TWI842560B

TWI842560B - 發光元件及顯示裝置

Info

Publication number: TWI842560B
Application number: TW112121720A
Authority: TW
Inventors: 鄭玄宗; 施景耀; 王錚亮; 林冠亨
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Filing date: 2023-06-09
Publication date: 2024-05-11

Abstract

一種發光元件包括緩衝層、多個微結構、第一型半導體層、主動層、第二型半導體層、第一電極及第二電極。多個微結構設置於緩衝層上。第一型半導體層設置於緩衝層上。主動層設置於第一型半導體層上。第二型半導體層設置於主動層上。第一電極電性連接至第一型半導體層。第二電極電性連接至第二型半導體層。緩衝層的材質與微結構的材質不同。此外，包括上述發光元件的顯示裝置也被提出。

Description

發光元件及顯示裝置

本發明是有關於一種光電元件及光電裝置，且特別是有關於一種發光元件及顯示裝置。

發光二極體顯示面板包括驅動背板及被轉置於驅動背板上的發光二極體元件。繼承發光二極體的特性，發光二極體顯示面板具有省電、高效率、高亮度及反應時間快等優點。此外，相較於有機發光二極體顯示面板，發光二極體顯示面板還具有色彩易調校、發光壽命長、無影像烙印等優勢。因此，發光二極體顯示面板被視為下一世代的顯示技術。

然而，發光二極體元件的上表面不平整，導致環境光穿過圓偏振片且被發光二極體元件之不平整的上表面反射後，無法完全被圓偏振光阻擋而傳遞至外界，造成解偏現象。發光二極體顯示面板在未致能下，反射率過高而偏亮。此外，由於發光二極體元件的上表面不平整，在強光照射下，發光二極體顯示面板還會出現彩虹紋的問題，影響發光二極體顯示面板的光學表現。

本發明提供一種發光元件，光學表現佳。

本發明提供一種顯示裝置，光學表現佳。

本發明的發光元件包括緩衝層、多個微結構、第一型半導體層、主動層、第二型半導體層、第一電極及第二電極。多個微結構設置於緩衝層上。第一型半導體層設置於緩衝層上。主動層設置於第一型半導體層上。第二型半導體層設置於主動層上。第一電極電性連接至第一型半導體層。第二電極電性連接至第二型半導體層。緩衝層的材質與微結構的材質不同。

本發明的顯示裝置包括上述的發光元件及驅動背板，其中發光元件電性連接至驅動背板，且發光元件的緩衝層具有出光面。

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附圖中。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。

應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件“上”或“連接到”另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為“直接在另一元件上”或“直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，“連接”可以指物理及/或電性連接。再者，“電性連接”或“耦合”可以是二元件間存在其它元件。

本文使用的“約”、“近似”、或“實質上”包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，“約”可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或±30％、±20％、±10％、±5％內。再者，本文使用的“約”、“近似”或“實質上”可依光學性質、蝕刻性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。

除非另有定義，本文使用的所有術語（包括技術和科學術語）具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。

圖1A至圖1F為本發明一實施例之顯示裝置的製造流程的剖面示意圖。

請參照圖1A，首先，在生長基板110上形成緩衝層120。生長基板110用以沉積緩衝層120。緩衝層120用以和生長基板110分離。在本實施例中，緩衝層120還用以供未摻雜的磊晶層140（繪示於圖1C）成長。舉例而言，在本實施例中，生長基板110的材質可包括藍寶石（Sapphire），緩衝層120的材質可包括氮化鋁（AlN）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、氮化銦鎵（GaInN）、氮化銦（InN）或氮化鋁鎵（AlGaN），但本發明不以此為限。

請參照圖1B，接著，在緩衝層120上形成多個微結構130。多個微結構130設置於緩衝層120上。微結構130的材質與緩衝層120的材質不同。微結構130用以減少磊晶層140（繪示於圖1C）成長時的缺陷密度。在本實施例中，多個微結構130彼此分離，但本發明不以此為限。舉例而言，在本實施例中，微結構130的材質可包括氧化鋁（Al ₂O ₃）、氧化矽（SiO ₂）、氮化矽（SiN）或氧化鋅（ZnO），但本發明不以此為限。

請參照圖1C，接著，在緩衝層120及多個微結構130上形成磊晶層140、第一型半導體層150、主動層160及第二型半導體層170。第一型半導體層150設置於緩衝層120上。主動層160設置於第一型半導體層150上。第二型半導體層170設置於主動層160上。在本實施例中，可有磊晶層140設置於第一型半導體層150與緩衝層120之間。磊晶層140具有背向主動層160的表面142。表面142具有多個微凹陷142a。多個微結構130設置於磊晶層140的多個微凹陷142a中。在本實施例中，磊晶層140的材質與微結構130的材質可不同。

舉例而言，在本實施例中，磊晶層140的材質可包括未摻雜的氮化鎵（GaN）、第一型半導體層150的材質可包括n型的氮化鎵（GaN），主動層160可為多重量子井，多重量子井的材質可包括氮化鎵（GaN）及氮化銦鎵（InGaN），第二型半導體層170的材質可包括p型的氮化鎵（GaN），但本發明不以此為限。

請參照圖1D，接著，形成第一電極180及第二電極190，其中第一電極180電性連接至第一型半導體層150，而第二電極190電性連接至第二型半導體層170。舉例而言，在本實施例中，第一電極180及第二電極190可選擇性地設置於主動層160的同一側，但本發明不以此為限。

請參照圖1E，接著，自緩衝層120上移除生長基板110，以形成發光元件LED。在本實施例中，發光元件LED包括緩衝層120、多個微結構130、磊晶層140、第一型半導體層150、主動層160、第二型半導體層170、第一電極180及第二電極190。舉例而言，在本實施例中，可使用雷射剝離（Laser lift off）工序分離生長基板110與緩衝層120，但本發明不以此為限。在本實施例中，所述雷射剝離工序中所使用之雷射L的波長可介於100nm~600nm，所述雷射剝離工序中所使用之雷射L的強度可介0.1J/cm ²~1J/cm ²，但本發明不以此為限。

舉例而言，在一實施例中，緩衝層120的材質為氮化鎵（GaN），所述雷射剝離工序中所使用之雷射L的中心波長可為248nm；在另一實施例中，緩衝層120的材質為氮化鋁（AlN），所述雷射剝離工序中所使用之雷射L的中心波長可為193nm；在又一實施例中，緩衝層120的材質為氮化銦鎵（GaInN），所述雷射剝離工序中所使用之雷射L的中心波長可為532nm；於再一實施例中，緩衝層120的材質為氧化鋅（ZnO），所述雷射剝離工序中所使用之雷射L的中心波長可為248nm；但本發明不以此為限。

請參照圖1F，接著，將發光元件LED轉置於驅動背板200上，且令發光元件LED與驅動背板200電性連接。舉例而言，在本實施例中，驅動背板200包括畫素驅動電路（未繪示）及與畫素驅動電路電性連接的多個接墊（未繪示），而發光元件LED的第一電極180及第二電極190可分別與所述多個接墊電性連接。在本實施例中，所述畫素驅動電路可包括資料線（未繪示）、掃描線（未繪示）、電源線（未繪示）、共通線（未繪示）、第一電晶體（未繪示）、第二電晶體（未繪示）及電容（未繪示），其中第一電晶體的第一端電性連接至資料線，第一電晶體的控制端電性連接至掃描線，第一電晶體的第二端電性連接至第二電晶體的控制端，第二電晶體的第一端電性連接至電源線，電容電性連接於第一電晶體的第二端及第二電晶體的第一端，第二電晶體的第二端電性連接至一接墊，且共通線電性連接至另一接墊，但本發明不以此為限。

請參照圖1F，接著，於發光元件LED上形成封裝層210。封裝層210設置於發光元件LED上。介質層220設置於封裝層210與發光元件LED之間。於此，便完成了本實施例的顯示裝置10。在一實施例中，封裝層210可包括透光基板、彩色濾光層、圓偏光片或其組合，但本發明不以此為限。在一實施例中，介質層220可為有機平坦層或空氣，但本發明不以此為限。在本實施例中，發光元件LED例如是微型發光二極體（μLED），而顯示裝置10例如是微型發光二極體顯示面板，但本發明不以此為限。

在本實施例中，緩衝層120具有第一表面122及第二表面124，緩衝層120的第一表面122接觸於多個微結構130，緩衝層120的第二表面124設置於緩衝層120之第一表面122的對向，且緩衝層120的第二表面124實質上為平面。緩衝層120的第二表面124為發光元件LED的出光面。在一實施例中，若封裝層210包括圓偏光片，發光元件LED之朝外的表面（即，緩衝層120的第二表面124）為平坦的表面，可改善因表面不平整而造成的解偏現象及強光照射下的彩虹紋現象。

在本實施例中，發光元件LED用以發出一光束（未繪示），光束具有中心波長λ，緩衝層120具有厚度T及折射率n，且T=λ/4n。藉此，可形成建設性干涉，增加發光元件LED的出光並降低環境光的反射。舉例而言，在一實施例中，發光元件LED發出之光束的中心波長λ約460nm，緩衝層120的厚度T約60nm，此時，緩衝層120的穿透率可提高至89.70%，緩衝層120的反射率可降低至10.3%，但本發明不以此為限。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重述。

圖2A至圖2F為本發明另一實施例之顯示裝置的製造流程的剖面示意圖。

圖2F的顯示裝置10A及其製造流程與圖1F的顯示裝置10及其製造流程類似，兩者的差異在於：兩者之第一電極180及第二電極190形成的時間點及位置不同。

請參照圖2C，詳細而言，在本實施例中，可於緩衝層120及多個微結構130上依序形成第一型半導體層150、主動層160及第二型半導體層170。在本實施例中，第一型半導體層150具有背向主動層160的表面152，表面152可具有多個微凹陷152a，而多個微結構130可設置於第一型半導體層150的多個微凹陷152a中。

請參照圖2D，接著，在第二型半導體層170上形成第二電極190。請參照圖2E，接著，移除生長基板110，以暴露出緩衝層120。請參照圖2F，接著，蝕刻緩衝層120，以形成緩衝層120的開口126，其中開口126至少暴露出部分的第一型半導體層150。請參照圖2F，接著，在緩衝層120上形成第一電極180，其中第一電極180透過緩衝層120的開口126電性連接至第一型半導體層150。

在本實施例中，發光元件LED-A包括緩衝層120、多個微結構130、第一型半導體層150、主動層160、第二型半導體層170、第一電極180及第二電極190，且第一電極180及第二電極190分別設置於主動層160的相對兩側。

10、10A:顯示裝置 110:生長基板 120:緩衝層 122:第一表面 124:第二表面 126:開口 130:微結構 140:磊晶層 142、152:表面 142a、152a:微凹陷 150:第一型半導體層 160:主動層 170:第二型半導體層 180:第一電極 190:第二電極 200:驅動背板 210:封裝層 220:介質層 L:雷射 LED、LED-A:發光元件 T:厚度

圖1A至圖1F為本發明一實施例之顯示裝置的製造流程的剖面示意圖。圖2A至圖2F為本發明另一實施例之顯示裝置的製造流程的剖面示意圖。

10:顯示裝置

120:緩衝層

122:第一表面

124:第二表面

130:微結構

140:磊晶層

142:表面

142a:微凹陷

150:第一型半導體層

160:主動層

170:第二型半導體層

180:第一電極

190:第二電極

200:驅動背板

210:封裝層

220:介質層

LED:發光元件

T:厚度

Claims

一種發光元件，包括：一緩衝層；多個微結構，設置於該緩衝層上；一第一型半導體層，設置於該緩衝層上；一主動層，設置於該第一型半導體層上；一第二型半導體層，設置於該主動層上；一第一電極，電性連接至該第一型半導體層；以及一第二電極，電性連接至該第二型半導體層，其中該緩衝層的材質與該些微結構的材質不同，該發光元件用以發出一光束，該光束具有一中心波長(λ)，該緩衝層具有一厚度(T)及一折射率(n)，且T=λ/4n。
如請求項1所述的發光元件，更包括：一磊晶層，設置於該第一型半導體層與該緩衝層之間，其中該磊晶層之背向該主動層的一表面具有多個微凹陷，且該些微結構設置於該磊晶層的該些微凹陷中。
如請求項2所述的發光元件，其中該磊晶層的材質與該些微結構的材質不同。
如請求項1所述的發光元件，其中該第一型半導體層之背向該主動層的一表面具有多個微凹陷，且該些微結構設置於該第一型半導體層的該些微凹陷中。
如請求項1所述的發光元件，其中該緩衝層具有一第一表面及一第二表面，該緩衝層的該第一表面接觸於該些微結構，該緩衝層的該第二表面設置於該緩衝層之該第一表面的對向，且該緩衝層的該第二表面實質上為一平面。
一種顯示裝置，包括：至少一發光元件，其中每一發光元件包括：一緩衝層；多個微結構，設置於該緩衝層上；一第一型半導體層，設置於該緩衝層上；一主動層，設置於該第一型半導體層上；一第二型半導體層，設置於該主動層上；一第一電極，電性連接至該第一型半導體層；以及一第二電極，電性連接至該第二型半導體層，其中每一該發光元件用以發出一光束，該光束具有一中心波長(λ)，該緩衝層具有一厚度(T)及一折射率(n)，且T=λ/4n；以及一驅動背板，其中該至少一發光元件電性連接至該驅動背板，且該緩衝層具有一出光面。
如請求項6所述的顯示裝置，其中該緩衝層的材質與該些微結構的材質不同。
如請求項6所述的顯示裝置，其中每一該發光元件更包括：一磊晶層，設置於該第一型半導體層與該緩衝層之間，其中該磊晶層之背向該主動層的一表面具有多個微凹陷，且該些微結構設置於該磊晶層的該些微凹陷中。
如請求項8所述的顯示裝置，其中該磊晶層的材質與該些微結構的材質不同。
如請求項6所述的顯示裝置，其中該第一型半導體層之背向該主動層的一表面具有多個微凹陷，且該些微結構設置於該第一型半導體層的該些微凹陷中。
如請求項6所述的顯示裝置，其中該緩衝層具有一第一表面及一第二表面，該緩衝層的該第一表面接觸於該些微結構，該緩衝層的該第二表面設置於該緩衝層之該第一表面的對向，且該緩衝層的該第二表面實質上為一平面。