CN110752228B - 微型发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微型发光二极管装置，适包括基板、微型发光二极管、第一保护层及第二保护层。微型发光二极管适于设置于基板上。第一保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第一部分，且与基板具有间隙。第二保护层至少配置于微型发光二极管的外侧壁的第二部分且位于第一保护层与基板之间的间隙内。第二保护层在基板上的高度小于等于微型发光二极管在基板上的高度。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型发光二极管装置，尤其涉及一种具有保护层的微型发光二极管装置。
背景技术
随着光电科技的进步，许多光电元件的体积逐渐往小型化发展。近几年来由于发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)制作尺寸上的突破，所以发光二极管不仅可应用于照明技术，也适用于制作显示面板。目前将发光二极管以阵列排列制作的微型发光二极管(micro-LED)显示器在市场上逐渐受到重视。微型发光二极管显示器属于主动式发光二极管显示器，其除了相较于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)显示器而言更为省电以外，也具备更佳优异的对比度表现，而可以在阳光下具有可视性。此外，由于微型发光二极管显示器采用无机材料，因此其相较于有机发光二极管显示器而言具备更佳优良的可靠性以及更长的使用寿命。要如何能够更对微型发光二极管等微型发光二极管提供更佳的保护则是本领域的研究目标。
发明内容
本发明提供一种微型发光二极管装置，其具有保护层。
本发明的一种微型发光二极管装置包括基板、微型发光二极管、第一保护层及第二保护层。微型发光二极管适于设置于基板上。第一保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第一部分，且与基板具有间隙。第二保护层至少配置于微型发光二极管的外侧壁的第二部分且位于第一保护层与基板之间的间隙内，第二保护层在基板上的高度小于等于微型发光二极管在基板上的高度。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层在基板上的高度小于等于微型发光二极管在基板上的高度的0.5倍。
在本发明的一实施例中，上述的第一保护层的材质不同于第二保护层的材质。
在本发明的一实施例中，上述的第一保护层的杨氏模数大于第二保护层的杨氏模数。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管包括发光层，第二保护层在基板上的高度小于发光层在基板上的高度。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层为不透光层。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管的外侧壁的第一部分的粗糙度小于第二部分的粗糙度。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层还配置于微型发光二极管的底面，而介于微型发光二极管与基板之间。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层在对应于微型发光二极管的底面的部位具有至少一孔洞，至少一孔洞占微型发光二极管的底面的面积介于10％至90％之间。
在本发明的一实施例中，上述的第一保护层于基板上的投影小于第二保护层于基板上的投影。
在本发明的一实施例中，上述的第一保护层于基板上的投影大于第二保护层于基板上的投影。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层为导电层。
在本发明的一实施例中，上述的第二保护层延伸至微型发光二极管的至少部分底面而作为第一型电极电性连接基板。
基于上述，本发明的微型发光二极管装置的第一保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第一部分，第二保护层至少配置于微型发光二极管的外侧壁的第二部分且位于第一保护层与基板之间的间隙内，因此，本发明的微型发光二极管装置的微型发光二极管可被良好地保护。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图；
图2A是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图；
图2B是隐藏图2A的基板之后的仰视示意图；
图3A是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图；
图3B是隐藏图3A的基板之后的仰视示意图；
图4A是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图；
图4B是隐藏图4A的基板之后的仰视示意图；
图5是依照本发明的多个实施例的多种微型发光二极管装置的剖面示意图；
图6是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图；
图7是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图；
图8是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图；
图9A是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图；
图9B是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图；
图10是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。
附图标号说明：
h1、h2、h3：高度
W1、W2、W3：厚度
10：基板
20、22：线路
100、100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i、100j：微型发光二极管装置
110、110d、110e、110h：微型发光二极管
111、111h：第一型半导体层
112：发光层
113：第二型半导体层
115：外侧壁
116：第一部分
117：第二部分
120、120h：第一型电极
125、125j：第二型电极
130：第一保护层
140、140a、140b、140c、140d、140e、140f、140g、140h、140i：第二保护层
142：孔洞
150：导电接合层
具体实施方式
本发明的实施例的微型发光二极管装置所描述的微型发光二极管，在此所用“微型”发光二极管意指可具有1微米至100微米的尺寸。在一些实施例中，微型发光二极管可具有20微米、10微米或5微米的最大宽度。在一些实施例中，微型发光二极管可具有小于20微米、10微米或5微米的最大高度。然应理解本发明的实施例不必限于此，某些实施例的方式当可应用到更大与也许更小的尺度。基板例如可为显示基板、发光基板、具薄膜晶体管或集体电路(ICs)等功能元件的基板或其他类型的电路基板，但不以此为限。虽然本发明的一些实施例特定于描述包含p-n二极管的微型发光二极管，但应理解本发明的实施例不限于此，某些实施例亦可应用到其他微型半导体元件，包括可控制执行预定电子功能的微型半导体元件(例如二极管、晶体管、集体电路)或具光子功能的微型半导体元件(例如激光二极管、光电二极管)。本发明的其他实施例某些实施例亦可应用到包括电路的微芯片，例如以Si或SOI晶圆为材料用于逻辑或存储应用微芯片，或以GaAs晶圆为材料用于RF通信应用的微芯片。
图1是依照本发明的一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图1，本实施例的微型发光二极管装置100例如为微型发光二极管显示器(micro LEDdisplay)，可包含其他组件。此等其他组件包含(但不限于)：存储器、触控屏幕控制器及电池。在其他实施方案中，微型发光二极管显示器可为电视机、平板电脑、电话、膝上型电脑、电脑监视器、独立式终端机服务台、数字相机、手持游戏控制台、媒体显示器、电子书显示器、车用显示器或大面积电子看板显示器。微型发光二极管装置100包括基板10，基板10为线路基板，而线路基板例如是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)基板、硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)基板、薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)基板或其他具有工作电路的基板。基板10也可以软性基板，其材料包含聚酯树脂(polyester resin；PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthalate；PEN)或聚酰亚胺(polyimide；PI)。
微型发光二极管装置100还包括微型发光二极管110、第一保护层130及第二保护层140。微型发光二极管110设置于基板10上并与基板10电性连接。
在本实施例中，微型发光二极管110包括依序堆叠的第一型半导体层111(例如是N型半导体层)、发光层112及第二型半导体层113(例如是P型半导体层)。微型发光二极管110的磊晶结构的厚度以1微米至6微米为佳，太厚或太薄都将影响后续制程的良率。第一型半导体层111的厚度可大于第二型半导体层113的厚度，其中第一型半导体层111的厚度介于1微米至5微米之间，发光层112的厚度介于0.1微米至1微米之间，而第二型半导体层113的厚度介于0.1微米至0.5微米之间，但并不以为限。
另外，在本实施例中，微型发光二极管110例如是以水平式发光二极管为例。第一型半导体层111的长宽大于第二型半导体层113的长宽。也就是说，微型发光二极管110由剖面图来看为梯型结构。此处，第一型半导体层111与第二型半导体层113的最大宽度差值介于0微米至5微米之间，能弹性的应用于后续的设计中。
微型发光二极管装置100还包括第一型电极120与第二型电极125，分别接触且电性连接第一型半导体层111与第二型半导体层113，由高功函数金属(例如：铂、镍、钛、金、铬、上述之合金及上述材料的组合)、金属氧化物(如氧化铟锡及氧化锌)或是导电的非金属材料如导电高分子、石墨、石墨烯及黑磷形成。
第一保护层130配置于微型发光二极管110的外侧壁115的第一部分116，且与基板10具有间隙(高度h1)。第二保护层140至少配置于微型发光二极管110的外侧壁115的第二部分117且位于第一保护层130与基板10之间的间隙内。在本实施例中，由于微型发光二极管110为水平式发光二极管，第一型电极120与第二型电极125位于微型发光二极管110的顶面，第二保护层140所配置于外侧壁115的第二部分117靠近微型发光二极管110的底面，而远离第一型电极120及第二型电极125。另外，在本实施例中，第一保护层130的厚度大致上等于第二保护层140的厚度，但不以此为限制。微型发光二极管110通过具有第一保护层130与第二保护层140的设计，而让连接于第一型电极120与第二型电极125的线路22、20能够沿着第一保护层130与第二保护层140的外缘分布，下降至基板10上，使微型发光二极管10能通过线路20、22与基板10电性连接。
此外，在本实施例中，微型发光二极管110的外侧壁115的第一部分116的粗糙度小于第二部分117的粗糙度。因此，微型发光二极管110在外侧壁115的第二部分117会具有较大的粗糙度。较大的粗糙度也能提供第二保护层140较佳的抓固力。
此外，由于微型发光二极管110在接合于基板10上的过程中会加热，微型发光二极管110在外侧壁115的第二部分117具有较大的粗糙度还可提供较多的空间供软化的第二保护层140填入，而提升缓冲效果。
值得一提的是，第一保护层130的材质不同于第二保护层140的材质。在本实施例中，第一保护层130的材料可为无机材料，例如二氧化硅。第二保护层140可为有机材料，例如有机高分子层、感光层或感热层。更具体地说，第二保护层140的材料例如包括环氧树脂。当然，在一实施例中，第二保护层140也可以是不透光层，例如是掺杂有反射粒子或是包括黑色光阻层，而能够帮助正向出光。另外，在一实施例中，第一保护层130例如是透光层，第二保护层140例如是不透光层，以控制侧向出光的幅度。当然，第一保护层130的材料与第二保护层140的材料不以此为限制。
在本实施例中，第一保护层130的杨氏模数大于第二保护层140的杨氏模数，而使得第一保护层130可以提供微型发光二级管110较佳的保护，而第二保护层140能够提供较佳的缓冲性，以降低微型发光二极管110在接合过程中损坏的机率。
要说明的是，为了使微型发光二极管装置100仍具有一定强度的保护，第二保护层140在基板10上的高度h1小于等于微型发光二极管110在基板10上的高度h2的0.5倍，以在缓冲效果与保护强度之间取得平衡。超过0.5倍会使第一保护层130的保护不足。此外，在本实施例中，第二保护层140在基板10上的高度h1小于发光层112在基板10上的高度h3，避免影响侧向出光。
图2A是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。图2B是隐藏图2A的基板之后的仰视示意图。请参阅图2A与图2B，图2A的微型发光二极管装置100a与图1的微型发光二极管装置100的主要差异在于，在本实施例中，第二保护层140a还配置于微型发光二极管110的底面，而介于微型发光二极管110与基板10之间，而提供更佳的缓冲效果，以降低微型发光二极管装置100a在接合至基板10的过程中，微型发光二极管装置100a受压损坏的机率。
图3A是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。图3B是隐藏图3A的基板之后的仰视示意图。请参阅图3A与图3B，图3A的微型发光二极管装置100b与图2A的微型发光二极管装置100a的主要差异在于，在本实施例中，第二保护层140b在对应于微型发光二极管110的底面的部位具有孔洞142，孔洞142占微型发光二极管110的底面的面积介于10％至90％之间，例如是30％至60％之间。在本实施例中，第二保护层140b上设有孔洞142可降低因温度变化产生的热涨冷缩，而造成微型发光二极管装置100b变形龟裂的机率。特别说明的是，此处孔洞142例如为空气孔洞，在未绘示出的实施例中，孔洞亦可填入热胀胀系数小于第二保护层的材料，增加变形的容许率。
图4A是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。图4B是隐藏图4A的基板之后的仰视示意图。请参阅图4A与图4B，图4A的微型发光二极管装置100c与图3A的微型发光二极管装置100b的主要差异在于，在本实施例中，第二保护层140c在对应于微型发光二极管110的底面的部位的孔洞142数量为多个。此处以两个为例，但不以此为限制。在一实施例中，孔洞142可以是随机排列或是呈阵列排列的图案化配置。设计者可视需求调整孔洞142的数量与位置，以因应温度变化或是在特定位置上提供特殊的缓冲效果。
图5是依照本发明的多个实施例的多种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图5，在本实施例中，微型发光二极管装置100a例如包括发出绿光的微型发光二极管110，微型发光二极管装置100d例如包括发出蓝光的微型发光二极管110d，微型发光二极管装置100e例如包括发出红光的微型发光二极管110e。由于这些微型发光二极管110、110d、110e本身的高度不同，在本实施例中，通过厚度不同的第二保护层140a、140d、140e，而使这些微型发光二极管装置100a、100d、100e能够在基板10上的高度相同。换句话说，设计者可视高度需求来调整第二保护层140a、140d、140e的厚度，来控制出光。
图6是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图6，图6的微型发光二极管装置100f与图1的微型发光二极管装置100的主要差异在于，在本实施例中，第一保护层130于基板10上的投影小于第二保护层140f于基板10的投影。换句话说，第一保护层130的厚度W1小于第二保护层140f的厚度W2。这样的设计可使得线路20、22能够沿着第一保护层130与第二保护层140f的外缘缓降。换句话说，线路20、22可较缓地爬上第一保护层130与第二保护层140f的外缘，而能对线路20、22提供缓冲的效果。较佳的，第二保护层140f的厚度W2大于等于第一保护层130的厚度W1的两倍，可提供更佳的缓冲。
图7是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图7，图7的微型发光二极管装置100g与图1的微型发光二极管装置100的主要差异在于，在本实施例中，第一保护层130于基板10上的投影大于第二保护层140g于基板10的投影。换句话说，第一保护层130的厚度W1大于第二保护层140g的厚度W3。第二保护层140g具有较小的厚度W3而可让出更多空间，以避免与基板10上的元件或是线路干涉。较佳的，第一保护层130的厚度W1例如是大于等于第二保护层140g的厚度W3的两倍。
图8是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图8，图8的微型发光二极管装置100h与图1的微型发光二极管装置100的主要差异在于，在本实施例中，微型发光二极管110h为垂直型微型发光二极管，微型发光二极管110h包括位于相对两侧的第一型电极120h及第二型电极125。第一型电极120h位于微型发光二极管110h的底面，且第二型电极125位于微型发光二极管110h的顶面。微型发光二极管装置100h更包括导电接合层150，配置于微型发光二极管110h的第一型电极120h与基板10之间。在本实施例中，第二保护层140h可为绝缘。微型发光二极管110h通过第一型电极120h连接于导电接合层150，以导通于基板10上的电路。
当然，在其他实施例中，第二保护层140h可为导电层，因此第一型电极120h可以省略，在外侧壁的第二保护层140h直接连接于导电接合层150，以导通于基板10上的电路。
图9A是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图9A，图9A的微型发光二极管装置100i与图8的微型发光二极管装置100h的主要差异在于，在本实施例中，第二保护层140i为导电层，第二保护层140i延伸至微型发光二极管110h的至少部分底面而连接第一型电极120h。导电接合层150配置于第二保护层140i与基板10之间。微型发光二极管110i通过第一型电极120h、第二保护层140h、导电接合层150，而导通于基板10上的电路。换句话说，在一实施例中，第二保护层140i与第一型电极120h可为同一材料，且在相同制程中形成，但第二保护层140i与第一型电极120h的关系不以此为限制。当然，在其他实施例中，如图9B所示，第一型电极120h可以省略，第二保护层140i直接连接于导电接合层150，以导通于基板10上的电路，增加制程效率。特别说明的是，于未绘示出的实施中，第二保护层在对应于微型发光二极管的底面的部位具有至少一孔洞，可提供通过导电接合层接合于基板时，因加温加压制程而使第二保护层和导电接合层形变的制程容许度。
图10是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管装置的剖面示意图。请参阅图10，图10的微型发光二极管显示装置100j与图1的微型发光二极管装置100的主要差异在于，在本实施例中，第二型电极125j低于第一保护层130的表面，且配置第一保护层130间，可使线路20配置于第一保护层130和第二型电极125j形成的凹槽间，而使线路20在电性连接到第二型电极125j有更好的电性连接，以增加降低发光二极管显示装置100j的良率。
综上所述，本发明的微型发光二极管装置的第一保护层配置于微型发光二极管的外侧壁的第一部分，第二保护层至少配置于微型发光二极管的外侧壁的第二部分且位于第一保护层与基板之间的间隙内，且第二保护层在基板上的高度小于等于微型发光二极管在基板上的高度。因此，本发明的微型发光二极管装置可被良好地保护。
此外，与一般的发光二极管技术相比，微型发光二极管从毫米级降至微米级，因此微型发光二极管显示器能达高解析度，并能够降低显示的电力消耗，更具节能、机构简单、薄型等优势。
Claims (11)
1.一种微型发光二极管装置，其特征在于，包括：
基板；
微型发光二极管，适于设置于所述基板上；
第一保护层，配置于所述微型发光二极管的外侧壁的第一部分，且与所述基板具有间隙；以及
第二保护层，至少配置于所述微型发光二极管的所述外侧壁的第二部分且位于所述第一保护层与所述基板之间的所述间隙内，且所述第二保护层在所述基板上的高度小于等于所述微型发光二极管在所述基板上的高度，所述第二保护层同时接触所述第一保护层与所述基板，所述第二保护层与第一保护层彼此邻接而封闭所述微型发光二极管的所述外侧壁，所述第一保护层的材质不同于所述第二保护层的材质，所述第一保护层的杨氏模数大于所述第二保护层的杨氏模数。
2.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层在所述基板上的高度小于等于所述微型发光二极管在所述基板上的高度的0.5倍。
3.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述微型发光二极管元件包括发光层，所述第二保护层在所述基板上的高度小于所述发光层在所述基板上的高度。
4.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层为不透光层。
5.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述微型发光二极管的所述外侧壁的所述第一部分的粗糙度小于所述第二部分的粗糙度。
6.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层还配置于所述微型发光二极管的底面，而介于所述微型发光二极管与所述基板之间。
7.根据权利要求6所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层在对应于所述微型发光二极管的所述底面的部位具有至少一孔洞，所述至少一孔洞占所述微型发光二极管的所述底面的面积介于10％至90％之间。
8.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第一保护层于所述基板上的投影小于所述第二保护层于所述基板上的投影。
9.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第一保护层于所述基板上的投影大于所述第二保护层于所述基板上的投影。
10.根据权利要求1所述的微型发光二极管装置，其特征在于，所述第二保护层为导电层。
11.根据权利要求10所述的微型发光二极管装置，其中所述第二保护层延伸至所述微型发光二极管的至少部分底面，而作为第一型电极电性连接所述基板。
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