TWI653751B - 具修補架構之微型化發光裝置及相關製造和修補方法 - Google Patents

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Abstract

微型化發光裝置包含一源極線、一地線、一主發光二極體，以及一備援發光二極體。主發光二極體包含一第一電極和一第二電極，而備援發光二極體包含一第三電極和一第四電極。當主發光二極體能正常點亮時，第一電極電性連接至源極線，第二電極電性連接至地線，而第三電極和第四電極至少其中之一和源極線與地線皆電性分離。當主發光二極體無法正常點亮時，第一電極和第二電極至少其中之一和源極線與地線皆電性分離，第三電極電性連接至源極線，且第四電極電性連接至地線。

Description

具修補架構之微型化發光裝置及相關製造和修補方 法
本發明相關於一種微型化發光裝置，尤指一種具修補架構之微型化發光二極體裝置。
相較於傳統的白熾燈泡，發光二極體(light emitting diode,LED)具有耗電量低、元件壽命長、體積小、無須暖燈時間和反應速度快等優點，並可配合應用需求而製成極小或陣列式的元件。除了戶外顯示器、交通號誌燈之外、各種消費性電子產品，例如行動電話、筆記型電腦或電視的液晶顯示螢幕背光源之外，發光二極體亦廣泛地被應用於各種室內室外照明裝置，以取代日光燈管或白熾燈泡等。
傳統的LED陣列典型地為毫米(mm)等級的尺寸，最新微型化發光二極體(micro LED)陣列能將體積降到微米(μm)等級的尺寸，並承繼了LED的特性，包括低功耗、高亮度、超高解析度與色彩飽和 度、反應速度快、壽命較長，以及高效率等優點。微型化LED製程包含首先將LED結構設計進行薄膜化、微小化與陣列化，使其尺寸僅在1~10μm左右，隨後將微型化LED批量式轉移至電路基板上，再利用物理沉積製程完成保護層與上電極，最後進行上基板的封裝。由於微型化LED製程較為複雜，如何透過修補來提升良率是重要課題。
本發明提供一種微型化發光裝置，其包含一源極線、一地線、一主發光元件，以及一備援發光元件。該主發光元件包含一第一電極和一第二電極，其中當該主發光元件能正常點亮時，該第一電極電性連接至該源極線，且該第二電極電性連接至該地線；當該主發光元件無法正常點亮時，該第一電極和該第二電極至少其中之一和該源極線與該地線皆電性分離。該備援發光元件包含一第三電極和一第四電極，其中當該主發光元件能正常點亮時，該第三電極和該第四電極至少其中之一和該源極線與該地線皆電性分離；當該主發光元件無法正常點亮時，該第三電極電性連接至該源極線，且該第四電極電性連接至該地線。
本發明另提供一種微型化發光裝置，其包含一源極線、一地線、一主發光元件、一備援發光元件，以及一導電材料。該主發光元件包含一第一電極和一第二電極，其中當該第一主發光元件能正常點亮時，該第一電極電性連接至該源極線，且該第二電極電性連接至該地線；當該第一主發光元件無法正常點亮時，該第一電極和該源極線與該地線皆電性分離，且該第二電極和該源極線與該地線皆電性分 離。該備援發光元件包含一第三電極和一第四電極，在當該第一主發光元件無法正常點亮時設置於該主發光元件之上。該導電材料用來將該第三電極電性連接至該源極線，以及將該第四電極電性連接至該地線。
本發明另提供一種製造和修補微型化發光裝置之方法，其包含製作包含一第一電極和一第二電極之一主發光元件，再將該主發光元件轉移設置於一基板之上；製作包含一第三電極和一第四電極之一備援發光元件，再將該備援發光元件轉移設置於該基板之上；當該主發光元件能正常點亮時，將該第一電極電性連接至一源極線，將該第二電極電性連接至一地線，且將該第三電極和該第四電極至少其中之一和該源極線與該地線皆電性分離；以及當該主發光元件無法正常點亮時，將該第一電極和該第二電極至少其中之一和該源極線與該地線皆電性分離，將該第三電極電性連接至該源極線，且將該第四電極電性連接至該地線。
本發明另提供一種製造和修補微型化發光裝置之方法，其包含製作包含一第一電極和一第二電極之一主發光元件；製作包含一第三電極和一第四電極之一備援發光元件；將該主發光元件轉移設置於一基板之上；當該主發光元件能正常點亮時，將該第一電極電性連接至一源極線，且將該第二電極電性連接至一地線；當該主發光元件無法正常點亮時，將該第一電極和該第二電極和該源極線與該地線皆電性分離；將該備援發光元件轉移設置於該主發光元件之上；以及設置一導電材料以將該第三電極電性連接至該源極線，以及將該第四電極 電性連接至該地線。
10、11、12‧‧‧主發光元件
12、22‧‧‧P型半導體層
14、24‧‧‧N型半導體層
16、26‧‧‧P電極
15、25‧‧‧發光層
18、28‧‧‧N電極
20‧‧‧備援發光元件
30‧‧‧源極線
40‧‧‧地線
35‧‧‧導電材料
50‧‧‧基板
100、200、300‧‧‧微型化發光裝置
第1A圖為本發明實施例中一微型化發光裝置之結構示意圖。
第1B圖為本發明實施例中微元件陣列裝置修補方式之示意圖。
第2A圖為本發明另一實施例中一微型化發光裝置之結構示意圖。
第2B圖為本發明另一實施例中微元件陣列裝置修補方式之示意圖。
第3A圖為本發明另一實施例中一微型化發光裝置之結構示意圖。
第3B~3D圖為本發明另一實施例中微元件陣列裝置修補方式之示意圖。
第1A圖為本發明實施例中一微型化發光裝置100之結構示意圖，其中右方為微型化發光裝置100之上視圖，而左方為微型化發光裝置100沿著割面線A-A’之剖面圖。微型化發光裝置100採用薄膜化、微小化與陣列化的設計，其包含複數個主發光元件(為了簡化說明僅顯示單一主發光元件10)、至少一備援(redundant)發光元件20、一源極線30，以及一地線40。
主發光元件10和備援發光元件20是利用P型半導體和N型半導體元素的結合所製成的發光元件，在製作完成後再批量式轉移設置於一基板50之上。在元件正常狀態下，當分別在P電極施加正電壓和在N電極施加負電壓時，順向電壓會讓電子由N區流向P區，電洞則 由P區流向N區，電子與電洞於發光層之PN接面結合而產生光源。在本發明實施例中，主發光元件10和備援發光元件20可為微型化LED元件。主發光元件10包含一P型半導體層12、一N型半導體層14、一P電極16、一N電極18，以及一發光層15，其中P電極16電性連接至源極線30，而N電極18電性連接至地線40。備援發光元件20包含一P型半導體層22、一N型半導體層24、一P電極26、一N電極28，以及一發光層25，其中P電極26電性連接至源極線30，但N電極28和地線40為電性分離。
第1B圖為本發明實施例中微型化發光裝置100修補方式之示意圖，其中右方為進行修補時微型化發光裝置100之上視圖，左方為進行修補時微型化發光裝置100沿著割面線B-B’之剖面圖，而閃電記號代表進行修補之處。為了說明目的，假設在第1A圖中主發光元件10出現異常，在通電後無法順利點亮，而正常狀態之備援發光元件20則因N電極28無法通電而尚未點亮。如第1B圖所示，首先本發明可使用雷射修補技術來打斷主發光元件10之P電極16和源極線30之間的導通路徑，如此可避免有瑕疵的主發光元件10產生漏電流。接著，本發明可使用雷射修補技術來打通備援發光元件20之N電極28和地線40之間的導通路徑，如此正常狀態之備援發光元件20在通電後即可被點亮，進而取代有瑕疵的主發光元件10。
第2A圖為本發明另一實施例中一微型化發光裝置200之結構示意圖，其中右方為微型化發光裝置200之上視圖，而左方為微型化發光裝置200沿著割面線C-C’之剖面圖。微型化發光裝置200採用薄膜 化、微小化與陣列化的設計，其包含複數個主發光元件(為了簡化說明僅顯示單一主發光元件10)、至少一備援發光元件20、一源極線30，以及一地線40。
主發光元件10和備援發光元件20是利用P型半導體和N型半導體元素的結合所製成的發光元件，在製作完成後再批量式轉移設置於一基板50之上。在元件正常狀態下，當分別在P電極施加正電壓和在N電極施加負電壓時，順向電壓會讓電子由N區流向P區，電洞則由P區流向N區，電子與電洞於發光層之PN接面結合而產生光源。在本發明實施例中，主發光元件10和備援發光元件20可為微型化LED元件。主發光元件10包含一P型半導體層12、一N型半導體層14、一P電極16、一N電極18，以及一發光層15，其中P電極16電性連接至源極線30，而N電極18電性連接至地線40。備援發光元件20包含一P型半導體層22、一N型半導體層24、一P電極26、一N電極28，以及一發光層25，其中N電極28電性連接至地線40，但P電極26和源極線30為電性分離。
第2B圖為本發明實施例中微型化發光裝置200修補方式之示意圖，其中右方為進行修補時微型化發光裝置200之上視圖，左方為微型化發光裝置200沿著割面線D-D’之剖面圖，而閃電記號代表進行修補之處。為了說明本發明修補架構，假設在第2A圖中主發光元件10出現異常，在通電後無法順利點亮，而正常狀態之備援發光元件20則因P電極26無法通電而尚未點亮。如第2B圖所示，首先本發明可使用雷射修補技術來打斷主發光元件10之N電極18和地線40之間的導通路徑，如 此可避免有瑕疵的主發光元件10產生漏電流。接著，本發明可使用雷射修補技術來打通備援發光元件20之P電極26和源極線30之間的導通路徑，如此正常狀態之備援發光元件20在通電後即可被點亮，進而取代有瑕疵的主發光元件10。
第3A圖為本發明另一實施例中一微型化發光裝置300之結構示意圖，其中右方為微型化發光裝置300之上視圖，而左方為微型化發光裝置300沿著割面線E-E’之剖面圖。微型化發光裝置300採用薄膜化、微小化與陣列化的設計，其包含複數個主發光元件(為了簡化說明僅顯示單兩個主發光元件11和12)、一源極線30，以及一地線40。
主發光元件11和12是利用P型半導體和N型半導體元素的結合所製成的發光元件，在製作完成後再批量式轉移設置於一基板50之上。在元件正常狀態下，當分別在P電極施加正電壓和在N電極施加負電壓時，順向電壓會讓電子由N區流向P區，電洞則由P區流向N區，電子與電洞於發光層之PN接面結合而產生光源。在本發明實施例中，主發光元件11和12可為微型化LED元件，包含一P型半導體層12、一N型半導體層14、一P電極16、一N電極18，以及一發光層15，其中P電極16電性連接至源極線30，而N電極18電性連接至地線40。
第3B~3D圖為本發明實施例中微型化發光裝置300修補方式之示意圖，其中右方為進行修補時微型化發光裝置300之上視圖，左方為微型化發光裝置300沿著割面線F-F’之剖面圖，而閃電記號代表進行修補之處。為了說明本發明修補架構，假設第3A圖中主發光元件11 出現異常，在通電後無法順利點亮，而正常狀態之主發光元件12在通電後可順利被點亮。首先如第3B圖所示，本發明可使用雷射修補技術來打斷主發光元件11之P電極16和源極線30之間的導通路徑，以及打斷主發光元件11之N電極18和地線40之間的導通路徑，如此可避免有瑕疵的主發光元件11產生漏電流。接著如第3C圖所示，本發明可在主發光元件11之上方放置一備援發光元件20，其中備援發光元件20可在製作完成後再轉移設置於主發光元件11之上方，其包含一P型半導體層22、一N型半導體層24、一P電極26、一N電極28，以及一發光層25。接著如第3D圖所示，本發明可在備援發光元件20打上導電材料35，使得P電極26和N電極28能分別電性連接至源極線30和地線40。如此一來，備援發光元件20在通電後即可被點亮而取代有瑕疵的主發光元件11。
在本發明一實施例中，導電材料35可為鉭、鉬或鎢等金屬材料，透過雷射金屬轉移(laser metal transfer,LMT)製程技術打在備援發光元件20之電極上。在本發明另一實施例中，導電材料35可為四羰基鎳(Ni(CO)4)，五羰基鐵(Fe(CO)5)，六羰基鉻(Cr(CO)6)，六羰基鉬(Mo(CO)6)或六羰基鎢(W(CO)6)等金屬混和材料，透過雷射化學氣相沉(laser chemical vapor deposition,LCVD)製程技術打在備援發光元件20之電極上。然而，導電材料35之材質並不限定本發明之範疇。
綜上所述，本發明提供一種具修補架構之微型化發光裝置，除了具有低功耗、高亮度、超高解析度與色彩飽和度、反應速度快、壽命較長，以及高效率等優點之外，亦能透過修補來提升製程良率。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (10)

  1. 一微型化發光裝置，其包含：一源極線；一地線；一主發光元件，其包含一第一電極和一第二電極，其中：當該主發光元件能正常點亮時，該第一電極電性連接至該源極線，且該第二電極電性連接至該地線；且當該主發光元件無法正常點亮時，該第一電極和該第二電極至少其中之一和該源極線與該地線皆電性分離；以及一備援發光元件，其包含一第三電極和一第四電極，其中：當該主發光元件能正常點亮時，該第三電極電性連接至該源極線和與該地線其中之一，而該第四電極和該源極線與該地線皆電性分離；且當該主發光元件無法正常點亮時，在該第三電極電性連接至該地線的情況下利用一雷射修補技術來將該第四電極電性連接至該源極線，且在該第三電極電性連接至該源極線的情況下利用該雷射修補技術來將該第四電極電性連接至該地線。
  2. 如請求項1所述之微型化發光裝置，其中：該主發光元件另包含：一第一半導體層，且該第一電極設置於該第一半導體層之上；一第一發光層，設置於該第一半導體層之上；一第二半導體層，設置於該第一發光層之上，且該第二電極設置於該第二半導體層之上；該備援發光元件另包含：一第三半導體層，且該第三電極設置於該第三半導體層之上；一第二發光層，設置於該第三半導體層之上；一第四半導體層，設置於該第二發光層上，且該第四電極設置於該第四半導體層之上；該主發光元件和該備援發光元件係在製作完成後再轉移設置於一基板之上；該第一半導體層和該第二半導體層具相異參雜類型；而該第三半導體層和該第四半導體層具相異參雜類型。
  3. 如請求項1所述之微型化發光裝置，其中該主發光元件和該備援發光元件係為微型化發光二極體(light emitting diode,LED)。
  4. 一微型化發光裝置，其包含：一源極線；一地線；一主發光元件，其包含一第一電極和一第二電極，其中：當該第一主發光元件能正常點亮時，該第一電極電性連接至該源極線，且該第二電極電性連接至該地線；且當該第一主發光元件無法正常點亮時，該第一電極和該源極線與該地線皆電性分離，且該第二電極和該源極線與該地線皆電性分離；以及一備援發光元件，其包含一第三電極和一第四電極，在當該第一主發光元件無法正常點亮時設置於該主發光元件之上；以及一導電材料，用來將該第三電極電性連接至該源極線，以及將該第四電極電性連接至該地線。
  5. 如請求項4所述之微型化發光裝置，其中：該主發光元件另包含：一第一半導體層，且該第一電極設置於該第一半導體層之上；一第一發光層，設置於該第一半導體層之上；一第二半導體層，設置於該第一發光層上，且該第二電極設置於該第二半導體層之上；該備援發光元件另包含：一第三半導體層，設置於該主發光元件之上，且該第三電極設置於該第三半導體層之上；一第二發光層，設置於該第三半導體層之上；以及一第四半導體層，設置於該第二發光層上，且該第四電極設置於該第四半導體層之上；該主發光元件係在製作完成後再轉移設置於一基板之上；該備援發光元件係在製作完成後再轉移設置於該主發光元件之上：該第一半導體層和該第二半導體層具相異參雜類型；而該第三半導體層和該第四半導體層具相異參雜類型。
  6. 如請求項4所述之微型化發光裝置，其中該主發光元件和該備援發光元件係為微型化發光二極體。
  7. 一種製造和修補微型化發光裝置之方法，其包含：製作包含一第一電極和一第二電極之一主發光元件，再將該主發光元件轉移設置於一基板之上；製作包含一第三電極和一第四電極之一備援發光元件，再將該備援發光元件轉移設置於該基板之上；當該主發光元件能正常點亮時，將該第一電極電性連接至一源極線，將該第二電極電性連接至一地線，將該第三電極電性連接至該源極線和與該地線其中之一，且將該第四電極和該源極線與該地線皆電性分離；以及當該主發光元件無法正常點亮時，將該第一電極和該第二電極至少其中之一和該源極線與該地線皆電性分離，在該第三電極電性連接至該地線的情況下利用一雷射修補技術來將該第四電極電性連接至該源極線，且在該第三電極電性連接至該源極線的情況下利用該雷射修補技術來將該第四電極電性連接至該地線。
  8. 如請求項7所述之方法，其中：製作該主發光元件包含：在一第一半導體層上設置一第一發光層和該第一電極；在該第一發光層上設置一第二半導體層；以及在該第二半導體層上設置該第二電極；且製作該備援發光元件包含：在一第三半導體層上設置一第二發光層和該第三電極；在該第二發光層上設置一第四半導體層；以及在該第四半導體層上設置該第四電極；該第一半導體層和該第二半導體層具相異參雜類型；且該第三半導體層和該第四半導體層具相異參雜類型。
  9. 一種製造和修補微型化發光裝置之方法，其包含：製作包含一第一電極和一第二電極之一主發光元件；製作包含一第三電極和一第四電極之一備援發光元件；將該主發光元件轉移設置於一基板之上；當該主發光元件能正常點亮時，將該第一電極電性連接至一源極線，且將該第二電極電性連接至一地線；當該主發光元件無法正常點亮時，將該第一電極和該第二電極和該源極線與該地線皆電性分離；將該備援發光元件轉移設置於該主發光元件之上；以及設置一導電材料以將該第三電極電性連接至該源極線，以及將該第四電極電性連接至該地線。
  10. 如請求項9所述之方法，其中：製作該主發光元件包含：在一第一半導體層上設置一第一發光層和該第一電極；在該第一發光層上設置一第二半導體層；以及在該第二半導體層上設置該第二電極；且製作該備援發光元件包含：在一第三半導體層上設置一第二發光層和該第三電極；在該第二發光層上設置一第四半導體層；以及在該第四半導體層上設置該第四電極；該第一半導體層和該第二半導體層具相異參雜類型；且該第三半導體層和該第四半導體層具相異參雜類型。
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