发光二极管封装结构的制作方法

本发明是关于一种发光二极管封装结构。

背景技术：

使用红色、绿色和蓝色发光二极管阵列作为显示器的发光像素已是众所周知的应用。这样的发光二极管显示器提供的光的亮度高于背光型液晶显示器的亮度，并且被广泛的应用于大型数字看牌和其他应用。

这种发光二极管显示器需具有高对比度，但是外部光的反射可能导致错误照明并降低环境中的对比度。

因此，一种能提供更高的亮度和更高的对比度发光二极管显示器是目前的市场需求。

技术实现要素：

本发明提出一种创新的发光二极管封装结构，借以解决先前技术的问题。

于本发明的一实施例中，一种发光二极管封装结构包含基板、至少一微型发光二极管芯片、黑色材料层以及透光材料层。基板具有宽度介于100微米至1000微米。微型发光二极管芯片电性连接至基板的上表面，微型发光二极管芯片具有宽度介于1微米至100微米。黑色材料层覆盖基板的上表面，且裸露微型发光二极管芯片。透光材料层覆盖微型发光二极管芯片与黑色材料层。

于本发明的一实施例中，至少一微型发光二极管芯片具有厚度小于10微米。

于本发明的一实施例中，黑色材料层包含光反射率小于10％的黑色光阻层。

于本发明的一实施例中，微型发光二极管芯片与该黑色材料层具有相同的厚度。

于本发明的一实施例中，微型发光二极管芯片的发光表面具有第一表面积，该基板的该上表面具有第二表面积，该第一表面积与该第二表面积的面积比小于或等于5％。

于本发明的一实施例中，透光材料层具有厚度小于100微米。

于本发明的一实施例中，基板的宽度与透光材料层的厚度的比值大于或等于4。

于本发明的一实施例中，透光材料层具有透光率大于或等于90％、92％或95％。

于本发明的一实施例中，透光材料层具有顶部纹理表面。

于本发明的一实施例中，桥接元件均表面粘着至电性载板。

于本发明的一实施例中，微型发光二极管芯片包含第一半导体层、发光层、第二半导体层以及支撑断点。第一半导体层具有裸露在外的发光表面，且发光表面具有粗糙的纹理。发光层位于第一半导体层上。第二半导体层位于发光层上，其中第二半导体层与第一半导体层是不同类型的半导体层。支撑断点位于发光表面。

于本发明的一实施例中，透光材料层是透明介电层或透明树脂层。

于本发明的一实施例中，一种发光二极管封装结构包含基板、至少一微型发光二极管芯片以及透光材料层。基板具有宽度。微型发光二极管芯片电性连接至基板的上表面。透光材料层覆盖微型发光二极管芯片，且透光材料层具有厚度，其中基板的宽度与透光材料层的厚度的比值大于或等于4。

于本发明的一实施例中，发光二极管封装结构还包含黑色材料层，其覆盖基板的上表面，且裸露微型发光二极管芯片。

于本发明的一实施例中，微型发光二极管芯片具有厚度小于10微米，且透光材料层具有厚度小于100微米。

于本发明的一实施例中，基板的宽度介于400微米至1000微米。

于本发明的一实施例中，黑色材料层包含光反射率小于10％的黑色光阻层。

于本发明的一实施例中，透光材料层是透明介电层或透明树脂层。

于本发明的一实施例中，透明介电层包含氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)、tio2(氧化钛)、氧化钽(ta2o5)、氧化铪(hfo2)、氧化锆(zro2)、氧化钇(y2o3)、氟化镁(mgf2)或氮化硅(si3n4)。

于本发明的一实施例中，透明介电层通过化学气相沉积或原子层沉积工艺形成。

于本发明的一实施例中，微型发光二极管芯片包含第一半导体层、发光层、第二半导体层以及支撑断点。第一半导体层具有裸露在外的发光表面，且发光表面具有粗糙的纹理。发光层位于第一半导体层上。第二半导体层位于发光层上，其中第二半导体层与第一半导体层是不同类型的半导体层。支撑断点位于发光表面。

综上所述，本发明的封装微型发光二极管芯片的迷你发光二极管封装结构用以提供更高的亮度、更高的对比度并减少串扰。此外，封装微型发光二极管芯片的迷你发光二极管封装结构有助于在成型为最终显示面板之前，能测试微型发光二极管芯片并筛选出功能异常的芯片。

以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1绘示已知发光二极管封装结构的剖面图；

图2～5绘示依照本发明多个实施例的发光二极管封装结构的剖面图；

图6绘示依照本发明的另一实施例的发光二极管封装结构的顶视图；

图7绘示依照本发明的另一实施例的发光二极管封装结构的剖面图；

图8绘示依照本发明的另一实施例的微型发光二极管芯片的剖面图；

图9绘示依照本发明的又一实施例的微型发光二极管芯片的剖面图；

图10～11绘示依照本发明一实施例的的发光二极管显示器面板的制造方法步骤示意图；

图12～13绘示依照本发明另一实施例的的发光二极管显示器面板的制造方法步骤示意图；

图14是微型发光二极管芯片阵列上具有激光剥离粗纹的照片；以及

图15是单颗微型发光二极管芯片的顶表面具有激光剥离粗纹的照片。

【符号说明】

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附符号的说明如下：

100...发光二极管封装结构

100’...发光二极管封装结构

100a...发光二极管封装结构

100b...发光二极管封装结构

100c...发光二极管封装结构

100d...发光二极管封装结构

100e...发光二极管封装结构

100f...发光二极管封装结构

102...基板

102a...基板

102b...基板

102c...基板

102d...基板

102e...基板

102f...基板

104a...透光材料层

104b...透光材料层

104c...透光材料层

104d...透光材料层

104e...透光材料层

104f...透光材料层

106...发光二极管芯片

106a...发光二极管芯片

106b...发光二极管芯片

106c...发光二极管芯片

106d...发光二极管芯片

106e...发光二极管芯片

106f...发光二极管芯片

107b...蓝色发光二极管芯片

107g...绿色发光二极管芯片

107r...红色发光二极管芯片

107b’...蓝色发光二极管芯片

107g’...绿色发光二极管芯片

107r’...红色发光二极管芯片

108...黑色材料层

120’...半导体叠层

121’...第一半导体层

121a’...半导体层

121b’...半导体层

121c’...半导体层

122’...发光层

123’...第二半导体层

124’...导电接触层

140...牺牲层

142...支撑架

150...临时基板

152,154,156...基板

153...印模

158...电路板

160...承载基板

170...粘着层

181...底部反射层

182...侧壁漏电减低层

191...第一导电垫

192...第二导电垫

200...蓝色胶带

300...显示模块

301...子电路板

301a...顶表面

301b...底表面

302...封装层

400...显示面板

a1...面积

a2...面积

bp...支撑断点

se1...侧面出光

se2...侧面出光

se3...侧面出光

se4...侧面出光

se5...侧面出光

te1...顶部出光

te2...顶部出光

te3...顶部出光

te4...顶部出光

te5...顶部出光

sa...蓝宝石基板

s1...发光面

t1...厚度

t2...厚度

t3...厚度

w1...宽度

w2...宽度

w3...宽度

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的元件。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。

图1绘示已知发光二极管封装结构的剖面图。发光二极管封装结构100a包含基板102a、至少一迷你发光二极管芯片(迷你发光二极管芯片)106a以及透光材料层104a。已知的迷你发光二极管芯片106a包含蓝宝石基板sa。透光材料层104a覆盖迷你发光二极管芯片106a以及基板102a。在本实施例中，基板102a具有宽度w1介于100微米至1000微米。迷你发光二极管芯片106a具有宽度100微米至250微米。

在封装结构宽度1000微米的实施例a(即基板102a具有1000微米的宽度)中，发光二极管芯片106a具有150微米的厚度与225微米的宽度，且透明胶层(例如104a)具有大于或等于250微米的厚度，但是在基板102a上没有覆盖黑色材料，发光二极管芯片106a可以发光以使封装结构100a达到侧面出光se1与顶部出光te1的18％比率。在本实施例中，基板102a的宽度(w1)与透光材料层104a的厚度之比小于4。

如图2所示，发光二极管封装结构100b包括基板102b、至少一微型发光二极管芯片106b和透光材料层104b。在本实施例中，基板102b的宽度w1为100微米至1000微米。基板102b用于封装微型发光二极管芯片106b，微型发光二极管芯片106b的宽度w2为1微米至100微米，厚度t2小于10微米。透光材料层104b覆盖微型发光二极管芯片106b和基板102b。

在某些实施例中，基板102b的宽度w1为100至200微米、200至500微米、500至750微米或750至1000微米。

在某些实施例中，微型发光二极管芯片106b的宽度w2为1微米至100微米，例如1至5微米、5至10微米、10至25微米或25至50微米。

在封装结构宽度1000微米的实施例b(即基板102b具有1000微米的宽度)中，发光二极管芯片106b具有10微米的厚度与50微米的宽度，且透明胶层(例如104b)的厚度t1为100微米，但是没有黑色材料覆盖在基板102b上，发光二极管芯片106b发光以使封装100b能够实现侧面出光se2与顶部出光te2的5％的比率。

比较实施例a和b，由于使用微型发光二极管芯片106b代替封装结构中的迷你发光二极管芯片106a，并且减小了透明胶层的厚度，因此减少了实施例b中的侧面出光，从而增加了透明胶层的内部反射。

如图3所示，发光二极管封装结构100c包含基板102c，至少一个微型发光二极管芯片106c和透光材料层104c。在本实施例中，基板102c的宽度w3为100微米至1000微米。基板102c用于封装微型发光二极管芯片106c，微型发光二极管芯片106c的宽度w2为1微米至100微米，且其厚度t2小于10微米。透光材料层104c覆盖微型发光二极管芯片106c和基板102c。

在封装结构宽度400微米的实施例c(即基板102c具有400微米的宽度)中，发光二极管芯片106c具有10微米的厚度与50微米的宽度，且透明胶层(例如104c)的厚度t1为100微米，但是没有黑色材料覆盖在基板102c上，发光二极管芯片106c发光以使封装100c能够实现侧面出光se3与顶部出光te3的10％的比率。

比较实施例b和c，由于减小了封装结构或基板102c的宽度以减少透明胶层的内部反射，所以增加了实施例c中的侧面出光。

如图4所示，发光二极管封装结构100d包含基板102d、至少一微型发光二极管芯片106d以及透光材料层104d。在本实施例中，基板102d的宽度w3为100微米至1000微米。基板102d用于封装宽度为1微米至100微米且厚度t2小于10微米的微型发光二极管芯片106d。透光材料层104d覆盖微型发光二极管芯片106d和基板102d。

在封装结构宽度400微米的实施例d(即基板102d具有400微米的宽度)中，发光二极管芯片106d具有10微米的厚度与50微米的宽度，而透明胶层(例如104d)的厚度t3为50微米，但是没有黑色材料覆盖在基板102d上，发光二极管芯片106d发光以使封装100d能够实现侧面出光se4与顶部出光te4的4％的比率。

比较实施例c和d，由于减小了透明胶层104d的厚度以进一步增加透明胶层的内部反射，所以减小了实施例d中的侧面出光。

在其他实施例中，透明胶层104d可以具有顶部纹理表面104d’，以进一步增加发光二极管封装结构100d的顶部出光te4。

如图5所示，发光二极管封装结构100e包括基板102e、至少一个微型发光二极管芯片106e、黑色材料层108和透光材料层104e。在本实施例中，基板102e的宽度w3为100微米至1000微米。基板102e用于封装宽度为1微米至100微米且厚度小于10微米的微型发光二极管芯片106e。黑色材料层108用以覆盖基板102e的顶表面并且暴露微型发光二极管芯片106a的发光表面。黑色材料层108优选具有小于10微米的厚度。在本实施例中，微型发光二极管芯片106e的厚度实质上等于黑色材料层108的厚度，但不限于此。

在封装结构宽度400微米的实施例e(即基板102e具有400微米的宽度)中，发光二极管芯片106e具有10微米的厚度与50微米的宽度，黑色材料层108具有3微米的厚度与小于10％光反射率，透明胶层(例如104e)的厚度t3为50微米，发光二极管芯片106e发光以使封装结构100e能够实现侧面出光se5与顶部出光te5的0.4％的比率。在本实施例中，黑色材料层108可以是光反射率小于10％的黑色光阻层，但不限于此。

实施例d和e相比，透过增加了黑色材料层108以减少透光材料层104e的内部反射，所以实施例e中的侧面出光进一步减少。

在实施例b-e中，透光材料层可以具有大于或等于90％、92％或95％的光学透射率，并具有小于100微米的厚度，但不限于此。

在实施例b-e中，基板(102b-102e)的宽度(w1,w3)与透光材料层(104b-104e)的厚度(t1,t3)之比等于或大于4，借以抑制发光二极管封装结构中的侧面出光，从而减小侧面出光与顶部出光的比率。

在实施例b-e中，发光二极管芯片的宽度可以是发光二极管芯片的较长边缘或正方形的发光二极管芯片的任何边缘，而基板的宽度可以是基板的较长边缘或正方形基板的任何边缘，但不限于此。

在实施例b-e中，至少一个发光二极管芯片可以是多个发光二极管芯片，多个发光二极管芯片用以发射不同颜色的光，例如红色、绿色、蓝色光，但不限于此。此外，在红色、绿色、蓝色微型发光二极管芯片上添加青色或黄色，可以扩大色域。

图6绘示依照本发明的另一实施例的发光二极管封装结构的顶视图。发光二极管封装结构包含基板102和至少一发光二极管芯片106，发光二极管芯片106电性连接至基板102的顶表面上。基板102的顶表面具有面积a1，而发光二极管芯片106的发光表面具有面积a2。面积a2与面积a1之比优选等于或小于5％，以增强发光二极管封装结构的对比度，从而减小侧面出光与顶部出光的比率。例如，在实施例b中，面积a2与面积a1之比为1％。在实施例c、d和e中，面积a2与面积a1之比为5％。在实施例b-e中，至少一个发光二极管芯片106可以是多个发光二极管芯片，例如红色、绿色以及蓝色发光二极管芯片，面积a2可以是所有发光二极管芯片的发光表面总和。如果除了发光二极管芯片106的发光表面之外，基板102的顶表面被黑色材料层108完全覆盖，则可以进一步减小侧面出光与顶部出光的比率，进一步提高对比度，且较不会反射多余的光以导致错误的照明。

如先前实施例中所讨论的，减小了侧面出光与顶部出光的比率能够改善led显示器面板上的像素之间的串扰问题。

图7绘示依照本发明的另一实施例的发光二极管封装结构的剖面图。发光二极管封装结构100f包括基板102f、至少一微型发光二极管芯片106f以及透光材料层104f。在本实施例中，透光材料层104f是透明介电层，而不是透明胶层(例如透明树脂层)。透明介电层可以通过化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺形成，但不限于此。透明介电层可以是氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)、tio2(氧化钛)、氧化钽(ta2o5)、氧化铪(hfo2)、氧化锆(zro2)、氧化钇(y2o3)、氟化镁(mgf2)或氮化硅(si3n4)，但不限于此。通过化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺形成的透明介电层的厚度可以在0.1微米至10微米的范围内，例如0.1微米至2微米、2微米至4微米、4微米至6微米或6微米至10微米的范围内，使透明介电层可共形于微型发光二极管芯片106f和基板102f的上表面。在其他实施例中，一种黑色材料层(例如图5中的黑色材料层108)可以覆盖基板102f的顶表面，并裸露微型发光二极管芯片106f的发光表面，并且可以被透光材料层104f所覆盖。

图8绘示依照本发明的另一实施例的微型发光二极管芯片的剖面图。微型发光二极管芯片包含半导体叠层120’和支撑断点bp。半导体叠层120’包含第一半导体层121’、发光层122’以及第二半导体层123’。第一半导体层121’具有暴露于外部的发光面s1，并且发光面s1具有粗糙的纹理。发光面s1是通过对蓝宝石基板或图案化的蓝宝石基板进行激光剥离工艺而获得激光剥离粗纹。请参照图14、15中的照片，即显示图案化的蓝宝石基板上的激光剥离粗纹，例如圆形或六边形凹面。因此，微型发光二极管芯片未配备蓝宝石基板或图案化的蓝宝石基板，而是配备了激光剥离粗纹(laser-lift-offroughpattern)以增强光提取。具体地，发光二极管芯片可以透过发光面s1发射出光线。支撑断点bp位于发光面s1上。在一些实施例中，第一半导体层121’包含掺杂的半导体层121b’、121c’和未掺杂的半导体层121a’，并且发光面s1在未掺杂的半导体层121a’上。掺杂的半导体层121b’、121c’在发光层122’和未掺杂的半导体层121a’之间。在一些实施例中，发光二极管芯片还包括第一导电垫191和第二导电垫192。第一导电垫191电连接到第一半导体层121’，第二导电垫192电连接到第二半导体层123’。在一些实施例中，发光二极管芯片还包含在第二导电垫192与第二半导体层123’之间的导电接触层124’。在半导体叠层120’的发光面s1上形成牺牲层140。蚀刻牺牲层140以形成从其基部突出的支撑架142。承载基板160接着形成在牺牲层140的上方。在一些实施例中，可以在牺牲层140和承载基板160之间形成粘着层170，通过粘着层170将承载基板160粘附到牺牲层140上，借以增强它们之间的粘附性。侧壁漏电减低层182通过原子层沉积工艺在半导体叠层120’的侧壁上形成。因此，侧壁漏电减低层182减小了侧壁漏电效应并增加了外部量子效率(externalquantumefficiency)。在本实施例中，侧壁漏电减低层182可以是al2o3或sio2形成，但不限于此。

底部反射层181形成在侧壁漏电减低层182的外表面上，以增强经由发光面s1的光提取。在本实施例中，底部反射层181可以是由sio2和tio2的交替层形成的分散布拉格反射层(dbr)，但不限于此。

当通过破坏支撑断点bp移除承载基板160时，半导体叠层120’可以与承载基板160(例如蓝宝石基板)分离。

图9绘示依照本发明的又一实施例的微型发光二极管芯片的剖面图。本实施例中的半导体结构与图8的半导体结构的不同之处在于，支撑断点bp位于半导体叠层120’的发光面s1相对的表面上。发光面s1是通过对蓝宝石基板或图案化的蓝宝石基板进行激光剥离工艺而获得的激光剥离粗纹而形成的。因此，微型发光二极管芯片未配备蓝宝石基板，而是配备了激光剥离粗纹以增强光提取。

图10～11绘示使用图8的发光二极管芯片制造发光二极管显示器面板的方法步骤示意图。如图10所示，在制造微型发光二极管芯片(例如发光蓝色二极管芯片107b、绿色发光二极管芯片107g和红色发光二极管芯片107r)在它们各自的基板(152,154,156)之后，使用临时基板150顺序承载蓝、绿、红色发光二极管芯片(107b,107g,107r)，使它们首先从各自的基板(152,154,156)借印模153第一次巨量转移后，蓝、绿、红色发光二极管芯片(107b,107g,107r)的电极裸露，可以在模制前进行预测试以筛除故障的发光二极管芯片。接下来，将临时基板150与其所有蓝、绿、红色发光二极管芯片(107b,107g,107r)固定在适当的位置，然后将其上下颠倒进行第二次巨量转移并安装所有蓝、绿、红色发光二极管芯片(107b,107g,107r)至电路板158上，进一步形成具有透光材料层162的成型体，沿虚线切割并进行测试。仅将功能正常的发光二极管封装结构100’能转移并附着在蓝色胶带200上，然后筛选出故障的发光二极管封装结构100’。要注意的是，每个发光二极管封装结构100’包含被切割和分割的电路板158。每个发光二极管封装结构100可以是如先前实施例中所讨论的发光二极管封装结构(100b-100f)。如图11所示，然后将功能正常的发光二极管封装结构100安装在子电路板301上并由封装层302覆盖，以形成完整的led显示面板400的分割显示模块300。在一个实施例中，功能正常的发光二极管封装结构100’可以安装在不具有封装层302的子电路板301上。当封装微型发光二极管芯片的迷你发光二极管封装结构具有封装尺寸范围从100微米到1000微米时，功能异常的封装可以很容易地进行测试和筛选，然后再安装在子电路板上。具有全功能正常发光二极管封装结构100’的分割显示模块300就能够达成。在另一个实施例中，子电路板301可以包含系统控制器以控制发光二极管封装结构100’，例如，使用系统控制器来控制包含在每个发光二极管封装结构中的像素控制器。系统控制器可以安装在子电路板301的顶表面301a上或子电路板301的底表面301b上。

图12～13绘示使用图9的发光二极管芯片制造发光二极管显示器面板的方法步骤示意图。图12-13中的步骤不同于图10-11之处在于，微型发光二极管芯片(即蓝色发光二极管芯片107b’、绿色发光二极管芯片107g’和红色发光二极管芯片107r’)直接从基板(152、154、156)透过单次巨量转移(例如，使用印模153)直接到电路板158，而不是透过两次巨量转移。因此，发光二极管芯片可能无法在上进行模制前的预测试，但是在安装到子电路板301上之前，模制后的测试仍可用于筛选出功能不良的发光二极管封装结构。在本实施例中，每个发光二极管封装结构100包含一组蓝色发光二极管芯片107b’、绿色发光二极管芯片107g’和红色发光二极管芯片107r’。在其他实施例中，每个发光二极管封装结构可以包含一个像素控制器，以控制多组蓝色发光二极管芯片107b’、绿色发光二极管芯片107g’和红色发光二极管芯片107r’。例如，如m4圈选所示，可以设置4组蓝色发光二极管芯片107b’、绿色发光二极管芯片107g’、红色发光二极管芯片107r’与单个像素控制器封装在一起以执行预定功能，但不限于此。例如，也可以将6、9个或更多r、g、b组发光二极管芯片包装在一起。

综上所述，本发明的封装微型发光二极管芯片的迷你发光二极管封装结构用以提供更高的亮度、更高的对比度并减少串扰。此外，封装微型发光二极管芯片的迷你发光二极管封装结构有助于在成型为最终显示面板之前，能测试微型发光二极管芯片并筛选出功能异常的芯片。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，于不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。