JP6429049B1 - 可撓性led素子と可撓性led表示パネル - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、可撓性LED素子と可撓性LED表示パネルを開示することを旨とする。【解決手段】従来技術と異なり、剥離製造工程を利用するウェハ接合技術において、LED素子の中のサファイヤ基板を高熱伝導性の銅基板に取り替え、本発明は、特に、薄金属製の可撓性基板と、基板保護層と、格子整合層と、発光構造と、第1電極と、第2電極とからいわゆる可撓性LED素子が構成される。特に、厚さが約25〜150μmの薄金属製の基板は、優れた可撓性、高熱伝導特性と耐高温性を有するので、技術作業者は、PECVDやMOCVDなどの薄膜沈着設備を利用して全自動ロールツーロール式(roll−to−roll)生産ラインに合わせて、本発明の可撓性LED素子を大量に生産することができる。説明に値するのは、薄金属製の可撓性基板は、優秀な熱伝導体なので、可撓性LED素子の発光時に生じる熱を効果的に排出することができる。【選択図】図3
Description
本発明は、発光素子の関連技術分野に係り、特に、良好な放熱効果を有する可撓性LED素子と可撓性LED表示パネルに関するものである。
発光ダイオード(Light−Emitting Diode,LED)は、現在、広汎に応用されている発光素子の一つであり、LEDは、体積が小さく、使用寿命が長いなどの利点を有するため、人々の日常生活に広く適用されている。
図1は、伝統的なLED素子を示す側面断面図である。図1に示すように、伝統的なLED素子1’は、構造上、サファイヤ基板11’と、N型半導体層12’と、多重量子井戸構造(multiple quantum well,MQW)13’と、P型半導体層14’と、第1電極15’と、第2電極16’とを備える。
その内、よく見かけられる前記N型半導体層12’と前記P型半導体層14’の材料は、それぞれN型窒化ガリウム(n−type gallium nitride,n−GaN)とP型窒化ガリウム(p−type gallium nitride,p−GaN)である。また、多重量子井戸構造13’は、主に、InGaN/GaNの多重積層構造である。
その内、よく見かけられる前記N型半導体層12’と前記P型半導体層14’の材料は、それぞれN型窒化ガリウム(n−type gallium nitride,n−GaN)とP型窒化ガリウム(p−type gallium nitride,p−GaN)である。また、多重量子井戸構造13’は、主に、InGaN/GaNの多重積層構造である。
LED素子の設計と製作を熟知する電子エンジニアであれば、図1に示す伝統的なLED素子1’はGaN系青色発光ダイオード(GaN−based blue LED)であることが分かるはずであり、その製作実務上では、以下の欠点を有していた。
(1)サファイヤ基板11’とN型半導体層12’との間の格子定数の顕著な差に起因して、サファイヤ基板11’とN型半導体層12’との界面に大量のミスフィット転位(misfit dislocation)が発生することにより、電子と正孔の再結合率(electron−hole recombination rate)の大幅な低下を引き起こす結果となった。
(2)サファイヤ基板11’の熱伝導能力が極めて劣るため、LED素子1’の動作時に生じる熱を効果的に排出することができないので、LED素子1’の内部に熱蓄積現象が起こる。さらに深刻な場合には、過多な熱蓄積は、LED素子1’の作動不能を引き起こす結果となった。
(1)サファイヤ基板11’とN型半導体層12’との間の格子定数の顕著な差に起因して、サファイヤ基板11’とN型半導体層12’との界面に大量のミスフィット転位(misfit dislocation)が発生することにより、電子と正孔の再結合率(electron−hole recombination rate)の大幅な低下を引き起こす結果となった。
(2)サファイヤ基板11’の熱伝導能力が極めて劣るため、LED素子1’の動作時に生じる熱を効果的に排出することができないので、LED素子1’の内部に熱蓄積現象が起こる。さらに深刻な場合には、過多な熱蓄積は、LED素子1’の作動不能を引き起こす結果となった。
上記の欠陥を解決するために、剥離製造工程を利用するウェハ接合技術(リフトオフとボンディングアプローチ,lift−off and bonding approach)が提案されている。例えば、特許文献1(米国特許第8,507,357号明細書)には、LED素子の基体を剥離するための方法が開示されている。
LED素子の基体を剥離するための方法を示す製造工程模式図である図2Aと図2Bを参照する。図2Aと図2Bに示すように、当該剥離方法は、まず、サファイヤ基板11’の上に遷移層(transition layer)10’を形成する。次に、前記遷移層10’の被覆下でサファイヤ基板11’をパターン化サファイヤ基板(Patterned sapphire substrate,PSS)11a’に加工してなる。
LED素子の基体を剥離するための方法を示す製造工程模式図である図2Aと図2Bを参照する。図2Aと図2Bに示すように、当該剥離方法は、まず、サファイヤ基板11’の上に遷移層(transition layer)10’を形成する。次に、前記遷移層10’の被覆下でサファイヤ基板11’をパターン化サファイヤ基板(Patterned sapphire substrate,PSS)11a’に加工してなる。
継続的に、当該剥離方法は、それから、前記パターン化サファイヤ基板11a’の上に阻止層17’を形成し、その内、前記阻止層17’は、同時にパターン化サファイヤ基板11a’の複数個の溝部11a1’に充満される。その後、阻止層17’とパターン化サファイヤ基板11a’との上に、順次形成されたN型半導体層12’と、多重量子井戸構造13’と、P型半導体層14’とからLED発光構造が構成される。注意に値することは、N型半導体層12’とパターン化サファイヤ基板11a’との間に複数個の第1孔穴18’が存在する点である。
最終的に、P型半導体層14’に特殊な基体層19’が被覆された後、湿式エッチング方式を利用すると、前記複数個の第1孔穴18’を通過してN型半導体層12’の中に複数個の第2孔穴20’がエッチングされることにより、パターン化サファイヤ基板11a’をN型半導体層12’から剥離させるように促すことができることから、別のLED素子1a’が得られる。
最終的に、P型半導体層14’に特殊な基体層19’が被覆された後、湿式エッチング方式を利用すると、前記複数個の第1孔穴18’を通過してN型半導体層12’の中に複数個の第2孔穴20’がエッチングされることにより、パターン化サファイヤ基板11a’をN型半導体層12’から剥離させるように促すことができることから、別のLED素子1a’が得られる。
LED素子の設計と製作を熟知する電子エンジニアであれば、銅製の特殊な基体層19’は、LED素子1a’の動作時に生じる熱を効果的に排出することができることが推知される。しかしながら、剥離製造工程を利用するウェハ接合技術によって作成されたLED素子1a’には、実務上、依然として以下の欠点があった。
(A)銅は塑性変形が容易な材料に属するので、銅製の特殊な基体層19’は、却ってダイを切断する時(die saw process)、LED発光構造の破損が生起してしまうことになる。
(B)一方、湿式エッチングは異方性エッチングに属するので、湿式エッチングがN型半導体層12’に対して不必要なエッチングを施してしまうのを有効に把握することが困難である。
(A)銅は塑性変形が容易な材料に属するので、銅製の特殊な基体層19’は、却ってダイを切断する時(die saw process)、LED発光構造の破損が生起してしまうことになる。
(B)一方、湿式エッチングは異方性エッチングに属するので、湿式エッチングがN型半導体層12’に対して不必要なエッチングを施してしまうのを有効に把握することが困難である。
上記で説明したように、如何にしてLED発光構造を破壊しない範囲で伝統的なLED素子の中のサファイヤ基板を、その他の高熱伝導性基材に取り替えるかが、各LEDウェハ工場(LED foundries)の重要な研究課題であることが分かる。
以上に鑑みて、本願の発明者は、極力研究考案した結果、遂に本発明の可撓性LED素子と可撓性LED表示パネルを研究開発して完成させた。
以上に鑑みて、本願の発明者は、極力研究考案した結果、遂に本発明の可撓性LED素子と可撓性LED表示パネルを研究開発して完成させた。
本発明の主要な目的は、可撓性LED素子と可撓性LED表示パネルを提供することである。従来技術と異なり、剥離製造工程を利用するウェハ接合技術において、LED素子の中のサファイヤ基板を高熱伝導性の銅基板に取り替え、本発明は、特に、薄金属製の可撓性基板と、基板保護層と、格子整合層と、発光構造と、第1電極と、第2電極とからいわゆる可撓性LED素子が構成される。説明に値するのは、厚さが約25〜150μmの薄金属基板は、優れた可撓性、高熱伝導特性と耐高温性を有するので、技術作業者は、PECVDやMOCVDなどの薄膜沈着設備を利用して全自動ロールツーロール式(roll−to−roll)生産ラインに合わせて、本発明の可撓性LED素子を大量に生産することができる点である。このほか、薄金属製の可撓性基板は、優秀な熱伝導体なので、可撓性LED素子の発光時に生じる熱を効果的に排出することができる。
上記した本発明の主要な目的を達成するために、本願の発明者は、前記可撓性LED素子の一実施例を提供する。かかる可撓性LED素子は、薄金属からなる可撓性基板と、前記可撓性基板の上に被覆され、または前記可撓性基板を包囲する基板保護層と、前記基板保護層の上に形成される格子整合層と、前記格子整合層の上に形成される第1半導体材料層と、前記第1半導体材料層の上に形成される活性層と、前記活性層の上に形成される第2半導体材料層とを有する発光構造と、前記第1半導体材料層に電気的に接続される第1電極と、前記第2半導体材料層の上に形成される第2電極とを備える。
また、上記した本発明の主要な目的を達成するために、本願の発明者は、さらに前記可撓性LED表示パネルの一実施例を提供する。かかる可撓性LED表示パネルは、薄金属からなる可撓性基板と、前記可撓性基板の上に被覆され、または前記可撓性基板を包囲する基板保護層と、前記基板保護層の上に形成される格子整合層と、前記格子整合層の上に形成される複数個の発光構造と、複数個の第1電極と、複数個の第2電極と、透明金属格子基板とを備え、かつ各個の発光構造は、前記格子整合層の上に形成される第1半導体材料層と、前記第1半導体材料層の上に形成される活性層と、前記活性層の上に形成される第2半導体材料層とを有し、複数個の第1電極は、それぞれ前記複数個の発光構造の前記第1半導体材料層に電気的に接続され、複数個の第2電極は、それぞれ前記複数個の発光構造の前記第2半導体材料層の上に電気的に接続され、透明金属格子基板は、透明基板と、複数本の第1金属線と、複数本の第2金属線とから構成され、前記複数本の第1金属線と前記複数本の第2金属線とは、前記透明基板の表面に形成され、また、前記複数本の第1金属線は、それぞれ前記複数個の発光構造の当該第1電極に電気的に接続され、かつ前記複数本の第2金属線は、それぞれ前記複数個の発光構造の当該第2電極に電気的に接続される。
本発明が提出した可撓性LED素子と可撓性LED表示パネルをより明瞭に記述するために、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例を以下に詳述する。
(可撓性LED素子の第1実施例)
本発明に係る可撓性LED素子の第1実施例を示す模式的斜視図である図3を参照する。
図3に示すように、本発明の可撓性LED素子1は、可撓性照明装置の基礎発光素子としてもよく、さらに、可撓性表示パネルの基礎画素とするのも好ましい。この可撓性LED素子1は、構造上、可撓性基板11と、基板保護層10と、格子整合層1Bと、発光構造1aと、第1電極15と、第2電極16とを備える。本発明において、可撓性基板11の厚さは25μm〜150μmの間の範囲にあり、かつその製造工程材料は、ステンレス鋼、銅、金、ニッケル、モリブデン、チタン、タングステンのうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであってもよい。
特に強調すべき点は、発光構造1aが多層の半導エピタキシャル層からなることに基づいて、薄金属の耐高温特性でそれを最適な可撓性基板11の製造工程材料とする点である。このほか、厚さが約25〜150μmの薄金属基板は、優秀な可撓性を有するのみならず、同時に高熱伝導特性も兼ね備えるので、可撓性LED素子1の放熱に役立つものとなる。
本発明に係る可撓性LED素子の第1実施例を示す模式的斜視図である図3を参照する。
図3に示すように、本発明の可撓性LED素子1は、可撓性照明装置の基礎発光素子としてもよく、さらに、可撓性表示パネルの基礎画素とするのも好ましい。この可撓性LED素子1は、構造上、可撓性基板11と、基板保護層10と、格子整合層1Bと、発光構造1aと、第1電極15と、第2電極16とを備える。本発明において、可撓性基板11の厚さは25μm〜150μmの間の範囲にあり、かつその製造工程材料は、ステンレス鋼、銅、金、ニッケル、モリブデン、チタン、タングステンのうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであってもよい。
特に強調すべき点は、発光構造1aが多層の半導エピタキシャル層からなることに基づいて、薄金属の耐高温特性でそれを最適な可撓性基板11の製造工程材料とする点である。このほか、厚さが約25〜150μmの薄金属基板は、優秀な可撓性を有するのみならず、同時に高熱伝導特性も兼ね備えるので、可撓性LED素子1の放熱に役立つものとなる。
図3に示すように、基板保護層10は、前記可撓性基板11の上に被覆され、かつその厚さは50nm〜500nmの間の範囲にある。あるいは、製造工程上にも基板保護層10が前記可撓性基板11の全体を包囲するようにさせることができる。こうして、前記発光構造1aの多層の半導エピタキシャル層を製造する時、基板保護層10の阻害により可撓性基板11がエピタキシャル材料の汚染を受けるのを効果的に回避することができる。
前記基板保護層10の製造材料は、二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、酸化ニッケル(NiO)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化物、ハロゲン化物、ケイ素基化合物のうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであってもよい。
前記基板保護層10の製造材料は、二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、酸化ニッケル(NiO)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化物、ハロゲン化物、ケイ素基化合物のうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであってもよい。
注意に値することは、基板保護層10は、可撓性基板11と格子整合層1Bとの間に位置し、かつ格子整合層1Bは、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、アンドープの窒化ガリウム(undoped GaN)、または酸化亜鉛(ZnO)のような特定の結晶方位を有する単結晶材料から作製される点である。二酸化ケイ素と窒化アルミニウムをそれぞれ基板保護層10と格子整合層1Bの模範的な材料とする。その内、窒化アルミニウムが六方晶系ウルツ鉱構造であり、a=0.311nm、c=0.498nmの格子定数を有する。一方、β−クリストバライト晶系の二酸化ケイ素(β−Cristobalite,SiO2)では、a=0.499nmの格子定数を有する。このため、薄膜沈着の製造工程を熟知するエンジニアであれば、二酸化ケイ素を基板保護層10とすることで、可撓性基板11を保護することが達成されるほか、それがエピタキシャル気相物質の汚染を受けるのを回避することができる以外、同時に窒化アルミニウム膜(すなわち、格子整合層1B)をc軸配列方向に対応させて前記基板保護層10の上に形成させることができることが推知される。補足説明として、基板保護層10と格子整合層1Bとすることができるその他の材料を、下記の表1と表2にまとめて示す。
補足説明すべき点は、格子整合層1Bの製造材料としては、格子定数がGaNの整数倍に近似する単結晶材料も選択されうる点である。例えば、II−VI族半導体化合物の硫化亜鉛(ZnS)は格子定数a=0.623nmであり、II−VI族半導体化合物のセレン化亜鉛(ZnSe)では格子定数a=0.653nmである。一方、発光構造1aの第1半導体材料層12、活性層13と第2半導体材料層14の材料の選択は、発光色の違いによって異なる。
伝統的に、GaP、GaAsP及びAlGaAsを発光構造1aの活性層13の主要材料とすることで、発光構造1aを波長範囲が580nm〜740nmの間にある可視光を発させることができる。しかしながら、有機金属化学気相沈着(metal−organic chemical vapor deposition,MOCVD)の製造工程技術の進歩に伴って、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)、又は窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)も活性層13の主要材料となりつつある。その内、GaN活性層13を含む発光構造1aは、青色光を発することができる。
伝統的に、GaP、GaAsP及びAlGaAsを発光構造1aの活性層13の主要材料とすることで、発光構造1aを波長範囲が580nm〜740nmの間にある可視光を発させることができる。しかしながら、有機金属化学気相沈着(metal−organic chemical vapor deposition,MOCVD)の製造工程技術の進歩に伴って、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)、又は窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)も活性層13の主要材料となりつつある。その内、GaN活性層13を含む発光構造1aは、青色光を発することができる。
LEDダイ(die)の設計と製造を熟知するデバイスエンジニアであれば、xの値(x<1)を増加することにより、InxGa1−xN活性層13を含む発光構造1aは、波長が長い光を発することができることは明らかである。相対的に、xの値(x<1)を増加することにより、AlxGa1−xN活性層13を含む発光構造1aは、波長が短い光を発することができることは明らかである。ここで、補足説明すべき点は、GaN、AlxGa1−xNまたはInxGa1−xNから作製された活性層13は、第1半導体材料層12と第2半導体材料層14とに単一の量子井戸構造が形成される点である。その内、前記第1半導体材料層12の製造材料は、N型窒化ガリウム(n−type gallium nitride,n−GaN)であり、例えば、ケイ素(Si)ドープの窒化ガリウムが挙げられる。加えて、前記第2半導体材料層14の製造材料は、P型窒化ガリウム(p−type gallium nitride,p−GaN)であり、例えば、マグネシウム(Mg)ドープの窒化ガリウムが挙げられる。
しかしながら、電子と正孔の活性層13内における再結合率を向上させるために、活性層13をさらに1つの多重量子井戸構造として設計してもよい。その内、前記多重量子井戸構造は、窒化ガリウムと窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)との多重積層構造、窒化ガリウムと窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)との多重積層構造、または窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)と窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)との多重積層構造のうちのいずれか1種であってもよい。
しかしながら、電子と正孔の活性層13内における再結合率を向上させるために、活性層13をさらに1つの多重量子井戸構造として設計してもよい。その内、前記多重量子井戸構造は、窒化ガリウムと窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)との多重積層構造、窒化ガリウムと窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)との多重積層構造、または窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)と窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)との多重積層構造のうちのいずれか1種であってもよい。
図3を継続的に参照する。前記第1電極15は、前記第1半導体材料層12に電気的に接続され、かつ前記第2電極16は、前記第2半導体材料層14の上に形成される。その内、第1電極15と第2電極16の製造材料は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、金(Au)、銅(Cu)、クロム(Cr)、白金(Pt)のうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであってもよい。例えば、第1電極15と第2電極16は、ニッケル−金複合構造またはチタン−アルミニウム複合構造であってもよい。
(可撓性LED素子の第2実施例)
本発明の可撓性LED素子の第2実施例を示す模式的斜視図である図4を継続的に参照する。
前述した第1実施例に対して、この可撓性LED素子1の第2実施例は、透明導電層17をさらに備える。図4に示すように、この透明導電層17は、前記第1電極15と前記第1半導体材料層12との間に形成されると同時に、前記第2電極16と前記第2半導体材料層14との間に形成される。また、製造工程上について言えば、前記透明導電層17は、酸化インジウムスズ(Indium tin oxide,ITO)薄膜、酸化亜鉛(ZnO)薄膜、ニッケル−金複合薄膜であってもよい。特筆すべき点は、透明導電層17を設置する目的は、可撓性LED素子1のアウトカップリング効率(out coupling efficiency)を向上させることである。
本発明の可撓性LED素子の第2実施例を示す模式的斜視図である図4を継続的に参照する。
前述した第1実施例に対して、この可撓性LED素子1の第2実施例は、透明導電層17をさらに備える。図4に示すように、この透明導電層17は、前記第1電極15と前記第1半導体材料層12との間に形成されると同時に、前記第2電極16と前記第2半導体材料層14との間に形成される。また、製造工程上について言えば、前記透明導電層17は、酸化インジウムスズ(Indium tin oxide,ITO)薄膜、酸化亜鉛(ZnO)薄膜、ニッケル−金複合薄膜であってもよい。特筆すべき点は、透明導電層17を設置する目的は、可撓性LED素子1のアウトカップリング効率(out coupling efficiency)を向上させることである。
(可撓性LED素子の第3実施例)
LEDダイの設計と製造を熟知する半導体デバイスエンジニアであれば、図3と図4に示す可撓性LED素子1の2つの実施例は、いずれもLEDダイ(die)に属することが分かるはずである。このため、第3実施例において、可撓性LED素子1は、さらにLED部品(component)として設計されている。本発明の可撓性LED素子の第3実施例を示す斜視分解図である図5を参照する。
図5に示すように、可撓性LED素子1の第3実施例は、台座18と、可撓性基板11と、基板保護層10と、格子整合層1Bと、発光構造1aと、第1電極15と、第2電極16と、コロイド封止カバー(colloidal encapsulation cover)19と、光拡散レンズ1Lとを備える。
LEDダイの設計と製造を熟知する半導体デバイスエンジニアであれば、図3と図4に示す可撓性LED素子1の2つの実施例は、いずれもLEDダイ(die)に属することが分かるはずである。このため、第3実施例において、可撓性LED素子1は、さらにLED部品(component)として設計されている。本発明の可撓性LED素子の第3実施例を示す斜視分解図である図5を参照する。
図5に示すように、可撓性LED素子1の第3実施例は、台座18と、可撓性基板11と、基板保護層10と、格子整合層1Bと、発光構造1aと、第1電極15と、第2電極16と、コロイド封止カバー(colloidal encapsulation cover)19と、光拡散レンズ1Lとを備える。
上記に続いて、前記台座18は、収容スロット181を有し、図3に示すような可撓性LED素子1のダイ(die)をその中に収容するために用いられる。なお、第1電気端子183は、前記台座18内に嵌設されて第1線接合端と第1半田接続端とを有する。その内、前記第1線接合端が前記台座18の表面から露出され、第1電極15に電気的に接続されるために用いられ、かつ前記第1半田接続端が前記台座18の底面から延出する。
一方、第2電気端子184は、前記台座18内に嵌設されて第2線接合端と第2半田接続端とを有する。その内、前記第2線接合端が前記台座18の表面から露出され、第2電極16に電気的に接続されるために用いられ、かつ前記第2半田接続端が前記台座18の底面から延出する。
一方、第2電気端子184は、前記台座18内に嵌設されて第2線接合端と第2半田接続端とを有する。その内、前記第2線接合端が前記台座18の表面から露出され、第2電極16に電気的に接続されるために用いられ、かつ前記第2半田接続端が前記台座18の底面から延出する。
一方、コロイド封止カバー19は、台座18の上方に設けられると共に、前記収容スロット181のスロット口周囲に複数本の支持柱182が設置され、この方式により、収容スロット181のスロット口周囲とコロイド封止カバー19との間に空気間隙(air gap)を存するように設けられる。注意に値することは、前記コロイド封止カバー19の上に光拡散レンズ1Lが設置され、かつ前記コロイド封止カバー19の内部に複数個の光変換粒子1Pが散布される点である。また、前記光変換粒子1Pは、蛍光粉または量子ドットであってもよい。
上記の説明から明らかなように、図5に示すような可撓性LED素子1の第3実施例が白色LED部材であるため、第1半導体材料層12と、活性層13と、第2半導体材料層14とからなる発光構造1aは、波長範囲が450nm〜480nmの間にある青色光を発するか、あるいは波長範囲が380nm〜420nmの間にある紫外光を発する。
上記の説明から明らかなように、図5に示すような可撓性LED素子1の第3実施例が白色LED部材であるため、第1半導体材料層12と、活性層13と、第2半導体材料層14とからなる発光構造1aは、波長範囲が450nm〜480nmの間にある青色光を発するか、あるいは波長範囲が380nm〜420nmの間にある紫外光を発する。
一方、蛍光粉と量子ドットの種類は雑多であり、下記の表3と表4に一般によく使用されるいくつかの材料を模範的に列挙する。
(可撓性LED表示パネルの実施例)
上記の説明のように、本発明に係る可撓性LED素子を既に十分かつ明瞭に紹介してきた。次に、本発明に係る可撓性LED表示パネルについて継続的に説明する。本発明に係る可撓性LED表示パネルを示す斜視図である図6を参照する。また、本発明の可撓性LED表示パネルを示す部分構造分解図である図7を参照する。
図6と図7に示すように、本発明の可撓性LED表示パネル100は、可撓性LED表示器2の中に応用することができ、さらに、可撓性基板11と、基板保護層10と、格子整合層1Bと、複数個の発光構造1aと、複数個の第1電極15と、複数個の第2電極16と、透明金属格子基板1Mとを備える。
上記の説明のように、本発明に係る可撓性LED素子を既に十分かつ明瞭に紹介してきた。次に、本発明に係る可撓性LED表示パネルについて継続的に説明する。本発明に係る可撓性LED表示パネルを示す斜視図である図6を参照する。また、本発明の可撓性LED表示パネルを示す部分構造分解図である図7を参照する。
図6と図7に示すように、本発明の可撓性LED表示パネル100は、可撓性LED表示器2の中に応用することができ、さらに、可撓性基板11と、基板保護層10と、格子整合層1Bと、複数個の発光構造1aと、複数個の第1電極15と、複数個の第2電極16と、透明金属格子基板1Mとを備える。
図7に示すように、各個の発光構造1aは、いずれも第1半導体材料層12と、活性層13と、第2半導体材料層14と、第1電極15と、第2電極16とを有する。また、前記透明金属格子基板1Mは、透明基板1M1と、複数本の第1金属線1M2と、複数本の第2金属線1M3とから構成される。その内、前記複数本の第1金属線1M2と前記複数本の第2金属線1M3とは、前記透明基板1M1の表面に形成され、また、前記複数本の第1金属線1M2は、それぞれ前記複数個の発光構造1aの当該第1電極15に電気的に接続され、かつ前記複数本の第2金属線1M3は、それぞれ前記複数個の発光構造1aの当該第2電極16に電気的に接続される。
透明導電基板の設計と製作を熟知する電子エンジニアであれば、この透明金属格子基板1Mは、すなわち、透明導電基板に属し、かつ最適な実施形態は、すなわち、ITO基板またはZnO基板であることが分かるはずである。
透明導電基板の設計と製作を熟知する電子エンジニアであれば、この透明金属格子基板1Mは、すなわち、透明導電基板に属し、かつ最適な実施形態は、すなわち、ITO基板またはZnO基板であることが分かるはずである。
こうして、上記に本発明の可撓性LED素子と可撓性LED表示パネルを既に十分かつ明瞭に説明してきた。上記によって、本発明が下記の利点を有することが分かる。
(1)従来技術と異なり、剥離製造工程を利用するウェハ接合技術において、LED素子の中のサファイヤ基板を高熱伝導性の銅基板に取り替え、本発明は、特に、薄金属製の可撓性基板11と、基板保護層10と、格子整合層1Bと、発光構造1aと、第1電極15と、第2電極16とからいわゆる可撓性LED素子1が構成される。説明に値するのは、厚さが約25〜150μmの薄金属基板は、優れた可撓性、高熱伝導特性と耐高温性を有するので、技術作業者は、PECVDやMOCVDなどの薄膜沈着設備を利用して全自動ロールツーロール式(roll−to−roll)生産ラインに合わせて、本発明の可撓性LED素子1を大量に生産することができる点である。
(2)このほか、薄金属製の可撓性基板11は、優秀な熱伝導体に基づいて、可撓性LED素子1の発光時に生じる熱を効果的に排出することができる。
強調すべき点は、上記の詳細な説明は、本発明の実施可能な実施例を具体的に説明したものであり、但し、本発明の特許範囲はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的精神を逸脱しない限り、その等効果実施又は変更は、なお、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする点である。
1 可撓性LED素子
11 可撓性基板
10 基板保護層
1B 格子整合層
1a 発光構造
15 第1電極
16 第2電極
12 第1半導体材料層
13 活性層
14 第2半導体材料層
17 透明導電層
18 台座
19 コロイド封止カバー
1L 光拡散レンズ
181 収容スロット
182 支持柱
183 第1電気端子
184 第2電気端子
1P 光変換粒子
1M 透明金属格子基板
1M1 透明基板
1M2 第1金属線
1M3 第2金属線
100 可撓性LED表示パネル
2 可撓性LED表示器
1’ LED素子
11’ サファイヤ基板
12’ N型半導体層
13’ 多重量子井戸構造
14’ P型半導体層
15’ 第1電極
16’ 第2電極
10’ 遷移層
11a’ パターン化サファイヤ基板
17’ 阻止層
11a1’ 溝部
18’ 第1孔穴
19’ 特殊な基体層
20’ 第2孔穴
1a’ LED素子
11 可撓性基板
10 基板保護層
1B 格子整合層
1a 発光構造
15 第1電極
16 第2電極
12 第1半導体材料層
13 活性層
14 第2半導体材料層
17 透明導電層
18 台座
19 コロイド封止カバー
1L 光拡散レンズ
181 収容スロット
182 支持柱
183 第1電気端子
184 第2電気端子
1P 光変換粒子
1M 透明金属格子基板
1M1 透明基板
1M2 第1金属線
1M3 第2金属線
100 可撓性LED表示パネル
2 可撓性LED表示器
1’ LED素子
11’ サファイヤ基板
12’ N型半導体層
13’ 多重量子井戸構造
14’ P型半導体層
15’ 第1電極
16’ 第2電極
10’ 遷移層
11a’ パターン化サファイヤ基板
17’ 阻止層
11a1’ 溝部
18’ 第1孔穴
19’ 特殊な基体層
20’ 第2孔穴
1a’ LED素子
Claims (20)
- 薄金属からなる可撓性基板と、
前記可撓性基板の上に被覆され、または前記可撓性基板を包囲する基板保護層と、
前記基板保護層の上に形成される格子整合層と、
前記格子整合層の上に形成される第1半導体材料層と、前記第1半導体材料層の上に形成される活性層と、前記活性層の上に形成される第2半導体材料層とを有する発光構造と、
前記第1半導体材料層に電気的に接続される第1電極と、
前記第2半導体材料層の上に形成される第2電極とを備えることを特徴とする、
可撓性LED素子。 - 前記薄金属の製造材料は、ステンレス鋼、銅、金、ニッケル、モリブデン、チタン、タングステンのうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであり、前記格子整合層の製造材料は、窒化アルミニウム(AlN)、アンドープの窒化ガリウム(undoped GaN)、または酸化亜鉛(ZnO)のうちのいずれか1種であることを特徴とする、請求項1に記載の可撓性LED素子。
- 前記基板保護層の製造材料は、二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、酸化ニッケル(NiO)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化物、ハロゲン化物、ケイ素基化合物のうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項1に記載の可撓性LED素子。
- 前記第1半導体材料層の製造材料は、N型窒化ガリウム(n−type gallium nitride,n−GaN)であり、かつ前記第2半導体材料層の製造材料は、P型窒化ガリウム(p−type gallium nitride,p−GaN)であることを特徴とする、請求項1に記載の可撓性LED素子。
- 前記活性層は、前記第1半導体材料層と前記第2半導体材料層とに単一の量子井戸構造が形成され、かつ前記活性層の製造材料は、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)、または窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)のうちのいずれか1種であることを特徴とする、請求項1に記載の可撓性LED素子。
- 前記活性層は、前記第1半導体材料層と前記第2半導体材料層とに1つの多重量子井戸構造が形成され、かつ前記多重量子井戸構造は、窒化ガリウムと窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)との多重積層構造、窒化ガリウムと窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)との多重積層構造、または窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)と窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)との多重積層構造のうちのいずれか1種であることを特徴とする、請求項1に記載の可撓性LED素子。
- 前記第1電極と前記第2電極の製造材料は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、金(Au)、銅(Cu)、クロム(Cr)、白金(Pt)のうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項1に記載の可撓性LED素子。
- 前記可撓性基板の厚さは25μm〜150μmの間の範囲にあり、かつ前記基板保護層の厚さは50nm〜500nmの間の範囲にあることを特徴とする、請求項1に記載の可撓性LED素子。
- 前記第1電極と前記第1半導体材料層との間に形成されると同時に、前記第2電極と前記第2半導体材料層との間に形成される透明導電層をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の可撓性LED素子。
- 台座と、コロイド封止カバーと、複数個の光変換粒子とをさらに備え、前記台座は、前記可撓性基板と、前記基板保護層と、前記格子整合層と、前記発光構造と、前記第1電極と、前記第2電極とをその内に収容するための収容スロットと、収容スロットのスロット口周囲に設置される複数本の支持柱と、前記台座内に嵌設されて第1線接合端と第1半田接続端とを有する第1電気端子と、前記台座内に嵌設されて第2線接合端と第2半田接続端とを有する第2電気端子とを有し、前記第1線接合端が前記台座の表面から露出され、前記第1電極に電気的に接続されるために用いられ、かつ前記第1半田接続端が前記台座の底面から延出し、前記第2線接合端が前記台座の表面から露出され、前記第2電極に電気的に接続されるために用いられ、かつ前記第2半田接続端が前記台座の底面から延出し、前記コロイド封止カバーは、前記台座の上方に設けられると共に、前記複数本の支持柱により支持されることで、前記収容スロットのスロット口周囲と前記コロイド封止カバーとの間に間隙を存し、前記複数個の光変換粒子は、前記コロイド封止カバーの中に散布されることを特徴とする、請求項1に記載の可撓性LED素子。
- 前記コロイド封止カバーの上に設置される光拡散レンズをさらに備えることを特徴とする、請求項10に記載の可撓性LED素子。
- 薄金属からなる可撓性基板と、前記可撓性基板の上に被覆され、または前記可撓性基板を包囲する基板保護層と、前記基板保護層の上に形成される格子整合層と、前記格子整合層の上に形成される複数個の発光構造と、複数個の第1電極と、複数個の第2電極と、透明金属格子基板とを備える可撓性LED表示パネルであって、
かつ各個の当該発光構造は、前記格子整合層の上に形成される第1半導体材料層と、前記第1半導体材料層の上に形成される活性層と、前記活性層の上に形成される第2半導体材料層とを有し、
前記複数個の第1電極は、それぞれ前記複数個の発光構造の前記第1半導体材料層に電気的に接続され、
前記複数個の第2電極は、それぞれ前記複数個の発光構造の前記第2半導体材料層の上に電気的に接続され、
前記透明金属格子基板は、透明基板と、複数本の第1金属線と、複数本の第2金属線とから構成され、
前記複数本の第1金属線と前記複数本の第2金属線とは、前記透明基板の表面に形成され、また、前記複数本の第1金属線は、それぞれ前記複数個の発光構造の当該第1電極に電気的に接続され、かつ前記複数本の第2金属線は、それぞれ前記複数個の発光構造の当該第2電極に電気的に接続されることを特徴とする、
可撓性LED表示パネル。 - 前記薄金属の製造材料は、ステンレス鋼、銅、金、ニッケル、モリブデン、チタン、タングステンのうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項12に記載の可撓性LED表示パネル。
- 前記基板保護層の製造材料は、二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、酸化ニッケル(NiO)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化物、ハロゲン化物、ケイ素基化合物のうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項12に記載の可撓性LED表示パネル。
- 前記格子整合層の製造材料は、窒化アルミニウム(AlN)、アンドープの窒化ガリウム(undoped GaN)、または酸化亜鉛(ZnO)のうちのいずれか1種であることを特徴とする、請求項12に記載の可撓性LED表示パネル。
- 前記第1半導体材料層の製造材料は、N型窒化ガリウム(n−type gallium nitride,n−GaN)であり、かつ前記第2半導体材料層の製造材料は、P型窒化ガリウム(p−type gallium nitride,p−GaN)であることを特徴とする、請求項12に記載の可撓性LED表示パネル。
- 前記活性層は、前記第1半導体材料層と前記第2半導体材料層とに単一の量子井戸構造が形成され、かつ前記活性層の製造材料は、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)、または窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)のうちのいずれか1種であることを特徴とする、請求項12に記載の可撓性LED表示パネル。
- 前記活性層は、前記第1半導体材料層と前記第2半導体材料層とに1つの多重量子井戸構造が形成され、かつ前記多重量子井戸構造は、窒化ガリウムと窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)との多重積層構造、窒化ガリウムと窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)との多重積層構造、または窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1−xN)と窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)との多重積層構造のうちのいずれか1種であることを特徴とする、請求項12に記載の可撓性LED表示パネル。
- 当該第1電極と当該第2電極の製造材料は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、金(Au)、銅(Cu)、クロム(Cr)、白金(Pt)のうちのいずれか1種、またはそれらの2種の組み合わせ、あるいはそれらの2種以上の組み合わせであることを特徴とする、請求項12に記載の可撓性LED表示パネル。
- 前記第1電極と前記第1半導体材料層との間に形成されると同時に、前記第2電極と前記第2半導体材料層との間に形成される透明導電層をさらに備えることを特徴とする、請求項12に記載の可撓性LED表示パネル。
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