TWI569478B - 具有波長轉換層之發光二極體元件 - Google Patents

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Description

具有波長轉換層之發光二極體元件
本發明係關於一種發光二極體元件，尤其是關於一種具有波長轉換層之發光二極體元件。
以化合物半導體發光二極體元件製造的發光二極體裝置可以實現各種顏色，且用於各種應用，包括燈、電子顯示板，和顯示器。尤其是發光裝置可以實現白光，因此可 用於普通照明。
一般來說，包含藍光發光二極體元件與螢光粉的組合可產生白光。第1A圖所示發光二極體元件2被螢光粉層1覆蓋。發光二極體元件2可藉由一個或複數個導電單元5與基板58連結。導電單元5的材質可以為金屬，例如金(Au)、銅(Cu)、錫(Sn)、銀(Ag)、鋁(Al)或錫化金(AuSn)、或錫化銀(AgSn)之合金，且導電單元5一般是由蒸鍍(Evaporation)方式形成。共晶接合製程是一種常見的方法，用於連接的發光二極體元件2和基板58。由於蒸鍍形成的導電單元5的結構是鬆散的，導電單元5會在共晶接合製程中收縮。第1B圖顯示發光二極體元件2藉由收縮的導電單元5與基板58連結。由於導電單元5的收縮影響，部分螢光粉層1A會流進位於基板58與每個導電單元5間的空間，導致間隙100形成，使共晶接合失敗。
本發明提供一種發光二極體元件，尤其是關於一種具有波長轉換層之發光二極體元件。
本發明的一實施例提供一種發光二極體元件，包含：一基底；一發光單元，包含一半導體疊層，位於基底之上；一波長轉換層，覆蓋發光單元，且波長轉換層未直接接觸基底。
本發明的另一實施例提供一種發光二極體元件，包含：一基底；一阻擋層，位於基底之上；複數個發光單元，任一發光單元具有一側壁位於基底之上，且每一發光單元之側壁具有一上部表面及一下部表面，下部表面較上部表面更接近基底，且阻擋層覆蓋發光單元；一波長轉換層，位於發光單元之上部表面上；一溝渠，位於任二個發光單元之間，其中，溝渠穿越波長轉換層使阻擋層暴露。
以下配合圖式說明本發明之各實施例。
第2A圖與第2B圖所示為本發明第一實施例之具有一波長轉換層之一發光二極體元件之剖面圖。依第2B圖所示，發光二極體元件2具有半導體疊層22、24、26，且電極28與基底12結合。結合方式可為高力量結合，像是共晶結合、金屬結合、熔合結合與低力量結合，像是黏著劑結合。基底12可為一導電性基板、支撐基板、或暫時基板，不限定為特定基板。電極28的材質可以是單一金屬層或多數金屬層，且電極28的材質包含鉑(Pt)、金(Au)、銅(Cu)、錫(Sn)、銀(Ag)、鋁(Al)，其合金或組合物。電極通常可由蒸鍍(Evaporation)、沉積(Deposition)、電鍍(Electrical Plating)或化學電鍍(Chemical Plating)形成。發光二極體元件2之 側壁7具有一上部表面8與下部表面10，其中該下部表面之高度大於或等於5nm，且下部表面10較上部表面8接近基板12。波長轉換層4只覆蓋發光二極體元件2的頂部表面6與上部表面8，並沒有覆蓋下部表面10。波長轉換層4包含螢光粉，螢光粉可將由發光二極體元件發射出之具第一波長之一光線之轉換為第二波長。於本實施例中，第二波長較第一波長為長。
一般情況來說，由蒸鍍形成之電極28的結構較以沉積、電鍍或化學電鍍形成之結構鬆散。然而，參照第2B圖，當發光二極體元件2以高力量結合法與基板12結合時，以蒸鍍形成之電極28會收縮且每一電極28的高度32會減少。因為下部表面10將波長轉換層4與基底12隔開，以防止於高力量結合後波長轉換層4會與基底12隔開，以防止於高力量結合後波長轉換層4會流入位於電極28與基底12之間的空間。
第3A圖所示為本發明第二實施例之具有一波長轉換層之一發光二極體元件之剖面圖。如第3A圖所示，第二實施例與第一實施例不同點在於波長轉換層4具有一向末端延伸之突出部41。特別是，突出部41形成於邊界9之上，邊界9介於上部表面8與下部表面10之間。在第一實施例中，當由主動層24發射出之光線穿越上部表面8與下部表面10，因為下部表面10並沒有被波長轉換層4覆蓋，僅 少部分具有第一波長的光線穿越下部表面10有機會轉換為具有第二波長的光線。如此一來，有了突出部41，波長轉換層4可轉換較無突出部41時更多由主動層24發射出並穿越下部表面10之具有第一波長之光線。一般來說，如第3B圖所示，突出部41之寬度42等於或小於500微米(μm)，較佳的情況是介於10微米到300微米之間。
第4圖所示為本發明第三實施例之具有一波長轉換層與一膠層之一發光二極體元件之剖面圖。如第4圖所示，第三實施例較第一實施例與第二實施例的差異在於發光二極體元件2具有一膠層16，膠層16為透明並覆蓋於波長轉換層4之上。膠層16可以減少螢光粉由波長轉換層4掉落的可能性，因而增加形成波長轉換層4的製程穩定性。膠層16可由旋轉塗佈、印刷或成型灌膠形成，且膠層16的材質可以是透明且有彈性的材質，像是環氧樹脂(Epoxy)、矽橡膠(Silicone Rubber)、矽樹脂(Silicone Resin)、矽凝膠(silicone gel)、彈性PU(elastic PU)、多孔PU(Porous PU)或丙烯酸酯橡膠(Acrylic Rubber)。
第5圖所示為本發明第四實施例之具有一波長轉換層之一發光二極體元件之剖面圖。第四實施例與第一實施例不同處在於發光二極體元件2在頂部表面6上有一上電極30。
第6圖所示具有一波長轉換層且具有一突出部41向末端延伸之一發光二極體元件之剖面圖。尤其，依據本發 明之第五實施例，突出部41形成在介於上部表面8與下部表面10之間的邊界之上。第五實施例與第二實施例不同處在於發光二極體元件2在頂部表面6上有一上電極30。
第7圖所示為本發明第六實施例之具有一波長轉換層與一膠層之一發光二極體元件之剖面圖。第六實施例與第四實施例不同處在於膠層16，膠層16為透明並覆蓋於波長轉換層4之上。膠層16可以降低螢光粉由波長轉換層4掉落的可能性，進而增加波長轉換層4的製程穩定性。膠層16可由旋轉塗佈、印刷或成型灌膠形成，且膠層16的材質可以是透明且有彈性的材質，像是環氧樹脂(Epoxy)、矽橡膠(Silicone Rubber)、矽樹脂(Silicone Resin)、矽凝膠(silicone gel)、彈性PU(elastic PU)、多孔PU(Porous PU)或丙烯酸酯橡膠(Acrylic Rubber)。
第8圖所示為本發明第七實施例之具有一波長轉換層與一膠層之一發光二極體元件之剖面圖，且波長轉換層具有一突出部。第七實施例與第五實施例不同處在於膠層16，膠層16為透明並覆蓋於波長轉換層4之上。膠層16可以降低螢光粉由波長轉換層4掉落的可能性，進而增加波長轉換層4的製程穩定性。膠層16可由旋轉塗佈、印刷或成型灌膠形成，且膠層16的材質可以是透明且有彈性的材質，像是環氧樹脂(Epoxy)、矽橡膠(Silicone Rubber)、矽樹脂(Silicone Resin)、矽凝膠(silicone gel)、彈性PU(elastic PU)、多孔PU(Porous PU)或丙烯酸酯橡膠(Acrylic Rubber)。 第9A圖至第9F圖所示為以本發明第二實施例之具有一突出部於邊緣之一波長轉換層來製造發光二極體元件之製程。
參照第9A圖，複數個發光二極體元件2暴露於隔熱膠帶50上。在第9B圖中，複數個發光二極體元件2翻轉且暴露在基板54上，且基板54被一阻擋層52覆蓋，阻擋層52可阻擋波長轉換層4在稍後步驟中與基板54接觸。阻擋層52可以光、熱或溶劑移除，阻擋層52的材質可為光阻或膠體。每一發光二極體元件2的側壁7具有一上部表面8與下部表面10，其中該下部表面之高度大於或等於5nm，且下部表面10較接近基板54。每一發光二極體元件2的下部表面10被阻擋層52覆蓋。在第9C圖中，隔熱膠帶50與發光二極體元件2分離，且在第9D圖中，形成波長轉換層4覆蓋發光二極體元件2與阻擋層52。然後，參照第9E圖，溝渠43在波長轉換層4之上且在發光二極體元件2之間形成，且暴露出阻擋層52。溝渠43可以下列方法形成，像是光刻法(Photolithography)、蝕刻法(Etching)或是ICP切割(ICP Cutting)。溝渠43可以被突出部41之寬度42所定義。如第9F圖所示，突出部41之寬度42等於或小於500微米，較佳的數據為介於10微米到300微米之間。最後，參照第9F圖，阻擋層52被移除且基板54與複數個發光二極體2分離。
第10A圖至第10D圖所示為以本發明第三實施例之一 波長轉換層與一膠層來製造發光二極體元件之製程。參照第10A圖，複數個發光二極體元件2置於基板54之上。阻擋層52形成於基板54之上且覆蓋每一發光二極體元件2之下部表面10。阻擋層52可以光、熱或溶劑移除，阻擋層52的材質可為光阻或膠體。波長轉換層4可用來覆蓋複數個發光二極體元件2與膠層52。阻擋層52可用來防止波長轉換層4與基板54接觸。參照第10B圖，膠層16為透明且覆蓋於波長轉換層4之上。膠層16可以降低螢光粉由波長轉換層4掉落的可能性，進而增加波長轉換層4的製程穩定性。膠層16可由旋轉塗佈、印刷或成型灌膠形成，且膠層16的材質可以是透明且有彈性的材質，像是環氧樹脂(Epoxy)、矽橡膠(Silicone Rubber)、矽樹脂(Silicone Resin)、矽凝膠(silicone gel)、彈性PU(elastic PU)、多孔PU(Porous PU)或丙烯酸酯橡膠(Acrylic Rubber)。參照第10C圖，溝渠43形成於複數個發光二極體元件2之間，且由膠層16延伸，並穿越波長轉換層4以露出阻擋層52。溝渠43可以下列方法形成，像是光刻法(Photolithography)、蝕刻法(Etching)或是ICP切割(ICP Cutting)，且可定義突出部41之寬度42。如第10D圖所示，突出部41之寬度42等於或小於500微米，較佳的數據為介於10微米到300微米之間。最後，參照第10D圖，阻擋層52被移除且基板54與複數個發光二極體2分離。
第11A圖至第11E圖所示為以本發明第三實施例之一 波長轉換層與一膠層來製造發光二極體元件之另一製程。參照第11A圖，複數個發光二極體元件2暴露於基板54之上。阻擋層52形成於基板54之上且覆蓋每一發光二極體元件2之下部表面10。阻擋層52可以光、熱或溶劑移除，阻擋層52的材質可為光阻或膠體。波長轉換層4可用來覆蓋複數個發光二極體元件2與膠層52。阻擋層52可用來預防波轉換層4與基板54接觸。膠層16為透明並覆蓋於波長轉換層4之上。膠層16可由旋轉塗佈、印刷或成型灌膠形成，且膠層16的材質可以是透明且有彈性的材質，像是環氧樹脂(Epoxy)、矽橡膠(Silicone Rubber)、矽樹脂(Silicone Resin)、矽凝膠(silicone gel)、彈性PU(elastic PU)、多孔PU(Porous PU)或丙烯酸酯橡膠(Acrylic Rubber)。然後，參照第11B圖與第11C圖，隔熱膠帶18暴露在膠層16之上，且阻擋層52與基板54被移除。參照第11D圖，複數個發光二極體元件2翻轉且溝渠43形成於複數個發光二極體元件2之間並由波長轉換層4延伸，並穿越膠層16而暴露出隔熱膠帶18。溝渠43可以下列方法形成，像是光刻法(Photolithography)、蝕刻法(Etching)或是ICP切割(ICP Cutting)，且可定義突出部41之寬度42。如第11D圖所示，突出部41之寬度42等於或小於500微米，較佳地係介於10微米到300微米之間。最後，參照第11E圖，隔熱膠帶18可與複數個發光二極體2分離。
第12圖為一光線之色溫分佈圖，此光線係由一具有 突出部41之波長轉換層4覆蓋之發光二極體元件2發出。XY平面的視角為發光二極體元件2之頂視圖。如第12圖所示，當視角(Theta)接近90°或-90°，更精確地說，當視角(Theta)介於-90°或-75°之間或介於75°或90°之間，色溫(CCT)可以超過6000K。換句話說，當視角(Theta)接近90°或-90°時，由發光二極體元件2發射出的光線可以偏藍色系。
本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。
1‧‧‧螢光粉層
10‧‧‧下部表面
100‧‧‧間隙
1A‧‧‧部分螢光粉層
12‧‧‧基底
14‧‧‧光行進路線
16‧‧‧膠層
18‧‧‧隔熱膠帶
2‧‧‧發光二極體元件
22、24、26‧‧‧半導體疊層
28‧‧‧電極
30‧‧‧上電極
32‧‧‧高度
4‧‧‧波長轉換層
41‧‧‧突出部
42‧‧‧寬度
43‧‧‧溝渠
5‧‧‧導電單元
50‧‧‧隔熱膠帶
52‧‧‧阻擋層
54、58‧‧‧基板
6‧‧‧頂部表面
7‧‧‧側壁
8‧‧‧上部表面
9‧‧‧邊界
第1A圖與第1B圖所示為習知具有一螢光粉層之發光二極體元件結合製程；第2A圖與第2B圖所示為本發明第一實施例之具有一波長轉換層之一發光二極體元件之剖面圖；第3A圖與第3B圖所示為本發明第二實施例之具有一波長轉換層之一發光二極體元件之剖面圖；第4圖所示為本發明第三實施例之具有一波長轉換層與一膠層之一發光二極體元件之剖面圖；第5圖所示為本發明第四實施例之具有一波長轉換層之一發光二極體元件之剖面圖； 第6圖所示為本發明第五實施例之具有一波長轉換層之一發光二極體元件之剖面圖；第7圖所示為本發明第六實施例之具有一波長轉換層與一膠層之一發光二極體元件之剖面圖；第8圖所示為本發明第七實施例之具有一波長轉換層與一膠層之一發光二極體元件之剖面圖，且該波長轉換層具有一突出部；第9A圖至第9F圖所示為以本發明第二實施例之具有一突出部於邊緣之一波長轉換層來製造發光二極體元件之製程；第10A圖至第10D圖所示為以本發明第三實施例之一波長轉換層與一膠層來製造發光二極體元件之製程；第11A圖至第11E圖所示為以本發明第三實施例之一波長轉換層與一膠層來製造發光二極體元件之另一製程；第12圖所示為以本發明之一實施例形成之發光二極體元件之色溫分佈圖；
10‧‧‧下部表面
12‧‧‧基底
14‧‧‧光行進路線
2‧‧‧發光二極體元件
22、24、26‧‧‧半導體疊層
28‧‧‧電極
32‧‧‧高度
4‧‧‧波長轉換層
6‧‧‧頂部表面
7‧‧‧側壁
8‧‧‧上部表面
9‧‧‧邊界

Claims (9)

  1. 一種發光二極體元件，包含：一基底；一半導體疊層，該半導體疊層位於該基底之上，其中該半導體疊層具有一側壁以及一頂部表面，該側壁較該頂部表面更接近該基底；以及一波長轉換層，該波長轉換層覆蓋該半導體疊層，且該波長轉換層未直接接觸該基底，其中該側壁具有一上部表面及一下部表面，該下部表面較該上部表面更接近該基底，且該波長轉換層實質地接觸該上部表面，該波長轉換層與該基底之間具有一空隙露出該下部表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體元件，其中，該波長轉換層包含一突出部。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體元件，其中該下部表面之高度大於或等於5nm。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體元件，其中該側壁更包含一邊界，該邊界位於該上部表面及該下部表面之間，該突出部位於該邊界之上。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體元件，其中該突出部之寬度等於或小於500微米(μm)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體元件，其中更包括一導電單元，且該導電單元形成於該半導體疊層及該基底之間。
  7. 一種發光二極體元件的製造方法，包含；提供半導體疊層，其中該半導體疊層具有一側壁，該側壁包含一下部表面；形成一阻擋層覆蓋該下部表面；以一波長轉換層覆蓋該半導體疊層以及該阻擋層；以及移除該阻擋層以露出該下部表面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的製造方法，更包含提供一暫時基板，該阻擋層形成在該暫時基板上。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的製造方法，更包含移除部分的該波長轉換層露出該阻擋層。
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