專利名稱：發(fā)光元件、背光模塊裝置和照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件，尤其涉及一種水平式發(fā)光二極管元件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light-emitting Diode)在具有光電轉(zhuǎn)換特性的固態(tài)元件里 十分重要。 一般而言，它具有一發(fā)光層(Active Layer),被兩種不同電性的半 導(dǎo)體層(p-type & n-type semiconductor layers)所包夾而成。當(dāng)在兩半導(dǎo)體層上 的接觸電極施加一驅(qū)動電流時，兩半導(dǎo)體層的電子與空穴會注入發(fā)光層，在 發(fā)光層中復(fù)合而放出光線，其光線具全向性，會通過此發(fā)光二極管元件的各 個表面而射出。
發(fā)光二極管元件是一種被廣泛使用的光源。相較于傳統(tǒng)的白熾燈泡或熒 光燈管，發(fā)光二極管除了具有省電與使用壽命較長的優(yōu)異特性外，還具有整 體性的成本優(yōu)勢，因此逐漸取代傳統(tǒng)光源，而應(yīng)用于各種不同領(lǐng)域，如交通 號志、背光模塊、路燈照明、醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)業(yè)。
隨著發(fā)光二極管光源的應(yīng)用與發(fā)展，對于亮度的要求越來越高，使得如 何增加其發(fā)光效率而提高其亮度，成為產(chǎn)業(yè)界所共同努力的重要方向。目前
已知方法之一，利用基板轉(zhuǎn)移技術(shù)將原來具有吸光特性的成長基板移除，轉(zhuǎn) 換成另一具有透光或散熱特性的基板，如此可大幅增加出光效率而提高亮 度。
圖9為利用基板轉(zhuǎn)移技術(shù)所得的一般InGaN倒裝片式(Flip-Chip)的發(fā)光 二極管元件結(jié)構(gòu)圖。其工藝步驟先于Sapphire基板(圖未示)上，形成一p電 極與n電極同側(cè)的水平式結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)光疊層902;再將此發(fā)光疊層902, 連結(jié)于表面具有p電路圖案903與n電路圖案906設(shè)計的封裝基板(submount) 901;最后，在封裝基板901上的p電路圖案903與n電路圖案906中所預(yù) 留的打線電極，進行打線工程，電性連接導(dǎo)線904與905,如此可獲得如圖 9所示的倒裝片式發(fā)光二極管元件900。由于此工藝步驟，將芯片(即Sapphire 基板上形成的發(fā)光疊層902)先進行切割成一顆顆的管芯后，再分別連結(jié)于封裝基板901之上，其制造程序過于復(fù)雜，使得生產(chǎn)效率難以有效提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供一發(fā)光元件包含 一永久基板，具有n電路圖 案與p電路圖案設(shè)計； 一發(fā)光疊層，具有一n電極與一p電極，并與永久基 板對位連結(jié)，使得n電極電性連結(jié)n電路圖案，p電極電性連結(jié)p電路圖案； 其中上述的發(fā)光疊層還具有兩個打線開口，分別露出n電^各圖案與p電路圖 案的打線區(qū)域，以作為后續(xù)打線工藝的導(dǎo)線連接位置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一發(fā)光元件的制造方法包含提供一成長基 板；并在成長基板上形成一發(fā)光疊層；且在發(fā)光疊層的一表面，形成一n電 極與一p電極；還提供一永久基板上，并在其一表面形成一n電路圖案與一 p電路圖案；然后將成長基板與永久基板對位連結(jié)成一體，并使得n電極電 性連接n電路圖案，p電極電性連接p電路圖案；再將該成長基板移除，并 將上述發(fā)光疊層蝕刻出兩個打線開口 ，而露出n電^各圖案與p電路圖案的兩 個打線區(qū)域；最后對該永久基板進行切割裂片，形成多個管芯。
本發(fā)明提供一種利用基板轉(zhuǎn)移技術(shù)所形成的發(fā)光元件結(jié)構(gòu)， 一永久基 板，其一表面同時具有第一電路圖案與第二電路圖案； 一發(fā)光疊層，其一表 面同時具有第一電極與第二電極，并與上述永久基板對位連結(jié)，使得第一電 極電性連接第一電路圖案，第二電極電性連接第二電路圖案；其中發(fā)光疊層 還具有兩個打線開口 ，分別露出該第一電路圖案與該第二電路圖案的兩個打 線區(qū)域。上述的發(fā)光元件結(jié)構(gòu)，系先進行芯片連結(jié)后，再利用反應(yīng)離子束蝕 刻技術(shù)，蝕刻出打線開口；最后進行切割裂片工藝，將芯片切割成管芯后， 再進行后段封裝工藝。相較于傳統(tǒng)的倒裝片式發(fā)光二極管元件，此結(jié)構(gòu)可以 簡化管芯工藝，并大幅提升生產(chǎn)效率。


圖1A為本發(fā)明第一工藝步驟的元件結(jié)構(gòu)圖。
圖1B為圖1A的上方俯^L圖。
圖2A為本發(fā)明第二工藝步驟的元件結(jié)構(gòu)圖。
圖2B為圖2A的上方俯視圖。
圖3A為本發(fā)明第三工藝步驟的元件結(jié)構(gòu)圖。圖3B為本發(fā)明第三工藝步驟的對位示意圖。
圖4為本發(fā)明第四工藝步驟示意圖。
圖5A為本發(fā)明第五工藝步驟的第一示意圖。
圖5B為本發(fā)明第五工藝步驟的第二示意圖。
圖6為本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)圖。
圖7為本發(fā)明的背光模塊結(jié)構(gòu)圖。
圖8為本發(fā)明的照明裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖9為一般倒裝片式發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖。
附圖標記說明
101 成長基+反102 n型半導(dǎo)體層
103 p型半導(dǎo)體層104~n電極
105~p電極201~永久基板
204 n電路圖案205 p電路圖案
501 芯片502~管芯
304,305~打線開口404~n導(dǎo)線
405~p導(dǎo)線600 發(fā)光二極管元件
700 背光模塊裝置；710 光源裝置；
711 發(fā)光二極管元件；720 光學(xué)裝置；
800 照明裝置；810 光源裝置；
811 發(fā)光二極管元件；820 電源供應(yīng)系統(tǒng)；
830 控制元件；900~水平式發(fā)光二極管
901 封裝基板；902 發(fā)光疊層；
903 n電路圖案；906~p電路圖案；
904 導(dǎo)線905 導(dǎo)線
具體實施例方式
圖6為本發(fā)明的一實施例的發(fā)光二極管元件600結(jié)構(gòu)圖。本實施例利用 一基板轉(zhuǎn)移技術(shù)，所制作而成的一水平式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其工藝步驟主要 包含芯片黏結(jié)工藝、基板移除(substrate lift-off)工藝、及反應(yīng)離子束蝕刻 (Reactive ion-beam etching)工藝。詳細步驟如圖1 圖5所示，i兌明如下。圖1A-1B為本實施例的第一工藝步驟。如圖1A所示，首先在一成長基 板101上，形成一緩沖層(圖未示)以及一半導(dǎo)體發(fā)光疊層，該疊層包含一n 型半導(dǎo)體層102與一p型半導(dǎo)體層103;然后分別于n型半導(dǎo)體層102與p 型半導(dǎo)體層103的上方，分別形成一n電極104與一p電極105。并請參照 圖1A的上方俯視圖的圖1B,其俯視平面是由多個n電極104與p電極105 以直條狀間隔排列而成的圖案。如上所述的成長基板101，例如為藍寶石基 板(Sapphire substrate),可以使形成于其上的InGaN半導(dǎo)體發(fā)光疊層于長晶過 程中，不至于產(chǎn)生大量的晶格位錯(dislocation)或晶格缺陷(defects)。 n電極 104與p電極105，例如是銀(Ag)或鋁(Al)或金(Au)或其合金所構(gòu)成。
圖2A-2B為本實施例的第二工藝步驟。如圖2A所示在一永久基板201 上，形成一 n電路層204與p電路層205。并請參照圖2A之上方俯視圖的 圖2B，其俯視平面是由多個n電路層204與p電路層205,以直條狀間隔排 列而成的圖案。多個n電路層204并透過另 一垂直于每一個n電路層204的 線條圖案，相互連結(jié)而導(dǎo)通，形成一電性相連的n電路圖案；同時多個p電 路層205也透過另一垂直于每一個p電路層205的線條圖案，相互連結(jié)而導(dǎo) 通，形成一電性相連的p電路圖案。其中，上述的n電路層204與p電路層 205,例如是銀(Ag)、鋁(Al)或金(Au)或其合金所構(gòu)成。永久基板201為散熱 性良好的基板，例如金屬基板、硅基板或高導(dǎo)熱陶瓷基板。
圖3A-3B為本實施例的第三工藝步驟。如圖3A所示利用一連結(jié)工藝， 先將成長基板101的n電極104與p電極105以及永久基板201的n電路層 204與p電路層205進行對位后(如圖3B所示)，將兩基板進行連結(jié)工藝。其 中連結(jié)工藝可以是直接連結(jié)或金屬連結(jié)；直接連結(jié) 一般在高溫條件下(>400 。C)，施加一固定的輔助壓力，使連結(jié)界面兩邊的材料熔融在一起而產(chǎn)生粘 結(jié)。金屬連結(jié)于兩連結(jié)界面上，先各自形成一金屬層，然后再施以一較低溫 度(20(TC 30(TC)及一固定輔助壓力，將兩金屬層連結(jié)起來。
圖4為本實施例的第四工藝步驟。如圖所示利用基板移除技術(shù)將成長基 板101移除。其中基板移除技術(shù)為激光剝離技術(shù)，利用準分子激光(Excimer laser)由成長基板101遠離發(fā)光疊層的表面入射。此時，大部分的激光能量被 成長基板101上的緩沖層與成長基板101的界面所吸收，進而分解緩沖層， 達到的移除成長基板101的目的。
圖5A-5B為本實施例的第五工藝步驟，其包含兩個步驟。首先，如圖5A所示，利用反應(yīng)離子束蝕刻(Reactive ion-beam etching)才支術(shù)對發(fā)光層進4亍 蝕刻，分別在n電極104與p電極105的上方，蝕刻形成打線開口 304與305, 而直接露出n電極104與p電極105。其中反應(yīng)離子束蝕刻(Reactive ion-beam etching)具備多項優(yōu)點，如選擇性良好、蝕刻速率快、反應(yīng)參數(shù)可獨立控制及 無殘渣問題等，因此在半導(dǎo)體制造過程中有逐漸以反應(yīng)離子束蝕刻取代濕式 蝕刻的趨勢。本實施例以感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)離子蝕刻系統(tǒng)(ICP-RIE)進行 干式蝕刻，并以蝕刻參數(shù)分析的方法，通過改變反應(yīng)氣體(BCl3/Ar)流量、壓 力、感應(yīng)耦合等離子體功率ICP(Inductively coupled plasma)及RF功率(即 DC-bias偏壓)，找出它們和蝕刻速率、蝕刻選擇性、蝕刻方向性、蝕刻表面 平整度以及參數(shù)，蝕刻出開口 304與305。再者，如圖5B所示，對芯片501 (包含永久基板201與發(fā)光疊層102)進行切割，形成多個分離的管芯502。
圖6為本實施例的第六工藝步驟。本步驟是利用開口 304與305,進行 打線接合工程，其中n導(dǎo)線404連接n電極104且p導(dǎo)線405連接p電極105。 然后，對p型半導(dǎo)體層102的表面進fl^粗糙化工程，例如以蝕刻或納米壓印 等方法，使得p型半導(dǎo)體層102的表面，產(chǎn)生規(guī)則或不規(guī)則的凹凸表面。如 此一來，當(dāng)電流由導(dǎo)線，傳導(dǎo)至半導(dǎo)體發(fā)光疊層所產(chǎn)生的光，會因為此出光 面的粗糙化設(shè)計，使光的摘出效率提高，同時也使得發(fā)光二極管元件600的 發(fā)光效率，獲得整體提升。
由于本實施例先將芯片與永久基板連結(jié)后，再利用反應(yīng)離子束蝕刻技 術(shù)，蝕刻出打線開口，最后進行切割，將芯片切割成管芯，即獲得發(fā)光二極 管元件600的結(jié)構(gòu)。而一般倒裝片式發(fā)光二極管元件，先對芯片進行第一次 切割成多個管芯后，再將各管芯與承載基板(sub-mount), —一進行對位連結(jié)， 最后再對承載基板(sub-mount)作第二次切割裂片，而獲得發(fā)光二極管元件 900。相較之下，本實施例只要進行一次芯片對位連結(jié)與一次切割工藝步驟 便可完成，但一般倒裝片式發(fā)光二極管元件，不僅需要將各管芯與承載基板 (sub-mount)——進行對位連結(jié)，還要進行兩次的切割裂片制成，才能完成。 由此可知，本實施例可以大幅簡化工藝步驟，因而能夠提升生產(chǎn)效率與降低 生產(chǎn)成本。
圖7為本發(fā)明的背光模塊結(jié)構(gòu)圖，其中背光模塊裝置700包含由依本 發(fā)明上述任一實施例的發(fā)光二極管元件711所構(gòu)成的一光源裝置710; —光 學(xué)裝置720,置于光源裝置710的出光路徑上，將光做適當(dāng)處理后出光；以及一電源供應(yīng)系統(tǒng)730,提供上述光源裝置710所需的電源。
圖8為本發(fā)明的照明裝置結(jié)構(gòu)圖。上述照明裝置800可以是車燈、街燈、 手電筒、路燈、或指示燈等等。其中照明裝置800包含 一光源裝置810， 由依本發(fā)明上述的任一實施例的發(fā)光二極管元件811所構(gòu)成； 一電源供應(yīng)系 統(tǒng)820,提供光源裝置810所需的電源；以及一控制元件830控制電流輸入 光源裝置810。
雖然發(fā)明已藉各實施例說明如上，然其并非用以限制本發(fā)明的范圍。對 于本發(fā)明所作的各種修飾與變更，皆不脫本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1、一種發(fā)光元件，包含一永久基板，其一表面具有第一電路圖案與第二電路圖案；以及一發(fā)光疊層，位于該永久基板之上，其中該發(fā)光疊層還具有至少兩個開口，分別位于該第一電路圖案與該第二電路圖案之上，分別露出該第一電路圖案的至少一區(qū)域與該第二電路圖案的至少一區(qū)域。
2、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該第一電路圖案為一n電路圖案，該第二電路圖案為一p電路圖案。
3、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包含第一電極與第二電極，位于該發(fā)光疊層的一表面上。
4、 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其中該第一電極為一 n電極，該第二電才及為一 p電才及。
5、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該發(fā)光疊層為一InGaN系列半導(dǎo)體發(fā)光疊層。
6、 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其中該第一電路圖案、該第二電路圖案、該第一電極與該第二電極，由銀、鋁、金、或其合金所構(gòu)成。
7、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該永久基板為硅基板或金屬基板或A1N、 BN等高導(dǎo)熱陶乾基板。
8、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該發(fā)光疊層還具有一粗糙表面，位于該第一電極與該第二電極的相對面。
9、 如權(quán)利要求8所述的發(fā)光元件，其中該粗糙表面由一蝕刻或一納米壓印方法所制成。
10、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該開口為打線開口，該區(qū)域為打線區(qū)域。
11、 如權(quán)利要求10所述的發(fā)光元件，還包含兩個導(dǎo)線，電性連接該兩個打線區(qū)域。
12、 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其中該第一電極電性連接該第一電路圖案，該第二電極電性連接該第二電路圖案。
13、 如權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其中該電性連結(jié)為直接連結(jié)或金屬連結(jié)。
14、 一種背光模塊裝置，包含一光源裝置，由權(quán)利要求1 12所述的任一發(fā)光元件所組成;一光學(xué)裝置，置于該光源裝置的出光路徑上；以及一電源供應(yīng)系統(tǒng)，提供該光源裝置所需的電源。
15、 一種照明裝置，包含一光源裝置，由權(quán)利要求1 12所述的任一發(fā)光元件所組成;一電源供應(yīng)系統(tǒng)，提供該光源裝置所需的電源；以及一控制元件，控制該電源輸入該光源裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可增加發(fā)光效率的發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括具有一側(cè)壁的一殼體；一發(fā)光元件，在殼體之中；一封裝材料，包覆發(fā)光元件，且至少一部分的封裝材料位于殼體之中；以及一光子晶體結(jié)構(gòu)，位于殼體的側(cè)壁上，使得從發(fā)光元件所產(chǎn)生的光，可以經(jīng)由殼體側(cè)壁的光子晶體結(jié)構(gòu)的反射作用而出光，進一步增加此發(fā)光裝置的發(fā)光效率。本發(fā)明還披露了一種具有該發(fā)光裝置的背光模塊裝置和照明裝置。
文檔編號H01L33/00GK101494258SQ200810003818
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者吳仁釗, 林錦源, 王百祥, 陳澤澎 申請人:晶元光電股份有限公司