专利名称：白光发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明有关于一种半导体光电元件，且特别是有关于一种可发出白光的
白光发光元件及其制造方法(WHITE LIGHT EMITTING DEVICE AND PRODUCING METHOD THEREOF)。
背景技术：
相较于传统的日光灯与白热灯泡，发光二极管的使用寿命较长，具有反 应速度快、体积小、省电、低污染(不含水银)等优点，已逐渐取代传统日光 灯与白炽灯泡。
白光是一多种色系的混合光，其主要包括红、蓝以及绿三种色光成分。 目前的白光发光二极管，多是采用蓝色chip加上黄色荧光粉的结构。其虽有 不错的发光效率，但色度范围较窄，无法满足高色度的范围。
图1为现有的白光发光二极管10的剖面结构图。请参照图1，现有的白 光发光二极管10的结构包括电路基板101、芯片基板106、电极103a、 103b、 电洞源层107、蓝光主动层109以及电子源层111。在透明保护层105内含 荧光粉材料(例如是黄色荧光粉或是红色与绿色的荧光粉)，用来保护电极 103a、 103b、电洞源层107、蓝光主动层109以及电子源层111。
此现有的白光发光二极管10的发光原理是以此一个发光源所发出的蓝 色光，通过荧光粉材料吸收而激发出黄色色光或是红色与绿色色光。再与蓝 光主动层109所发出的蓝色色光混合后以发出白光。然而，现有的白光发光 二极管10色度范围较窄，当运用在色度需求较宽的设备，例如是显示器面 板上，将无法提供足够的色度范围。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种白光发光元件及其制造方法。此白光发光元 件采用单晶结构设计，可以降低结构复杂度，节省成本，并可增加色域范围， 使色彩有改多的饱和度。
本发明还提供一种白光发光元件，包括基板、短波长发光源、保护层、 第一结构以及第二结构。短波长发光源配置在该基板上，用以产生第一光源。 保护层覆盖在该短波长发光源上，且该第一光源可穿透该保护层。第一结构 配置在该保护层上，用以产生第二光源，且该第一结构包含第一量子井层与 透光层，该第一量子井层配置在该保护层上，该透光层配置在该第一量子井 上。第二结构配置在该第一结构上，用以产生第三光源。其中，通过该第一 光源、该第二光源及该第三光源的混光进而产生白光源。
本发明提供一种白光发光元件的制造方法，包含以下步骤提供一基板； 形成短波长发光源于该基板上，以产生第一光源；形成一保护层覆盖该短波 长发光源上；形成第一结构于该保护层上，以产生第二光源；形成第二结构 于该第一结构上以产生第三光源以及混合该第一光源、该第二光源及该第三 光源以产生白光源。
本发明所提供的白光发光元件为一单晶结构，相较于现有的白光发光二 极管具有较简单的电极设计，且耗电量低可达到省电的效果。另外，因为本 发明提出的白光发光元件制造成本较低更适合量产制造。而且，此白光发光 元件所发出的白光是混合红、蓝、绿光所形成的白色色光，其白色色光具有 较佳的色度。
图1为现有的白光发光二极管的剖面结构图。
图2为依照本发明第一实施例的一种白光发光元件的剖面结构图。 图3为依照本发明第二实施例的一种白光发光元件的剖面结构图。
图4为依照本发明第三实施例的一种白光发光元件的剖面结构图。 图5为依照本发明第四实施例的一种白光发光元件的剖面结构图。 图6为依照本发明一实施例的白光发光元件的制造方法流程图。
主要元件符号说明
10:现有的白光发光二极管
101:基板
103a、 103b:电极
105:透明保护层
106、 206、 306、 406、 506:芯片基板
107:电洞源层 109:蓝光主动层 111:电子源层
20、 30、 40、 50:白光发光元件 201、 301、 401、 501:电路基板 203a、 303a、 403a、 503a:第一电极 203b、 303b、 403b、 503b:第二电极
205、223、305、405、505:保护层
206、306、406、506:芯片基板
207、307、407、507:短波长发光源
209、309、409、509:第一结构
211、311、411、511:电洞源层
213、313、413、513:主动层
215、315、415、515:电子源层
217、317、417、517:第一量子井层
219、319、419、519:透光层
221、421:第二结构
222、 322、 422、 522:第一光源 224、 324、 424、 524:第二光源 226、 326、 426、 526:第三光源 428、 528:第四光源 228、 328、 430、 530:白光光源
S601、 S603、 S605、 S607、 S609:本发明一实施例的白光发光元件的制 造方法流程各步骤
具体实施例方式
而为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特 举较佳实施例，并且配合附图作详细说明如下。
以下的叙述将伴随着实施例的图示，来详细对本发明所提出的实施例进 行说明。在各图示中所使用相同或相似的参考标号，是用来叙述相同或相似 的部份。须要注意的是，图示都已经精简过而不是精确的比例。另外，以下 揭露的技术，仅以适当和清晰为目的，而例如上、下、左、右、在上方、在 下方、在以上、在以下、较低、在背面、在前等方向性的用词，都仅用来表 示所伴随的图示。本发明相关领域具有通常知识者当知，这些方向性的用词 不应用来限定本发明的精神。
图2为依照本发明第一实施例的一种白光发光元件20的剖面结构图。 请参照图2，本实施例所提供的白光发光元件20，包括电路基板201、基板 206、第一电极203a、第二电极203b、短波长发光源207、保护层205、第 一结构209以及第二结构221。
短波长发光源207配置在基板206上，并通过第一电极203a、第二电极 203b以及导线203c电性连结至电路基板201。其中，短波长发光源207可 因通电而产生第一光源222，该第一光源222例如是蓝光源。保护层205覆 盖在短波长发光源207上，在本实施例中，保护层205例如是与电路基板201
形成密闭空间，短波长发光源207配置在此密闭空间中，以使短波长发光源 207不受外界(例如水气或空气中的一些悬浮微粒)影响，该第一光源222可 穿透该保护层。第一结构209配置在保护层205上，因为光电转换，第一结 构209吸收部份第一光源222的能量，用以产生第二光源224。第二结构221 配置在该第一结构209上，用以产生第三光源226。因此，通过第一光源222、 第二光源224及第三光源226的混光进而产生白光源228。
在此实施例中，短波长发光源207可包括电洞源层211、主动层213以 及电子源层215。电子源层215配置在基板206上且通过第一电极203a以及 导线203c与电路基板201做电性连结。主动层213配置在电子源层215上。 短波长发光源207所产生第一光源便是由主动层213所产生的。电洞源层211 配置在主动层213上且通过第二电极203b以及导线203c与电路基板201做 电性连结。
另外，在本实施例中的第一结构209包含第一量子井层217与透光层 219，第一量子井层217配置在保护层205上，透光层219配置在第一量子 井217上。第一量子井层217吸收部份第一光源222而激发出第二光源224。 第二结构221例如是一第二量子井结构，用以吸收部份第一光源222、部分 第二光源224或同时吸收部份第一光源222与部分第二光源224而激发出第 三光源226。通过第一光源222、第二光源224及第三光源226的混光进而 产生白光源228。在本实施例中，第二光源224例如是绿光源、第三光源226 例如是红光源。
在本实施例中，还包含保护层223配置于第二结构221上，用以保护第 二结构221不受外界(例如水气或空气中的一些悬浮微粒)影响，该第一光源 222、第二光源224以及第三光源226可穿透该保护层。
本实施例中第一结构209的发光是以PL(photo luminary)的方式发光。当 短波长发光源207产生的第一光源222经由第一结构209吸收后，第一结构 209中的第一量子井层217的电子吸收足够的能量而从价电带激发至导电
带，这些受激发的电子因为处在不稳定态，会由导电带再回到价电带，再由 传导带回到价电带的过程中，电子会释放出之前吸收的能量，而此能量会以
光的形式放出。如此便是所谓的PL的发光方式，而此种发光方式可以应用 在以下的各实施例中，所以在之后的实施例便不再多作赘述。
承上述，白光发光元件20的结构中各部件的材质分别说明如下白光
发光元件20的基板206的材质可以是砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟 (InP)、硅(Si)、碳化硅(SiC)或是蓝宝石材料任何其中之一。
而保护层205的材质可以是透明的高分子材料，例如环氧化物(Eepoxy)、 硅胶(Silicone)、聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)、聚甲基丙烯甲酯 (Polymethylmethacrylate, PMMA)。
第一电极203a与第二电极203b的材质可以是导电物质或导电的金属氧 化物，其中导电的金属氧化物选自氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌及镉锡氧 化物至少其中之一，其是利用溅镀(sputtering)或是离子电镀(ion plating)等方 式形成。
短波长发光源207的电洞源层211材质与电子源层215材质可以是p型 材料与n型材料。而短波长发光源207中的主动层213的材质可以是含氮化 镓的III-V族元素氮化合物所构成。
此外，第一结构209的第一量子井层217材质可以是与如上述主动层213 同样的材料或磷化铝铟镓(AlInGaP)、氮化铟镓(InGaN)等同质材料但具有不 同的成份比例。而透光层219的材质可以是环氧化物(Epoxy)、硅胶(Silicone)、 聚碳酸酯(Polycarbonate, PC),聚甲基丙烯甲酯(Polymethylmethacrylate, PMMA)、塑料、高分子、玻璃及硅至少其中之一。
当第二结构211例如是一第二量子井结构时，其材质可以是与如上述主 动层213同样的材料或磷化铝铟镓(AlInGaP)、磷化铟镓(InGaP)、砷化铝镓 (AlGaAs)等同质材料但具有不同的成份比例。而透光层223的材质可以是环 氧化物(Epoxy)、硅胶(Silicone)、聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)，聚甲基丙烯甲
酯(Polymethylmethaciylate， PMMA)、塑料、高分子、玻璃及硅至少其中之一。
图3为依照本发明第二实施例的一种白光发光元件30的剖面结构图。 本实施例所提供的白光发光元件30，包括电路基板301、基板306、第一电 极303a、第二电极303b、短波长发光源307、保护层305、第一结构309以 及第二结构321。其中，短波长发光源307同样也可以具有如第一实施例所 述的电洞源层311、主动层313和电子源层315。另外，第一结构309与第 一实施例类似，也可以包括第一量子井层317和透光层319。而相关叙述在 此领域具有通常知识者，可以自行参照第一实施例的叙述，在此不再赘述。
其与前述的实施例的差别仅在于第二结构321例如是荧光层结构时，该 荧光层结构会吸收部份第一光源322、部分第二光源324、或同时吸收部份 第一光源322与部分第二光源324而产生第三光源326。而通过第一光源322、 第二光源324及第三光源326的混光进而产生白光源328。在本实施例中， 第二光源324例如是绿光源、而第三光源326例如是红光源。
图4为依照本发明第三实施例的一种白光发光元件40的剖面结构图。 请参照图4，本实施例所提供的白光发光元件40，包括电路基板401、基板 406、第一电极403a、第二电极403b、短波长发光源407、保护层405、第 一结构409以及第二结构410。其中，第一结构409与前述第一实施例和第 二实施例类似，可以具有第一量子井层417和透光层419。另外，短波长发 光源407也可以与前述类似，包括电洞源层411、主动层413和电子源层415。 在本实施例中，短波长发光源407可因通电而产生第一光源422，在本实施 例中，第一光源422较佳为一不可见光源。
本实施例与前述的实施例的差别仅在于第二结构410可以例如是包含第
二量子井结构421以及一荧光层结构423，以产生第三光源426及第四光源
428。在本实施例中，第二量子井结构421会吸收部份第一光源422，或同时 吸收部份第二光源424而产生部份第三光源426。另外，荧光层结构423会
吸收部份第一光源422、部分第二光源424、部分第三光源426，或是例如是 仅吸收部份第一光源422与部分第二光源424、或是例如是仅吸收部份第一 光源422，而产生一第四光源428。使得白光发光元件40可以通过第二光源 424、第三光源426及第四光源428的混光进而产生白光源430。在本实施例 中，第一光源422例如是紫外光、第二光源424例如是蓝光源、第三光源426 例如是绿光源、第四光源428例如是红光源。
图5为依照本发明第四实施例的白光发光元件50的剖面结构图。请参 照图5，本实施例所提供的白光发光元件50，包括电路基板501、基板506、 第一电极503a、第二电极503b、短波长发光源507、保护层505、第一结构 509以及第二结构521。类似地，第一结构509也可以包括第一量子井层517 和透光层519。
白光发光元件50与前述的第三实施例的差别仅在于，第二结构521可 以例如是荧光层结构，用以同时产生第三光源526以及第四光源528。第二 结构521会吸收部份第一光源522、部分第二光源524、或同时吸收部份第 一光源522与部分第二光源524，而产生一第三光源526以及第四光源528。 使得白光发光元件50可以通过第一光源522、第二光源524、第三光源526 及第四光源528的混光进而产生白光源530。在本实施例中，第一光源522 例如是紫外光、第二光源524例如是蓝光源、第三光源526与第四光源528 例如是绿光源以及红光源。
而在此实施例中，短波长发光源507可包括电洞源层511、主动层5B 以及电子源层515。电子源层515以电极503a以及导线503c与电路基板501 做电性连结。在电子源层515上配置的主动层513较佳为紫外光主动层513。 短波长发光源507所发出的第一光源便是由此紫外光主动层513所产生的。 而在紫外光主动层513上则配置有电洞源层511。并且，电洞源层511以电 极503a以及导线503c与电路基板501做电性连结。
图6为依照本发明一实施例的白光发光元件的制造方法流程图。首先，
在步骤S601中，提供电路基板。接着，在步骤S603中形成短波长发光源于 该电路基板上，以产生第一光源。然后，在步骤S605中形成保护层覆盖该 短波长发光源上。之后，在步骤S607中，形成第一结构于该保护层上，以 产生第二光源。在步骤S609中形成第二结构于该第一结构上，以产生第三 光源，最后，混合该第一光源、该第二光源及该第三光源以产生白光源。
其中，在S603形成短波长发光源的步骤还包含依序形成电子源层、主 动层与电洞源层于基板上，以及形成第一电极以及第二电极，并用导线电性 连接短波长发光源与电路基板。在S607形成第一结构的步骤还包含形成第 一量子井层与透光层于保护层上。在S609形成第二结构的步骤还包含形成 第二量子井层(第一实施例)或形成荧光层(第二实施例、第四实施例)于该第 一结构上或同时形成第二量子井层与荧光层结构(第三实施例)。
综上所述，由于本发明所提供的白光发光元件与其制造方法因采用单晶 结构，可产生多色域的LED,所以结构简单，而且耗电量低。也因为此发光 元件结构简单，不需如双晶一般复杂的设计，所以制造成本较低，较符合商 业上的考虑。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何 熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰， 因此本发明的保护范围当以权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种白光发光元件，其特征在于，所述白光发光元件包括一电路基板；一短波长发光源，其配置在所述电路基板上，用以产生一第一光源；一保护层，其覆盖在所述短波长发光源上，且所述第一光源可穿透所述保护层；一第一结构，其配置在所述保护层上，用以产生一第二光源，且所述第一结构包含一第一量子井层与一透光层，所述第一量子井层配置在所述保护层上，所述透光层配置在所述第一量子井上；以及一第二结构，其配置在所述第一结构上，用以产生一第三光源，其中，通过所述第一光源、所述第二光源及所述第三光源的混光进而产生一白光源。
2. 如权利要求1所述的白色发光元件，其特征在于，所述第二结构包含 一第二量子井结构。
3. 如权利要求2所述的白色发光元件，其特征在于，所述第一光源为一 蓝光源，第二光源为一绿光源，第三光源为一红光源。
4 如权利要求1所述的白色发光元件，其特征在于，所述第二结构包含 一荧光层结构。
5. 如权利要求4所述的白色发光元件，其特征在于，所述第一光源为一 蓝光源，第二光源为一红光源，第三光源为一绿光源。
6. 如权利要求1所述的白色发光元件，其特征在于，所述第二结构包含 一第二量子井结构以及一荧光层结构，用以产生一第四光源。
7. 如权利要求6所述的白色发光元件，其特征在于，所述第一光源为一 紫外光，所述第二光源为一蓝光源，所述第三光源为一绿光源，所述第四光 源为一红光源，其中，通过所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源及所述第四光源的混光进而产生一 白光源。
8. 如权利要求1所述的白色发光元件，其特征在于，所述第二结构包含 一荧光层结构，用以产生一第四光源。
9. 如权利要求8所述的白色发光元件，其特征在于，所述第一光源为一 紫外光，所述第二光源为一蓝光源，所述第三光源与所述第四光源为一绿光 源以及一红光源，其中，通过所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源 及所述第四光源的混光进而产生一白光源。
10. —种白色发光元件的制造方法，该方法包含 提供一电路基板；形成一短波长发光源于所述电路基板上，以产生一第一光源； 形成一保护层覆盖所述短波长发光源上； 形成一第一结构于所述保护层上，以产生一第二光源； 形成一第二结构于所述第一结构上，以产生一第三光源；以及 混合所述第一光源、所述第二光源及所述第三光源以产生一白光源。
11. 如权利要求10所述的白色发光元件的制造方法，其特征在于，形成 所述第一结构的步骤还包含形成一第一量子井层与一透光层于所述保护层 上。
12. 如权利要求ll所述的白色发光元件的制造方法，其特征在于，形成 所述第二结构的步骤还包含形成一第二量子井层于所述第一结构上。
13. 如权利要求12所述的白色发光元件的制造方法，其特征在于，所述 第一光源为一蓝光源，第二光源为一绿光源，第三光源为一红光源。
14. 如权利要求13所述的白色发光元件的制造方法，其特征在于，所述 方法还包括形成一荧光层于所述第二量子井层上，以产生一第四光源，以及 混合所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源及所述第四光源以产生一 白光源。
15. 如权利要求14所述的白色发光元件的制造方法，其特征在于，所述荧光层还包含用以产生一第四光源，以及混合所述第一光源、所述第二光源、 所述第三光源及所述第四光源以产生一白光源，其中，所述第一光源为一紫 外光，所述第二光源为一蓝光源，所述第三光源与所述第四光源为一绿光源 以及一红光源。
16. 如权利要求ll所述的白色发光元件的制造方法，其特征在于，形成所述第二结构的步骤还包含形成一荧光层于所述第一结构上。
17. 如权利要求16所述的白色发光元件的制造方法，其特征在于，所述 第一光源为一蓝光源，第二光源为一红光源，第三光源为一绿光源。
18. 如权利要求17所述的白色发光元件的制造方法，其特征在于，所述 第一光源为一紫外光，所述第二光源为一蓝光源，所述第三光源为一绿光源， 所述第四光源为一红光源。
全文摘要
本发明提供一种白光发光元件及其制造方法，该白光发光元件包括基板、短波光发光源、保护层、第一结构以及第二结构。短波光发光源配置在基板上，用来产生第一光源。保护层覆盖在短波长发光源上，且第一光源可穿透保护层。第一结构配置在保护层上，用以产生第二光源，其中第一结构包含第一量子井层与透光层。第二结构配置在该第一结构上用以产生第三光源。其中通过第一光源、第二光源及第三光源的混光产生白光源。本发明相较于现有的白光发光二极管具有较简单的电极设计，且耗电量低可达到省电的效果。本发明的白光发光元件制造成本较低更适合量产制造。该白光发光元件所发出的白光是混合红、蓝、绿光所形成的白色色光，其白色色光具有较佳的色度。
文档编号H01L33/00GK101183700SQ20071016054
公开日2008年5月21日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者刘宇桓, 林睫修, 王志麟, 田运宜 申请人:友达光电股份有限公司