TWM512803U - 發光二極體陣列 - Google Patents

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Jong-Hyeon Chae
Jong-Min Jang
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Seoul Viosys Co Ltd
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Description

發光二極體陣列
本新型創作是有關於一種發光二極體陣列，且特別是有關於一種通過配線來連接多個發光二極體並以倒裝晶片類型形成的發光二極體陣列。
發光二極體是在通過陽極端子和陰極端子被施加開啟電壓以上的電壓的情況下執行發光操作的元件。通常，用於引導發光二極體的發光操作的開啟電壓值相比於常用電源值非常低。因此，發光二極體很難在110V或220V的常用交流電源下直接使用。為了利用常用交流電源來運行發光二極體，需要使用電壓轉換器，以降低所供給的交流電壓。由此，需要設置發光二極體的驅動電路，從而導致包括發光二極體的照明裝置的製造成本上升。並且，由於需要設置獨立的驅動電路，導致照明裝置的體積增加，產生不必要的熱量，還存在針對所施加的電力的功率因素改善等課題。
為了以不需要另行的電壓轉換機構的狀態使用常用交流電源，提出了將多個發光二極體晶片相互串聯來構成陣列的方 法。為了以陣列方式實現發光二極體，應以獨立包形式構成發光二極體晶片。對此，要求實施基板分離工序、針對所分離的發光二極體晶片的封裝工序等，還要求另行實施將各個包(Package)配置於陣列基板的裝配工序及包所具有的電極之間的配線工序。由此，構成陣列的工序時間變長，製造成本也會增加。
並且，在構成陣列的配線工序中使用引線接合(wire bonding)，在陣列前面形成有獨立的成型層，以保護接合引線。由此，還要求實施用於形成成型層的成型形成工序，工序的複雜度也隨之提高。尤其，在適用橫向式(lateral)結構的晶片類型的情況下，還存在發光性能的低下及發熱所致的發光二極體的品質低下。
為了解決如上所述的存在問題，提出了由多個發光二極體晶片構成的陣列以單一的包形式製造的發光二極體晶片陣列。
根據現有技術的發光二極體晶片陣列，多個橫向式發光二極體晶片在單一基板上通過空氣橋(Air bridge)工序形成的金屬配線來電氣連接。根據上述現有技術，不以個別晶片單位要求獨立的封裝工序，且在晶片級中形成陣列。但是，由於具有空氣橋連接結構，耐久性差，還因橫向式晶片類型，導致發光性能或發熱性能變差。
除此以外，根據另一現有技術，在單一基板上設有多個倒裝晶片類型的發光二極體，各個發光二極體的n電極和p電極以外露的狀態露出。由此，為了使用單一電源，應補充用於相互 連接多個電極的配線工序。為此，在上述另一現有技術中使用載體(submount)基板。即，應在電極之間的用於配線的獨立的載體基板上裝配倒裝晶片類型的發光二極體。在載體基板的背面應形成用於與基板電氣連接的至少兩個電極。上述另一現有技術使用倒裝晶片類型，因此，具有可改善發光性能及發熱性能的優點。相反地，由於使用載體基板，導致出現製造費用增加，最終產品的厚度增加的問題。此外，還要求實施對載體基板的補充配線工序和將載體基板安裝於新的基板的補充工序。
並且，根據再一現有技術，提出了將倒裝晶片類型的發光二極體相互間串聯的構成。根據上述再一現有技術，不要求實施晶片單位的封裝工序，而且由於使用倒裝晶片類型，具有可改善發光特性及發熱性能的效果。但是，除了n型半導體層和p型半導體層之間的配線以外，還使用獨立的反射層，在n型電極上使用互連配線。由此，需要形成多個圖案化金屬層，為此，還需要各種類型的光罩。並且，由於n電極及互連電極之間的熱膨脹係數等差異，產生剝離或開裂，從而導致發生電氣接觸斷開的問題。
本新型創作所要解決的課題是提供具有改善結構的倒裝晶片類型的發光二極體陣列。
本新型創作所要解決的另一課題是無需使用載體的發光二極體陣列。
本新型創作所要解決的再一課題是提供除了將多個發光二極體相連接的配線之外無需使用獨立的反射金屬層也可防止光損失的倒裝晶片類型的發光二極體陣列。
本新型創作所要解決的還有一課題是提供可通過減少光損失來改善光提取效率的倒裝晶片類型的發光二極體陣列。
本新型創作所要解決的又一課題是提供可實現有效的電流擴散的倒裝晶片類型的發光二極體陣列。
本新型創作的其他特徵及優點將通過下述說明得以明確和理解。
本新型創作的一實施例的發光二極體陣列可包括：基板；發光二極體，位於上述基板，分別包括第一半導體層、活性層、第二半導體層及外露有上述第一半導體層的一部分的第一開口部；下部電極，配置於上述第二半導體層；上部電極，通過上述第一開口部與上述第一半導體層電氣連接；以及第一層間絕緣膜，配置於上述發光二極體及上述上部電極之間，使上述上部電極與上述發光二極體的側面相絕緣，上述第一開口部與上述第二半導體層的一側並行地配置，上述上部電極的至少一個具有通過上述第一層間絕緣膜外露有上述下部電極的一部分的第二開口部。
上述第一開口部可包括分別配置於上述第一開口部的兩側末端的通孔以及用於連接上述通孔的連接部；上述通孔中的一個通孔以預定距離與上述第二開口部相隔。
上述第一開口部可呈啞鈴型態、矩形形態或邊角圓潤的矩形形態。
上述第一開口部的長度可與上述第二半導體層的一側中的長側長度呈正比。
上述第一開口部的至少一部分可配置於上述發光二極體分別包括的上述第二半導體層的中央區域。
上述第一開口部的長度可以是上述第二半導體層的一側長度的30%以上且小於100%。
上述上部電極中的一個可與相鄰的發光二極體的第二半導體層電氣連接；上述上部電極中的另一個可與相鄰的發光二極體的第二半導體層相絕緣。
上述第一層間絕緣膜可使上述下部電極中的各下部電極的一部分外露；上述上部電極中的至少一個可通過外露的上述下部電極中的各下部電極的一部分，與相鄰的上述發光二極體所包含的第二半導體層電氣連接。
還可包括第二層間絕緣膜，上述第二層間絕緣膜用於覆蓋上述上部電極；上述第二層間絕緣膜可包括：第二開口部，使上述下部電極中的一個下部電極外露，以及第三開口部，使與相鄰的上述發光二極體所包含的第二半導體層相絕緣的上部電極外 露。
上述第三開口部中的至少兩個第三開口部可相對於相鄰的上述發光二極體所包含的上述第一開口部呈對稱。
相鄰的上述發光二極體所包含的上述第一開口部可包括分別配置於上述第一開口部的兩側末端的通孔以及用於連接上述通孔的連接部；上述通孔中的一個通孔以預定距離與上述第三開口部相隔。
還可包括第一墊片及第二墊片，上述第一墊片及第二墊片位於上述第二層間絕緣膜上；上述發光二極體借助上述上部電極來串聯；上述第一墊片可與通過上述第二開口部來外露的下部電極相連接，上述第二墊片與通過上述第三開口部來外露的上部電極相連接。
上述上部電極可包括歐姆接觸層，上述歐姆接觸層歐姆接觸於第一半導體層。
上述上部電極還可包括反射層，上述反射層位於上述歐姆接觸層上。
上述下部電極可分別包括反射層。
上述上部電極的面積可占上述發光二極體陣列的全部面積的30%以上且小於100%。
上述上部電極中的至少一個的寬度或幅度可大於與該上部電極相對應的發光二極體的寬度或幅度。
根據本新型創作的實施例，可提供具有改善結構的倒裝晶片類型的發光二極體陣列。尤其，上述發光二極體陣列不需要載體。並且，上述上部電極包括反射導電層，從而覆蓋發光二極體的側面及發光二極體之間的區域的大部分，因此，可利用上部電極來反射光，由此，可以減少在發光二極體之間的區域中減少光損失。進而，無需補充形成除了上部電極(配線)以外的用於反射光的獨立的反射金屬層。
並且，通過使上部電極以板狀或片狀大面積地形成，可提高電流分散性能，可通過使用相同數量的發光二極體來降低相同運行電流中的正向電壓。
並且，通過開口部的合理配置及形態，可提高發光二極體的電流擴散性能，由此，可提高發光二極體陣列的整體電流擴散性能。
為讓本新型創作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。
100‧‧‧基板
110‧‧‧第一半導體層
111、112、113、114‧‧‧第一半導體層
120‧‧‧第一半導體層
121、122、123、124‧‧‧活性層
130‧‧‧第二半導體層
131、132、133、134‧‧‧第二半導體層
140‧‧‧第一開口部
151‧‧‧下部電極
151h‧‧‧第二開口部
152‧‧‧下部電極
153‧‧‧下部電極
154‧‧‧下部電極
161‧‧‧電池區域
162‧‧‧電池區域
163‧‧‧電池區域
164‧‧‧電池區域
170‧‧‧第一層間絕緣膜
180a‧‧‧歐姆接觸層
180b‧‧‧反射導電層
180c‧‧‧障壁層
181‧‧‧上部電極
182‧‧‧上部電極
183‧‧‧上部電極
184‧‧‧上部電極
184h‧‧‧第三開口部
185‧‧‧上部電極
186‧‧‧上部電極
187‧‧‧上部電極
188‧‧‧上部電極
189‧‧‧上部電極
189’‧‧‧上部電極
190‧‧‧第二層間絕緣膜
200‧‧‧發光二極體陣列
210‧‧‧第一墊片
220‧‧‧第二墊片
230‧‧‧焊膏
240‧‧‧墊片
250‧‧‧印刷電路板
301-310‧‧‧電池區域
320‧‧‧第一墊片
330‧‧‧第二墊片
D1~D10‧‧‧發光二極體
圖1及圖2為示出根據本新型創作的一實施例在多個層疊結構上形成第一開口部的俯視圖及剖視圖。
圖3及圖4為示出在圖1的第二半導體層形成下部電極的俯視圖及剖視圖。
圖5為示出相對於圖3的結構物的電池區域分離狀態的俯視 圖。
圖6為沿著A1-A2線切割圖5俯視圖的剖視圖。
圖7為圖5的俯視圖的立體圖。
圖8為在圖5至圖7的結構物前面形成第一層間絕緣膜，並在各個電池區域中露出第一半導體層及下部電極的一部分的俯視圖。
圖9至圖12為沿著特定線條切開圖8的俯視圖的剖視圖。
圖13為在圖8至圖12中公開的結構物上形成上部電極的俯視圖。
圖14至圖17為沿著特定線條切開圖13的俯視圖的剖視圖。
圖18為示出圖13的俯視圖的立體圖。
圖19為根據本新型創作的實施例製造圖13至圖18的結構物的模型的等效電路圖。
圖20為在圖13的俯視圖中向結構物的前面塗敷第二層間絕緣膜，並露出第一電池區域的第一下部電極的一部分和第四電池區域的第四下部電極的一部分的俯視圖。
圖21至圖24為沿著特定線條切開圖20的俯視圖的剖視圖。
圖25為在圖20的結構物中形成第一墊片及第二墊片的俯視圖。
圖26至圖29為沿著特定線條切開圖25的俯視圖的剖視圖。
圖30為示出圖25的俯視圖的立體圖。
圖31為沿著C2-C3線切開圖30的立體圖的剖視圖。
圖32為示出包括本新型創作的一實施例的發光二極體陣列的發光二極體模組的立體圖。
圖33為根據本新型創作的一實施例以10個發光二極體串聯的形態製造模型的電路圖。
圖34為根據本新型創作的一實施例發光二極體以串聯/並聯形態構成陣列的模型的電路圖。
以下，為了更具體地說明本新型創作，將參照附圖對本新型創作的示範性實施例進行詳細說明。但是，本新型創作不限定於在這裡所說明的實施例，還可以以其他形態具體化。
應理解的是，在本實施例中，術語“第一”、“第二”或“第三”並非用於對結構要素加以某種限定，僅用於區別不同結構要素。
圖1及圖2為示出根據本新型創作的一實施例在多個層疊結構上形成第一開口部的俯視圖及剖視圖。
尤其，圖2為沿著A1-A2線條切割圖1的俯視圖的剖視圖。
參照圖1及圖2，在基板100形成第一半導體層110、活性層120及第二半導體層130，還形成有用於露出第一半導體層110的表面的第一開口部140。
上述基板100可以是藍寶石、碳化矽或氮化鎵(GaN)材 質，只要是可引導所形成的薄膜的成長的材質都可以使用。第一半導體層110可具有n型的導電型。並且，活性層120可具有多重雙井結構，在活性層120形成第二半導體層130。在第一半導體層110具有n型的導電型的情況下，第二半導體層130具有p型的導電型。並且，在基板100和第一半導體層110之間補充地形成緩衝層(未圖示)，使得第一半導體層110的單晶成長變得容易。
接著，向形成有第二半導體層130的結構物進行選擇性蝕刻，形成多個第一開口部140。通過第一開口部140，下部的第一半導體層110的一部分露出。上述第一開口部140可根據通常的蝕刻工序來形成。例如，塗敷光刻膠後，通過通常的製圖工序來形成所需區域的去除光刻膠的光刻膠圖案。然後，將光刻膠圖案作為蝕刻光罩來執行蝕刻工序。蝕刻工序持續到第一半導體層110的一部分露出。接著，去除所殘留的光刻膠圖案。
在本實施例中，第一開口部140可以與基板100、第一半導體層110、活性層120或第二半導體層130的一側並行，並且可呈具有長度的啞鈴型態。並且，第一開口部140可以包括分別配置於兩側末端的通孔和用於連接上述通孔的連接部。
再參照圖1，第一開口部140可以與作為矩形形態的第二半導體層130的一側的橫向邊並行地配置。第二半導體層130的一側可包括作為橫向邊的長側和作為豎向邊的短側，第一開口部140的長度可與在第二半導體層130的一側中作為長側的橫向邊的長度呈正比。
第一開口部140的形態不受上述說明的限制，上述第一開口部140的形態及數量可實現各種變更。關於第一開口部140的形態及效果，將在後面進行詳細說明。
圖3及圖4為示出在圖1的第二半導體層形成下部電極的俯視圖及剖視圖，尤其，圖4為沿著A1-A2線條切割圖3的俯視圖的剖視圖。
參照圖3及圖4，上述下部電極151、152、153、154形成於不包括第一開口部140的區域，可通過形成下部電極151、152、153、154來定義多個電池區域161、162、163、164。並且，下部電極151、152、153、154可利用當形成金屬電極時所使用的帶膠剝離(lift-off)工序來形成。例如，在不包括虛擬的電池區域161、162、163、164的分離區域及形成有第一開口部140的區域中形成光刻膠，通過一般的熱沉積等來形成金屬層。然後，去除光刻膠並在第二半導體層130的上部形成下部電極151、152、153、154。上述下部電極151、152、153、154只要是能夠與第二半導體層130進行歐姆接觸，可適用任何金屬物。並且，上述下部電極151、152、153、154可包括鋁(Al)、銀(Ag)、銠(Rh)或鉑(Pt)等反射層。例如，上述下部電極151、152、153、154可包括鎳(Ni)、鉻(Cr)或鈦(Ti)，例如，可由鈦/鋁/鎳/金的複合金屬層或鎳/銀/鎳/金的複合金屬層構成。
在圖3及圖4中，由形成有4個下部電極151、152、153、154的區域定義4個電池區域161、162、163、164。電池區域161、 162、163、164之間的相隔空間中露出第二半導體層130。上述電池區域161、162、163、164的數量能夠與所要形成的陣列所包含的發光二極體的數量相對應。由此，電池區域161、162、163、164的數量可進行各種變更。
並且，在圖4中說明了在相同的電池區域161、162、163、164中下部電極151、152、153、154呈分離狀態的情況，這是隨著切割線A1-A2橫穿第一開口部140而出現的現象。由圖3可知，在相同的電池區域161、162、163、164上形成的下部電極151、152、153、154處於實體相連的狀態。由此，形成於相同的電池區域161、162、163、164的下部電極151、152、153、154，不論是否形成第一開口部140，仍處於電氣斷路的狀態。
圖5為示出相對於圖3的結構物的電池區域分離狀態的俯視圖，圖6為沿著A1-A2線切割圖5俯視圖的剖視圖，圖7為圖5的俯視圖的立體圖。
參照圖5、圖6及圖7，通過對4個電池區域161、162、163、164之間的相隔空間進行檯面型電晶體蝕刻來形成檯面型電晶體蝕刻區域。通過檯面型電晶體蝕刻，在檯面型電晶體蝕刻區域露出基板100。由此，4個電池區域161、162、163、164分別實現徹底的相互電氣分離。假設，在圖1至圖4中基板100與第一半導體層110之間設有緩衝層的情況下，上述緩衝層可殘留在電池區域161、162、163、164的分離工序。但是，為了徹底分離電池區域161、162、163、164，可通過檯面型電晶體蝕刻來去除 電池區域161、162、163、164之間的緩衝層。
通過各自的電池區域161、162、163、164之間的分離工序，每個電池區域161、162、163、164分別形成有獨立的第一半導體層111、112、113、114；活性層121、122、123、124；第二半導體層131、132、133、134以及下部電極151、152、153、154。由此，在第一電池區域161露出第一下部電極151，通過第一開口部140露出第一半導體層111。並且，在第二電池區域162露出第二下部電極152，通過第一開口部140露出第一半導體層112。同樣地，在第三電池區域163露出第三下部電極153及第一半導體層113，在第四電池區域164露出第四下部電極154及第一半導體層114。
並且，在本新型創作中，發光二極體表示由第一半導體層111、112、113、114；活性層121、122、123、124以及第二半導體層131、132、133、134層疊的結構。由此，在一個電池區域中形成一個發光二極體。並且，在以第一半導體層111、112、113、114具有n型的導電層、第二半導體層131、132、133、134具有p型的導電層的方式制模的情況下，形成於第二半導體層131、132、133、134的下部電極151、152、153、154可稱為發光二極體的陽極電極。
並且，在本新型創作中，各發光二極體可包括用於露出第一半導體層111、112、113、114的一個第一開口部140。第一開口部140的長度可以與配置有第一開口部140的發光二極體所 包含的第二半導體層131、132、133、134的一側長度呈正比。第一開口部140的長度可以是上述第二半導體層的長側長度的30%以上且小於100%。第一開口部140的長度不足第二半導體層的一側長度的30%的情況下，很難實現有效的電流擴散。
再次參照圖5，一側長度是指整體呈矩形形狀的各第二半導體層131、132、133、134的各橫向邊的長度或豎向邊的長度。在本實施例中，一側長度表示各第二半導體層的橫向邊的長度，但不受此限定。第一開口部140的長度與第二半導體層131、132、133、134的一側長度呈正比，因此，隨著第二半導體層131、132、133、134的面積恆定地變大，第一開口部140的面積同樣恆定地變大。由此，露出的第一半導體層111、112、113、114的面積也會變大。第一開口部140可呈啞鈴形態、矩形形態、邊角圓潤的矩形形態，但不受此限定。
第一開口部140可與第二半導體層131、132、133、134的一側並行地配置。例如，啞鈴形態的第一開口部140可與第二半導體層131、132、133、134的一側並行地配置。
第一開口部140可配置於第二半導體層131、132、133、134的中央區域。進而，第一開口部140的至少一部分可配置於第二半導體層131、132、133、134的中央區域。由此，發光二極體的電流擴散可變得容易。
圖8為在圖5至圖7的結構物前面形成第一層間絕緣膜，並在各個電池區域中露出第一半導體層及下部電極的一部分的俯 視圖。
並且，圖9至圖12為沿著特定線條切開圖8的俯視圖的剖視圖。尤其，圖9為沿著B1-B2切割圖8的俯視圖的剖視圖，圖10為沿著C1-C2切割圖8的俯視圖的剖視圖，圖11為沿著D1-D2切割圖8的俯視圖的剖視圖，圖12為沿著E1-E2切割圖8的俯視圖的剖視圖。
首先，在圖5至圖7的結構物中形成第一層間絕緣膜170。並且，通過圖案化來露出第一開口部下部的第一半導體層111、112、113、114及下部電極151、152、153、154的一部分。
例如，在第一電池區域161中，已形成的第一開口部呈開放狀來露出第一半導體層111，形成於已有第二半導體層131的上部的第一下部電極151的一部分通過第二開口部151h來露出。
上述第二開口部151h能夠以第一開口部為中心配置於兩側。至少兩個第二開口部151h以與第一開口部相隔恆定距離的方式配置。即，從上面觀察第一電池區域161時，左側的沿著上下方向配置的兩個第二開口部151h能夠以第一電池區域為中心上下對稱的方式進行配置。
並且，第一開口部的一側末端和第二開口部151h可全部相隔恆定間隔而配置。即，如上所述，第一開口部可由配置於兩側末端的通孔和用於連接上述通孔的連接部來形成，如圖8所示，上述通孔中的一個通孔能夠以與4個第二開口部151h均保持恆定間隔的方式進行配置。
在本新型創作中，通過第二開口部151h露出的下部電極151，接著通過第一墊片來與外部實現電氣連接。第二開口部和第一開口部以相互保持恆定間隔的方式保持規則性地相隔的狀態，因此，可引導發光二極體的內部的電流擴散變得容易。並且，第二開口部可考慮到下部的第一開口部來構成列和行完成配置，因此，可以使發光二極體的內部的電流的流動變得均勻。
並且，在第二電池區域162中露出通過已形成的第一開口部來外露的第一半導體層112，通過對第一層間絕緣膜170的一部分的蝕刻，露出第二下部電極152的一部分。
並且，在第三電池區域163中，也通過第一開口部來露出第一半導體層113，通過對第一層間絕緣膜170的一部分的蝕刻來露出第三下部電極153的一部分。
在第四電池區域164中，通過第一開口部來露出第一半導體層114，通過對第一層間絕緣膜170的一部分的蝕刻來露出第四下部電極154的一部分。
最終，在圖8至圖12中，在基板的前面形成第一層間絕緣膜170，通過選擇性的蝕刻，每個電池區域161、162、163、164露出第一開口部的內部的第一半導體層111、112、113、114及第二半導體層131、132、133、134的下部電極151、152、153、154的一部分。即，在各個電池區域161、162、163、164中，露出在上一個步驟中通過已形成的第一開口部而露出的第一半導體層111、112、113、114，也露出下部電極151、152、153、154的一 部分。在第一電池區域161的情況下，第一層間絕緣膜170具有第二開口部151h，第二開口部151h的下部電極151的一部分露出。剩餘區域被第一層間絕緣膜170遮蔽。
上述第一層間絕緣膜170可由具有規定的透光性的絕緣物構成。例如，上述第一層間絕緣膜170可包括二氧化矽(SiO2 )。與此不同，上述第一層間絕緣膜170可由層疊有折射率不同的物質層的分佈布拉格反射器形成。例如，通過反復層疊二氧化矽(SiO2 )/二氧化鈦(TiO2 )來形成第一層間絕緣膜170，由此，可反射在活性層中產生的光。
圖13為在圖8至圖12中公開的結構物上形成上部電極的俯視圖。並且，圖14至圖17為沿著特定線條切開圖13的俯視圖的剖視圖。尤其，圖14為沿著B1-B2切割圖13的俯視圖的剖視圖，圖15為沿著C1-C2切割圖13的俯視圖的剖視圖，圖16為沿著D1-D2切割圖13的俯視圖的剖視圖，圖17為沿著E1-E2切割圖13的俯視圖的剖視圖。
參照圖13，形成有上部電極181、182、183、184。上部電極181、182、183、184由4個區域分隔形成。例如，第一上部電極181跨設於第一電池區域161及第二電池區域162的一部分。並且，第二上部電極182跨設於第二電池區域162的一部分及第三電池區域163的一部分。第三上部電極183跨設於第三電池區域163的一部分及第四電池區域164的一部分，第四上部電極184形成於第四電池區域164的一部分。由此，各個上部電極181、 182、183、184遮蔽相鄰的電池區域之間的相隔空間。上部電極181、182、183、184可遮蔽電池區域之間的相隔空間的30%以上、50%以上或90%以上。但是，上述上部電極181、182、183、184相互分隔，因此，上述上部電極181、182、183、184的覆蓋率不足發光二極體之間的區域的100%。
上述上部電極181、182、183、184可占上述發光二極體陣列的全部面積的30%以上、50%以上、70%以上、80%以上或90%以上。由於上述上部電極181、182、183、184相互分隔，因此，所占面積不足上述發光二極體陣列的全部面積的100%。並且，上述上部電極181、182、183、184可呈板狀或片狀。而且上述上部電極181、182、183、184中的至少一個的寬度或幅度大於與其相對應的發光二極體(電池區域)的寬度或幅度。
參照圖14，第一上部電極181形成於第一電池區域161的第一層間絕緣膜170，形成於通過第一開口部露出的第一半導體層111。並且，第一上部電極181通過已形成的第二開口部來露出第一電池區域161的第一下部電極151的一部分，形成於第二電池區域162的露出的第二下部電極152。
並且，第二上部電極182以與第一上部電極181實體分離的狀態形成於通過第二電池區域162的第一開口部而露出的第一半導體層112，在剩餘區域中，則形成於第一層間絕緣膜170。
在上述的圖14中，第一上部電極181將第一電池區域161的第一半導體層111與第二電池區域162的第二半導體層132電 氣連接。第二電池區域162的第二下部電極152無論第一開口部存在與否，在一個電池區域中，處於整體上電氣斷路的狀態。由此，第一電池區域161的第一半導體層111通過第二下部電極152與第二電池區域162的第二半導體層132電氣連接。
並且，在圖15中，第二上部電極182形成於通過第二電池區域162的第一開口部露出的第一半導體層112，並延伸至第三電池區域163的第三下部電極153。並且，與第二上部電極182物理分離的第三上部電極183形成於通過第三電池區域163的第一開口部而露出的第一半導體層113。
在圖15中，第二上部電極182與通過第二電池區域162的第一開口部而露出的第一半導體層112電氣連接，與第三電池區域163的第三下部電極153電氣連接。由此，第二電池區域162的第一半導體層112可與第三電池區域163的第二半導體層133保持等電位。
參照圖16，第三上部電極183形成於通過第三電池區域163的第一開口部而露出的第一半導體層113，並延伸至第四電池區域164的第四下部電極154。由此，第三電池區域163的第一半導體層113與第四電池區域164的第二半導體層134電氣連接。並且，與第三上部電極183物理分離的第四上部電極184與通過第四電池區域164的第一開口部而露出的第一半導體層114電氣連接。
參照圖17，第四上部電極184形成於通過第四電池區域 164的第一開口部而露出的第一半導體層114。並且，與第四上部電極184物理分離的第一上部電極181形成於通過第一電池區域161的第一開口部而露出的第一半導體層111，並使第一電池區域161的第一下部電極151的一部分露出。
根據對圖13至圖17中公開的內容的整理，第一電池區域161的第一半導體層111與第二電池區域162的第二半導體層132通過第一上部電極181來形成等電位。並且，第二電池區域162的第一半導體層112與第三電池區域163的第二半導體層133通過第二上部電極182來形成等電位。第三電池區域163的第一半導體層113通過第三上部電極183與第四電池區域164的第二半導體層134形成等電位。在第一電池區域161中與第二半導體層131電氣連接的第一下部電極151露出。
即，上部電極181、182、183與第一半導體層111、112、113通過第一開口部來電氣連接，並與第二半導體層132、133、134形成等電位。由此，本實施例的第一開口部呈啞鈴型態或邊角圓潤的矩形形態，因此，相比於開口部的形態呈圓形的情況，借助第一開口部的第一半導體層與上部電極的接觸面積相對大。
本實施例的第一開口部可包括配置於末端的兩個通孔和用於連接上述通孔的連接部，因此，相比於單純地配置兩個通孔的情況，可充分保證借助第一開口部的第一半導體層與上部電極的接觸面積。並且，通過降低上述接觸面積周邊的應力，可減少第一半導體層與上部電極之間的剝離現象。由此，可提高本實施 例的發光二極體陣列的可靠性。
並且，第一開口部的面積與第二半導體層的面積呈正比，第一開口部的長度也與第二半導體層的長度呈正比，因此，可露出實現有效的電流擴散的合理面積的第一半導體層。由此，本實施例的發光二極體陣列可使發光二極體相互之間的電流擴散變得更加容易。
當然，等電位的形成條件假定是忽略上部電極181、182、183、184的電阻及上部電極181、182、183、184與下部電極151、152、153、154的接觸電阻的狀態下實施的理想的電氣連接。由此，在實際元件的運行中，將發生部分作為金屬配線的一種的上部電極181、182、183、184及下部電極151、152、153、154的電阻成分所致的電壓下降。
另一方面，上述上部電極181、182、183、184可設有反射導電層180b。上述反射導電層180b可包括鋁、銀、銠或鉑，或者它們的組合。包括反射導電層180b的上部電極181、182、183、184可將從各個電池區域161、162、163、164的活性層121、122、123、124產生的光向基板100的方向進行反射。而且，上述上部電極181、182、183、184可與上述第一層間絕緣膜170一同構成全方位反射鏡(omni-directional reflector)。另一方面，在上述第一層間絕緣膜170由分佈布拉格反射器形成的情況下，上述上部電極181、182、183、184可通過包括反射導電層180b來改善光反射率。
並且，上述上部電極181、182、183、184可在上述反射導電層180b的下部進一步包括上述歐姆接觸層180a。上述歐姆接觸層180a為可與上述第一半導體層111、112、113、114及上述下部電極151、152、153、154形成歐姆接觸的物質，例如，可包括鎳、鉻、鈦、銠或鋁，或者它們的組合。但是，上述歐姆接觸層180a不受此限定，只要是能夠與第一半導體層111、112、113、114形成歐姆接觸，並且也能夠與金屬材質的下部電極151、152、153、154形成歐姆接觸的物質都可以使用，還可以使用如氧化銦錫(ITO)等導電性氧化物層。
在從電池區域161、162、163、164的活性層121、122、123、124中產生的光刻在下部電極151、152、153、154中向基板100反射。此外，通過電池區域161、162、163、164之間的相隔空間來傳輸的光，借助用於遮蔽電池區域161、162、163、164之間的相隔空間的第一層間絕緣膜170和/或上部電極181、182、183、184來反射。在活性層121、122、123、124中產生後朝向第一開口部或電池區域161、162、163、164之間的相隔空間的光L，在具有配置於第一開口部的側壁或相隔空間的側壁的第一層間絕緣膜170和/或上述反射導電層180b的上述上部電極181、182、183、184中被反射，可通過上述基板100向外部提取。由此，不僅可以減少光損失，還可以提高光提取效率。
為此，上述上部電極181、182、183、184最好大面積地佔據上述發光二極體陣列的面積。例如，上述上部電極181、182、 183、184可覆蓋發光二極體陣列的全部面積的70%以上、80%以上、90%以上。並且，上述上部電極181、182、183、184之間的間隔範圍是1μm至100μm，更具體地，上述上部電極181、182、183、184之間的間隔可以是5μm至15μm。由此，在第一開口部或電池區域161、162、163、164之間的相隔空間中可防止光洩露。
上述上部電極181、182、183、184還可以設有配置於上述反射導電層180b的障壁層180c。上述障壁層180c可包括鈦、鎳、鉻、鉑、鈦鎢、鎢、鉬，或者它們的組合。這種障壁層180c可防止在後續的蝕刻工序或清洗工序中上述反射導電層180b受損。上述障壁層180c可由單一層或多重層形成，還能夠以300μm至5000μm範圍的厚度形成。
並且，在第一半導體層111、112、113、114具有n型導電型、第二半導體層131、132、133、134具有p型的導電型的情況下，各個上部電極可制模成發光二極體的陰極電極，同時還可以制模成作為在陰極電極相鄰的電池區域中形成的發光二極體的陽極電極的下部電極相連接的配線。即，在形成於電池區域的發光二極體中，上部電極可形成陰極電極，同時還可以制模成與相鄰的電池區域的發光二極體的陽極電極電氣連接的配線。
圖18為示出圖13的俯視圖的立體圖。
參照圖18，第一上部電極181至第三上部電極183跨設於至少兩個電池區域。由此，相鄰的電池區域之間的相隔空間被遮蔽。在上部電極中，通過基板來反射在相鄰的電池區域之間洩 漏的光，並與各個電池區域的第一半導體層電氣連接。並且，與相鄰的電池區域的第二半導體層電氣連接。
圖19為根據本新型創作的實施例製造圖13至圖18的結構物的模型的等效電路圖。
參照圖19，公開了4個發光二極體D1、D2、D3、D4與它們之間的配線關係。
第一發光二極體D1形成於第一電池區域161，第二發光二極體D2形成於第二電池區域162，第三發光二極體D3形成於第三電池區域163，第四發光二極體D4形成於第四電池區域164。並且，各個電池區域161、162、163、164的第一半導體層111、112、113、114制模成n型半導體，第二半導體層131、132、133、134制模成p型半導體。
第一上部電極181與第一電池區域161的第一半導體層電氣連接，並延伸至第二電池區域162，與第二電池區域162的第二半導體層電氣連接。由此，第一上部電極181制模成用於連接第一發光二極體D1的陰極端子及第二發光二極體D2的陽極端子之間的配線。
並且，第二上部電極182制模成用於連接第二發光二極體D2的陰極端子及第三發光二極體D3的陽極端子之間的配線，第三上部電極183制模成用於連接第三發光二極體D3的陰極端子及第四發光二極體D4的陽極端子的配線。並且，第四上部電極184制模成用於形成第四發光二極體D4的陰極端子的配線。
由此，第一發光二極體D1的陽極端子及第四發光二極體D4的陰極端子對於外部電源處在電氣開放的狀態，剩餘發光二極體D2、D3以串聯結構形成。
圖20為在圖13的俯視圖中向結構物的前面塗敷第二層間絕緣膜，並通過第二開口部來露出第一電池區域的第一下部電極的一部分和通過第三開口部來露出第四電池區域的第四下部電極的一部分的俯視圖。
並且，圖21為沿著B1-B2切割圖20的俯視圖的剖視圖，圖22為沿著C1-C2切割圖20的俯視圖的剖視圖，圖23為沿著D1-D2切割圖20的俯視圖的剖視圖，圖24為沿著E1-E2切割圖20的俯視圖的剖視圖。
參照圖21，在第一電池區域161中與第二半導體層131電氣連接的第一下部電極151露出。剩餘區域在第二電池區域162中被第二層間絕緣膜190覆蓋。
參照圖22，第二電池區域162及第三電池區域163被第二層間絕緣膜190完全覆蓋。
並且，參照圖20、圖23及圖24，第四電池區域164的第四上部電極184通過第三開口部184h露出，第一電池區域161的第一下部電極151通過第二開口部151h露出。上述第二開口部151h可通過再次開放覆蓋於通過第一層間絕緣膜170已形成的第二開口部的第二層間絕緣膜190來形成。
在本實施例中，上述第三開口部184h與上述第二開口部 151h一樣，能夠以第一開口部為中心配置於兩側。至少兩個第三開口部184h以與第一開口部相隔恆定距離的方式配置。即，從上面觀察第四電池區域164時，左側的沿著上下方向配置的兩個第三開口部184h能夠以第一電池區域為中心上下對稱的方式進行配置。
並且，第一開口部的一側末端和第三開口部184h可全部相隔恆定間隔而配置。即，如上所述，第一開口部可由配置於兩側末端的通孔和用於連接上述通孔的連接部來形成，如圖20所示，上述通孔中的一個通孔能夠以與4個第三開口部184h均保持恆定間隔的方式進行配置。
在本新型創作中，通過第三開口部184h露出的第四上部電極184，接著通過第二墊片來與外部實現電氣連接。第三開口部和下部的第一開口部以相互保持恆定間隔的方式保持規則性地相隔的狀態，因此，可引導發光二極體的內部的電流擴散變得容易。並且，第三開口部可考慮到下部的第一開口部來構成規則性的列和行完成配置，因此，可以使發光二極體的內部的電流的流動變得均勻。
上述第二層間絕緣膜190選自保護下部的膜而免受外部環境的傷害的絕緣物。尤其，可使用具有絕緣特性，且可遮罩溫度或濕度的變化的氮化矽(SiN)等。
在圖20至圖24中，第二層間絕緣膜190塗敷於基板上的結構物整體。並且，通過第一開口部151h露出第一電池區域161 的第一下部電極151的一部分，通過第三開口部184h露出第四電池區域164的第四上部電極184。
圖25為在圖20的結構物中形成第一墊片及第二墊片的俯視圖。
參照圖25，上述第一墊片210跨設於第一電池區域161及第二電池區域162。由此，第一墊片210實現與在圖20中露出的第一電池區域161的第一下部電極151的電氣接觸。
並且，第二墊片220以與上述第一墊片210相隔恆定距離的方式形成，並且可跨設於第三電池區域163及第四電池區域164。第二墊片220與在上述圖20中通過第三開口部184h露出的第四電池區域164的第四上部電極184電氣連接。
圖26為沿著B1-B2切割圖25的俯視圖的剖視圖，圖27為沿著C1-C2切割圖25的俯視圖的剖視圖，圖28為沿著D1-D2切割圖25的俯視圖的剖視圖，圖29為沿著E1-E2切割圖25的俯視圖的剖視圖。
參照圖26，第一墊片210跨設於第一電池區域161及第二電池區域162。上述第一墊片210形成於在第一電池區域161中露出的第一下部電極151。在剩餘區域中，形成於第二層間絕緣膜190。由此，第一墊片210通過第一下部電極151與第一電池區域161的第二半導體層131電氣連接。
參照圖27，在第二電池區域162形成第一墊片210，在第三電池區域163以與第一墊片210相隔的方式形成第二墊片 220。在上述第二電池區域162及第三電池區域163中，第一墊片210或第二墊片220與下部電極或上部電極的電氣接觸被切斷。
參照圖28，第二墊片220跨設於第三電池區域163及第四電池區域164。尤其，在第四電池區域164中露出的第四上部電極184與第二墊片220電氣連接。由此，第二墊片220與第四電池區域164的第一半導體層114電氣連接。
參照圖29，在第四電池區域164形成第二墊片220，在第一電池區域161以與第二墊片220相隔的方式形成第一墊片210。上述第一墊片210形成於第一電池區域161的第一下部電極151，與第二半導體層131電氣連接。
圖30為示出圖25的俯視圖的立體圖，圖31為沿著C2-C3線切開圖30的立體圖的剖視圖。
參照圖30及圖31，第三電池區域163的第一半導體層113與第三上部電極183電氣連接。上述第三上部電極183遮蔽第三電池區域163及第四電池區域164的分隔空間，並與第四電池區域164的第四下部電極154電氣連接。並且，第一墊片210及第二墊片220相互分隔，並形成於第二層間絕緣膜190。當然，如上所述，第一墊片210與第一電池區域161的第二半導體層131電氣連接，第二墊片220與第四電池區域164的第一半導體層114電氣連接。
在參照圖19的制模的情況下，各個電池區域的第一半導體層111、112、113、114制模成n型半導體，第二半導體層131、 132、133、134制模成p型半導體。形成於第一電池區域161的第二半導體層131的第一下部電極151制模成第一發光二極體D1的陽極電極。由此，第一墊片210可制模成與第一發光二極體D1的陽極電極相連接的配線。並且，與第四電池區域164的第一半導體層114電氣連接的第四上部電極184制模成第四發光二極體D4的陰極電極。由此，第二墊片220可以理解成與第四發光二極體D4的陰極電極相連接的配線。
由此，形成4個發光二極體(D1至D4)串聯的陣列結構，與外部的電氣連接則通過形成於一個基板100的兩個墊片210、220來實現。
在本新型創作中，示出了4個發光二極體以相互分離的形態形成，通過下部電極及上部電極，一個發光二極體的陽極端子與另一個發光二極體的陰極端子電氣連接的情況。但是，根據本新型創作，4個發光二極體僅僅是一個實施例，根據本新型創作，可形成各種數量的發光二極體。
圖32為用於說明包括本新型創作的一實施例的發光二極體陣列的發光二極體模組的簡要立體圖。
參照圖32，上述發光二極體模組包括具有墊片240的印刷電路板250及通過焊膏230粘結於印刷電路板250的發光二極體陣列200。
印刷電路板是形成有印刷電路的基板，只要是用於提供發光二極體模組的基板，不作特殊限定。
發光二極體陣列200以倒裝晶片形態翻轉後裝配於印刷電路板250。發光二極體陣列200通過第一及第二墊片210、220裝配於印刷電路板250。發光二極體陣列200的下表面，即，基板100的光提取面可由波長轉換器(未圖示)覆蓋。波長轉換器不僅可以覆蓋發光二極體陣列200的上表面，還可以覆蓋側面。
圖33為根據本新型創作的一實施例以10個發光二極體串聯的形態製造模型的電路圖。
參照圖33，利用圖5中公開的工序，定義十個電池區域301、302、303、304、305、306、307、308、309、310。各個電池區域301、302、303、304、305、306、307、308、309、310的內部的第一半導體層、活性層、第二半導體層及下部電極與其他電池區域相分離。各個下部電極形成於第二半導體層，從而形成發光二極體D1至D10的陽極電極。
接著，利用如圖6至圖17所示的工序，形成第一層間絕緣膜和第一上部電極至第十上部電極181、182、183、184、185、186、187、188、189、189'。但是，所形成的上部電極181、182、183、184、185、186、187、188、189、189'遮蔽相鄰的電池區域之間的相隔空間。上述第一上部電極至第九上部電極181、182、183、184、185、186、187、188、189作為在相鄰的一對發光二極體中實現一側的陽極電極和另一側的第一半導體層之間的電氣連接的配線起作用。並且，第十上部電極189'與發光二極體D10的第一半導體層電氣連接。
並且，基於在圖20至圖29中介紹的工序來形成第二層間絕緣膜，在電流路徑上露出與正的電源電壓V+相連接的第一發光二極體D1的下部電極，開啟與負的電源電壓V-相連接的第十發光二極體D10的上部電極。接著，形成第一墊片320，與第一發光二極體D1的陽極端子相連接。並且，形成第二墊片330來與第十發光二極體D10的陰極端子相連接。
此外，發光二極體之間的連接可由串聯/並聯形態的陣列來構成。
圖34為根據本新型創作的一實施例發光二極體以串聯/並聯形態構成陣列的模型的電路圖。
參照圖34，多個發光二極體(D1至D8)具有串聯結構，並且與相鄰的發光二極體具有並聯結構。各個發光二極體(D1至D8)通過電池區域401、402、403、404、405、406、407、408的定義而相互獨立地形成。如上所述，發光二極體(D1至D8)的陽極電極通過下部電極來形成。並且，發光二極體(D1至D8)的陰極電極及相鄰的發光二極體的陽極電極之間的配線則通過上部電極的形成及合理的配線來形成。但是，下部電極形成於第二半導體層的上部，上部電極以遮蔽相鄰的電池區域之間的相隔空間的方式形成。
最終，供給正的電源電壓V+的第一墊片410與形成於第一發光二極體D1或第三發光二極體D3的第二半導體層的下部電極電氣連接，供給負的電源電壓V-的第二墊片420與作為第六發 光二極體D6或第八發光二極體D8的陰極端子的上部電極電氣連接。
根據如上所述的本新型創作，從各個發光二極體的活性層所產生的光在下部電極及上部電極中向基板反射，倒裝晶片類型的發光二極體在一個基板上通過上部電極的配線來電氣連接。具體而言，上述上部電極作為在相鄰的一對發光二極體中實現一側的第一半導體層和另一側的第二半導體層之間的電氣連接的配線起作用。此時，上述上部電極包括反射導電層，通過反射從發光層釋放的光來提高光提取效率。
上部電極通過第二層間絕緣膜來與外部隔離。供給正的電源電壓的第一墊片與最近地連接於上述正的電源電壓的發光二極體的下部電極電氣連接。並且，供給負的電源電壓的第二墊片與最近地連接於上述負的電源電壓的發光二極體的上部電極電氣連接。
由此，在倒裝晶片類型下，將多個晶片裝配於載體基板，通過排列於載體基板的配線來解決針對外部電源使用2個端子的工序上的繁瑣。此外，由上部電極遮蔽電池區域之間的相隔空間，可最大化面向基板的光的反射。
並且，第二層間絕緣膜在外部的溫度及濕度等環境中保護配置於基板與上述第二層間絕緣膜之間的多個層疊結構。由此，無需採用獨立的封裝單元，也可以實現直接裝配於基板的結構。
尤其，在一個基板上以倒裝晶片的類型實現多個發光二極體，因此，無需對於所供給的常用電源進行電壓下降、電平的轉換或波形的轉換，可直接使用常用電源。
並且，通過發光二極體陣列包含的第一開口部形態、第一開口部與第二開口部之間的相互配置形態、第一開口部和第三開口部之間的相互配置形態等，可有效地擴散電流。
以上，通過本新型創作的優選實施例對本新型創作進行了詳細說明，本新型創作不限定於上述實施例，本新型創作所屬技術領域的普通技術人員可在本新型創作的技術思想及範圍內進行各種變更及變形。
170‧‧‧第一層間絕緣膜
181‧‧‧上部電極
190‧‧‧第二層間絕緣膜
200‧‧‧發光二極體陣列
210‧‧‧第一墊片
220‧‧‧第二墊片

Claims (17)

  1. 一種發光二極體陣列，包括：基板；發光二極體，位於所述基板，分別包括第一半導體層、活性層、第二半導體層及外露有所述第一半導體層的一部分的第一開口部；下部電極，配置於所述第二半導體層；上部電極，通過所述第一開口部與所述第一半導體層電氣連接；以及第一層間絕緣膜，配置於所述發光二極體及所述上部電極之間，使所述上部電極與所述發光二極體的側面相絕緣，所述第一開口部與所述第二半導體層的一側並行地配置，所述上部電極的至少一個具有通過所述第一層間絕緣膜外露有所述下部電極的一部分的第二開口部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中，所述第一開口部包括分別配置於所述第一開口部的兩側末端的通孔以及用於連接所述通孔的連接部；以及所述通孔中的一個所述通孔以預定距離與所述第二開口部相隔。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中所述第一開口部呈啞鈴型態、矩形形態或邊角圓潤的矩形形態。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中所述第一開口部的長度與所述第二半導體層的一側中的長側長度呈正比。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中所述第一開口部的至少一部分配置於所述發光二極體分別包括的所述第二半導體層的中央區域。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中所述第一開口部的長度為所述第二半導體層的一側長度的30%以上且小於100%。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中，所述上部電極中的一個與相鄰的所述發光二極體的所述第二半導體層電氣連接；以及所述上部電極中的另一個與相鄰的所述發光二極體的所述第二半導體層相絕緣。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體陣列，其中，所述第一層間絕緣膜使所述下部電極中的各所述下部電極的一部分外露；以及所述上部電極中的至少一個通過外露的所述下部電極中的各所述下部電極的一部分，與相鄰的所述發光二極體所包含的所述第二半導體層電氣連接。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體陣列，還包括第二層間絕緣膜，所述第二層間絕緣膜用於覆蓋所述上部電極；以及所述第二層間絕緣膜包括：第二開口部，使所述下部電極中的一個所述下部電極外露，以及第三開口部，使與相鄰的所述發光二極體所包含的所述第二半導體層相絕緣的所述上部電極外露。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的發光二極體陣列，其中所述第三開口部中的至少兩個所述第三開口部相對於相鄰的所述發光二極體所包含的所述第一開口部呈對稱。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的發光二極體陣列，其中相鄰的所述發光二極體所包含的所述第一開口部包括分別配置於所述第一開口部的兩側末端的通孔以及用於連接所述通孔的連接部；以及所述通孔中的一個所述通孔以預定距離與所述第三開口部相隔。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的發光二極體陣列，還包括第一墊片及第二墊片，所述第一墊片及所述第二墊片位於所述第二層間絕緣膜上；所述發光二極體借助所述上部電極來串聯；以及 所述第一墊片與通過所述第二開口部來外露的所述下部電極相連接，所述第二墊片與通過所述第三開口部來外露的所述上部電極相連接。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中所述上部電極包括歐姆接觸層，所述歐姆接觸層歐姆接觸於所述第一半導體層。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的發光二極體陣列，其中所述上部電極還包括反射層，所述反射層位於所述歐姆接觸層上。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中所述下部電極分別包括反射層。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中所述上部電極的面積占所述發光二極體陣列的全部面積的30%以上且小於100%。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體陣列，其中所述上部電極中的至少一個的寬度或幅度大於與所述上部電極相對應的所述發光二極體的寬度或幅度。
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