TWI833576B - 發光元件、包含其之發光裝置及發光裝置之製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種發光元件,包括:發光圖案、第一半導體圖案、第二半導體圖案、第一電極以及第二電極。第一半導體圖案位於發光圖案的一側,且具有背離發光圖案的弧形表面。第二半導體圖案位於發光圖案的背離第一半導體圖案的一側。第一電極位於第二半導體圖案的背離發光圖案的一側。第二電極延伸於第一半導體圖案的弧形表面上,且具有弧形輪廓。此外,還提出一種包含發光元件的發光裝置及發光裝置的製造方法。
Description
本發明是有關於一種發光元件、包含其之發光裝置及發光裝置之製造方法。
微型發光二極體(micro-LED)因其具低功耗、高亮度、高解析度及高色彩飽和度等特性,因而適用於構建微型發光二極體發光裝置,例如微型發光二極體顯示裝置。一般而言,微型發光二極體依其兩電極在發光疊層的同一側或不同側可區分為水平式(Lateral)及垂直式(Vertical)微型發光二極體,其中水平式微型發光二極體因兩電極在發光疊層的同一側進行電連接,而難以應用於需要高畫素密度(pixels per inch, PPI)的領域,例如擴增實境(Augmented Reality,AR)或虛擬實境(Virtual Reality,VR)。垂直式微型發光二極體因其散熱較佳且尺寸較小,有望成為高PPI應用領域的主流結構。然而,現有的垂直式微型發光二極體的光取出效率仍然不足而有待改善。
本發明提供一種發光元件,具有提高的光取出效率。
本發明提供一種發光裝置,具有提高的光取出效率。
本發明提供一種發光裝置的製造方法,能夠提高發光裝置的光取出效率。
本發明的一個實施例提出一種發光元件,包括:發光圖案、第一半導體圖案、第二半導體圖案、第一電極以及第二電極。第一半導體圖案位於發光圖案的一側,且具有背離發光圖案的弧形表面。第二半導體圖案位於發光圖案的背離第一半導體圖案的一側。第一電極位於第二半導體圖案的背離發光圖案的一側。第二電極延伸於第一半導體圖案的弧形表面上,且具有弧形輪廓。
在本發明的一實施例中,上述的弧形表面僅有一個相對高點或一個相對低點。
在本發明的一實施例中,上述的弧形表面的一個相對高點或一個相對低點重疊第一電極。
在本發明的一實施例中,上述的弧形表面的一個相對高點或一個相對低點至發光元件的中心軸的最小距離為發光元件的寬度的0%至10%。
在本發明的一實施例中,上述的發光元件的寬度為0.15 μm至7 μm。
在本發明的一實施例中,上述的弧形表面的相對高點與相對低點的水平面高度差為0.3 μm至2 μm。
本發明的一個實施例提出一種發光裝置,包括:電路基板;多個上述的發光元件,設置於電路基板之上;以及透明導電層,延伸於多個發光元件的第二電極的弧形輪廓上。
在本發明的一實施例中,上述的多個發光元件的第一電極電連接電路基板。
在本發明的一實施例中,上述的多個發光元件的弧形表面皆僅有一個相對高點或一個相對低點。
在本發明的一實施例中,上述的發光裝置還包括反射層,延伸於第一半導體圖案、發光圖案及第二半導體圖案的側壁。
在本發明的一實施例中,上述的反射層包括金屬或布拉格反射層。
在本發明的一實施例中,上述的發光裝置還包括絕緣層,位於第一半導體圖案、發光圖案及第二半導體圖案與反射層之間。
本發明的一個實施例提出一種發光裝置的製造方法,包括:形成多個半導體疊層於生長基板的具有連續的多個弧形凸起的表面上,其中各半導體疊層包括第一半導體圖案、發光圖案及第二半導體圖案,且發光圖案位於第一半導體圖案與第二半導體圖案之間,第一半導體圖案位於發光圖案與生長基板之間;形成多個第一電極,且多個第一電極分別位於多個半導體疊層上;提供表面設置有多個接墊的電路基板,且將多個第一電極分別與多個接墊電連接;移除生長基板,且於各第一半導體圖案的背離發光圖案的一側形成對應生長基板的弧形凸起的弧形表面;以及形成多個第二電極,且各第二電極延伸於各第一半導體圖案的弧形表面上,而具有弧形輪廓。
在本發明的一實施例中,上述的多個半導體疊層分別重疊生長基板的多個弧形凸起的相對高點或相對低點。
在本發明的一實施例中,上述的弧形凸起的相對高點或相對低點至半導體疊層的中心軸的最小距離為半導體疊層的寬度的0%至10%。
在本發明的一實施例中,上述的製造方法還包括在「形成多個第一電極」之前形成具有多個第一開口的絕緣層於多個半導體疊層及生長基板上,且多個第一開口分別重疊多個半導體疊層,而露出多個半導體疊層的第二半導體圖案。
在本發明的一實施例中,上述的製造方法還包括在「將多個第一電極分別與多個接墊電連接」之前形成反射層於多個半導體疊層的側壁。
在本發明的一實施例中,上述的製造方法還包括在「形成多個第二電極」之前或之後形成平坦層於電路基板上及多個半導體疊層之間。
在本發明的一實施例中,上述的製造方法還包括在「形成平坦層」之後形成透明導電層於多個第二電極及平坦層上。
在本發明的一實施例中,上述的半導體疊層的寬度為弧形凸起的寬度的0.2倍至1.73倍。
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。
在附圖中,為了清楚起見,放大了層、膜、面板、區域等的厚度。在整個說明書中,相同的附圖標記表示相同的元件。應當理解,當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時,其可以直接在另一元件上或與另一元件連接,或者中間元件可以也存在。相反地,當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時,不存在中間元件。如本文所使用的,「連接」可以指物理及/或電性連接。再者,「電性連接」或「耦接」可為二元件間存在其它元件。
應當理解,儘管術語「第一」、「第二」、「第三」等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域、層及/或部分,但是這些元件、部件、區域、層及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、層或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分區分開。因此,下面討論的第一「元件」、「部件」、「區域」、「層」或「部分」可以被稱為第二元件、部件、區域、層或部分而不脫離本文的教導。
這裡使用的術語僅僅是為了描述特定實施例的目的,而不是限制性的。如本文所使用的,除非內容清楚地指示,否則單數形式「一」、「一個」和「該」旨在包括複數形式,包括「至少一個」或表示「及/或」。如本文所使用的,術語「及/或」包括一個或多個相關所列項目的任何和所有組合。還應當理解,當在本說明書中使用時,術語「包含」及/或「包括」指定所述特徵、區域、整體、步驟、操作、元件及/或部件的存在,但不排除一個或多個其它特徵、區域、整體、步驟、操作、元件、部件及/或其組合的存在或添加。
此外,諸如「下」或「底部」和「上」或「頂部」的相對術語可在本文中用於描述一個元件與另一元件的關係,如圖所示。應當理解,相對術語旨在包括除了圖中所示的方位之外的裝置的不同方位。例如,如果一個附圖中的裝置翻轉,則被描述為在其他元件的「下」側的元件將被定向在其他元件的「上」側。因此,示例性術語「下」可以包括「下」和「上」的取向,取決於附圖的特定取向。類似地,如果一個附圖中的裝置翻轉,則被描述為在其它元件「下」或「下方」的元件將被定向為在其它元件「上方」。因此,示例性術語「下」或「下方」可以包括上方和下方的取向。
考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量(即,測量系統的限制),本文使用的「約」、「近似」、或「實質上」包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值。例如,「約」可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內,或±30%、±20%、±10%、±5%內。再者,本文使用的「約」、「近似」、或「實質上」可依光學性質、蝕刻性質或其它性質,來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差,而可不用一個標準偏差適用全部性質。
除非另有定義,本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是,諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義,並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義,除非本文中明確地這樣定義。
本文參考作為理想化實施例的示意圖的截面圖來描述示例性實施例。因此,可以預期到作為例如製造技術及/或公差的結果的圖示的形狀變化。因此,本文所述的實施例不應被解釋為限於如本文所示的區域的特定形狀,而是包括例如由製造導致的形狀偏差。例如,示出或描述為平坦的區域通常可以具有粗糙及/或非線性特徵。此外,所示的銳角可以是圓的。因此,圖中所示的區域本質上是示意性的,並且它們的形狀不是旨在示出區域的精確形狀,並且不是旨在限制權利要求的範圍。
圖1A至圖1L是依照本發明一實施例的發光裝置10的製造方法的步驟流程的局部剖面示意圖及局部上視示意圖。以下,配合圖1A至圖1L說明發光裝置10的製造方法。
首先,請參照圖1A,可以提供具有表面Fa的生長基板GS,且表面Fa可以形成有多個弧形凸起PT。可以使用蝕刻製程來形成表面Fa的多個弧形凸起PT,蝕刻製程例如乾蝕刻(Dry Etching)或濕蝕刻(Wet Etching)製程。舉例而言,生長基板GS可以是藍寶石(Sapphire)基板、砷化鎵(GaAs)基板、磷化鎵(GaP)基板、磷化銦(InP)基板、碳化矽(SiC)基板、氮化鎵(GaN)基板或其他適用於磊晶製程的基板,但本發明不以此為限。在一些實施例中,生長基板GS是圖形化藍寶石基板(Patterned Sapphire Substrate,PSS)。在一些實施例中,生長基板GS具有六方晶系結構,使得多個弧形凸起PT之間的中心點位於六方堆積之內心位置。在一些實施例中,弧形凸起PT具有近似弧形或圓弧形的剖面形狀。在一些實施例中,多個弧形凸起PT均勻地分布於表面Fa,且多個弧形凸起PT之間的間距實質上相同。在一些實施例中,多個弧形凸起PT可以連續地分布於表面Fa,且多個弧形凸起PT之間的最小間距皆為零。在一些實施例中,各弧形凸起PT的寬度W1約為0.6 μm至4 μm。
接著,在一些實施例中,可以視需要形成緩衝層BF於生長基板GS的表面Fa上,緩衝層BF能夠有助於後續磊晶生長的半導體層釋放應力,且減少磊晶錯位及缺陷,藉以調整半導體層的材料性質,例如晶格常數、載子傳輸效率等。舉例而言,緩衝層BF可以由半導體材料(例如氮化鎵)製作而成。
接著,形成多層半導體層於生長基板GS及緩衝層BF(若有的話)上。舉例而言,可以先形成第一半導體層SL1於生長基板GS及緩衝層BF(若有的話)上;接著,形成發光層EL於第一半導體層上SL1;接著,形成第二半導體層SL2於發光層EL上。第一半導體層SL1以及第二半導體層SL2可以包括Ⅱ-Ⅵ族材料(例如:鋅化硒(ZnSe))或Ⅲ-Ⅴ族材料(例如:氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、氮化銦鎵(InGaN)、磷化銦鎵(InGaP)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁銦鎵(AlInGaN)或磷化鋁銦鎵(AlInGaP))。在一些實施例中,第一半導體層SL1是N型摻雜半導體層,N型摻雜半導體層的材料例如是N型氮化鎵(GaN)。在一些實施例中,第二半導體層SL2包括P型摻雜半導體材料,P型摻雜半導體材料例如是P型氮化鎵(GaN),但本發明不以此為限。在一些實施例中,發光層EL的結構是多層量子井結構(Multiple Quantum Well,MQW)。舉例而言,多重量子井結構包括交替堆疊的多層磷化銦鎵(InGaP)以及多層磷化鎵(GaP),藉由設計發光層EL中銦或鎵的比例,可以調整發光層EL的發光波長範圍,但本發明不以此為限。
接著,請參照圖1B(a)(剖面示意圖)及圖1B(b)(上視示意圖),可以利用光阻圖案PR1且使用各層所需的蝕刻劑將第一半導體層SL1、發光層EL以及第二半導體層SL2圖案化,以分別形成多個第一半導體圖案SP1、多個發光圖案EP以及多個第二半導體圖案SP2,之後再將光阻圖案PR1移除,其中,重疊的第一半導體圖案SP1、發光圖案EP以及第二半導體圖案SP2可以構成半導體疊層SS。發光圖案EP可以夾置於第一半導體圖案SP1與第二半導體圖案SP2之間,第一半導體圖案SP1可以位於發光圖案EP與生長基板GS之間,且第一半導體圖案SP1、發光圖案EP以及第二半導體圖案SP2具有相近的寬度。在一些實施例中,半導體疊層SS中的第一半導體圖案SP1的寬度可以大於發光圖案EP的寬度,且發光圖案EP的寬度可以大於第二半導體圖案SP2的寬度。
在一些實施例中,生長基板GS的表面Fa與各半導體疊層SS重疊的區段具有實質上相同的剖面輪廓。在一些實施例中,各半導體疊層SS重疊弧形凸起PT的相對高點DH。在一些實施例中,各半導體疊層SS僅重疊一個弧形凸起PT的相對高點DH。在一些實施例中,弧形凸起PT的相對高點DH至各半導體疊層SS的中心軸CA的最小距離為半導體疊層SS的寬度W2的0%至10%。在一些實施例中,各半導體疊層SS的幾何中心重疊弧形凸起PT的相對高點DH。在一些實施例中,半導體疊層SS的寬度W2大於、等於或小於弧形凸起PT的寬度W1。在一些實施例中,半導體疊層SS的寬度W2為弧形凸起PT的寬度W1的0.2至1.73倍。在一些實施例中,半導體疊層SS的寬度W2約等於弧形凸起PT的寬度W1。
接著,請參照圖1C,可以使用化學氣相沉積(CVD)製程於多個半導體疊層SS及生長基板GS上形成絕緣層IL,且絕緣層IL可以包覆各個半導體疊層SS的側壁Fb。接著,可以使用微影製程及蝕刻製程於絕緣層IL中形成多個開口O1,且多個開口O1分別重疊多個半導體疊層SS,使得多個開口O1可以分別露出多個第二半導體圖案SP2。絕緣層IL可以包括透明絕緣材料,例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或上述材料的疊層,但本發明不限於此。
接著,請參照圖1D,可以使用物理氣相沉積(PVD)製程(例如真空濺鍍(Sputtering)製程)、微影製程及蝕刻製程於各開口O1中形成第一電極E1。在一些實施例中,第一電極E1的材質可以包括導電性良好的金屬,例如鋁(Al)、鈦(Ti)、金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鉻(Cr)等金屬、上述金屬之合金、或上述金屬及/或合金之組合或疊層。
接著,請參照圖1E,在一些實施例中,可以形成光阻圖案PR2於絕緣層IL上,且光阻圖案PR2可以位於半導體疊層SS之間。接著,請參照圖1F,可以形成反射層ML於光阻圖案PR2、絕緣層IL及第一電極E1上,使得光阻圖案PR2位於反射層ML與絕緣層IL之間,且絕緣層IL位於反射層ML與半導體疊層SS的側壁Fb之間。在一些實施例中,反射層ML的材質包括高反射率導電材料,例如鋁、銀、鈦或鉻等高反射率金屬。在一些實施例中,反射層ML可以電連接第一電極E1。
接著,請參照圖1F至圖1G,可以使用顯影劑移除光阻圖案PR2及鄰接光阻圖案PR2的部分反射層ML。接著,可以提供表面設置有多個接墊PD的電路基板CS,且將多個第一電極E1分別與多個接墊PD電連接。接墊PD可以包括導電性良好的材料,例如金屬、合金、導電氧化物或其組合。在一些實施例中,可以使用例如銦(In)、錫(Sn)、銅(Cu)等連接件CP來將第一電極E1與接墊PD電連接。在一些實施例中,還可以進行熱處理,以於第一電極E1或反射層ML與連接件CP之間形成共晶層EU。
接著,請參照圖1G至圖1H,可以採用例如熱處理或雷射剝離(Laser Lift Off)製程來移除生長基板GS,而露出緩衝層BF的表面Fc,且表面Fc具有多個弧形凹陷RS。在一些實施例中,表面Fc的多個弧形凹陷RS分別對應生長基板GS的表面Fa的多個弧形凸起PT。在一些實施例中,多個弧形凹陷RS與多個弧形凸起PT的形狀互補。
接著,請參照圖1H至圖1I,可以使用蝕刻製程來移除緩衝層BF及部分的第一半導體圖案SP1,由於緩衝層BF的表面Fc具有多個弧形凹陷RS,在蝕刻製程之後,可於第一半導體圖案SP1的背離發光圖案EP的一側形成對應弧形凹陷RS的弧形表面Fd。在一些實施例中,第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd的相對低點比其相對高點更靠近半導體疊層SS的幾何中心。
接著,請參照圖1J,可以分別形成多個第二電極E2於多個第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd上,且各第二電極E2皆沿著第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd延伸,而具有弧形輪廓。如此一來,第二電極E2的弧形輪廓可以對應於生長基板GS的表面Fa的弧形凸起PT。在一些實施例中,第二電極E2的弧形輪廓與弧形凸起PT的形狀互補。在一些實施例中,第二電極E2的弧形輪廓的相對低點比其相對高點更接近半導體疊層SS的中心軸CA。
在一些實施例中,在形成多個第二電極E2之前或之後,可以將絕緣層IL圖案化,使得半導體疊層SS之間的絕緣層IL斷開,以便於後續形成平坦層PL。在一些實施例中,圖案化之後的絕緣層IL至少覆蓋半導體疊層SS的側壁Fb。在一些實施例中,還可以形成平坦層PL於電路基板CS上及多個半導體疊層SS之間,且平坦層PL不覆蓋第二電極E2。在一些實施例中,平坦層PL至少覆蓋反射層ML。在一些實施例中,平坦層PL包括透明膠材。
接著,請參照圖1K,在一些實施例中,在形成平坦層PL之後還可以形成透明導電層TC於多個第二電極E2及平坦層PL上,透明導電層TC可以電連接多個第二電極E2,且平坦層PL可以避免透明導電層TC與反射層ML之間形成電連接。透明導電層TC可以包括透明導電材料,例如銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鎵鋅氧化物或奈米銀等等,但本發明不以此為限。
接著,請參照圖1L,在一些實施例中,在形成透明導電層TC之後還可以形成封裝層PG於透明導電層TC上,而形成如圖1L所示的發光裝置10。
圖1L是依照本發明一實施例的發光裝置10的剖面示意圖。發光裝置10包括:電路基板CS、多個發光元件100以及透明導電層TC,多個發光元件100設置於電路基板CS上,且透明導電層TC延伸於多個發光元件100上。
在一些實施例中,發光元件100包括第一電極E1、第二電極E2以及半導體疊層SS。在一些實施例中,發光裝置10還包括多個接墊PD,多個接墊PD分別位於多個發光元件100的第一電極E1與電路基板CS之間,且發光元件100的第一電極E1可以透過接墊PD電連接電路基板CS。
在一些實施例中,發光裝置10還包括多個連接件CP,多個連接件CP分別位於多個接墊PD與多個第一電極E1之間,使得第一電極E1可以透過連接件CP電連接至接墊PD。在一些實施例中,連接件CP還包括共晶層EU,且共晶層EU位於第一電極E1與連接件CP之間。
在一些實施例中,發光元件100的半導體疊層SS包括發光圖案EP、第一半導體圖案SP1以及第二半導體圖案SP2,其中第二半導體圖案SP2位於發光圖案EP的背離第一半導體圖案SP1的一側,第二半導體圖案SP2位於發光圖案EP與第一電極E1之間,第一電極E1位於第二半導體圖案SP2的背離發光圖案EP的一側,且第一半導體圖案SP1位於發光圖案EP與第二電極E2之間。第一半導體圖案SP1的背離發光圖案EP的一側具有弧形表面Fd。換句話說,第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd可以位於第一半導體圖案SP1與第二電極E2之間。第二電極E2可以延伸於第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd上,使得第二電極E2具有弧形輪廓。
在一些實施例中,每一發光元件100的第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd僅具有一個相對低點L。在一些實施例中,弧形表面Fd的相對低點L至半導體疊層SS的中心軸CA的最小距離為半導體疊層SS的寬度W2的0%至10%。在一些實施例中,半導體疊層SS的寬度W2為0.15 μm至7 μm。在一些實施例中,第一半導體圖案SP1的寬度W4為0.15 μm至7 μm。在一些實施例中,弧形表面Fd的相對高點H與相對低點L的水平面高度差Hd為0.3 μm至2 μm。在一些實施例中,發光元件100的第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd的相對低點L重疊第一電極E1。在一些實施例中,發光元件100的第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd的相對低點L重疊發光元件100的幾何中心。
在一些實施例中,發光裝置10還包括絕緣層IL,絕緣層IL至少覆蓋半導體疊層SS的側壁Fb,以免半導體疊層SS與其他膜層之間產生不必要的電性連接。在一些實施例中,絕緣層IL覆蓋第一電極E1、第二電極E2、第一半導體圖案SP1、發光圖案EP及第二半導體圖案SP2的側壁。
在一些實施例中,發光裝置10還包括反射層ML,反射層ML至少延伸於半導體疊層SS的側壁Fb上,以減少發光元件100的側向漏光。在一些實施例中,絕緣層IL位於半導體疊層SS的側壁Fb與反射層ML之間,以避免半導體疊層SS與反射層ML之間產生電性連接。在一些實施例中,反射層ML為高反射率金屬層,例如銀層或鉻層。
在一些實施例中,透明導電層TC可以沿著發光元件100的第二電極E2的弧形輪廓延伸,使得透明導電層TC也具有對應第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd的弧形起伏。在一些實施例中,透明導電層TC為發光裝置10的面電極。在一些實施例中,透明導電層TC包括彼此電性分離的多個透明導電塊,且多個透明導電塊分別電連接多個發光元件100的第二電極E2。
在一些實施例中,發光裝置10還包括平坦層PL,平坦層PL位於多個半導體疊層SS之間,且透明導電層TC可以延伸於平坦層PL上。在一些實施例中,平坦層PL位於透明導電層TC與反射層ML之間,以使透明導電層TC與反射層ML電性分離。在一些實施例中,發光裝置10還包括封裝層PG,且封裝層PG可以位於透明導電層TC上。
以下,使用圖2A至圖5繼續說明本發明的其他實施例,並且,沿用圖1A至圖1L的實施例的元件標號與相關內容,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,可參考圖1A至圖1L的實施例,在以下的說明中不再重述。
圖2A至圖2K是依照本發明一實施例的發光裝置20的製造方法的步驟流程的局部剖面示意圖及局部上視示意圖。首先,請參照圖2A至圖2D。在本實施例的發光裝置20的製造方法的步驟流程中,與如圖1A至圖1D的步驟流程相比,圖2A至圖2D所示的步驟流程的不同之處主要在於:利用光阻圖案PR1將第一半導體層SL1、發光層EL以及第二半導體層SL2分別圖案化而形成多個第一半導體圖案SP1、多個發光圖案EP以及多個第二半導體圖案SP2之後,各半導體疊層SS重疊生長基板GS的表面Fa的弧形凸起PT的相對低點DL,如圖2B(a)所示。在一些實施例中,各半導體疊層SS僅重疊一個弧形凸起PT的相對低點DL。在一些實施例中,弧形凸起PT的相對低點DL至半導體疊層SS的中心軸CA的最小距離為半導體疊層SS的寬度W2的0%至10%。在一些實施例中,各半導體疊層SS的幾何中心重疊弧形凸起PT的相對低點DL。
接著,請參照圖2E,形成具有多個開口O2的反射層ML於絕緣層IL上,且多個開口O2分別重疊多個半導體疊層SS,使得多個開口O2可以分別露出多個第一電極E1。在一些實施例中,反射層ML可以包括布拉格反射層(Distributed Bragg Reflector,DBR),布拉格反射層可以控制特定波段全穿透或全反射,以避免半導體疊層SS側向漏光。舉例而言,反射層ML可以包括交疊的多個低折射率層及多個高折射率層。在一些實施例中,低折射率層的材質可以包括低折射率光學薄膜材料,例如SiO
2、MgF
2等。在一些實施例中,高折射率層的材質可以包括高折射率光學薄膜材料,例如TiO
2、SiN
x、Ta
2O
5、Zr
2O
3等。在一些實施例中,低折射率層的折射率小於1.7,例如1.5或1.6,且高折射率層的折射率大於1.7,例如1.8或2.1,但本發明不以此為限。
接著,請參照圖2F至圖2H,與如圖1G至圖1I的步驟流程相比,圖2F至圖2H所示的步驟流程的不同之處主要在於:將第一電極E1與接墊PD電連接的連接件CP可以包括異方性導電膠(ACF),且連接件CP可以填入反射層ML的開口O2中,使得連接件CP能夠將第一電極E1電連接至接墊PD。在一些實施例中,第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd的相對高點H比其相對低點L更靠近半導體疊層SS的中心軸CA。
接著,請參照圖2I至圖2K,與如圖1J至圖1L的步驟流程相比,圖2I至圖2K所示的步驟流程的不同之處主要在於:第二電極E2的弧形輪廓的相對高點比其相對低點更靠近半導體疊層SS的中心軸CA。
圖2K是依照本發明一實施例的發光裝置20的剖面示意圖。發光裝置20包括:電路基板CS、多個發光元件200以及透明導電層TC,多個發光元件200設置於電路基板CS上且電連接電路基板CS,且透明導電層TC延伸於多個發光元件200的第二電極E2的弧形輪廓上。
與如圖1L所示的發光裝置10相比,圖2K所示的發光裝置20的不同之處主要在於:發光裝置20的每一發光元件200的第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd僅具有一個相對高點H。在一些實施例中,發光元件200的第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd的相對高點H重疊第一電極E1。在一些實施例中,弧形表面Fd的相對高點H至半導體疊層SS的中心軸CA的最小距離為半導體疊層SS的寬度W2的0%至10%。在一些實施例中,弧形表面Fd的相對高點H與相對低點L的水平面高度差Hd為0.3 μm至2 μm。在一些實施例中,發光元件200的第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd的相對高點H重疊發光元件200的幾何中心。
在一些實施例中,發光裝置20的反射層ML包括布拉格反射層,且反射層ML可以接觸透明導電層TC。在一些實施例中,發光裝置20的連接件CP包括異方性導電膠。
圖3是依照本發明一實施例的發光裝置的製造方法的步驟流程的局部上視示意圖。與如圖1B(b)所示的發光裝置10的製造方法的步驟流程相比,圖3所示的步驟流程的不同之處主要在於:半導體疊層SS的寬度W2大於弧形凸起PT的寬度W1。在一些實施例中,半導體疊層SS的寬度W2約為弧形凸起PT的寬度W1的1.5倍。
圖4是依照本發明一實施例的發光裝置的製造方法的步驟流程的局部上視示意圖。與如圖2B(b)所示的發光裝置20的製造方法的步驟流程相比,圖4所示的步驟流程的不同之處主要在於:半導體疊層SS的寬度W2小於弧形凸起PT的寬度W1。在一些實施例中,半導體疊層SS的寬度W2約為弧形凸起PT的寬度W1的0.5倍。
將如圖1L所示的發光裝置10的第一半導體圖案SP1的背離發光圖案EP的表面改為平坦表面且不包括反射層ML的發光裝置(比較例A)、如圖1L所示的發光裝置10的第一半導體圖案SP1的背離發光圖案EP的表面改為平坦表面的發光裝置(比較例B)、如圖1L所示的發光裝置10不包括反射層ML的發光裝置(實施例A)、如圖1L所示的發光裝置10(實施例B)、如圖2K所示的發光裝置20不包括反射層ML的發光裝置(實施例C)以及如圖2K所示的發光裝置20(實施例D)進行光取出效率(Light Extraction Efficiency,LEE)模擬,且以比較例A的光取出效率為基準進行比較,其相對光取出效率模擬結果如下表一所示。
[表一]
光取出效率(%) | |
比較例A | 100 |
比較例B | 104 |
實施例A | 111 |
實施例B | 127 |
實施例C | 112 |
實施例D | 121 |
將實施例A及實施例C與比較例A進行比較可以看出,當第一半導體圖案SP1具有弧形表面Fd時,確實能夠有效提高光取出效率。另外,將比較例A與比較例B、實施例A與實施例B、以及實施例C與實施例D三組發光裝置個別比較及相互比較可以看出,增設反射層ML也有助於提高光取出效率,而且實施例B相較於實施例A的光取出效率增加幅度及實施例D相較於實施例C的光取出效率增加幅度皆高於比較例B相較於比較例A的光取出效率增加幅度,由此可知,第一半導體圖案SP1具有弧形表面Fd及設置反射層ML對於提高發光裝置的光取出效率具有加成效果(synergistic effect)。
圖5是上述比較例及本發明實施例的發光裝置的發光強度模擬結果,其中曲線51表示比較例A的發光裝置的發光強度模擬結果,曲線52表示比較例B的發光裝置的發光強度模擬結果,曲線53表示實施例A的發光裝置的發光強度模擬結果,曲線54表示實施例B的發光裝置的發光強度模擬結果,曲線55表示實施例C的發光裝置的發光強度模擬結果,曲線56表示實施例D的發光裝置的發光強度模擬結果。從圖5可以看出,相較於比較例A及比較例B,實施例A至實施例D在視角大於15度時的發光強度均有顯著提升。另外,實施例C及實施例D對於視角小於15度時的發光強度增強效果最佳,顯示第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd的相對高點接近半導體疊層SS的中心軸CA的設計有利於窄視角的應用。此外,實施例A及實施例B在視角介於15度至30度時具有相對較高的發光強度,顯示第一半導體圖案SP1的弧形表面Fd的相對低點接近半導體疊層SS的中心軸CA的設計有利於廣視角的應用。
綜上所述,本發明的發光元件藉由第一半導體圖案的弧形表面,能夠有效提高發光元件的光取出效率。另外,本發明的發光裝置藉由第一半導體圖案的弧形表面及設置於半導體疊層的側壁的反射層,對於提高發光裝置的光取出效率能夠產生加成效果。此外,本發明的發光裝置的製造方法藉由於第一半導體圖案形成弧形表面,能夠有效提高發光裝置的光取出效率。
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。
10, 20:發光裝置
51~56:曲線
100, 200:發光元件
BF:緩衝層
CA:中心軸
CP:連接件
CS:電路基板
DH:相對高點
DL:相對低點
E1:第一電極
E2:第二電極
EL:發光層
EP:發光圖案
EU:共晶層
Fa, Fc, Fd:表面
Fb:側壁
GS:生長基板
H:相對高點
Hd:水平面高度差
IL:絕緣層
L:相對低點
ML:反射層
O1, O2:開口
PD:接墊
PG:封裝層
PL:平坦層
PR1, PR2:光阻圖案
PT:弧形凸起
RS:弧形凹陷
SL1:第一半導體層
SL2:第二半導體層
SP1:第一半導體圖案
SP2:第二半導體圖案
SS:半導體疊層
TC:透明導電層
W1, W2, W4:寬度
圖1A至圖1L是依照本發明一實施例的發光裝置10的製造方法的步驟流程的局部剖面示意圖及局部上視示意圖。
圖2A至圖2K是依照本發明一實施例的發光裝置20的製造方法的步驟流程的局部剖面示意圖及局部上視示意圖。
圖3是依照本發明一實施例的發光裝置的製造方法的步驟流程的局部上視示意圖。
圖4是依照本發明一實施例的發光裝置的製造方法的步驟流程的局部上視示意圖。
圖5是比較例及本發明實施例的發光裝置的發光強度模擬結果。
10:發光裝置
100:發光元件
CA:中心軸
CP:連接件
CS:電路基板
E1:第一電極
E2:第二電極
EP:發光圖案
EU:共晶層
Fb:側壁
Fd:表面
H:相對高點
Hd:水平面高度差
IL:絕緣層
L:相對低點
ML:反射層
O1:開口
PD:接墊
PG:封裝層
PL:平坦層
SP1:第一半導體圖案
SP2:第二半導體圖案
SS:半導體疊層
TC:透明導電層
W2,W4:寬度
Claims (19)
- 一種發光元件,包括:發光圖案;第一半導體圖案,位於所述發光圖案的一側,且具有背離所述發光圖案的弧形表面;第二半導體圖案,位於所述發光圖案的背離所述第一半導體圖案的一側;第一電極,位於所述第二半導體圖案的背離所述發光圖案的一側;以及第二電極,延伸於所述第一半導體圖案的所述弧形表面上,且具有弧形輪廓,其中所述弧形表面的相對高點與相對低點的水平面高度差為0.3μm至2μm。
- 如請求項1所述的發光元件,其中所述弧形表面僅有一個相對高點或一個相對低點。
- 如請求項2所述的發光元件,其中所述弧形表面的所述一個相對高點或所述一個相對低點重疊所述第一電極。
- 如請求項2所述的發光元件,其中所述弧形表面的所述一個相對高點或所述一個相對低點至所述發光元件的中心軸的最小距離為所述發光元件的寬度的0%至10%。
- 如請求項4所述的發光元件,其中所述發光元件的所述寬度為0.15μm至7μm。
- 一種發光裝置,包括:電路基板;多個如請求項1所述的發光元件,設置於所述電路基板之上;以及透明導電層,延伸於所述多個發光元件的所述第二電極的所述弧形輪廓上。
- 如請求項6所述的發光裝置,其中所述多個發光元件的所述第一電極電連接所述電路基板。
- 如請求項6所述的發光裝置,其中所述多個發光元件的所述弧形表面皆僅有一個相對高點或一個相對低點。
- 如請求項6所述的發光裝置,還包括反射層,延伸於所述第一半導體圖案、所述發光圖案及所述第二半導體圖案的側壁。
- 如請求項9所述的發光裝置,其中所述反射層包括金屬或布拉格反射層。
- 如請求項6所述的發光裝置,還包括絕緣層,位於所述第一半導體圖案、所述發光圖案及所述第二半導體圖案與所述反射層之間。
- 一種發光裝置的製造方法,包括:形成多個半導體疊層於生長基板的具有連續的多個弧形凸起的表面上,其中各所述半導體疊層包括第一半導體圖案、發光圖案及第二半導體圖案,且所述發光圖案位於所述第一半導體圖案 與所述第二半導體圖案之間,所述第一半導體圖案位於所述發光圖案與所述生長基板之間;形成多個第一電極,且所述多個第一電極分別位於所述多個半導體疊層上;提供表面設置有多個接墊的電路基板,且將所述多個第一電極分別與所述多個接墊電連接;移除所述生長基板,且於各所述第一半導體圖案的背離所述發光圖案的一側形成對應所述生長基板的所述弧形凸起的弧形表面;以及形成多個第二電極,且各所述第二電極延伸於各所述第一半導體圖案的所述弧形表面上,而具有弧形輪廓。
- 如請求項12所述的發光裝置的製造方法,其中所述多個半導體疊層分別重疊所述生長基板的所述多個弧形凸起的相對高點或相對低點。
- 如請求項12所述的發光裝置的製造方法,其中所述弧形凸起的相對高點或相對低點至所述半導體疊層的中心軸的最小距離為所述半導體疊層的寬度的0%至10%。
- 如請求項12所述的發光裝置的製造方法,還包括在所述「形成多個第一電極」之前形成具有多個第一開口的絕緣層於所述多個半導體疊層及所述生長基板上,且所述多個第一開口分別重疊所述多個半導體疊層,而露出所述多個半導體疊層的所述第二半導體圖案。
- 如請求項12所述的發光裝置的製造方法,還包括在所述「將所述多個第一電極分別與所述多個接墊電連接」之前形成反射層於所述多個半導體疊層的側壁。
- 如請求項12所述的發光裝置的製造方法,還包括在所述「形成多個第二電極」之前或之後形成平坦層於所述電路基板上及所述多個半導體疊層之間。
- 如請求項17所述的發光裝置的製造方法,還包括在所述「形成平坦層」之後形成透明導電層於所述多個第二電極及所述平坦層上。
- 如請求項12所述的發光裝置的製造方法,其中所述半導體疊層的寬度為所述弧形凸起的寬度的0.2倍至1.73倍。
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US5792698A (en) * | 1993-12-09 | 1998-08-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing semiconductor light emitting device |
TW202044610A (zh) * | 2018-08-10 | 2020-12-01 | 林宏誠 | 一種發光二極體裝置、顯示面板及軟性顯示裝置 |
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