TWI602326B - 發光元件 - Google Patents

Description

發光元件

本發明關於一種發光元件，特別是關於一種具有導電接觸層之發光元件，例如覆晶式（Flip Chip）發光二極體。

光電元件目前已經廣泛地使用在光學顯示裝置、交通號誌、資料儲存裝置、通訊裝置、照明裝置與醫療器材上，例如發光二極體(Light-emitting Diode；LED)。

此外，上述之LED可與其他元件組合連接以形成一發光裝置。第5圖為習知之發光裝置結構示意圖，如第5圖所示，一發光裝置5包含一具有一電路54之次載體(submount)52；一焊料56(solder)位於上述次載體52上，藉由此焊料56將LED 51固定於次載體52上並使LED 51與次載體52上之電路54形成電連接；以及一電性連接結構58，以電性連接LED 51之電極55與次載體52上之電路54；其中，上述之次載體52可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)。

一發光元件具有一基板；一發光疊層，位於基板之上；一第一保護層，位於發光疊層之上；一反射層，位於第一保護層之上；一阻障層，位於反射層之上；一第二保護層，位於阻障層之上；以及一導電接觸層，位於第二保護層之上，其中導電接觸層包含一第一導電部與一第二導電部，第一導電部之上表面表面積相異於第二導電部之上表面表面積。

一發光元件具有一基板；一發光疊層，位於基板之上；一第一保護層，位於發光疊層之上；一反射層，位於第一保護層之上；一阻障層，位於反射層之上；一第二保護層，位於阻障層之上；以及一導電接觸層，位於第二保護層之上，其中導電接觸層包含一第一導電部與一第二導電部，第一導電部之上表面表面積等於第二導電部之上表面表面積。

本發明之實施例會被詳細地描述，並且繪製於圖式中，相同或類似的部分會以相同的號碼在各圖式以及說明出現。

第1A圖為本申請案一實施例之發光元件之上視圖，第1B圖為第1A圖沿線A-A’之剖面示意圖。如第1B及1B圖所示，一發光元件1具有一基板10；一發光疊層12，位於基板10之上；一第一保護層11，位於發光疊層12之上；一反射層13，位於第一保護層11之上；一阻障層15，位於反射層13之上，包覆且圍繞反射層13；一第二保護層17，位於阻障層15之上，包覆且圍繞第一保護層11、反射層13、及阻障層15；以及一導電接觸層19，位於第二保護層17之上。發光疊層12具有一第一半導體層122，位於基板10之上；一發光層124，位於第一半導體層122之上；一第二半導體層126，位於發光層124之上；複數個第一電極121，位於第一半導體層之上，以及一第二電極123，位於第二半導體層126之上。其中，第一電極121具有一接觸部125與一延伸部127。此實施例中，複數第一電極121係物理上彼此分離，經由第一導電部190（詳見下方描述）電連接，可減少須被移除的發光疊層12，降低發光面積的損失。第二保護層17具有一第一通孔172，位於接觸部125之上，如第1B圖所示；以及一第二通孔174，位於阻障層15之上，如第1A圖所示。

導電接觸層19用以接受外部電壓和散熱，具有一第一導電部190與一第二導電部191，係由單一或多種金屬材料所構成。金屬材料包含但不限於銅(Cu)、錫(Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鉛(Pb)、錫金合金(AuSn)、銅-錫(Cu-Sn)、銅-鋅(Cu-Zn)、銅-鎘(Cu-Cd)、錫-鉛-銻(Sn-Pb-Sb)、錫-鉛-鋅(Sn-Pb-Zn)、鎳-錫(Ni-Sn)、鎳-鈷(Ni-Co)、金合金(Au alloy)、金-銅-鎳-金(Au-Cu-Ni-Au)或上述材料之組合等。

第一電極121之延伸部127自接觸部125向外延伸，使延伸部127得以在第一半導體層122上覆蓋較多的面積以利電流分散。於圖式中，延伸部127之另一端係位於第二導電部191下方，但本發明並不限於此，延伸部127之另一端亦可以突出於第二導電部191之投影面積之外。第一導電部190經由第一通孔172與第一電極121之接觸部125電連接，電流可自第一導電部190經由第一電極121傳導至第二導電部191下方之第一半導體層122。第二導電部191經由第二通孔174與阻障層15電連接，電流可自第二導電部192經由阻障層15、反射層13及第二電極123傳導至第二半導體層126。如第1B圖所示，第一導電部190具有一第一寬度w1與第二導電部191具有一第二寬度w2，本實施例之第一寬度w1小於第二寬度w2。第一導電部190與第二導電部191之間的間距d至少約為50微米，較佳約為70~150微米。例如發光元件1在與一基座(未顯示)的焊接製程之前會先將錫膏分別塗佈在第一導電部190與第二導電部191之上，若間距d小於50微米，焊接製程時之第一導電部190與第二導電部191之上的錫膏會易於相互接觸，導致短路。或是在發光元件1與基座共晶鍵合時因對位不准，而造成第一導電部190與第二導電部191與基座上電極錯位而導致短路。

一實施例中，第一導電部190具有一第一高度h1，第一高度h1係第一導電部190之上表面與基板10之上表面之間的距離；第二導電部191具有一第二高度h2，第二高度h2係第二導電部191之上表面與基板10之上表面之間的距離，其中第一高度h1約略等於第二高度h2，因此，不會因為第一導電部190與第二導電部191的高度差異而導致與基座的連接製程失敗，因而提升良率。此時，本實施例不限於第一寬度w1小於第二寬度w2，第一寬度w1大於或等於第二寬度w2亦可。

另一實施例中，第一導電部190可具有一第一墊高部192與第二導電部191可具有一第二墊高部193，位於第二保護層17之上，第一墊高部192與第二墊高部193可用以分別調整第一導電部190與第二導電部191高度，例如可用以使第一導電部190與第二導電部191約略等高，即第一高度h1約略等於第二高度h2。另一實施例中，第一導電部190可具有第一墊高部192使第一高度h1大於第二高度h2。以焊接製程為例，當發光元件1之第二導電部191之上表面表面積大於第一導電部190之上表面表面積，第二導電部191與錫膏接觸的面積較大，所以在發光元件1焊接至基座之製程中，第二導電部191對基座的黏著力相對於第一導電部190較大，基板10在製程中升溫而翹曲，產生一個高度差異，第一導電部190因而與基座剝離。因此，當第一高度h1大於第二高度h2，第一高度h1可彌補因基板10翹曲而造成的高度差異，使第一導電部190不會因此而與基座剝離。另外，因基板彎曲、基座的設計或表面不平整所造成基座上電極的高度差，或是製程因素所造成的電極錯位，例如震動或氣流，亦可經由第一高度h1與第二高度h2的高度差異來降低第一導電部190與基座剝離的機率。其中，第一高度h1大於第二高度h2約1~10微米。

基板10可用以支持位於其上之發光疊層12與其它層或結構，其材料可為透明材料。透明材料包含但不限於藍寶石（Sapphire）、鑽石(Diamond)、玻璃(Glass)、環氧樹脂（Epoxy）、石英(Quartz)、壓克力(Acryl)、氧化鋁(Al2O3) 、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(AlN)等；其中可用以成長發光疊層之材料例如為藍寶石或砷化鎵。

發光疊層12可直接於基板10成長形成，或是藉由黏結層(未顯示)固定於基板10之上。發光疊層12之材料可為半導體材料，包含一種以上之元素，此元素可選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、鎘(Cd)與硒(Se)所構成之群組。第一半導體層122與第二半導體層126的電性相異。發光層124可發出一種或多種色光，其結構可為單異質結構、雙異質結構、雙側雙異質結構、多層量子井或量子點

第一電極121與第二電極123用以傳導電流，其材料可為透明導電材料或金屬材料。透明導電材料包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、氮化鎵(GaN) 磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、氧化銦鋅(IZO)或類鑽碳薄膜(DLC)。金屬材料包含但不限於銅(Cu)、錫(Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉛(Pb)、銅-錫(Cu-Sn)、銅-鋅(Cu-Zn)、銅-鎘(Cu-Cd)、錫-鉛-銻(Sn-Pb-Sb)、錫-鉛-鋅(Sn-Pb-Zn)、鎳-錫(Ni-Sn)、鎳-鈷(Ni-Co)、金合金(Au alloy)、金-銅-鎳-金(Au-Cu-Ni-Au)或上述材料之組合等

第一保護層11及/或第二保護層17用以使第一導電部190及第二導電部191與反射層13電絕緣，並保護反射層13避免被第一導電部190與第二導電部191損害。第一保護層11及/或第二保護層17可用以固定反射層13並增進發光元件1的機械強度。其材料可為絕緣材料，例如聚亞醯胺(PI)、苯并環丁烯（BCB）、過氟環丁烷（PFCB）、氧化鎂(MgO)、Su8、環氧樹脂（Epoxy）、丙烯酸樹脂（Acrylic Resin）、環烯烴聚合物（COC）、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA）、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚醚醯亞胺（Polyetherimide）、氟碳聚合物（Fluorocarbon Polymer）、玻璃(Glass)、氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiOx)、氧化鈦(TiO2)、氮化矽(SiNx)或旋塗玻璃(SOG)。

反射層13可反射來自發光疊層12之光，其材料可包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鈦鎢合金(TiW)、銀-鈦(Ag-Ti)、鎳-錫(Ni-Sn)、金合金(Au alloy)、鎳-銀(Ni-Ag)或鈦-鋁(Ti-Al)等。

阻障層15用以防止來自反射層13的離子擴散及/或增加反射層13與第二保護層17之間的黏著力，其材料可包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鈦鎢合金(TiW)、鎳鈦合金(NiTi)、鎳鉻合金(NiCr)、銀-鈦(Ag-Ti)、鎳-錫(Ni-Sn)、金合金(Au alloy)、鎳-銀(Ni-Ag)或鈦-鋁(Ti-Al)等。

第1C圖為第1A圖沿線B-B’之剖面示意圖。如第1C圖所示，發光元件1之基板以上的層結構可以具有類似之輪廓。以延伸部127為例，其具有一上邊1270；一下邊1272，相對於上邊1270；以及一側邊1274，位於上邊1270與下邊1272之間。側邊1274與下邊1272夾有一夾角θ，夾角θ約為15度與70度之間，較佳約為30度與45度之間。相對於側邊與下邊夾角為90度的延伸部，由於夾角θ較為平緩，形成於其上的結構，例如第一保護層11，不會因夾角角度陡峭而導致有結構上的缺陷厚度不足，造成光電元件結構不穩固，降低生產良率。第一導電部190與第二導電部191可具有凹凸之輪廓。另一實施例中，第一導電部190可具有第一墊高部192與第二導電部191可具有第二墊高部193，位於第二保護層17之上，使後續形成之第一導電部190與第二導電部191之上表面較為平整，如第1D圖所示。

第1E圖為本申請案第1A圖之發光元件之立體圖。如第1E圖所示，第二保護層17位於基板10之上，第一導電層190與第二導電層191形成於第二保護層17之上。

第2A圖為本申請案另一實施例之發光元件之上視圖，第2B圖為第2A圖沿線C-C’之剖面示意圖。如第2A圖所示，發光元件2之一第一電極20具有複數個接觸部202、複數個延伸部204以及位於接觸部202間之連接部206。第一導電部190經由第一通孔172與第一電極20之接觸部202電連接，電流可自第一導電部190經由第一電極20傳導至第二導電部191下方之第一半導體層122，而且有第二保護層17使第一導電部190與第二半導體層126電絕緣，所以第一導電部190之上表面表面積與第二導電部191之上表面表面積可約略相等。因此，發光元件2與基座的連接製程中，不會因為第一導電部190之上表面表面積與第二導電部191之上表面表面積不同而導致對基座的黏著力不同，造成第一導電部190或第二導電部191與基座剝離，提升連接製程的良率。又一實施例中，第一導電部190之上表面表面積與第二導電部191之上表面表面積之比例可約為0.8~1.2或0.9~1.1。如第2B圖所示，另一實施例中，第一導電部190之一第一寬度w1與第二導電部191之一第二寬度w2可約略相等。又一實施例中，第一寬度w1與第二寬度w2之比例可約為0.8~1.2 或0.9~1.1。

第一導電部190未覆蓋部分接觸部202之上，裸露出部分接觸部202及/或位於其上之第二保護層17，如第2A圖所示。第一導電部190在與基座共晶鍵合時會先上助焊劑，共晶鍵合後需要清洗移除殘留的助焊劑，避免影響後續的封裝製程。因為裸露的第二保護層17較靠近側邊，方便清洗殘留的助焊劑，可改善後續封裝製程的良率。

第3圖係繪示出一光源產生裝置示意圖，一光源產生裝置3包含前述任一實施例之發光元件。光源產生裝置3可以是一照明裝置，例如路燈、車燈或室內照明光源，也可以是交通號誌或一平面顯示器中背光模組的一背光光源。光源產生裝置3具有前述發光元件組成之一光源31、一電源供應系統32以供應光源31一電流、以及一控制元件33，用以控制電源供應系統32。

第4圖係繪示出一背光模組剖面示意圖，一背光模組4包含前述實施例中的光源產生裝置3，以及一光學元件41。光學元件41可將由光源產生裝置3發出的光加以處理，以應用於平面顯示器，例如散射光源產生裝置3發出的光。

第6圖係繪示出一燈泡分解示意圖，一燈泡6具有一燈罩61；一透鏡62，置於燈罩61之中；一照明模組64，位於透鏡62之下；一燈座65，具有一散熱槽66，用以承載照明模組64；一連結部67；以及一電連結器68，其中連結部67連結燈座65與電連接器68。照明模組64具有一載體63；以及複數個前述任一實施例之發光元件60，位於載體63之上。

惟上述實施例僅為例示性說明本申請案之原理及其功效，而非用於限制本申請案。任何本申請案所屬技術領域中具有通常知識者均可在不違背本申請案之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。因此本申請案之權利保護範圍如後述之申請專利範圍所列。

1、2、60‧‧‧發光元件
10‧‧‧基板
11‧‧‧第一保護層
12‧‧‧發光疊層
121、20‧‧‧第一電極
122‧‧‧第一半導體層
123‧‧‧第二電極
124‧‧‧發光層
125、202‧‧‧接觸部
126‧‧‧第二半導體層
127、204‧‧‧延伸部
1270‧‧‧上邊
1272‧‧‧下邊
1274‧‧‧側邊
13‧‧‧反射層
15‧‧‧阻障層
17‧‧‧第二保護層
19‧‧‧導電接觸層
190‧‧‧第一導電部
191‧‧‧第二導電部
192‧‧‧第一墊高部
193‧‧‧第二墊高部
204‧‧‧連接部
3‧‧‧光源產生裝置
31‧‧‧光源
32‧‧‧電源供應系統
33‧‧‧控制元件
4‧‧‧背光模組
41‧‧‧光學元件
5‧‧‧發光裝置
51‧‧‧LED
52‧‧‧次載體
53‧‧‧基板
54‧‧‧電路
56‧‧‧焊料
58‧‧‧電性連接結構
55‧‧‧電極
61‧‧‧燈罩
62‧‧‧透鏡
63‧‧‧載體
64‧‧‧照明模組
63‧‧‧載體
65‧‧‧燈座
66‧‧‧散熱槽
67‧‧‧連結部
68‧‧‧電子連結器
d‧‧‧間距
h1‧‧‧第一高度
h2‧‧‧第二高度
w1‧‧‧第一寬度
w2‧‧‧第二寬度
θ‧‧‧夾角

第1A圖繪示本申請案一實施例之發光元件之上視圖。

第1B圖為本申請案第1A圖沿線A-A’所示之發光元件之剖面示意圖。

第1C圖為本申請案第1A圖沿線B-B’所示之發光元件之剖面示意圖。

第1D圖為本申請案第1A圖沿線B-B’所示之另一實施例之發光元件之剖面示意圖。

第1E圖為本申請案第1A圖之發光元件之立體圖。

第2A圖繪示本申請案另一實施例之發光元件之上視圖。

第2B圖為本申請案第2A圖沿線C-C’所示之發光元件之剖面示意圖。

第3圖為本申請案一實施例之光源產生裝置之示意圖。

第4圖為本申請案一實施例之背光模組之示意圖。

第5圖為習知之發光裝置結構示意圖。

第6圖為本申請案一實施例之燈泡分解示意圖。

1‧‧‧發光元件

10‧‧‧基板

11‧‧‧第一保護層

12‧‧‧發光疊層

121‧‧‧第一電極

122‧‧‧第一半導體層

123‧‧‧第二電極

124‧‧‧發光層

125‧‧‧接觸部

126‧‧‧第二半導體層

127‧‧‧延伸部

13‧‧‧反射層

15‧‧‧阻障層

17‧‧‧第二保護層

19‧‧‧導電接觸層

190‧‧‧第一導電部

191‧‧‧第二導電部

192‧‧‧第一墊高部

193‧‧‧第二墊高部

d‧‧‧間距

h1‧‧‧第一高度

h2‧‧‧第二高度

w1‧‧‧第一寬度

w2‧‧‧第二寬度

Claims (10)

1. 一發光元件，包含：一發光疊層，包含：一第一半導體層；一第二半導體層位於該第一半導體層之上；以及一發光層位於該第一半導體層與該第二半導體層之間；一第一電極位於該第一半導體層之上；一第一保護層位於該發光疊層之上；一反射層位於該第一保護層之上；一第二保護層位於該反射層之上；以及一導電接觸層位於該發光疊層之上，該導電接觸層包含一第一導電部與一第二導電部分別位於該第二半導體層之上且分別電連接該第一半導體層及該第二半導體層，其中該第一導電部與該第二導電部係彼此分離，該第一導電部與該第二導電部之間包含一距離至少為50微米。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，更包含一第二電極位於該第二半導體層之上，其中該第一電極及該第二電極包含透明導電材料。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第二保護層包覆且圍繞該第一保護層，該反射層包含一材料，該材料包含銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鈦鎢合金(TiW)、銀-鈦(Ag-Ti)、鎳-錫(Ni-Sn)、金合金(Au alloy)、鎳-銀(Ni-Ag)或鈦-鋁(Ti-Al)。
4. 如申請專利範圍第1項所述的發光元件，其中該第一電極包含一接觸部及一延伸部自該接觸部向外延伸，該延伸部之一端係位於該第二導電部之一投影面積之外。
5. 如申請專利範圍第4項所述的發光元件，其中該第二保護層包含一第一通孔位於該接觸部上方，該第一導電部覆蓋該第一通孔。
6. 一發光元件，包含：一發光疊層，包含：一第一半導體層；一第二半導體層位於該第一半導體層之上；以及一發光層位於該第一半導體層與該第二半導體層之間；複數個第一電極位於該第一半導體層之上；一第一保護層位於該發光疊層之上；以及一導電接觸層位於該第一保護層之上，其中該導電接觸層包含一第一導電部與一第二導電部，該第一導電部與該第二導電部具有凹凸之輪廓。
7. 如申請專利範圍第6項所述的發光元件，其中該複數個第一電極各包含一接觸部及一延伸部自該接觸部向外延伸，該延伸部之一端係位於該第二導電部之一投影面積之外。
8. 一發光元件，包含：一發光疊層，包含：一第一半導體層；一第二半導體層位於該第一半導體層之上；以及一發光層位於該第一半導體層與該第二半導體層之間； 一第一電極位於該第一半導體層之上，該第一電極包含複數個接觸部及一連接部位於該複數個接觸部之間；一第二電極包含透明導電材料位於該第二半導體層之上；一第一保護層位於該發光疊層之上；一第二保護層位於該第一保護層之上；以及一導電接觸層位於該第一保護層之上，其中該導電接觸層包含一第一導電部與一第二導電部分別電連接該第一半導體層及該第二半導體層，該第一導電部與該第二導電部係彼此分離，該第一導電部未覆蓋該複數個接觸部，裸露出該複數個接觸部及位於該複數個接觸部上之該第二保護層。
9. 如申請專利範圍第8項所述的發光元件，其中該第一導電部與該第二導電部之間包含一距離至少為50微米。
10. 如申請專利範圍第8項所述的發光元件，其中該透明導電材料包含氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)。