撓性led元件與可撓性led顯示面板
KR20100103043A (ko) 발광소자 및 그 제조방법
TWI814735B (zh) 半導體裝置
JP2010171341A (ja) 半導体発光素子
KR20110132161A (ko) 반도체 발광 소자 및 그 제조방법
KR20120029221A (ko) 발광 소자
KR20110135103A (ko) 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
KR102261951B1 (ko) 반도체 소자 및 반도체 소자 제조 방법
KR20170004476A (ko) 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지
KR20170011839A (ko) 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지
KR101593215B1 (ko) 알루미늄 반사 구조를 구비한 자외선 발광 다이오드 및 그 제조방법
US11888091B2 (en) Semiconductor light emitting device and light emitting device package
US20230047372A1 (en) Semiconductor light emitting device
KR101205831B1 (ko) 반도체 발광소자 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees