TWI658611B - 發光二極體結構、發光二極體結構的製造方法及微顯示器的畫素結構 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體結構包含電路基板、發光元件、吸光層以及反射層。電路基板具有頂表面，且此頂表面包含發光區以及外圍區，其中外圍區環繞發光區。發光元件設置在位於發光區的頂表面上。吸光層設置在位於外圍區的頂表面上並環繞發光元件。吸光層具有第一部份及位於第一部份上的第二部分。反射層覆蓋電路基板的頂表面並延伸至吸光層之第一部份的側壁，其中第二部分暴露於反射層之外。

Description

發光二極體結構、發光二極體結構的製造方法及微顯示器的畫素結構

本發明是有關於一種發光二極體結構、一種製造發光二極體結構的方法以及一種微顯示器的畫素結構。

微型顯示器市場成長的主要推動力是微型顯示器的應用領域不斷擴張，以及如頭戴顯示器(HMD)、電子取景器(EVF)及抬頭顯示器(HUD)等可攜式設備的普及。微型顯示器具有高亮度、低成本且易於製造的優勢。隨著微型顯示器設備技術的進步以及用戶行為的改變，對微型顯示器所要求的解析度與色彩對比度日漸提升。對此，找尋下一種新的技術方案達到較佳的顯示品質，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。

本發明之一態樣是提供一種發光二極體結構，此 發光二極體結構可提高對比度並增加光的使用率。

上述發光二極體結構包含一電路基板、一發光元件、一吸光層以及一反射層。電路基板具有一頂表面，且此頂表面包含一發光區以及一外圍區，其中外圍區環繞發光區。發光元件設置在位於發光區的頂表面上。吸光層設置在位於外圍區的頂表面上並環繞發光元件。吸光層具有一第一部份及位於此第一部份上的一第二部分。反射層覆蓋電路基板的頂表面並延伸至吸光層之第一部份的一側壁，其中第二部分暴露於反射層之外。

根據本發明一實施方式，電路基板的頂表面包含兩導電墊位於發光區，且發光元件設置於兩導電墊上。兩導電墊之間間隔一距離。

根據本發明一實施方式，反射層於兩導電墊之間具有一間隙。此間隙至少大於上述距離的1/3倍。

根據本發明一實施方式，電路基板的頂表面可包含一保護層。此保護層位於外圍區且吸光層設置於保護層上。

根據本發明一實施方式，上述發光二極體結構可更包含一封裝層配置在發光元件上。封裝層之一頂表面與吸光層之一頂表面實質上齊平。

根據本發明一實施方式，上述發光二極體結構可更包含一偏光片配置在封裝層及吸光層上。偏光片直接接觸吸光層之第二部分的一頂表面。

根據本發明一實施方式，吸光層具有一第一高度(h1)且吸光層的第二部份具有一第二高度(h2)。第二高度(h2) 與第一高度(h1)的比值(h2/h1)為約0.2至約0.5。

根據本發明一實施方式，上述發光二極體結構可更包含一黏著層。此黏著層可夾設於電路基板的頂表面與反射層之間以及吸光層的第一部份與反射層之間。

本發明的另一態樣是提供一種微顯示器的畫素結構，此微顯示器的畫素結構包含如上述中任一項所述之發光二極體結構。本發明揭露的微顯示器的畫素結構可實現高色彩品質、高可靠性以及在強光下的高可視性。

本發明之又一態樣是提供一種發光二極體結構的製造方法，包含以下步驟：提供一電路基板，該電路基板具有一頂表面，該頂表面包含一發光區以及環繞該發光區之一外圍區，其中該電路基板之該頂表面包含兩導電墊位於該發光區；形成一吸光層覆蓋該電路基板；圖案化該吸光層，以暴露出位於該發光區的該頂表面；形成一反射層覆蓋該電路基板以及該吸光層；圖案化該反射層，以暴露出該吸光層之一頂表面、該吸光層之一側壁的一部分以及該兩導電墊之間之該頂表面的一部分；以及設置一發光元件於該發光區中並電性連接該兩導電墊。

根據本發明一實施方式，在圖案化該吸光層的步驟之後，但在形成該反射層的步驟前，更包含形成一黏著層覆蓋該電路基板。

根據本發明一實施方式，在圖案化該吸光層的步驟之後，該吸光層具有一第一高度(h1)，以及在圖案化該反射層的步驟之後，該吸光層之該側壁暴露的該部分具有一第二高 度(h2)，其中第二高度(h2)與該第一高度(h1)的比值(h2/h1)為約0.2至約0.5。

根據本發明一實施方式，在圖案化該反射層的步驟中更包含暴露出該兩導電墊之一頂表面。

根據本發明一實施方式，在圖案化該反射層的步驟中，該兩導電墊之間之該頂表面暴露的該部分使得該兩導電墊之間具有一間隙，且該間隙至少大於該兩導電墊間之一距離的1/3倍。

根據本發明一實施方式，在設置該發光元件的步驟之後，更包含填充一螢光粉於該發光元件的周圍和下方。

根據本發明一實施方式，在填充該螢光粉的步驟之後，更包含形成一封裝層於該發光元件和該螢光粉上並位於該吸光層之間，其中該封裝層之一頂表面與該吸光層之該頂表面實質上齊平。

根據本發明一實施方式，在形成該封裝層的步驟之後，更包含形成一偏光片於該吸光層和該封裝層上。

10‧‧‧方法

100‧‧‧發光二極體結構

110‧‧‧電路基板

110a‧‧‧頂表面

110b‧‧‧底表面

112‧‧‧導電墊

112a‧‧‧頂表面

114‧‧‧保護層

120‧‧‧吸光層

120a‧‧‧頂表面

120b‧‧‧側壁的一部分

120c‧‧‧第一部份

120d‧‧‧第二部分

120e‧‧‧側壁

130‧‧‧黏著層

140‧‧‧反射層

140c‧‧‧截面

150‧‧‧發光元件

150a‧‧‧頂表面

160‧‧‧螢光粉

170‧‧‧封裝層

170a‧‧‧頂表面

180‧‧‧偏光片

210‧‧‧承載板

h1‧‧‧第一高度

h2‧‧‧第二高度

D1‧‧‧距離

D2‧‧‧間隙/電路基板頂表面的一部分

L‧‧‧發光區

P‧‧‧外圍區

S01~S06‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示本發明一實施方式之發光二極體結構的製造方法的流程圖。

第2~9圖及第11~12圖繪示本發明之多個實施方式之製造方法中各製程階段的剖面示意圖。

第10A~10B圖繪示本發明之多個實施方式之第9圖的上視示意圖。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。

在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他情況下，為簡化圖式，熟知的結構與裝置僅示意性地繪示於圖中。

本發明之一態樣是提供一種發光二極體結構的製造方法，藉由此製造方法所得到的發光二極體結構可提高對比度並增加光的使用率。第1圖繪示本發明一實施方式之發光二極體結構100的製造方法10的流程圖，第2~9圖及第11~12圖繪示方法10中各製程階段的剖面示意圖。如第1圖所示，方法10包含步驟S01至步驟S06。

在步驟S01中，提供具有頂表面110a的電路基板110，此頂表面110a包含發光區L以及外圍區P，如第2圖所示。在後續步驟中，將會在發光區L中形成發光元件，以及在外圍區P中形成遮光元件。外圍區P係環繞在發光區L 的周圍。電路基板110的頂表面110a包含兩導電墊112位於發光區L。在多個實施方式中，電路基板110的頂表面110a更包含一保護層114位於外圍區P。在一實施方式中，電路基板110可例如為玻璃或性質類似玻璃的其他材料所製成。在另一實施方式中，電路基板110可例如為環氧樹脂(Epoxy)、聚醯亞胺(polyimide，PI)、聚苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)和/或雙順丁烯二酸醯亞胺/三氮阱(Bismaleimide triazine，簡稱BT)等的有機聚合材料所製成。在一些實施方式中，導電墊112的材質可為金屬，例如銅、鋁、鎳、錫、鉻、或上述金屬的組合或合金。在一些實施方式中，保護層114可例如為防焊(Solder Mask)層。

如第3圖所示，電路基板110具有與頂表面110a相對的底表面110b。在另一實施方式中，可選擇性地在電路基板110之底表面110b上形成一承載板210。承載板210可以有效避免後續形成的發光二極體結構100產生翹曲(Warpage)現象。在一實施方式中，承載板210的材質可以是玻璃或陶瓷等無機材料、金屬基板及高剛性有機高分子材料。

在步驟S02中，形成吸光層120覆蓋電路基板110，如第4圖所示。更具體的說，吸光層120全面覆蓋電路基板110的頂表面110a。在一實施方式中，吸光層120可為黑色矩陣(black matrix，簡稱BM)，舉例來說，可以為金屬鉻(Cr)黑色矩陣、樹脂型黑色矩陣、無電解電鍍鎳(Ni)黑色矩陣或石墨(Graphite)黑色矩陣。在本發明之某些實施 方式中，吸光層120可以利用真空蒸鍍(vacuum evaporation)法、塗覆法或印刷法等方式覆蓋在電路基板110上。

在步驟S03中，圖案化吸光層120，如第5圖所示，以暴露出位於發光區L的頂表面110a。具體的說，圖案化後的吸光層120係直接形成在位於外圍區P的保護層114上。吸光層120可避免鄰近的發光元件150混色，進而提高色彩的對比度。在一實施方式中，圖案化後的吸光層120的底表面寬度小於保護層114的頂表面寬度。在另一實施方式中，圖案化後的吸光層120的底表面寬度等於保護層114的頂表面寬度。根據本發明某些實施方式，可使用微影製程執行步驟S03。在一些實施方式中，圖案化後的吸光層120具有第一高度h1。

請參閱第6圖，在圖案化吸光層120的步驟之後，可選擇性地形成黏著層130覆蓋電路基板110。更具體的說，黏著層130係保型地(conformally)沉積覆蓋電路基板110以及圖案化後的吸光層120，以利後續形成的反射層與電路基板(和吸光層)之間的接合。在本發明之某些實施方式中，黏著層130的材料可包含絕緣膠、導電膠和/或金屬。舉例來說，黏著層130的材料可為絕緣膠，例如環氧樹脂或矽膠；黏著層130的材料可為導電膠，例如混合銀粉之環氧樹脂；黏著層130的材料可為金屬，例如銅、鋁、錫和/或鋅，但不以此為限。

在步驟S04中，形成反射層140覆蓋電路基板 110以及吸光層120，如第7圖所示。更具體的說，反射層140係保型地(conformally)覆蓋電路基板110以及吸光層120。在本發明之某些實施方式中，反射層140可以利用化學鍍、電鍍、PVD等方式覆蓋電路基板110以及吸光層120。在一些實施方式中，反射層140的材料包括鋁、鉻、鉬、銀、釹、銅、鈦、或其他上述金屬的合金。在包含黏著層130的實施方式中，反射層140係形成於黏著層130上。

在步驟S05中，圖案化反射層140，如第8A~8B圖所示，以暴露出吸光層120之一頂表面120a、吸光層120之一側壁的一部分120b以及兩導電墊112之間之頂表面110a的一部分(間隙D2)。值得注意的是，兩導電墊112之間的頂表面110a暴露的部分使得兩導電墊之間具有一間隙D2，且此間隙D2至少大於兩導電墊112間距離D1的1/3倍，以避免電路間的短路問題。舉例來說，可以如第8A圖及第8B圖所繪示之兩導電墊之間的間隙D2大小不同。在本發明之某些實施方式中，可使用微影蝕刻製程執行步驟S05。在一些實施方式中，在步驟S05中還包含同時暴露出兩導電墊112之一頂表面112a。

在一些實施方式中，在圖案化反射層140的步驟之後，吸光層120之側壁暴露的該部分120b具有一第二高度h2。值得注意的是，第二高度h2與第一高度h1的比值(h2/h1)為約0.2至約0.5。根據多個實施例，當第二高度h2與第一高度h1的比值(h2/h1)大於某一數值，例如0.5，會吸收過多發光元件發出來的光，而降低發光元件的光使用率。 反之，當第二高度h2與第一高度h1的比值(h2/h1)小於某一數值，例如0.2，則會使得發光二極體結構100的對比度不足。因此，第二高度h2與第一高度h1的比值(h2/h1)可例如為0.25、0.3、0.35、0.4或0.45。

在步驟S06中，設置發光元件150於發光區L中，如第9圖所示，且發光元件150電性連接兩導電墊112。更精確地說，發光元件150為覆晶式發光二極體(Flip-Chip LED)，直接電性接合導電墊112。相較於習知的發光二極體，覆晶式發光二極體省去了打線的步驟，也省去了線材所需的體積，進而可以封裝出尺寸更小的發光二極體。在一實施例中，發光元件150為橫向(lateral)半導體發光二極體。在一些實施方式中，發光元件150的頂表面150a可以實質上齊平或低於反射層140在吸光層120側壁上的截面140c。在本發明之多個實施方式中，發光元件150可以為紅光二極體、綠光二極體或藍光二極體，但不限於此。

第10A~10B圖繪示本發明之多個實施方式之第9圖的上視示意圖。根據本發明多個實施方式，圖案化後的吸光層120係環繞發光元件150，且反射層140形成在發光元件150與圖案化後的吸光層120之間。更具體的說，吸光層120的上視圖案可以為矩形或環形。在包含黏著層130的實施方式中，黏著層130係夾置在反射層140與吸光層120之間。

請參閱第11圖，在一些實施方式中，在設置發光元件150的步驟之後，可以選擇性地進一步填充螢光粉 160於發光元件150的周圍和下方。螢光粉160具有波長轉換的功能。在本發明之一實施例中，若發光元件150為藍光二極體，則可填充黃色螢光粉，進而放射出白光。舉例來說，黃色螢光粉可為鋁酸鹽類螢光粉。在本發明之另一實施例中，可利用數個發光元件150，如藍光、綠光及紅光二極體定義子畫素(subpixel)，以特殊排列圖案形成一畫素(Pixel)，進而放射出白光。

請繼續參閱第11圖，在一些實施方式中，在填充螢光粉160的步驟之後，更包含形成封裝層170於發光元件150和螢光粉160上並位於吸光層120之間。值得注意的是，封裝層170之頂表面170a與吸光層120之頂表面120a實質上齊平。在一些實施方式中，封裝層170具有高耐硫化性、高折射率、高透明性以及較低吸濕性。根據本發明多個實施方式，封裝層170的材料可以包含選自聚甲基丙烯酸甲脂(polymethyl methacrylate,PMMA)、乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)、聚乙烯(polypropylene,PP)、尼龍(polyamide,PA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚亞醯胺(polyimide,PI)、聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)、環氧樹脂(epoxy)以及矽膠(silicone)等中的一種或是多種組合。

請參閱第12圖，在一些實施方式中，在形成封裝層170的步驟之後，更包含形成偏光片180於吸光層120和封裝層170上。在目前高外界光亮度的環境中，外界光可 能會進入發光二極體結構100，並且被具有高反射率的反射層140反射，從而降低發光二極體結構100的視覺對比度和出光品質。因此，偏光片180的設置可阻擋外界光，以避免外界光對發光元件150所產生的光產生干擾。

本發明的一另態樣是提供一種發光二極體結構。第12圖繪示本發明一實施方式之發光二極體結構100的剖面示意圖。發光二極體結構100包含電路基板110、發光元件150、吸光層120以及反射層140。

電路基板110具有一頂表面110a。頂表面110a包含發光區L以及外圍區P，且外圍區P環繞發光區L。發光元件150設置在位於發光區L的頂表面110a上。在一實施方式中，電路基板110的頂表面110a包含兩導電墊112位於發光區L。發光元件150設置於兩導電墊112上，其中兩導電墊112之間間隔第一間隙D2。在一實施方式中，反射層140於兩導電墊112之間具有距離D1，且此距離D1至少大於第一間隙D2的1/3倍。

吸光層120設置在位於外圍區P的頂表面110a上並環繞發光元件150，且吸光層120具有第一部份120c及位於第一部份120c上之第二部分120d。在一實施方式中，電路基板110的頂表面110a包含保護層114位於外圍區P且吸光層120設置於保護層114上。在又一實施方式中，發光二極體結構100更包含封裝層170配置在發光元件150上，且封裝層170的頂表面170a與吸光層120的頂表面120a實質上齊平。在另一實施方式中，發光二極體結構100更包含偏 光片180配置在封裝層170及吸光層120上，其中偏光片180直接接觸吸光層120之第二部分120d的頂表面120a。在又另一實施方式中，吸光層120具有第一高度h1且吸光層120之第二部份120d具有第二高度h2，第二高度h2與第一高度h1的比值(h2/h1)為約0.2至約0.5。

反射層140覆蓋電路基板110的頂表面110a並延伸至吸光層120之第一部份120c的側壁120e，其中第二部分120d暴露於反射層140之外。在又一實施方式中，發光二極體結構100更包含黏著層130夾設於電路基板110之頂表面110a與反射層140之間以及吸光層120之第一部份120c與反射層140之間。

除此之外，本發明的發光二極體結構100可繼續與其他的部件組合，例如薄膜電晶體、液晶、透明電極、彩色濾光片及/或保護玻璃等。因此，本發明之發光二極體結構100可較佳地應用於液晶顯示器(LCD)、矽基液晶(LCoS)、數字光處理器(DLP)、有機發光顯示器(OLED)、頭戴顯示器(HMD)、抬頭顯示器(HUD)、電子取景器(EVF)、熱成像眼鏡及可穿戴設備等微顯示器。

本發明的又一態樣是提供一種微顯示器的畫素結構。此微顯示器的畫素結構包含至少一如前述之發光二極體結構100。具體的說，微顯示器的畫素結構包含分別放射紅光、綠光及藍光的發光二極體結構100陣列。有關發光二極體結構100的詳細內容與前述類似，故不再此贅述。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (17)

1. 一種發光二極體結構，包含：一電路基板，具有一頂表面，該頂表面包含一發光區以及一外圍區，該外圍區環繞該發光區；一發光元件，設置在位於該發光區的該頂表面上；一吸光層，設置在位於該外圍區的該頂表面上並環繞該發光元件，且該吸光層具有一第一部份及位於該第一部份上之一第二部分；以及一反射層，覆蓋該電路基板之該頂表面並延伸至該吸光層之該第一部份之一側壁，其中該第二部分暴露於該反射層之外。
2. 如申請專利範圍第1項的發光二極體結構，其中該電路基板之該頂表面包含兩導電墊位於該發光區，且該發光元件設置於該兩導電墊上，其中該兩導電墊之間間隔一距離。
3. 如申請專利範圍第2項的發光二極體結構，其中該反射層於該兩導電墊之間具有一間隙，且該間隙至少大於該距離的1/3倍。
4. 如申請專利範圍第1項的發光二極體結構，其中該電路基板之該頂表面包含一保護層位於該外圍區且該吸光層設置於該保護層上。
5. 如申請專利範圍第1項的發光二極體結構，更包含一封裝層配置在該發光元件上，且該封裝層之一頂表面與該吸光層之一頂表面實質上齊平。
6. 如申請專利範圍第5項的發光二極體結構，更包含一偏光片配置在該封裝層及該吸光層上，其中該偏光片直接接觸該吸光層之該第二部分的一頂表面。
7. 如申請專利範圍第1項的發光二極體結構，其中該吸光層具有一第一高度(h1)且該吸光層之該第二部份具有一第二高度(h2)，該第二高度(h2)與該第一高度(h1)的比值(h2/h1)為約0.2至約0.5。
8. 如申請專利範圍第1項的發光二極體結構，更包含一黏著層夾設於該電路基板之該頂表面與該反射層之間以及該吸光層之該第一部份與該反射層之間。
9. 一種發光二極體結構的製造方法，包含：提供一電路基板，該電路基板具有一頂表面，該頂表面包含一發光區以及環繞該發光區之一外圍區，其中該電路基板之該頂表面包含兩導電墊位於該發光區；形成一吸光層覆蓋該電路基板；圖案化該吸光層，以暴露出位於該發光區的該頂表面；形成一反射層覆蓋該電路基板以及該吸光層；圖案化該反射層，以暴露出該吸光層之一頂表面、該吸光層之一側壁的一部分以及該兩導電墊之間之該頂表面的一部分；以及設置一發光元件於該發光區中並電性連接該兩導電墊。
10. 如申請專利範圍第9項的製造方法，其中在圖案化該吸光層的步驟之後，但在形成該反射層的步驟前，更包含形成一黏著層覆蓋該電路基板。
11. 如申請專利範圍第9項的製造方法，其中在圖案化該吸光層的步驟之後，該吸光層具有一第一高度(h1)；其中在圖案化該反射層的步驟之後，該吸光層之該側壁暴露的該部分具有一第二高度(h2)；其中該第二高度(h2)與該第一高度(h1)的比值(h2/h1)為約0.2至約0.5。
12. 如申請專利範圍第9項的製造方法，其中在圖案化該反射層的步驟中更包含暴露出該兩導電墊之一頂表面。
13. 如申請專利範圍第9項的製造方法，其中在圖案化該反射層的步驟中，該兩導電墊之間之該頂表面暴露的該部分使得該兩導電墊之間具有一間隙，且該間隙至少大於該兩導電墊間之一距離的1/3倍。
14. 如申請專利範圍第9項的製造方法，其中在設置該發光元件的步驟之後，更包含填充一螢光粉於該發光元件的周圍和下方。
15. 如申請專利範圍第14項的製造方法，其中在填充該螢光粉的步驟之後，更包含形成一封裝層於該發光元件和該螢光粉上並位於該吸光層之間，其中該封裝層之一頂表面與該吸光層之該頂表面實質上齊平。
16. 如申請專利範圍第15項的製造方法，其中在形成該封裝層的步驟之後，更包含形成一偏光片於該吸光層和該封裝層上。
17. 一種微顯示器的畫素結構，包含：如申請專利範圍第1~7項中任一項所述之發光二極體結構。