TWI708404B - 微型發光元件及微型發光二極體元件基板 - Google Patents

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Abstract

一種微型發光元件包括磊晶結構與兩電極。磊晶結構具有第一表面、第二表面以及周圍表面。第一表面相對於第二表面，且周圍表面連接第一表面與第二表面。周圍表面包括第一部分與第二部分。第一部分連接第二部分而具有轉折點。磊晶結構的寬度由第一表面往轉折點逐漸增加，而從轉折點往第二表面逐漸減小。兩電極設置於磊晶結構上，且兩電極與磊晶結構電性連接。一種採用此微型發光元件的微型發光二極體元件基板亦被提出。

Description

微型發光元件及微型發光二極體元件基板
本發明是有關於一種具磊晶結構的發光元件，且特別是有關於一種微型發光元件及微型發光二極體元件基板。
近年來，在有機發光二極體（Organic light-emitting diode，OLED）顯示面板的製造成本偏高及其使用壽命無法與現行的主流顯示器相抗衡的情況下，微型發光二極體顯示器（Micro LED Display）逐漸吸引各科技大廠的投資目光。除了低耗能及材料使用壽命長的優勢外，微型發光二極體顯示器還具有優異的光學表現，例如高色彩飽和度、應答速度快及高對比。
在微型發光二極體顯示器的製程中，預先製作完成的微型發光二極體元件可透過巨量轉移（mass transfer）技術由暫存基板轉移至顯示器的線路基板上。一般來說，因圖案化製程的關係，發光二極體元件的磊晶結構的側壁會形成一倒角面。而此磊晶結構在轉移至線路基板上後，其寬度會隨著遠離線路基板的方向而漸增。因此，在後續的薄膜（例如導電薄膜或絕緣層）製程中，磊晶結構的此倒角面容易造成破膜或斷線的現象，致使後製程的整體良率下降。如何克服上述的問題，已成為相關廠商的重要課題。
本發明提供一種微型發光元件，其光萃取效率（light extraction efficiency）較佳。
本發明提供一種微型發光二極體元件基板，其後製程的良率高。
本發明的微型發光元件，包括磊晶結構以及兩電極。磊晶結構具有彼此相對的第一表面與第二表面以及連接第一表面與第二表面的周圍表面。周圍表面包括第一部分與第二部分。第一部分連接第二部分而具有轉折點。磊晶結構的寬度由第一表面往轉折點逐漸增加，而從轉折點往第二表面逐漸減小。兩電極設置於磊晶結構上，且與磊晶結構電性連接。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件的磊晶結構具有虛擬面，且虛擬面平行於第一表面並通過轉折點。周圍表面的第一部分與虛擬面之間具有夾角，且夾角介於100度至135度之間。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件的第一表面在一方向上具有第一長度，第二表面在此方向上具有第二長度，且第一長度與第二長度的比值介於0.8至1.2之間。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件的第二表面至第一表面之間具有第一垂直距離，而第二表面至轉折點之間具有第二垂直距離，且第二垂直距離與第一垂直距離的比值介於0.04至0.28之間。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件的兩電極位於磊晶結構的相對兩側，且其中一電極覆蓋第二表面與周圍表面的第二部分。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件的磊晶結構更包括第一型半導體層、發光層以及第二型半導體層。第一型半導體層具有第一表面，第二型半導體層具有第二表面，且轉折點位於第二型半導體層。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件的第二型半導體層具有垂直厚度，而轉折點至發光層之間具有垂直距離，而垂直距離與垂直厚度的比值小於1。
本發明的微型發光二極體元件基板，包括載板與多個微型發光元件。微型發光元件設置於載板上，且具有磊晶結構以及兩電極。磊晶結構具有彼此相對的第一表面與第二表面以及連接第一表面與第二表面的周圍表面。周圍表面包括第一部分與第二部分。第一部分連接第二部分而具有轉折點。磊晶結構的寬度由第一表面往轉折點逐漸增加，而從轉折點往第二表面逐漸減小。兩電極設置於磊晶結構上，且至少部分與磊晶結構直接接觸。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光二極體元件基板的第一表面在一方向上具有第一長度，第二表面在此方向上具有第二長度，且第一長度與第二長度的比值介於0.8至1.2之間。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光二極體元件基板的第二表面至第一表面之間具有第一垂直距離，而第二表面至轉折點之間具有第二垂直距離，且第二垂直距離與第一垂直距離的比值介於0.04至0.28之間。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光二極體元件基板的磊晶結構具有虛擬面，且虛擬面平行於第一表面並通過轉折點。周圍表面的第一部分與虛擬面之間具有夾角，且夾角介於100度至135度之間。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光二極體元件基板更包括平坦層，且平坦層覆蓋多個磊晶結構的多個周圍表面的多個第一部分。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光二極體元件基板的兩電極位於磊晶結構的相對兩側，且其中一電極覆蓋第二表面、周圍表面的第二部分以及平坦層，另一電極位於磊晶結構與載板之間。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光二極體元件基板的兩電極位於磊晶結構的同一側。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光二極體元件基板更包括絕緣層，且絕緣層覆蓋磊晶結構的第二表面、周圍表面的第二部分與平坦層。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光二極體元件基板更包括重疊設置於磊晶結構上的透鏡結構。透鏡結構與絕緣層屬於同一膜層。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光二極體元件基板的磊晶結構更包括依序設置於載板上的第一型半導體層、發光層以及第二型半導體層。第一型半導體層具有第一表面，第二型半導體層具有第二表面，且轉折點位於第二型半導體層。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光二極體元件基板的第二型半導體層具有垂直厚度，而轉折點至發光層之間具有垂直距離，而垂直距離與垂直厚度的比值小於1。
基於上述，在本發明一實施例的微型發光二極體元件基板中，連接第一表面與第二表面的周圍表面具有轉折點，透過磊晶結構的寬度由第一表面往轉折點逐漸增加並由轉折點往第二表面逐漸減小，可降低後續的薄膜製程中發生破膜或斷線的風險，有助於提升後製程的整體良率。另一方面，本發明一實施例的微型發光元件，透過鑽石狀的磊晶結構，可提升其光萃取效率（light extraction efficiency）。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
現將詳細地參考本發明的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於所附圖式中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。
圖1是本發明一實施例的磊晶結構的剖面示意圖。請參照圖1，磊晶結構100包括彼此相對的第一表面100s1與第二表面100s2以及連接第一表面100s1與第二表面100s2的周圍表面100p。周圍表面100p包括第一部分100p1與第二部分100p2。第一部分100p1連接第二部分100p2而具有轉折點TP。更具體地說，磊晶結構100在平行於第一表面100s1（或第二表面100s2）的任一方向（例如方向X）上所具有的寬度由第一表面100s1往轉折點TP逐漸增加，而從轉折點TP往第二表面100s2逐漸減小。亦即，磊晶結構100設有轉折點TP的部分在方向X上具有最大寬度。
進一步而言，磊晶結構100具有一虛擬面IP，且此虛擬面IP平行於第一表面100s1（或第二表面100s2）並通過周圍表面100p的轉折點TP。亦即，周圍表面100p的第一部分100p1與第二部分100p2分別位於此虛擬面IP的相對兩側。特別說明的是，周圍表面100p的第二部分100p2與虛擬面IP之間具有夾角θ，且此夾角θ大於90度。在一些較佳的實施例中，夾角θ可介於100度至135度的範圍內，但本發明不以此為限。
在本實施例中，第一表面100s1與第二表面100s2之間具有第一垂直距離d1，而第二表面100s2至轉折點TP之間具有第二垂直距離d2，且第二垂直距離d2與第一垂直距離d1的比值可介於0.04至0.28的範圍內。舉例來說，磊晶結構100的厚度可小於10微米。在一較佳的實施例中，第一表面100s1與第二表面100s2之間的第一垂直距離d1介於6微米至8微米之間，且第二表面100s2至轉折點TP之間的第二垂直距離d2介於1微米至2微米之間。在另一較佳的實施例中，第一表面100s1與第二表面100s2之間的第一垂直距離d1介於4微米至5微米之間，且第二表面100s2至轉折點TP之間的第二垂直距離d2介於0.2微米至1微米之間。
另一方面，磊晶結構100的第一表面100s1與第二表面100s2在方向X上分別具有第一長度L1與第二長度L2，且第一長度L1與第二長度L2的比值可介於0.8至1.2之間。第一長度L1與第二長度L2的比值小於0.8或大於1.2，容易造成轉移製程以及接合的良率降低。從另一觀點來說，磊晶結構100的至少一橫截面（例如XY平面）係呈現鑽石狀的構型。據此，可降低磊晶結構100內部所產生的部分光束於周圍表面100p的第二部分100p2全反射的機率，有助於提升磊晶結構100的光萃取效率（light extraction efficiency）。亦即，此鑽石狀的磊晶結構100可具有較高的出光亮度。
以下將列舉一些包含上述磊晶結構的微型發光二極體元件基板的實施例以詳細說明本揭露，其中相同的構件將標示相同的符號，並且省略相同技術內容的說明，省略部分請參考前述實施例，以下不再贅述。
圖2A是本發明一實施例的微型發光二極體元件基板的剖面示意圖。圖2B是本發明另一實施例的微型發光二極體元件基板的剖面示意圖。請參照圖2A，微型發光二極體元件基板1包括載板50與微型發光元件10。微型發光元件10設置於載板50上，且與載板50電性連接。在本實施例中，載板50為線路基板，而線路基板例如是一互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）基板、一矽基液晶（Liquid Crystal on Silicon，LCOS）基板、一薄膜電晶體（Thin Film Transistor，TFT）基板或其他具有工作電路的基板。然而，本發明不限於此，根據其他實施例，載板50也可以是用於轉移（transfer）的暫存基板（temporary substrate）或載板（carrier）。更具體地說，本實施例的微型發光二極體元件基板1例如是微型發光二極體顯示器（Micro Light-Emitting Diode Display，Micro LED Display），且可具有多個微型發光元件10。然而，為清楚呈現與說明起見，本實施例的微型發光元件10數量係以一個為例進行示範性地說明，並不表示本發明以此為限制。
進一步而言，微型發光二極體元件基板1更包括設置於載板50上的平坦層150。在本實施例中，平坦層150可位於任兩相鄰的微型發光元件10之間（未繪示），且平坦層150可定義出微型發光二極體顯示器的多個畫素區，但本發明不以此為限。更具體地說，平坦層150可圍繞微型發光元件10的磊晶結構100並覆蓋其周圍表面100p的第一部分100p1。在本實施例中，磊晶結構100包括依序堆疊於載板50上的第一型半導體層110、發光層120與第二型半導體層130，其中第一型半導體層110具有第一表面100s1，第二型半導體層130具有第二表面100s2，且磊晶結構100的轉折點TP位於第二型半導體層130。也就是說，第一型半導體層110、發光層120與至少部分的第二型半導體層130設有周圍表面100p的第一部分100p1，而另一部分的第二型半導體層130設有周圍表面100p的第二部分100p2。
另一方面，在載板50的法線方向（例如方向Y）上，第二型半導體層130具有垂直厚度T，而轉折點TP至發光層120之間具有垂直距離D，且垂直厚度T大於垂直距離D。在本實施例中，第一型半導體層110與第二型半導體層130可分別為P型半導體與N型半導體，而發光層120可以是多重量子井（Multiple Quantum Well，MQW）結構，但本發明不以此為限。舉例而言，在本實施例中，第一型半導體層110與第二型半導體層130在載板50的法線方向上具有大致上相同的厚度。亦即，磊晶結構100的發光層120可選擇性地位於第一表面100s1與第二表面100s2之間的中間區域，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第一型半導體層110與第二型半導體層130在載板50的法線方向上也可具有不同的厚度，例如第二型半導體層130的垂直厚度大於第一型半導體層110的垂直厚度。也就是說，微型發光二極體元件基板1A的磊晶結構100B的發光層120可位於第一表面100s1與第二表面100s2之間較靠近第一表面100s1的區域（如圖2B所示）。
在本實施例中，微型發光元件10更包括第一電極141與第二電極142，且此兩電極分別位於磊晶結構100的相對兩側。也就是說，微型發光元件10可以是垂直式（vertical type）發光二極體元件，但本發明不以此為限。具體而言，第一電極141位於磊晶結構100的第一表面100s1與載板50之間，且電性連接第一型半導體層110與載板50。第二電極142設置於磊晶結構100的第二表面100s2與平坦層150上，且電性連接第二型半導體層130。
另一方面，微型發光二極體元件基板1（例如微型發光二極體顯示器）的多個微型發光元件10的第二電極142可彼此電性連接。也就是說，這些第二電極142可藉由一共電極（common electrode）來實現，且此共電極具有一共同電位。具體而言，此共電極係透過覆蓋多個磊晶結構100的第二表面100s2、周圍表面100p的第二部分100p2以及平坦層150的上表面150s與多個磊晶結構100電性連接。舉例來說，共電極（即第二電極142）的膜厚可小於1微米。在一較佳的實施例中，共電極的膜厚可介於0.2微米至0.5微米的範圍。在本實施例中，第一電極141可選擇性地具有一高電位，第二電極142可選擇性地具有一接地電位（Ground）或低電位，且透過兩電極間的電位差所產生的電流，致能磊晶結構100使發光層120發出（可見）光束，但本發明不以此為限。
特別說明的是，磊晶結構100的轉折點TP大致上可切齊平坦層150的上表面150s，且周圍表面100p的第二部分100p2與平坦層150的上表面150s之間的夾角θ1可介於100度至135度之間，但不以此為限。如此一來，周圍表面100p的第一部分100p1與平坦層150的交界處可具有較為緩和的地形輪廓，有助於降低第二電極142在磊晶結構100的第二表面100s2與周圍表面100p的連接處發生破膜或斷線的風險，進而提升後製程的整體良率。從另一觀點來說，也可增加磊晶結構100的薄膜覆蓋率（film coverage）。
圖3是本發明又一實施例的微型發光二極體元件基板的剖面示意圖。請參照圖3，本實施例的微型發光二極體元件基板2與圖2A的微型發光二極體元件基板1的主要差異在於：兩電極的配置方式不同。在本實施例中，微型發光元件10A的第一電極141A與第二電極142A設置在磊晶結構100A的同一側，且微型發光元件10A更包括絕緣層140。舉例而言，絕緣層140位於磊晶結構100A（或平坦層150）與載板50之間，並覆蓋第一型半導體層110、發光層120與部分的第二型半導體層130。第一電極141A與第二電極142A設置在磊晶結構100A與載板50之間。第一電極141A貫穿絕緣層140以電性連接第一型半導體層110，第二電極142A貫穿絕緣層140、第一型半導體層110、發光層120以及部分的第二型半導體層130以電性連接第二型半導體層130。
進一步而言，微型發光二極體元件基板2更包括絕緣層160，且絕緣層160覆蓋在磊晶結構100A的第二表面100s2、周圍表面100p的第二部分100p2以及平坦層150的上表面150s。舉例來說，絕緣層160的膜厚可小於1微米。在一較佳的實施例中，絕緣層160的膜厚可介於0.2微米至0.5微米的範圍。值得一提的是，由於微型發光元件10A具有鑽石狀的磊晶結構100A，致使周圍表面100p的第一部分100p1與平坦層150的交界處可具有較為緩和的地形輪廓。據此，有助於降低絕緣層160在磊晶結構100A的第二表面100s2與周圍表面100p的連接處發生破膜或斷線的風險，進而提升後製程的整體良率。
圖4是本發明再一實施例的微型發光二極體元件基板的剖面示意圖。請參照圖4，本實施例的微型發光二極體元件基板3與圖3的微型發光二極體元件基板2的主要差異在於：微型發光二極體元件基板3還可選擇性地包括透鏡結構165，且此透鏡結構165重疊設置於磊晶結構100A上。在本實施例中，透鏡結構165與絕緣層160的材質可相同。亦即，透鏡結構165與絕緣層160可屬於同一膜層，但本發明不以此為限。在其他實施例中，透鏡結構165與絕緣層160也可屬於不同的膜層。值得一提的是，透過此透鏡結構165的設置，可改變磊晶結構100A的出光光型，進而提升微型發光元件10A的出射光的方向集中性。
綜上所述，在本發明一實施例的微型發光二極體元件基板中，連接第一表面與第二表面的周圍表面具有轉折點，透過磊晶結構的寬度由第一表面往轉折點逐漸增加並由轉折點往第二表面逐漸減小，可降低後續的薄膜製程中發生破膜或斷線的風險，有助於提升後製程的整體良率。另一方面，本發明一實施例的微型發光元件，透過鑽石狀的磊晶結構，可提升其光萃取效率（light extraction efficiency）。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1、1A、2、3:微型發光二極體元件基板 10、10A:微型發光元件 50:載板 100、100A、100B:磊晶結構 100p:周圍表面 100p1:第一部分 100p2:第二部分 100s1:第一表面 100s2:第二表面 110:第一型半導體層 120:發光層 130:第二型半導體層 140、160:絕緣層 141、141A:第一電極 142、142A:第二電極 150:平坦層 150s:上表面 165:透鏡結構 D、d1、d2:垂直距離 IP:虛擬面 L1、L2:長度 T:垂直厚度 TP:轉折點 X、Y:方向 θ、θ1:夾角
圖1是本發明一實施例的磊晶結構的剖面示意圖。 圖2A是本發明一實施例的微型發光二極體元件基板的剖面示意圖。 圖2B是本發明另一實施例的微型發光二極體元件基板的剖面示意圖。 圖3是本發明又一實施例的微型發光二極體元件基板的剖面示意圖。 圖4是本發明再一實施例的微型發光二極體元件基板的剖面示意圖。
100:磊晶結構
100p:周圍表面
100p1:第一部分
100p2:第二部分
100s1:第一表面
100s2:第二表面
d1、d2:垂直距離
IP:虛擬面
L1、L2:長度
TP:轉折點
X、Y:方向
θ:夾角

Claims (18)

  1. 一種微型發光二極體元件基板，包括： 一載板；以及 多個微型發光元件，設置於該載板上，各該微型發光元件包括： 一磊晶結構，具有彼此相對的一第一表面與一第二表面以及連接該第一表面與該第二表面的一周圍表面，該周圍表面包括一第一部分與一第二部分，該第一部分連接該第二部分而具有一轉折點，其中該磊晶結構的寬度由該第一表面往該轉折點逐漸增加，而從該轉折點往該第二表面逐漸減小；以及 兩電極，設置於該磊晶結構上，且各該電極的至少部分與該磊晶結構直接接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體元件基板，其中該第一表面在一方向上具有一第一長度，該第二表面在該方向上具有一第二長度，且該第一長度與該第二長度的比值介於0.8至1.2之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體元件基板，其中該第二表面至該第一表面之間具有一第一垂直距離，而該第二表面至該轉折點之間具有一第二垂直距離，且該第二垂直距離與該第一垂直距離的比值介於0.04至0.28之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體元件基板，其中該磊晶結構具有一虛擬面，該虛擬面平行於該第一表面並通過該轉折點，該周圍表面的該第一部分與該虛擬面之間具有一夾角，且該夾角介於100度至135度之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體元件基板，更包括： 一平坦層，覆蓋該些磊晶結構的該些周圍表面的該些第一部分。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的微型發光二極體元件基板，其中該兩電極位於該磊晶結構的相對兩側，且一該電極覆蓋該第二表面、該周圍表面的該第二部分以及該平坦層，另一該電極位於該磊晶結構與該載板之間。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的微型發光二極體元件基板，其中該兩電極位於該磊晶結構的同一側。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的微型發光二極體元件基板，更包括： 一絕緣層，覆蓋該磊晶結構的該第二表面、該周圍表面的該第二部分與該平坦層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的微型發光二極體元件基板，更包括： 一透鏡結構，重疊設置於該磊晶結構上，且該透鏡結構與該絕緣層屬於同一膜層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光二極體元件基板，其中該磊晶結構更包括依序設置於該載板上的一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層，該第一型半導體層具有該第一表面，該第二型半導體層具有該第二表面，且該轉折點位於該第二型半導體層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的微型發光二極體元件基板，其中該第二型半導體層具有一垂直厚度，而該轉折點至該發光層之間具有一垂直距離，而該垂直距離與該垂直厚度的比值小於1。
  12. 一種微型發光元件，包括： 一磊晶結構，具有彼此相對的一第一表面與一第二表面以及連接該第一表面與該第二表面的一周圍表面，該周圍表面包括一第一部分與一第二部分，該第一部分連接該第二部分而具有一轉折點，其中該磊晶結構的寬度由該第一表面往該轉折點逐漸增加，而從該轉折點往該第二表面逐漸減小；以及 兩電極，設置於該磊晶結構上，且該兩電極與該磊晶結構電性連接。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的微型發光元件，其中該磊晶結構具有一虛擬面，該虛擬面平行於該第一表面並通過該轉折點，該周圍表面的該第一部分與該虛擬面之間具有一夾角，且該夾角介於100度至135度之間。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的微型發光元件，其中該第一表面在一方向上具有一第一長度，該第二表面在該方向上具有一第二長度，且該第一長度與該第二長度的比值介於0.8至1.2之間。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的微型發光元件，其中該第二表面至該第一表面之間具有一第一垂直距離，而該第二表面至該轉折點之間具有一第二垂直距離，且該第二垂直距離與該第一垂直距離的比值介於0.04至0.28之間。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的微型發光元件，其中該兩電極位於該磊晶結構的相對兩側，且一該電極覆蓋該第二表面與該周圍表面的該第二部分。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的微型發光元件，其中該磊晶結構更包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層，該第一型半導體層具有該第一表面，該第二型半導體層具有該第二表面，且該轉折點位於該第二型半導體層。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的微型發光元件，其中該第二型半導體層具有一垂直厚度，而該轉折點至該發光層之間具有一垂直距離，而該垂直距離與該垂直厚度的比值小於1。
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