TW201511341A - 發光二極體的封裝結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種發光二極體的封裝結構。上述封裝結構包含一發光二極體堆疊層、一第一矽基板及一第二矽基板。其中，第一、第二矽基板分別設置於發光二極體堆疊層之相異二表面上。第一、第二矽基板分別具有至少一第一、第二中空部，且暴露部分二極體堆疊層之表面。發光層所發出之光線可經由第一、第二中空部出光。上述封裝結構的製造方法亦揭露於此。

Description

發光二極體的封裝結構及其製造方法
本發明係關於一種發光二極體的封裝結構，特別是關於一種雙向出光的發光二極體的封裝結構。
傳統的發光二極體結構大多係製作於一透光基板，例如藍寶石(sapphire)基板，以形成一發光二極體晶粒。 其中，發光二極體的透光基板具有一反射層，用以將透光基板中的光線反射出去。
另一方面，一般具有雙面出光功效的發光二極體係將至少二發光二極體晶粒以背對背(back-to-back)的方式連接，使其正反二面均可發光。然而，上述具有雙面出光功效的發光二極體往往具有較大的封裝結構體積，且製造方法繁複。如此便不易整合應用於小體積的發光裝置中，亦無法降低具有雙面出光功效的發光二極體的生產成本。
因此，目前亟需一種新穎的發光二極體的封裝結構及其製造方法，以取代傳統具有雙面出光功效的發光二極體的封裝結構所產生的問題。
本發明係提供一種發光二極體的封裝結構及其製造方法，用以解決傳統封裝結構的問題，並且縮減整體發光二極體的封裝結構，以增加此發光二極體的應用領域。
本發明之一態樣係提供一種發光二極體的封裝結構，其包含一發光二極體堆疊層、一第一矽基板及一第二矽基板。發光二極體堆疊層依序包括一第一型半導體層、一發光層及一第二型半導體層。第一矽基板設置於第一型半導體層上，且電性連接於發光二極體堆疊層，其中第一矽基板具有至少一第一中空部，暴露部分第一型半導體層之表面。第二矽基板設置於第二型半導體層上，且電性連接於發光二極體堆疊層，其中第二矽基板具有至少一第二中空部，暴露部分第二型半導體層之表面。發光二極體堆疊層所發出之光線可經由第一、第二中空部出光。
根據本發明之一實施例，上述第一矽基板及第二矽基板係為一導電矽基板。
根據本發明之一實施例，上述第一型及第二型半導體層依序分別為N型及P型半導體，或依序分別為P型及N型半導體。
根據本發明之一實施例，上述封裝結構更包含複數個電極，分別電性連接於第一矽基板及/或第二矽基板。
根據本發明之一實施例，上述封裝結構更包含一接合層，夾置於第一型半導體層與第一矽基板之間及/或第二 型半導體層與第二矽基板之間。
根據本發明之一實施例，上述接合層包含一金屬層或一透明導電層。
根據本發明之一實施例，上述透明導電層之材料包含銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、石墨烯或奈米碳管。
根據本發明之一實施例，上述封裝結構更包含一膠材層，設置於第一、第二中空部內。根據本發明之另一實施例，上述膠材層更包含一波長轉換物質。根據本發明之再一實施例，上述波長轉換物質係為一螢光粉、染料或色素其中之一或其組合。
根據本發明之一實施例，上述封裝結構更包含一反射層，設置於第一、第二中空部之側壁上。
本發明之另一態樣係提供一種發光二極體的封裝結構的製造方法。此製造方法包含提供一第一矽基板，其上設置有一發光二極體堆疊層，依序包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層；提供一第二矽基板，並覆蓋於發光二極體堆疊層之第二型半導體層上；形成至少一第一中空部於第一矽基板，以裸露部份第一型半導體層之表面；以及形成至少一第二中空部於第二矽基板，以裸露部份第二型半導體層之表面。
根據本發明之一實施例，上述第一矽基板及第二矽基板係為一導電矽基板。
根據本發明之一實施例，上述第一型及第二型半導體層依序分別為N型及P型半導體，或依序分別為P型及 N型半導體。
根據本發明之一實施例，上述製造方法更包含分別形成複數個電極於第一矽基板及/或第二矽基板上。
根據本發明之一實施例，上述製造方法更包含形成一接合層於第一型半導體層與第一矽基板之間，及/或第二型半導體層與第二矽基板之間。
根據本發明之一實施例，上述接合層包含一金屬層或一透明導電層。
根據本發明之一實施例，上述透明導電層之材料包含銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、石墨烯或奈米碳管。
根據本發明之一實施例，上述製造方法更包括填入一膠材層於第一、第二中空部內。根據本發明之另一實施例，上述膠材層更包含一波長轉換物質。根據本發明之再一實施例，上述波長轉換物質係為一螢光粉、染料或色素其中之一或其組合。
根據本發明之一實施例，上述製造方法更包括形成一反射層於第一、第二中空部之側壁上。
100a~100d、200、300a~300c‧‧‧封裝結構
110、310‧‧‧發光二極體堆疊層
111、211、311‧‧‧第一型半導體層
112、312‧‧‧發光層
113、313‧‧‧第二型半導體層
120、220、320‧‧‧第一矽基板
121、221、321‧‧‧第一中空部
122、132、222、322、332‧‧‧側面
130、330‧‧‧第二矽基板
131、331‧‧‧第二中空部
140、240、350‧‧‧電極
150、340‧‧‧接合層
160、160'、360、360'‧‧‧膠材層
第1A~1D圖係根據本發明之實施例所繪示之發光二極體的封裝結構100a~100d之剖面示意圖；第2圖係根據本發明之一實施例所繪示之發光二極體的封裝結構200之上視圖；以及第3A~3I圖係根據本發明之實施例所繪示之製造 發光二極體的封裝結構300之流程示意圖。
接著以實施例並配合圖式以詳細說明本發明，在圖 式或描述中，相似或相同的部分係使用相同之符號或編號。在圖式中，實施例之形狀或厚度可能擴大，以簡化或方便標示，而圖式中元件之部分將以文字描述之。可瞭解的是，未繪示或未描述之元件可為熟習該項技藝者所知之各種樣式。
第1A~1D圖係根據本發明之實施例所繪示之發光 二極體的封裝結構100a~100d之剖面示意圖。在第1A圖中，封裝結構100a包含一發光二極體堆疊層110、一第一矽基板120及一第二矽基板130。
發光二極體堆疊層110依序包含一第一型半導體 層111、一發光層112及一第二型半導體層113。在本發明之一實施例中，第一型半導體層111為N型半導體；而第二型半導體層113為P型半導體。在本發明之另一實施例中，第一型半導體層111為P型半導體；而第二型半導體層113為N型半導體。
第一矽基板120設置於第一型半導體層111上，並 且電性連接於發光二極體堆疊層110。其中，第一矽基板120具有至少一第一中空部121，其暴露了部分第一型半導體層111之表面。在本發明之一實施例中，第一矽基板120為一導電矽基板。
第二矽基板130設置於第二型半導體層113上，並 且電性連接於發光二極體堆疊層110。其中，第二矽基板130具有至少一第二中空部131，其暴露了部分第二型半導體層113之表面。在本發明之一實施例中，第二矽基板130為一導電矽基板。
在第1A圖中，封裝結構100a更包含複數個電極 140，分別電性連接於第一矽基板120及第二矽基板130。 根據本發明之一實施例，電極僅電性連接於第一矽基板或第二矽基板。另外，第一矽基板120的第一中空部121之側面122及第二矽基板130的第二中空部131之側面132上分別更包含一反射層，以提升光萃取率。
當封裝結構100a連接於外部電源時，發光層112 所發出的光線會經過第一型半導體層120或第二型半導體層130，然後由第一中空部121或第二中空部131出光。
關於第1B圖，其係根據本發明之一實施例繪示一 種發光二極體的封裝結構100b。封裝結構100b包含一發光二極體堆疊層110、一第一矽基板120、一第二矽基板130及電極140。
在第1B圖中，發光二極體堆疊層110依序包含一 第一型半導體層111、一發光層112及一第二型半導體層113。第一矽基板120設置於第一型半導體層111上，並且電性連接於發光二極體堆疊層110。其中，第一矽基板120。具有至少一第一中空部121，其暴露了部分第一型半導體層111之表面。第二矽基板130設置於第二型半導體層113 上，並且電性連接於發光二極體堆疊層110。其中，第二矽基板130具有至少一第二中空部131，其暴露了部分第二型半導體層113之表面。電極140分別電性連接於第一矽基板120及第二矽基板130。
與第1A圖不同之處在於，第1B圖的封裝結構100b 更包含一接合層150，夾置於第一型半導體層111與第一矽基板120之間。在本發明之一實施例中，接合層係夾置於第二型半導體層與第二矽基板之間。在本發明之另一實施例中，接合層係分別夾置於第一型半導體層與第一矽基板之間，以及第二型半導體層與第二矽基板之間。根據本發明之一實施例，接合層150包含金屬層或透明導電層，其中透明導電層之材料例如可為銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、石墨烯或奈米碳管，但不以此為限。
在第1B圖中，接合層150與第一矽基板120具有相同的輪廓(pattern)。然而，在本發明之另一實施例中，接合層係完全覆蓋於第一型半導體層之表面，接著第一矽基板設置於接合層上。其中，第一中空部暴露出部分接合層之表面。
第1C圖係根據本發明之一實施例所繪示的發光二 極體的封裝結構100c。在1C圖中，封裝結構100c包含一發光二極體堆疊層110、一第一矽基板120、一第二矽基板130、電極140及一接合層150。
在第1C圖中，發光二極體堆疊層110依序包含一第一型半導體層111、一發光層112及一第二型半導體層 113。第一矽基板120設置於第一型半導體層111上，並且電性連接於發光二極體堆疊層110。其中，第一矽基板120具有至少一第一中空部121，其暴露了部分第一型半導體層111之表面。第二矽基板130設置於第二型半導體層113上，並且電性連接於發光二極體堆疊層110。其中，第二矽基板130具有至少一第二中空部131，其暴露了部分第二型半導體層113之表面。電極140分別電性連接於第一矽基板120及第二矽基板130。接合層150夾置於第一矽基板120及第一型半導體層111之間。
與第1B圖不同之處在於，第1C圖的封裝結構100c 更包含一膠材層160，設置於第一中空部121與第二中空部131之內。在本發明之一實施例中，膠材層可僅設置於第一中空部或第二中空部之內。根據本發明之一實施例，膠材層160包含透明封裝膠，其中透明封裝膠之材料例如可為透明矽膠或透明塑膠，但不以此為限。
第1D圖係根據本發明之一實施例所繪示的發光二 極體的封裝結構100d。在1D圖中，封裝結構100d包含一發光二極體堆疊層110、一第一矽基板120、一第二矽基板130、電極140、一接合層150及膠材層160’。
在第1D圖中，發光二極體堆疊層110依序包含一 第一型半導體層111、一發光層112及一第二型半導體層113。第一矽基板120設置於第一型半導體層111上，並且電性連接於發光二極體堆疊層110。其中，第一矽基板120具有至少一第一中空部121，其暴露了部分第一型半導體層 111之表面。第二矽基板130設置於第二型半導體層113上，並且電性連接於發光二極體堆疊層110。其中，第二矽基板130具有至少一第二中空部131，其暴露了部分第二型半導體層113之表面。電極140分別電性連接於第一矽基板120及第二矽基板130。接合層150夾置於第一矽基板120及第一型半導體層111之間。膠材層160’設置於第一中空部121與第二中空部131之內。
與第1C圖不同之處在於，第1D圖的膠材層160’ 更包含一波長轉換物質均勻分散於透明封裝膠中。其中，波長轉換物質之材料例如可為一螢光粉、染料或色素其中之一或其組合，但不以此為限。
第2圖係根據本發明之一實施例所繪示之發光二 極體的封裝結構200之上視圖。在第2圖中，封裝結構200包含第一型半導體層211、第一矽基板220及電極240。
第一矽基板220設置於第一型半導體層211上。其 中第一矽基板220具有一第一中空部221，以暴露第一型半導體層211之表面。電極240設置於第一矽基板220上，且呈環狀結構圍繞第一中空部221。當外部電源連接於電極240時，由發光層(未繪示)所發射的光線可經過第一中空部221出光。值得注意的是，第二矽基板(未繪示)亦具有與第一矽基板220相同或相似的結構特徵。另外在第2圖中，第一矽基板220的第一中空部221之側面222上具有反射層，以提升光萃取率。
第3A~3I圖係根據本發明之實施例所繪示之製造 發光二極體的封裝結構300之流程示意圖。
在第3A圖中，提供一第一矽基板320，其上設置 有一發光二極體堆疊層310。其中，發光二極體堆疊層310依序包含一第一型半導體層311、一發光層312及一第二型半導體層313。第一矽基板320接觸第一型半導體層311上，並且電性連接於發光二極體堆疊層310。在本發明之一實施例中，第一型半導體層311及第二型半導體層313依序分別為N型及P型半導體，或依序分別為P型及N型半導體。
接著，提供一第二矽基板330，且覆蓋於發光二極 體堆疊層310之第二型半導體層313，如第3B圖所示。在本發明之一實施例中，第一矽基板320及第二矽基板330係為一導電矽基板。
根據本發明之一實施例，上述製造方法更包含形成一接合層於第一型半導體層與第一矽基板之間，及/或第二型半導體層與第二矽基板之間。在第3C圖中，接合層340係形成於第二型半導體層313與第二矽基板330之間。在本發明之一實施例中，接合層包含一金屬層或一透明導電層。其中，透明導電層之材料包含銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、石墨烯或奈米碳管，但不以此為限。
在第3D圖中，接續第3B圖形成至少一第二中空部331於第二矽基板330，以裸露部份第二型半導體層313之表面。以及形成複數個電極350於第二矽基板330上。 其中，形成第二中空部的方法包含乾蝕刻法或濕蝕刻法。 在本發明之一實施例中，先形成一光罩於矽基板表面，再利用蝕刻製程形成圖案化中空部。
接著，可直接填入一膠材層360於第3D圖的第一 中空部331之內，如第3E圖所示。第3E圖的膠材層360包含透明封裝膠，其中透明封裝膠之材料例如可為透明矽膠或透明塑膠，但不以此為限。在本發明之一實施例中，填入一膠材層的方法包含塗佈法或點膠法。
與第3E圖相異之處在於，第3F圖的膠材層360’ 更包含一波長轉換物質均勻分散於透明封裝膠中。其中，波長轉換物質之材料例如可為一螢光粉、染料或色素其中之一或其組合，但不以此為限。
另外，接續第3D圖，形成至少一第一中空部321 於第一矽基板320，以裸露部份第一型半導體層311之表面。以及形成複數個電極350於第一矽基板320上，同時完成一發光二極體的封裝結構300a，如第3G圖所示。其中，形成第一中空部的方法係利用一蝕刻製程。在第3G圖中，第一矽基板320的第一中空部321之側面322及第二矽基板330的第二中空部331之側面332上分別具有反射層，以提升光萃取率。
與第3G圖相異之處在於，第3H圖的封裝結構300b 更包含填入膠材層360’於第3G圖的第一中空部321及第二中空部331內。在此實施例中，由第一矽基板320一側所發出的光線顏色與第二矽基板330一側所發出的色光相同，因此可應用於單色發光二極體的發光裝置。其中，膠 材層360’中包含波長轉換物質均勻分散於透明封裝膠中，且波長轉換物質之材料例如可為一螢光粉、染料或色素其中之一或其組合，但不以此為限。
在本發明之另一實施例中，可於第3G圖的第一中空部321填入膠材層360’；而在第二中空部331中填入膠材層360，如第3I圖所示。其中，膠材層360係由透明封裝膠所組成；而膠材層360’包含波長轉換物質均勻分散於透明封裝膠中。在此實施例中，由第一矽基板320一側所發出的光線顏色與第二矽基板330一側所發出的色光不同，因此可應用於多色發光二極體的發光裝置。
在本發明之實施例中，由於發光二極體的封裝結構具有位於相反側的至少二中空部，使其可達到雙向出光的效果。另外，本發明之實施例所提供雙向發光二極體僅藉由一發光二極體堆疊層即可達到雙向出光的具體功效。並且搭配分別位於發光二極體堆疊結構之上下二表面的二導電矽基板，即形成發光二極體的封裝結構。因此，本發明之實施例所提供的封裝結構具有較小的封裝結構體積，且可應用於多類型的發光裝置。
雖然本發明之實施例已揭露如上，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，當可做些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定為準。
100a‧‧‧封裝結構
110‧‧‧發光二極體堆疊層
111‧‧‧第一型半導體層
112‧‧‧發光層
113‧‧‧第二型半導體層
120‧‧‧第一矽基板
121‧‧‧第一中空部
122、132‧‧‧側面
130‧‧‧第二矽基板
131‧‧‧第二中空部
140‧‧‧電極

Claims (22)

  1. 一種發光二極體的封裝結構，包含：一發光二極體堆疊層，依序包括一第一型半導體層、一發光層及一第二型半導體層；一第一矽基板，設置於該第一型半導體層上，且電性連接於該發光二極體堆疊層，其中第一矽基板具有至少一第一中空部，暴露部分該第一型半導體層之表面；以及一第二矽基板，設置於該第二型半導體層上，且電性連接於該發光二極體堆疊層，其中第二矽基板具有至少一第二中空部，暴露部分該第二型半導體層之表面；其中，該發光層所發出之光線可經由該第一、第二中空部出光。
  2. 如請求項1所述之封裝結構，其中該第一矽基板及該第二矽基板係為一導電矽基板。
  3. 如請求項2所述之封裝結構，其中該第一型及第二型半導體層依序分別為N型及P型半導體，或依序分別為P型及N型半導體。
  4. 如請求項3所述之封裝結構，更包含複數個電極，分別電性連接於該第一矽基板及/或該第二矽基板。
  5. 如請求項1~4其中任一項所述之封裝結構，更包含一接合層，夾置於該第一型半導體層與該第一矽基板之間及/或該第二型半導體層與該第二矽基板之間。
  6. 如請求項5所述之封裝結構，其中該接合層包含一金屬層或一透明導電層。
  7. 如請求項6所述之封裝結構，其中該透明導電層之材料包含銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、石墨烯或奈米碳管。
  8. 如請求項7所述之封裝結構，更包含一膠材層，設置於該第一、第二中空部內。
  9. 如請求項8所述之封裝結構，其中該膠材層更包含一波長轉換物質。
  10. 如請求項9所述之封裝結構，其中該波長轉換物質係為一螢光粉、染料或色素其中之一或其組合。
  11. 如請求項1所述之封裝結構，更包含一反射層，設置於該第一、第二中空部之側壁上。
  12. 一種發光二極體的封裝結構的製造方法，包含：提供一第一矽基板，其上設置有一發光二極體堆疊層，依序包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層；提供一第二矽基板，並覆蓋於該發光二極體堆疊層之該第二型半導體層上； 形成至少一第一中空部於該第一矽基板，以裸露部份該第一型半導體層之表面；以及形成至少一第二中空部於該第二矽基板，以裸露部份該第二型半導體層之表面。
  13. 如請求項12所述之製造方法，其中該第一矽基板及該第二矽基板係為一導電矽基板。
  14. 如請求項13所述之製造方法，其中該第一型及第二型半導體層依序分別為N型及P型半導體，或依序分別為P型及N型半導體。
  15. 如請求項14所述之製造方法，更包含分別形成複數個電極於該第一矽基板及/或該第二矽基板上。
  16. 如請求項12~15中任一項所述之製造方法，更包含形成一接合層於該第一型半導體層與該第一矽基板之間，及/或該第二型半導體層與該第二矽基板之間。
  17. 如請求項16所述之製造方法，其中該接合層包含一金屬層或一透明導電層。
  18. 如請求項17所述之製造方法，其中該透明導電層之材料包含銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、石墨烯或奈米碳管。
  19. 如請求項18所述之製造方法，更包括填入一膠材層於該第一、第二中空部內。
  20. 如請求項19所述之製造方法，其中該膠材層更包含一波長轉換物質。
  21. 如請求項20所述之製造方法，其中該波長轉換物質係為一螢光粉、染料或色素其中之一或其組合。
  22. 如請求項21所述之製造方法，其中更包括形成一反射層於該第一、第二中空部之側壁上。
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