TWI438876B - 發光元件及其製造方法 - Google Patents

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Description

發光元件及其製造方法
本發明係揭示一種發光元件，特別是關於一藉由異方導電膠將磊晶薄膜結構固定於一載體之發光元件及其製造方法。
發光二極體(light emitting diode,LED)的發光原理是利用電子在n型半導體與p型半導體間移動的能量差，以光的形式將能量釋放，這樣的發光原理係有別於白熾燈發熱的發光原理，因此發光二極體被稱為冷光源。此外，發光二極體具有高耐久性、壽命長、輕巧、耗電量低等優點，因此現今的照明市場對於發光二極體寄予厚望，將其視為新一代的照明工具。
如第1圖所示，習知之發光二極體發光元件100係將一具有透明基板110、發光疊層120以及電極140/142之覆晶結構利用焊料(solder)160/162固定於一絕緣基板180表面而形成；其中，發光二極體100之電極140/142係藉由焊料160/162透過焊接(soldering)之方式與絕緣基板180表面之連接墊182/184電性連接。
然而，習知之發光元件卻容易因為焊接過程中連接墊與電極對位不精確以及焊接條件控制不當，降低發光元件之穩定度，其製造程序亦十分耗時；除此之外，於習知發光元件中，發光層(圖未示)所發出之光線於通過透明基板時，容易產生全反射而無法射出，進而導致發光元件之光摘出效率降低。
因此，本發明係為解決上述困擾，提供一種藉由異方導電膠將磊晶薄膜結構固定於載體上之發光元件。
本發明之目的係於提供一發光元件，包含一磊晶薄膜結構、一異方導電膠，以及一載體，並且藉由異方導電膠將磊晶薄膜結構固定於載體上。在此發光元件中，光線係由磊晶薄膜結構直接射出，無需穿透透明基板，以減少光線全反射發生，提高光摘出效率。
本發明之另一目的在於提供一發光元件，其異方導電膠具有垂直電流導通遠大於水平電流導通之特性，故無需精確之對位程序與焊接(soldering)技術使磊晶薄膜結構固定於載體上，亦可使磊晶薄膜結構與載體產生電性連接，以簡化製程。
本發明之又一目的在於提供一發光元件之製造方法，其係透過提供能量使連接層熔化以移除暫時基板，以減少習知技術中利用研磨或蝕刻薄化發光元件過程中對磊晶薄膜結構產生破壞之情形，以提高產品良率。
本發明之再一目的係利用異方導電膠具有良好黏接固定之特性，使得產品可選用不同的載體基板，以增加產品之多元性。
底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
第2A至2K圖係為本發明第一實施例製造流程之各步驟示意圖。
如第2A圖與第2B所示，提供一成長基板20，並運用習知之方式，例如化學氣相沈積法(Chemical Vapor Deposition,CVD)，於成長基板20上成長磊晶薄膜結構22；其中此磊晶薄膜結構22由下而上，依序為第一導電型半導體層222、發光層226，以及第二導電型半導體層224。
隨後，如第2C圖與第2D圖所示，於磊晶薄膜結構22上塗佈一連接層24，並藉由連接層24將一暫時基板26與一磊晶薄膜結構22相連接；其中，連接層24係為具有黏結特性之材質，諸如聚醯亞胺(PI)、苯并環丁烯(BCB)或過氟環丁烷(PFCB)以及上述材質之組合。
接著，藉由習知之雷射剝除法(laser lift－off)、機械研磨法、乾蝕刻(dry etching)、濕蝕刻(wet etching)或是化學機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing,CMP)移除成長基板20以裸露磊晶薄膜結構22，如第2E圖所示；接著以微影蝕刻法，選擇性地蝕刻部分磊晶薄膜結構22表面直至裸露出第一導電型半導體層222為止，以形成一L型之結構，如第2F圖所示；而後，如第2G圖所示，分別在裸露之第一導電型半導體層222上形成一第一電極28以及在未受蝕刻之磊晶薄膜結構22表面形成一第二電極30。
隨後，如第2H圖所示，提供一載體基板42，並於載體基板42上形成第一接觸墊44與第二接觸墊46，以組成載體40，然後塗佈一異方導電膠(Anisotropic Conductive Film,ACF)50於載體40之上；其中，此處所使用之異方導電膠50以透明異方導電膠尤佳；載體基板42亦可搭配不同材料系統之材質，諸如：彈性基板、高導熱基板或玻璃基板等，以增加產品的多元性。接著，翻轉第2G圖所示之結構，使第一電極28與第二電極30位於磊晶薄膜結構22之下並且分別對應著載體40上之第一接觸墊44與第二接觸墊46，並且提供一外力壓合磊晶薄膜結構22與載體40，使磊晶薄膜結構22藉由異方導電膠50固定於載體40上，如第2I圖所示；其中，由於異方導電膠50具有垂直導通電流遠大於水平導通電流之特性，因此即使第一電極28與第一接觸墊42之間以及第二電極30與第二接觸墊44之間間隔著異方導電膠50，仍能產生電性連接以導通電流。
接著如第2J圖所示，藉由雷射光(laser)、紫外光(Ultraviolet,UV)或熱能等方式提供一能量，用以熔化連接層24；待連接層24熔化後移除暫時基板26，以形成如第2K圖所示之發光元件200。
第3A至3F圖係為本發明第二實施例製造流程之各步驟示意圖。
如第3A圖所示，於完成圖2E所示之移除成長基板20之步驟後，更可於磊晶薄膜結構22之表面進行選擇性蝕刻以形成至少一裸露至第一導電型半導體222之溝槽32；其中該溝槽32將磊晶薄膜結構22區分為第一平台與第二平台(圖未示)；接著如第3B圖所示，分別於上述之第一平台與第二平台上形成第一電極60與第二電極62，其中，第一電極60之上表面60a以及第二電極62之上表面62a係位於同一水平面上。接著，如第3C圖所示，將第3B圖之結構反轉，使磊晶薄膜結構22上之第一電極60與第二電極62分別對應載體40上之第一接觸墊44與第二接觸墊46，藉由異方導電膠50連接載體40與磊晶薄膜結構，並且提供一外力壓合磊晶薄膜結構22與載體40，如第3D圖所示；隨後，如第3E圖所示，提供一能量以熔化連接層24；而後除暫時基板26，以形成如第3F圖所示之發光元件300。此外，由於發光元件300之第一電極60之上表面60a與第二電極62之上表面62a係位於同一水平面，因此，亦可如第6圖所示，第一電極60與第一接觸墊44以及第二電極62與第二接觸墊46係直接接觸，並且利用非等向導電薄膜50加強第一與第二電極以及第一與第二接觸墊之間之電性連接。
由於本發明第一與第二實施例中之異方導電膠50係採用透明異方導電膠，因此更可如第4A與4B圖所示，於載體基板42以及第一接觸墊44與第二接觸墊46之間形成一反射層48，其反射層48之材質可為銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、錫(Pb)、鍺(Ge)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(PbSn)、氮化矽(SiNx )、氧化矽(SiO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鈦(TiO2 )、氧化鎂(MgO)、上述材料之組合或分散式布拉格反射層(Distributed Bragg Reflector,DBR)者，用以反射發光層226朝向載體40所發出之光線，提高發光元件之光摘出效率。
為了減少光線於磊晶薄膜結構22中發生全反射之情形，亦可如第5A與5B圖所示，於發光元件200或發光元件300之磊晶薄膜結構22出光面進行粗化程序，以進一步地提高光摘出效率。
此外，亦可如第7圖所示，將複數個具有第一電極與第二電極之磊晶薄膜結構22藉由非等向性薄膜50固定於載體40上，以形成一大面積之發光元件400；其中，載體基板42可以是彈性基板、高導熱基板或玻璃基板等材料；而此種大面積之發光元件400更可廣泛地應用於光電顯示器或液晶顯示器背光源等。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
100．．．覆晶結構發光二極體
110．．．透明基板
120．．．發光疊層
140、142．．．電極
180．．．絕緣基板
182、184．．．連接墊
100．．．成長基板
22．．．磊晶薄膜結構
222．．．第一導電型半導體層
224．．．第二導電型半導體
226．．．發光層
24．．．連接層
26．．．暫時基板
28、60．．．第一電極
30、62．．．第二電極
40．．．載體
60a．．．第一電極上表面
62a．．．第二電極上表面
42．．．載體基板
44．．．第一接觸墊
46．．．第二接觸墊
32．．．溝槽
48．．．反射層
50．．．異方導電膠
200、300、400．．．發光元件
第1圖為習知發光元件之構造示意圖。
第2A至2K圖為本發明第一實施例製造流程之各步驟構造示意圖。
第3A至3F圖為本發明第二實施例製造流程之各步驟構造示意圖。
第4A與4B圖為本發明另一實施例之構造示意圖。
第5A與5B圖為本發明又一實施例之構造示意圖。
第6圖為本發明再一實施例之構造示意圖。
第7圖為本發明另一實施例之構造示意圖。
300．．．發光元件
22．．．磊晶薄膜結構
222．．．第一導電型半導體層
224．．．第二導電型半導體層
226．．．發光層
40．．．載體
42．．．載體基板
44．．．第一接觸墊
46．．．第二接觸墊
50．．．異方導電膠

Claims (20)

  1. 一種發光元件之製造方法，至少包含下列步驟：提供至少一暫時基板，該暫時基板上具有至少一磊晶薄膜結構；提供至少一電極於該磊晶薄膜上；提供至少一異方導電膠；提供一載體；提供至少一接觸墊於該載體上，藉由該異方導電膠連接該載體與該磊晶薄膜結構，且該異方導電膠填充於該接觸墊與該電極的相對表面之間；以及移除該暫時基板，以裸露該磊晶薄膜結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件製造方法，其中該磊晶薄膜結構係藉由壓合步驟連接於該載體上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件製造方法，更包含：成長該磊晶薄膜結構於一成長基板；提供一連接層；提供一暫時基板並藉由該連接層連結該磊晶薄膜結構；以及移除該成長基板以裸露該磊晶薄膜結構。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件製造方法，其中該連接層材質係選自聚醯亞胺(PI)、苯并環丁烯(BCB)與過氟環丁烷(PFCB)所構成材料族群中之至少一種材料。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件製造方法，其中該移除成長基板之步驟係以機械研磨、化學機械研磨、乾蝕刻、濕蝕 刻或雷射剝除法去除。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件製造方法，更包含提供承載該接觸墊之一載體基板。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光元件製造方法，更包含形成一反射層於該載體基板。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之發光元件製造方法，其中該載體基板係軟性基板、高導熱基板或玻璃基板。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件製造方法，其中該異方導電膠係為透明。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件製造方法，其中該電極包括一第一電極與一第二電極。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件製造方法，其中該第一電極與該第二電極分別具有一第一上表面與一第二上表面。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光元件製造方法，其中該第一上表面與該第二上表面係位於同一水平面。
  13. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件製造方法，更包含提供一能量以熔化該連接層之步驟。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件製造方法，其中該能量係為雷射光、紫外光(Ultraviolet,UV)或熱能。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件製造方法，更包含一粗化該磊晶薄膜結構裸露表面之步驟。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件製造方法，其中該異方導電膠使該電極及該接觸墊電性連接。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件製造方法，其中該異方導電膠係一通電時垂直方向電流遠大於水平方向電流之薄膜。
  18. 如申請專利範圍第7項所述之發光元件製造方法，其中該反射層之材質係選自銦(In)、錫(Sn)、鋁(Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、錫(Pb)、鍺(Ge)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(PbSn)、氮化矽(SiNx )、氧化矽(SiO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鈦(TiO2 )、氧化鎂(MgO)、上述材料之組合以及分散式布拉格反射層(Distributed Bragg Reflector,DBR)所構成之群組。
  19. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件製造方法，其中該第一電極與該第二電極係包含反射材質。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件製造方法，其中該磊晶薄膜結構包含一第一導電型半導體層、一第二導電型半導體層，以及一發光層位於該第一導電型半導體層與該第二導電型半導體層之間。
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