TWI838032B - 發光元件及包含其之發光裝置 - Google Patents

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Abstract

一種發光元件，包括載板、反射層、共用電極以及第一半導體疊層。載板具有發光區、電連區及溝槽，且溝槽分隔發光區與電連區。反射層設置於溝槽的側壁。共用電極設置於電連區。第一半導體疊層設置於發光區，且第一半導體疊層中的第一型半導體層電連接共用電極。此外，還提出一種包含上述發光元件的發光裝置。

Description

發光元件及包含其之發光裝置
本發明是有關於一種光電元件及包含其之光電裝置，且特別是有關於一種發光元件及包含其之發光裝置。
微型發光二極體（Micro-LED）發光裝置具有省電、高效率、高亮度及反應時間快等優點。目前，製造Micro-LED發光裝置需將Micro-LED設置於電路基板且完成Micro-LED與電路基板的電路串接，而且還需在Micro-LED之間設置隔離結構以避免混光。此外，若欲製造全彩化的顯示裝置還需先覆蓋平坦層後才可製作色轉換結構，製作程序相當繁瑣，且畫素面積無法減小而難以提高畫素密度（pixels per inch, PPI）。
本發明提供一種發光元件，具有減小的組裝面積。
本發明提供一種發光裝置，具有提高的畫素密度。
本發明的一個實施例提出一種發光元件，包括載板、反射層、共用電極以及第一半導體疊層。載板具有發光區、電連區及溝槽，且溝槽分隔發光區與電連區。反射層設置於溝槽的側壁。共用電極設置於電連區。第一半導體疊層設置於發光區，且第一半導體疊層中的第一型半導體層電連接共用電極。
在本發明的一實施例中，上述的載板為藍寶石基板。
在本發明的一實施例中，上述的溝槽的深度與載板的厚度之比為10%至90%。
在本發明的一實施例中，上述的溝槽的側壁與載板的表面的夾角為90度至110度。
在本發明的一實施例中，上述的反射層的反射率不小於90%。
在本發明的一實施例中，上述的發光區的數量為多個，且相鄰的發光區被溝槽分隔。
在本發明的一實施例中，上述的第一型半導體層透過反射層電連接共用電極。
在本發明的一實施例中，上述的第一型半導體層透過其側表面或其背離載板的表面電連接共用電極。
在本發明的一實施例中，上述的第一半導體疊層還包括第二型半導體層，且第一型半導體層位於第二型半導體層與載板之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一半導體疊層還包括發光層，且發光層位於第一型半導體層與第二型半導體層之間。
在本發明的一實施例中，上述的發光元件還包括第二半導體疊層，且第二半導體疊層位於共用電極與載板之間。
在本發明的一實施例中，上述的第二半導體疊層的厚度與第一半導體疊層的厚度相同。
在本發明的一實施例中，上述的發光元件還包括覆蓋層，且覆蓋層至少覆蓋第一半導體疊層的側壁。
在本發明的一實施例中，上述的覆蓋層填滿溝槽。
在本發明的一實施例中，上述的反射層包括布拉格反射層。
在本發明的一實施例中，上述的發光元件還包括導電層，其中反射層位於導電層與載板之間，且第一型半導體層透過導電層電連接共用電極。
本發明的一個實施例提出一種發光裝置，包括電路基板、載板、反射層、多個第一半導體疊層以及共用電極。載板重疊電路基板，且具有電連區、多個發光區及多個溝槽，且多個溝槽分別位於電連區與發光區之間以及多個發光區之間。反射層設置於溝槽的側壁。多個第一半導體疊層位於載板與電路基板之間，且分別位於多個發光區。共用電極位於電連區，且電連接多個第一半導體疊層中的第一型半導體層與電路基板。
在本發明的一實施例中，上述的共用電極位於載板與電路基板之間。
在本發明的一實施例中，上述的發光裝置還包括第一連接件，且第一連接件電連接共用電極與電路基板。
在本發明的一實施例中，上述的發光裝置還包括第二連接件，且第二連接件電連接第一半導體疊層中的第二型半導體層與電路基板。
在本發明的一實施例中，上述的發光裝置還包括色轉換層，且載板位於色轉換層與電路基板之間。
在本發明的一實施例中，上述的色轉換層包括多個色轉換結構，且多個色轉換結構分別重疊多個第一半導體疊層。
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是依照本發明一實施例的發光元件10的上視示意圖。圖1B是沿圖1A的剖面線A-A’所作的剖面示意圖。為了使圖式的表達較為簡潔，圖1A示意性繪示反射層120、共用電極130、發光區AL、電連區AC及溝槽AT，並省略其他構件。
請參照圖1A至圖1B，發光元件10包括：載板110，具有發光區AL、電連區AC及溝槽AT，且溝槽AT分隔發光區AL與電連區AC；反射層120，設置於溝槽AT的側壁112；共用電極130，設置於電連區AC；以及第一半導體疊層140，設置於發光區AL，且第一半導體疊層140中的第一型半導體層141電性連接共用電極130。
在本發明的一實施例的發光元件10中，藉由於載板110設置溝槽AT、且於溝槽AT內設置反射層120進行集光，因此發光元件10之間不需設置隔離結構來避免混光。另外，藉由將第一型半導體層141並聯至共用電極130，能夠減少外部電路與發光元件10電連接的接墊數量，進而減小發光元件10的組裝面積。
以下，配合圖1A至圖1B，繼續說明發光元件10的各個元件的實施方式，但本發明不以此為限。
具體而言，發光元件10的載板110可以是發光元件10的生長基板，例如藍寶石基板，但本發明不限於此。在一些實施例中，發光元件10的載板110是剛性基板，例如玻璃基板、石英基板或陶瓷基板，且發光元件10可被從生長基板轉移至載板110。舉例而言，可以藉由巨量轉移（Mass Transfer）製程將發光元件10轉移至載板110。在一些實施例中，發光元件10還可以藉由黏著材（圖未示）固定於載板110的表面。
載板110可以具有發光區AL、電連區AC及溝槽AT，且溝槽AT可以位於發光區AL與電連區AC之間而將發光區AL與電連區AC分隔。在一些實施例中，載板110具有多個發光區AL，且溝槽AT分隔相鄰的兩發光區AL及相鄰的發光區AL與電連區AC。在一些實施例中，發光區AL及電連區AC以陣列的方式排列。在一些實施例中，溝槽AT可以具有網狀輪廓，且各個發光區AL及電連區AC可以分別位於網狀結構的網格中。在一些實施例中，各個發光區AL為一個子像素單元，且三個發光區AL及一個電連區AC可以構成一個像素單元。在一些實施例中，三個發光區AL的第一型半導體層141共同連接至一個電連區AC的共用電極130。在一些實施例中，三個發光區AL及一個電連區AC以2X2的陣列排列。在一些實施例中，四個、五個、六個或更多個發光區AL的第一型半導體層141共同連接至一個電連區AC的共用電極130。
溝槽AT可以具有三角形的剖面輪廓且不具平坦的底面，但本發明不限於此，且溝槽AT的V字形剖面的窄端可以是遠離載板110的表面114的一端。考量到載板110的支撐性，溝槽AT的深度H1與載板110的厚度H2之比可以不大於95%。在一些實施例中，溝槽AT的深度H1與載板110的厚度H2之比為10%至90%。舉例而言，深度H1與厚度H2之比為20%、50%或80%。在一些實施例中，溝槽AT的側壁112與載板110的表面114的夾角θ大於90度，例如95度、100度或105度。
反射層120可以至少覆蓋溝槽AT的側壁112，如此一來，反射層120能夠反射發光層143發出的光線LR，以使光線LR的出光較為集中，且避免光線LR進入其他發光區AL而發生混光的情況。在一些實施例中，反射層120可以填滿溝槽AT。反射層120的材質可以具有高反射性。在一些實施例中，反射層120的反射率不小於90%。舉例而言，反射層120的反射率為92%、95%或98%。在一些實施例中，反射層120可以包括銀（Ag）、鋁（Al）或上述之組合，但本發明不限於此。
發光元件10的共用電極130可以電連接設置於發光區AL的第一半導體疊層140。在一些實施例中，共用電極130透過反射層120電連接至發光區AL。在一些實施例中，共用電極130電連接反射層120。在一些實施例中，共用電極130實體接觸反射層120。共用電極130的材質可以包括鈦、鋁、鎳、金或其組合，但本發明不限於此。
在一些實施例中，發光元件10還包括連接件C1，連接件C1電連接共用電極130，且共用電極130可以透過連接件C1電連接發光元件10外部的元件。在一些實施例中，連接件C1設置於共用電極130的遠離載板110的表面上。在一些實施例中，連接件C1的材質包括金屬、合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物、石墨稀或是上述材料的堆疊層。
發光元件10的第一半導體疊層140可以設置於載板110的表面114，且第一半導體疊層140可以包括第一型半導體層141、第二型半導體層142以及發光層143，其中第一型半導體層141可以位於第二型半導體層142與載板110之間，且發光層143可位於第一型半導體層141與第二型半導體層142之間。
第一型半導體層141可以包括N型摻雜半導體材料，例如N型Ⅱ-Ⅵ族材料（例如：鋅化硒（ZnSe））、N型Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料（例如：氮化鎵（GaN）、氮化鋁（AlN）、氮化銦（InN）、氮化銦鎵（InGaN）、氮化鋁鎵（AlGaN）或氮化鋁銦鎵（AlInGaN））或其疊層。第二型半導體層142可以包括P型摻雜半導體材料，例如是P型Ⅱ-Ⅵ族材料、P型Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料或其疊層。發光層143可以包括多層量子井結構（Multiple Quantum Well, MQW），多重量子井結構可以包括交替堆疊的多層Ⅱ-Ⅵ族材料以及多層Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料，但本發明不以此為限。在一些實施例中，發光元件10是微型發光二極體（micro Light Emitting Diode, μ-LED）。
在一些實施例中，第一半導體疊層140的第一型半導體層141可以透過反射層120電連接共用電極130。舉例而言，發光元件10還包括導電層M1，第一型半導體層141的背離載板110的表面141B部分重疊第二型半導體層142及發光層143，表面141B的部分P1不重疊第二型半導體層142及發光層143且可透過導電層M1電連接反射層120，進而電連接至共用電極130。在一些實施例中，導電層M1位於發光區AL，且第一型半導體層141的表面141B的部分P1連接或實體接觸導電層M1。在一些實施例中，導電層M1連接或實體接觸反射層120。在一些實施例中，導電層M1還可填入溝槽AT中且覆蓋整個反射層120。
在一些實施例中，發光元件10還包括絕緣層I1，絕緣層I1可以包覆第一半導體疊層140的除了面對載板110以外的所有表面且具有開口O1及開口O2，其中開口O1可以露出第一型半導體層141，且開口O2可以露出第二型半導體層142。在一些實施例中，發光元件10的絕緣層I1的開口O1、O2位於第一半導體疊層140的同一側。在一些實施例中，開口O1可以露出第一型半導體層141的背離載板110的表面141B的部分P1，且開口O2可以露出第二型半導體層142的背離載板110的表面142B的部分P2。
在一些實施例中，發光元件10還包括連接件C2，連接件C2設置於第二型半導體層142的表面142B，使得第二型半導體層142可以透過連接件C2電連接發光元件10外部的元件。在一些實施例中，連接件C2設置於絕緣層I1的開口O2中，且連接件C2經由開口O2連接第二型半導體層142的表面142B的部分P2。在一些實施例中，連接件C2的材質包括金屬、合金、金屬材料的氮化物、金屬材料的氧化物、金屬材料的氮氧化物、石墨稀或是上述材料的堆疊層。
以下，使用圖2至圖10繼續說明本發明的其他實施例，並且，沿用圖1A至圖1B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1B的實施例，在以下的說明中不再重述。
圖2是依照本發明一實施例的發光元件20的剖面示意圖。發光元件20包括載板110、反射層120、共用電極130、第一半導體疊層140、連接件C1、C2、絕緣層I1以及導電層M1，且具有發光區AL、電連區AC及溝槽AT。與如圖1A至圖1B所示的發光元件10相比，圖2A至圖2B所示的發光元件20的不同之處主要在於：發光元件20還包括第二半導體疊層150，且第二半導體疊層150位於共用電極130與載板110之間。
在一些實施例中，第二半導體疊層150還包括第一型半導體層151、第二型半導體層152以及發光層153，其中第一型半導體層151可以位於第二型半導體層152與載板110之間，且發光層153可位於第一型半導體層151與第二型半導體層152之間。在一些實施例中，第一型半導體層151的材質可以與第一型半導體層141相同。在一些實施例中，第二型半導體層152的材質可以與第二型半導體層142相同。在一些實施例中，發光層153的材質可以與發光層143相同。在一些實施例中，第二半導體疊層150的厚度H4與第一半導體疊層140的厚度H3相同。
在一些實施例中，發光元件20的絕緣層I1還包覆第二半導體疊層150的除了面對載板110以外的所有表面且具有開口O3。在一些實施例中，共用電極130設置於開口O3中。在一些實施例中，共用電極130位於第二半導體疊層150與連接件C1之間。在一些實施例中，第一半導體疊層140及連接件C2的總厚度H5實質上等於第二半導體疊層150、共用電極130及連接件C1的總厚度H6。
在一些實施例中，發光元件20的導電層M1還位於電連區AC且包覆第二半導體疊層150，且導電層M1電連接反射層120與共用電極130。在一些實施例中，導電層M1的位於電連區AC的部分連接或實體接觸反射層120。在一些實施例中，導電層M1的位於電連區AC的部分連接或實體接觸共用電極130。換句話說，第一半導體疊層140的第一型半導體層141可以依序透過導電層M1的位於發光區AL的部分、反射層120以及導電層M1的位於電連區AC的部分電連接至共用電極130。
圖3A至圖3B是圖2的發光元件20的製造方法的步驟流程的剖面示意圖。以下，配合圖3A至圖3B以及圖2說明發光元件20的製造方法。
請參照圖3A，在一些實施例中，於載板110的表面114形成多個第二半導體疊層150。舉例而言，可以於載板110的表面114依序形成連續的第一型半導體層、連續的發光層以及連續的第二型半導體層，之後再進行圖案化製程以形成相互分離的多個第二半導體疊層150，且第二半導體疊層150包括層疊的第一型半導體層151、發光層153以及第二型半導體層152。
請參照圖3B，接著，可以將一部分的第二半導體疊層150進行圖案化而形成第一半導體疊層140。舉例而言，可以對第二半導體疊層150的第二型半導體層152以及發光層153進行圖案化，而分別形成第二型半導體層142以及發光層143，且第一型半導體層141的圖案可以與第一型半導體層151的圖案相同。
接著，可以於第一半導體疊層140及第二半導體疊層150上形成絕緣層I1。在一些實施例中，絕緣層I1第一半導體疊層140及第二半導體疊層150的除了面對載板110以外的所有表面，且絕緣層I1具有開口O1、O2、O3，其中，開口O1重疊且露出第一型半導體層141，開口O2重疊且露出第二型半導體層142，開口O3重疊且露出第二型半導體層152。
接著，可以使用例如蝕刻製程於載板110的表面114形成多個溝槽AT，且多個溝槽AT可以將第一半導體疊層140與第二半導體疊層150分隔且將多個第二半導體疊層150彼此分隔。在一些實施例中，多個溝槽AT可以相互連通。
請參照圖2，接著，可以使用例如物理氣相沉積製程形成反射層120、共用電極130以及導電層M1。舉例而言，可於溝槽AT的側壁112的表面上形成反射層120。另外，可於絕緣層I1的開口O3中形成共用電極130。接著，在發光區AL，可於覆蓋第一型半導體層141的面對第二半導體疊層150的側壁的絕緣層I1上形成導電層M1，且導電層M1還延伸至絕緣層I1的開口O1中，以使導電層M1電連接第一型半導體層141與反射層120。同時，在電連區AC，可於覆蓋第二半導體疊層150的側壁的絕緣層I1上形成導電層M1，且導電層M1還延伸至共用電極130，以使導電層M1電連接反射層120與共用電極130。接著，可於共用電極130上形成連接件C1，且於絕緣層I1的開口O2中形成連接件C2，即完成發光元件20的製作。
圖4是依照本發明一實施例的發光元件40的剖面示意圖。發光元件40包括載板110、反射層120、共用電極130、第一半導體疊層140、第二半導體疊層150、連接件C1、C2、絕緣層I1以及導電層M1，且具有發光區AL、電連區AC及溝槽AT。與如圖2所示的發光元件20相比，圖4所示的發光元件40的不同之處主要在於：發光元件40的溝槽AT具有平坦的底面TB，且溝槽AT的側壁112與載板110的表面114的夾角θ大於90度且小於110度，使得溝槽AT於表面114的開口尺寸大於溝槽AT的底面TB的尺寸，且溝槽AT具有梯形的剖面輪廓。
在一些實施例中，絕緣層I1可以不具有開口O3，且絕緣層I1完全覆蓋第二半導體疊層150除了面對載板110以外的所有表面。在一些實施例中，在電連區AC，導電層M1完全覆蓋絕緣層I1，且導電層M1連接反射層120的環繞第二半導體疊層150的部分。在一些實施例中，共用電極130是導電層M1的一部分。在一些實施例中，共用電極130是導電層M1的位於絕緣層I1的背離載板110的表面IB的部分。在一些實施例中，連接件C1設置於導電層M1的背離載板110的表面MB上。
圖5是依照本發明一實施例的發光元件50的剖面示意圖。發光元件50包括載板110、反射層120、共用電極130、第一半導體疊層140、第二半導體疊層150、連接件C1、C2、絕緣層I1以及導電層M1，且具有發光區AL、電連區AC及溝槽AT。與如圖4所示的發光元件40相比，圖5所示的發光元件50的不同之處主要在於：發光元件50的溝槽AT具有平坦的底面TB，且溝槽AT的側壁112與載板110的表面114的夾角θ為90度，使得溝槽AT於表面114的開口尺寸等於溝槽AT的底面TB的尺寸，且溝槽AT具有矩形的剖面輪廓。
圖6是依照本發明一實施例的發光元件60的剖面示意圖。發光元件60包括載板110、反射層120、共用電極130、第一半導體疊層140、第二半導體疊層150、連接件C1、C2、絕緣層I1以及導電層M1，且具有發光區AL、電連區AC及溝槽AT。與如圖5所示的發光元件50相比，圖6所示的發光元件60的不同之處主要在於：發光元件60還包括覆蓋層160，覆蓋層160可以至少覆蓋第一半導體疊層140的側壁，以避免漏光。在一些實施例中，覆蓋層160填滿溝槽AT，且包覆第一半導體疊層140及第二半導體疊層150的除了面對載板110以外的所有表面，但覆蓋層160不覆蓋連接件C1、C2，使得發光元件60的整體外型較為平整。
在一些實施例中，覆蓋層160的材質可以包括不導電的光吸收材料或遮光材料，例如黑色樹脂等光穿透率較低的材料。在一些實施例中，覆蓋層160的材質可以包括有機隔離材料，例如光阻材料、可固化樹脂材料或其他合適材料，本發明不以此為限。
圖7是依照本發明一實施例的發光元件70的剖面示意圖。發光元件70包括載板110、反射層120、共用電極130、第一半導體疊層140、第二半導體疊層150、連接件C1、C2、絕緣層I1以及導電層M1，且具有發光區AL、電連區AC及溝槽AT。與如圖5所示的發光元件50相比，圖7所示的發光元件70的不同之處主要在於：發光元件70的反射層120包括布拉格反射層170的一部分，以使發光元件70的出光具有角度選擇性。
舉例而言，布拉格反射層170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。在一些實施例中，發光元件70的絕緣層I1包括布拉格反射層170的另一部分，且反射層120及絕緣層I1屬於同一個膜層。在一些實施例中，發光元件70的反射層120及絕緣層I1構成布拉格反射層170。
在一些實施例中，發光元件70的導電層M1還覆蓋發光區AL與電連區AC之間的反射層120，使得反射層120位於導電層M1與載板110之間，且第一型半導體層141透過導電層M1即可電連接共用電極130。
圖8A是依照本發明一實施例的發光元件80的上視示意圖。圖8B是沿圖8A的剖面線B-B’所作的剖面示意圖。發光元件80包括載板110、反射層120、共用電極130、第一半導體疊層140、第二半導體疊層150、連接件C1、C2、絕緣層I1以及導電層M1，且具有發光區AL、電連區AC及溝槽AT。與如圖2所示的發光元件20相比，圖8A至圖8B所示的發光元件80的不同之處主要在於：發光元件80的第一半導體疊層140的第一型半導體層141透過其側表面141S電連接共用電極130。
舉例而言，在發光區AL，發光元件80的絕緣層I1至少覆蓋第二型半導體層142的側表面142S及發光層143的側表面143S，絕緣層I1不覆蓋或至少露出第一型半導體層141的側表面141S的一部分，導電層M1覆蓋第一型半導體層141的未被絕緣層I1覆蓋的側表面141S，且導電層M1連接溝槽AT中的反射層120。在一些實施例中，發光元件80是垂直式微型發光二極體。在一些實施例中，發光元件80可以包括三個發光區AL及一個電連區AC，且三個發光區AL及一個電連區AC以1X4的陣列排列。
圖9是依照本發明一實施例的發光裝置100的剖面示意圖。發光裝置100可以包括電路基板CS以及發光元件20，且發光元件20的連接件C1、C2電連接電路基板CS。在一些實施例中，可以使用上述的發光元件10、40、50、60、70、80中的任一者取代發光元件20，換句話說，發光裝置100可以包括電路基板CS以及上述的發光元件10、40、50、60、70、80中的任一者。
在一些實施例中，電路基板CS可以包括底板以及驅動電路層的疊層。電路基板的底板可以是透明基板或非透明基板，其材質可以是石英基板、玻璃基板、高分子基板或其他適當材質，但本發明不以此為限。驅動電路層可以包括發光裝置100需要的元件或線路。舉例而言，當發光裝置100作為顯示裝置時，驅動電路層可以包括顯示裝置需要的元件或線路，例如驅動元件、開關元件、儲存電容、電源線、驅動訊號線、時序訊號線、電流補償線、檢測訊號線等等。
在一些實施例中，發光元件20的載板110重疊電路基板CS。在一些實施例中，發光元件20的多個第一半導體疊層140分別設置於多個發光區AL且位於載板110與電路基板CS之間。在一些實施例中，發光元件20的共用電極130位於電連區AC，且位於載板110與電路基板CS之間。在一些實施例中，發光裝置100具有多個發光區AL以及多個電連區AC。
在一些實施例中，發光元件20的連接件C1電連接共用電極130與電路基板CS。在一些實施例中，電路基板CS通過連接件C1、共用電極130、導電層M1以及反射層120電連接多個第一半導體疊層140中的第一型半導體層141。由於反射層120能夠使各個發光區AL的第一半導體疊層140的出光較為集中，因此多個發光區AL之間不需設置隔離結構來避免混光，藉以提高發光裝置100的像素密度且減小發光裝置100的整體厚度。另外，電路基板CS通過連接件C1即可電連接多個第一半導體疊層140的多個第一型半導體層141，因此能夠減少電路基板CS的接墊數量，同時減小發光元件20的組裝面積，進而提高發光裝置100的像素密度（PPI）。
在一些實施例中，發光元件20的連接件C2電連接第一半導體疊層140中的第二型半導體層142與電路基板CS。在一些實施例中，發光元件20的第二半導體疊層150位於電路基板CS與載板110之間。由於連接件C1、C2與電路基板CS的電路串接可在同一步驟完成，因此也能夠簡化發光裝置100的製作程序。
在一些實施例中，發光裝置100還包括色轉換層CT，色轉換層CT可以設置於載板110的表面116，使得載板110位於色轉換層CT與電路基板CS之間。載板110的表面116可以與表面11相對，且表面116可以是平坦的。在一些實施例中，色轉換層CT包括色轉換結構Ca、Cb、Cc，色轉換結構Ca、Cb、Cc分別設置於多個發光區AL，且各個色轉換結構Ca、Cb、Cc重疊對應的第一半導體疊層140，以讓第一半導體疊層140發出的色光轉換成具有所需色彩的光線。色轉換結構Ca、Cb、Cc的材質可以包括量子點（QD）、螢光材料或性質類似的波長轉換材料，例如矽酸鹽類、矽氮化物類、硫化物類、量子點類或石榴石類等。
舉例而言，第一半導體疊層140的發光層143可以發射藍光，且色轉換結構Ca、Cb可以分別包括紅色濾光圖案及綠色濾光圖案，以分別將對應的第一半導體疊層140發射的藍光轉換為紅光及綠光。在一些實施例中，色轉換結構Cc對應的第一半導體疊層140發射的藍光不需進行色轉換，且色轉換結構Cc可以包括具有高透光率的光學材料。在一些實施例中，色轉換結構Cc的光學材料的折射率介於載板110的折射率與空氣的折射率之間，以利出光。如此一來，色轉換結構Ca、Cb、Cc對應的第一半導體疊層140可以構成一個全彩化的畫素。
在一些實施例中，色轉換層CT還包括多個遮光結構BM，且多個遮光結構BM分別位於色轉換結構Ca、Cb、Cc之間，以避免混光。在一些實施例中，各個遮光結構BM可以重疊對應的溝槽AT。
圖10是依照本發明一實施例的發光裝置200的剖面示意圖。發光裝置200可以包括電路基板CS、前述的發光元件50以及色轉換層CT，且發光裝置200可以具有多個發光區AL以及多個電連區AC。與如圖9所示的發光裝置100相比，圖10所示的發光裝置200的不同之處主要在於：發光裝置200使用發光元件50取代發光元件20，且發光裝置200的溝槽AT可以具有多種不同的深度。
圖11是如圖5所示的發光元件50的發光強度模擬結果。在圖11中，圖(a)及圖(b)顯示發光元件50的溝槽AT的深度H1與載板110的厚度H2之比約為20%的發光強度分布，圖(c)及圖(d)顯示發光元件50的溝槽AT的深度H1與載板110的厚度H2之比約為50%的發光強度分布。從圖11的圖(a)至圖(d)可以看出，隨著溝槽AT的深度H1與載板110的厚度H2之比增大，發光元件50的視角範圍變窄，因此，能夠利用不同的溝槽深度在各個區域提供廣視角或窄視角的顯示效果。
請參照圖10，在一些實施例中，鄰接電連區AC的溝槽AT可以具有深度H7，且位於發光區AL之間的溝槽AT可以具有深度H8，且深度H7小於深度H8。如此一來，鄰接電連區AC的發光區AL可以提供較廣的視角範圍，以避免電連區AC形成暗點，且未鄰接電連區AC的發光區AL可以提供較窄的視角範圍，以避免混光。在一些實施例中，可以視使用需求於選定區域設置深度不同的溝槽AT，以提供廣視角或窄視角的顯示效果。
綜上所述，本發明的發光元件藉由將第一型半導體層並聯至共用電極，能夠減少外部電路與發光元件電連接的接墊數量，進而減小發光元件的組裝面積。再者，本發明的發光元件藉由於載板的溝槽內設置反射層進行集光，因此發光元件之間不需設置隔離結構來避免混光。另外，本發明的發光裝置藉由共用電極電連接多個第一型半導體層與電路基板，能夠減少電路基板的接墊數量，進而提高像素密度。再者，本發明的發光裝置藉由設置於載板的反射層進行集光，因此不需設置隔離結構，能夠提高像素密度且減小發光裝置的整體厚度。此外，載板的平坦表面能夠直接設置色轉換結構，且發光元件與電路基板的電路串接可在同一步驟完成，藉以簡化發光裝置的製作程序。
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。
10,20,40,50,60,70,80:發光元件 100,200:發光裝置 110:載板 112:側壁 114,116:表面 120:反射層 130:共用電極 140:第一半導體疊層 141:第一型半導體層 141B:表面 141S:側表面 142:第二型半導體層 142B:表面 142S:側表面 143:發光層 143S:側表面 150:第二半導體疊層 151:第一型半導體層 152:第二型半導體層 153:發光層 160:覆蓋層 170:布拉格反射層 A-A’,B-B’:剖面線 AC:電連區 AL:發光區 AT:溝槽 BM:遮光結構 C1,C2:連接件 Ca,Cb,Cc:色轉換結構 CS:電路基板 CT:色轉換層 H1,H7,H8:深度 H2,H3,H4:厚度 H5,H6:總厚度 I1:絕緣層 IB:表面 LR:光線 M1:導電層 MB:表面 O1,O2,O3:開口 P1,P2:部分 TB:底面 θ:夾角
圖1A是依照本發明一實施例的發光元件10的上視示意圖。 圖1B是沿圖1A的剖面線A-A’所作的剖面示意圖。 圖2是依照本發明一實施例的發光元件20的剖面示意圖。 圖3A至圖3B是圖2的發光元件20的製造方法的步驟流程的剖面示意圖。 圖4是依照本發明一實施例的發光元件40的剖面示意圖。 圖5是依照本發明一實施例的發光元件50的剖面示意圖。 圖6是依照本發明一實施例的發光元件60的剖面示意圖。 圖7是依照本發明一實施例的發光元件70的剖面示意圖。 圖8A是依照本發明一實施例的發光元件80的上視示意圖。 圖8B是沿圖8A的剖面線B-B’所作的剖面示意圖。 圖9是依照本發明一實施例的發光裝置100的剖面示意圖。 圖10是依照本發明一實施例的發光裝置200的剖面示意圖。 圖11是如圖5所示的發光元件50的發光強度模擬結果。
10:發光元件
110:載板
112:側壁
114:表面
120:反射層
130:共用電極
140:第一半導體疊層
141:第一型半導體層
141B:表面
142:第二型半導體層
142B:表面
143:發光層
AC:電連區
AL:發光區
AT:溝槽
C1,C2:連接件
H1:深度
H2:厚度
I1:絕緣層
LR:光線
M1:導電層
O1,O2:開口
P1,P2:部分
θ:夾角

Claims (22)

  1. 一種發光元件，包括： 載板，具有發光區、電連區及溝槽，且所述溝槽分隔所述發光區與所述電連區； 反射層，設置於所述溝槽的側壁； 共用電極，設置於所述電連區；以及 第一半導體疊層，設置於所述發光區，且所述第一半導體疊層中的第一型半導體層電連接所述共用電極。
  2. 如請求項1所述的發光元件，其中所述載板為藍寶石基板。
  3. 如請求項1所述的發光元件，其中所述溝槽的深度與所述載板的厚度之比為10%至90%。
  4. 如請求項1所述的發光元件，其中所述溝槽的側壁與所述載板的表面的夾角為90度至110度。
  5. 如請求項1所述的發光元件，其中所述反射層的反射率不小於90%。
  6. 如請求項1所述的發光元件，其中所述發光區的數量為多個，且相鄰的所述發光區被所述溝槽分隔。
  7. 如請求項1所述的發光元件，其中所述第一型半導體層透過所述反射層電連接所述共用電極。
  8. 如請求項1所述的發光元件，其中所述第一型半導體層透過其側表面或其背離所述載板的表面電連接所述共用電極。
  9. 如請求項1所述的發光元件，其中所述第一半導體疊層還包括第二型半導體層，且所述第一型半導體層位於所述第二型半導體層與所述載板之間。
  10. 如請求項9所述的發光元件，其中所述第一半導體疊層還包括發光層，且所述發光層位於所述第一型半導體層與所述第二型半導體層之間。
  11. 如請求項1所述的發光元件，還包括第二半導體疊層，且所述第二半導體疊層位於所述共用電極與所述載板之間。
  12. 如請求項11所述的發光元件，其中所述第二半導體疊層的厚度與所述第一半導體疊層的厚度相同。
  13. 如請求項1所述的發光元件，還包括覆蓋層，且所述覆蓋層至少覆蓋所述第一半導體疊層的側壁。
  14. 如請求項13所述的發光元件，其中所述覆蓋層填滿所述溝槽。
  15. 如請求項1所述的發光元件，其中所述反射層包括布拉格反射層。
  16. 如請求項1所述的發光元件，還包括導電層，其中所述反射層位於所述導電層與所述載板之間，且所述第一型半導體層透過所述導電層電連接所述共用電極。
  17. 一種發光裝置，包括： 電路基板； 載板，重疊所述電路基板，且具有電連區、多個發光區及多個溝槽，且所述多個溝槽分別位於所述電連區與所述發光區之間以及所述多個發光區之間； 反射層，設置於所述溝槽的側壁； 多個第一半導體疊層，位於所述載板與所述電路基板之間，且分別位於所述多個發光區；以及 共用電極，位於所述電連區，且電連接所述多個第一半導體疊層中的第一型半導體層與所述電路基板。
  18. 如請求項17所述的發光裝置，其中所述共用電極位於所述載板與所述電路基板之間。
  19. 如請求項17所述的發光裝置，還包括第一連接件，且所述第一連接件電連接所述共用電極與所述電路基板。
  20. 如請求項17所述的發光裝置，還包括第二連接件，且所述第二連接件電連接所述第一半導體疊層中的第二型半導體層與所述電路基板。
  21. 如請求項17所述的發光裝置，還包括色轉換層，且所述載板位於所述色轉換層與所述電路基板之間。
  22. 如請求項21所述的發光裝置，其中所述色轉換層包括多個色轉換結構，且所述多個色轉換結構分別重疊所述多個第一半導體疊層。
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