微型发光元件及微型发光二极管元件基板的制作方法

本发明涉及一种具磊晶结构的发光元件，尤其涉及一种微型发光元件及微型发光二极管元件基板。

背景技术：

近年来，在有机发光二极管(organiclight-emittingdiode，oled)显示面板的制造成本偏高及其使用寿命无法与现行的主流显示器相抗衡的情况下，微型发光二极管显示器(microleddisplay)逐渐吸引各科技大厂的投资目光。除了低耗能及材料使用寿命长的优势外，微型发光二极管显示器还具有优异的光学表现，例如高色彩饱和度、应答速度快及高对比。

在微型发光二极管显示器的制程中，预先制作完成的微型发光二极管元件可通过巨量转移(masstransfer)技术由暂存基板转移至显示器的线路基板上。一般来说，因图案化制程的关系，发光二极管元件的磊晶结构的侧壁会形成一倒角面。而此磊晶结构在转移至线路基板上后，其宽度会随着远离线路基板的方向而渐增。因此，在后续的薄膜(例如导电薄膜或绝缘层)制程中，磊晶结构的此倒角面容易造成破膜或断线的现象，致使后制程的整体良率下降。如何克服上述的问题，已成为相关厂商的重要课题。

技术实现要素：

本发明提供一种微型发光元件，其光萃取效率(lightextractionefficiency)较佳。

本发明提供一种微型发光二极管元件基板，其后制程的良率高。

本发明的微型发光元件，包括磊晶结构以及两电极。磊晶结构具有彼此相对的第一表面与第二表面以及连接第一表面与第二表面的周围表面。周围表面包括第一部分与第二部分。第一部分连接第二部分而具有转折点。磊晶结构的宽度由第一表面往转折点逐渐增加，而从转折点往第二表面逐渐减小。两电极设置于磊晶结构上，且与磊晶结构电性连接。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件的磊晶结构具有虚拟面，且虚拟面平行于第一表面并通过转折点。周围表面的第一部分与虚拟面之间具有夹角，且夹角介于100度至135度之间。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件的第一表面在一方向上具有第一长度，第二表面在此方向上具有第二长度，且第一长度与第二长度的比值介于0.8至1.2之间。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件的第二表面至第一表面之间具有第一垂直距离，而第二表面至转折点之间具有第二垂直距离，且第二垂直距离与第一垂直距离的比值介于0.04至0.28之间。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件的两电极位于磊晶结构的相对两侧，且其中一电极覆盖第二表面与周围表面的第二部分。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件的磊晶结构还包括第一型半导体层、发光层以及第二型半导体层。第一型半导体层具有第一表面，第二型半导体层具有第二表面，且转折点位于第二型半导体层。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件的第二型半导体层具有垂直厚度，而转折点至发光层之间具有垂直距离，而垂直距离与垂直厚度的比值小于1。

本发明的微型发光二极管元件基板，包括载板与多个微型发光元件。微型发光元件设置于载板上，且具有磊晶结构以及两电极。磊晶结构具有彼此相对的第一表面与第二表面以及连接第一表面与第二表面的周围表面。周围表面包括第一部分与第二部分。第一部分连接第二部分而具有转折点。磊晶结构的宽度由第一表面往转折点逐渐增加，而从转折点往第二表面逐渐减小。两电极设置于磊晶结构上，且至少部分与磊晶结构直接接触。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管元件基板的第一表面在一方向上具有第一长度，第二表面在此方向上具有第二长度，且第一长度与第二长度的比值介于0.8至1.2之间。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管元件基板的第二表面至第一表面之间具有第一垂直距离，而第二表面至转折点之间具有第二垂直距离，且第二垂直距离与第一垂直距离的比值介于0.04至0.28之间。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管元件基板的磊晶结构具有虚拟面，且虚拟面平行于第一表面并通过转折点。周围表面的第一部分与虚拟面之间具有夹角，且夹角介于100度至135度之间。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管元件基板还包括平坦层，且平坦层覆盖多个磊晶结构的多个周围表面的多个第一部分。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管元件基板的两电极位于磊晶结构的相对两侧，且其中一电极覆盖第二表面、周围表面的第二部分以及平坦层，另一电极位于磊晶结构与载板之间。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管元件基板的两电极位于磊晶结构的同一侧。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管元件基板还包括绝缘层，且绝缘层覆盖磊晶结构的第二表面、周围表面的第二部分与平坦层。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管元件基板还包括重叠设置于磊晶结构上的透镜结构。透镜结构与绝缘层属于同一膜层。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管元件基板的磊晶结构还包括依序设置于载板上的第一型半导体层、发光层以及第二型半导体层。第一型半导体层具有第一表面，第二型半导体层具有第二表面，且转折点位于第二型半导体层。

在本发明的一实施例中，上述的微型发光二极管元件基板的第二型半导体层具有垂直厚度，而转折点至发光层之间具有垂直距离，而垂直距离与垂直厚度的比值小于1。

基于上述，在本发明一实施例的微型发光二极管元件基板中，连接第一表面与第二表面的周围表面具有转折点，通过磊晶结构的宽度由第一表面往转折点逐渐增加并由转折点往第二表面逐渐减小，可降低后续的薄膜制程中发生破膜或断线的风险，有助于提升后制程的整体良率。另一方面，本发明一实施例的微型发光元件，通过钻石状的磊晶结构，可提升其光萃取效率(lightextractionefficiency)。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的磊晶结构的剖面示意图；

图2a是本发明一实施例的微型发光二极管元件基板的剖面示意图；

图2b是本发明另一实施例的微型发光二极管元件基板的剖面示意图；

图3是本发明又一实施例的微型发光二极管元件基板的剖面示意图；

图4是本发明再一实施例的微型发光二极管元件基板的剖面示意图。

附图标号说明：

1、1a、2、3：微型发光二极管元件基板

10、10a：微型发光元件

50：载板

100、100a、100b：磊晶结构

100p：周围表面

100p1：第一部分

100p2：第二部分

100s1：第一表面

100s2：第二表面

110：第一型半导体层

120：发光层

130：第二型半导体层

140、160：绝缘层

141、141a：第一电极

142、142a：第二电极

150：平坦层

150s：上表面

165：透镜结构

d、d1、d2：垂直距离

ip：虚拟面

l1、l2：长度

t：垂直厚度

tp：转折点

x、y：方向

θ：夹角

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是本发明一实施例的磊晶结构的剖面示意图。请参照图1，磊晶结构100包括彼此相对的第一表面100s1与第二表面100s2以及连接第一表面100s1与第二表面100s2的周围表面100p。周围表面100p包括第一部分100p1与第二部分100p2。第一部分100p1连接第二部分100p2而具有转折点tp。更具体地说，磊晶结构100在平行于第一表面100s1(或第二表面100s2)的任一方向(例如方向x)上所具有的宽度由第一表面100s1往转折点tp逐渐增加，而从转折点tp往第二表面100s2逐渐减小。亦即，磊晶结构100设有转折点tp的部分在方向x上具有最大宽度。

进一步而言，磊晶结构100具有一虚拟面ip，且此虚拟面ip平行于第一表面100s1(或第二表面100s2)并通过周围表面100p的转折点tp。亦即，周围表面100p的第一部分100p1与第二部分100p2分别位于此虚拟面ip的相对两侧。特别说明的是，周围表面100p的第二部分100p2与虚拟面ip之间具有夹角θ，且此夹角θ大于90度。在一些较佳的实施例中，夹角θ可介于100度至135度的范围内，但本发明不以此为限。

在本实施例中，第一表面100s1与第二表面100s2之间具有第一垂直距离d1，而第二表面100s2至转折点tp之间具有第二垂直距离d2，且第二垂直距离d2与第一垂直距离d1的比值可介于0.04至0.28的范围内。举例来说，磊晶结构100的厚度可小于10微米。在一较佳的实施例中，第一表面100s1与第二表面100s2之间的第一垂直距离d1介于6微米至8微米之间，且第二表面100s2至转折点tp之间的第二垂直距离d2介于1微米至2微米之间。在另一较佳的实施例中，第一表面100s1与第二表面100s2之间的第一垂直距离d1介于4微米至5微米之间，且第二表面100s2至转折点tp之间的第二垂直距离d2介于0.2微米至1微米之间。

另一方面，磊晶结构100的第一表面100s1与第二表面100s2在方向x上分别具有第一长度l1与第二长度l2，且第一长度l1与第二长度l2的比值可介于0.8至1.2之间。第一长度l1与第二长度l2的比值小于0.8或大于1.2，容易造成转移制程以及接合的良率降低。从另一观点来说，磊晶结构100的至少一横截面(例如xy平面)呈现钻石状的构型。据此，可降低磊晶结构100内部所产生的部分光束于周围表面100p的第二部分100p2全反射的机率，有助于提升磊晶结构100的光萃取效率(lightextractionefficiency)。亦即，此钻石状的磊晶结构100可具有较高的出光亮度。

以下将列举一些包含上述磊晶结构的微型发光二极管元件基板的实施例以详细说明本发明，其中相同的构件将标示相同的符号，并且省略相同技术内容的说明，省略部分请参考前述实施例，以下不再赘述。

图2a是本发明一实施例的微型发光二极管元件基板的剖面示意图。图2b是本发明另一实施例的微型发光二极管元件基板的剖面示意图。请参照图2a，微型发光二极管元件基板1包括载板50与微型发光元件10。微型发光元件10设置于载板50上，且与载板50电性连接。在本实施例中，载板50为线路基板，而线路基板例如是一互补式金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor，cmos)基板、一硅基液晶(liquidcrystalonsilicon，lcos)基板、一薄膜晶体管(thinfilmtransistor，tft)基板或其他具有工作电路的基板。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，载板50也可以是用于转移(transfer)的暂存基板(temporarysubstrate)或载板(carrier)。更具体地说，本实施例的微型发光二极管元件基板1例如是微型发光二极管显示器(microlight-emittingdiodedisplay，microleddisplay)，且可具有多个微型发光元件10。然而，为清楚呈现与说明起见，本实施例的微型发光元件10数量以一个为例进行示范性地说明，并不表示本发明以此为限制。

进一步而言，微型发光二极管元件基板1还包括设置于载板50上的平坦层150。在本实施例中，平坦层150可位于任两相邻的微型发光元件10之间(未示出)，且平坦层150可定义出微型发光二极管显示器的多个像素区，但本发明不以此为限。更具体地说，平坦层150可围绕微型发光元件10的磊晶结构100并覆盖其周围表面100p的第一部分100p1。在本实施例中，磊晶结构100包括依序堆叠于载板50上的第一型半导体层110、发光层120与第二型半导体层130，其中第一型半导体层110具有第一表面100s1，第二型半导体层130具有第二表面100s2，且磊晶结构100的转折点tp位于第二型半导体层130。也就是说，第一型半导体层110、发光层120与至少部分的第二型半导体层130设有周围表面100p的第一部分100p1，而另一部分的第二型半导体层130设有周围表面100p的第二部分100p2。

另一方面，在载板50的法线方向(例如方向y)上，第二型半导体层130具有垂直厚度t，而转折点tp至发光层120之间具有垂直距离d，且垂直厚度t大于垂直距离d。在本实施例中，第一型半导体层110与第二型半导体层130可分别为p型半导体与n型半导体，而发光层120可以是多重量子井(multiplequantumwell，mqw)结构，但本发明不以此为限。举例而言，在本实施例中，第一型半导体层110与第二型半导体层130在载板50的法线方向上具有大致上相同的厚度。亦即，磊晶结构100的发光层120可选择性地位于第一表面100s1与第二表面100s2之间的中间区域，但本发明不以此为限。在其他实施例中，第一型半导体层110与第二型半导体层130在载板50的法线方向上也可具有不同的厚度，例如第二型半导体层130的垂直厚度大于第一型半导体层110的垂直厚度。也就是说，微型发光二极管元件基板1a的磊晶结构100b的发光层120可位于第一表面100s1与第二表面100s2之间较靠近第一表面100s1的区域(如图2b所示)。

在本实施例中，微型发光元件10还包括第一电极141与第二电极142，且此两电极分别位于磊晶结构100的相对两侧。也就是说，微型发光元件10可以是垂直式(verticaltype)发光二极管元件，但本发明不以此为限。具体而言，第一电极141位于磊晶结构100的第一表面100s1与载板50之间，且电性连接第一型半导体层110与载板50。第二电极142设置于磊晶结构100的第二表面100s2与平坦层150上，且电性连接第二型半导体层130。

另一方面，微型发光二极管元件基板1(例如微型发光二极管显示器)的多个微型发光元件10的第二电极142可彼此电性连接。也就是说，这些第二电极142可通过一共电极(commonelectrode)来实现，且此共电极具有一共同电位。具体而言，此共电极通过覆盖多个磊晶结构100的第二表面100s2、周围表面100p的第二部分100p2以及平坦层150的上表面150s与多个磊晶结构100电性连接。举例来说，共电极(即第二电极142)的膜厚可小于1微米。在一较佳的实施例中，共电极的膜厚可介于0.2微米至0.5微米的范围。在本实施例中，第一电极141可选择性地具有一高电位，第二电极142可选择性地具有一接地电位(ground)或低电位，且通过两电极间的电位差所产生的电流，致能磊晶结构100使发光层120发出(可见)光束，但本发明不以此为限。

特别说明的是，磊晶结构100的转折点tp大致上可切齐平坦层150的上表面150s，且周围表面100p的第二部分100p2与平坦层150的上表面150s之间的夹角θ可介于100度至135度之间，但不以此为限。如此一来，周围表面100p的第一部分100p1与平坦层150的交界处可具有较为缓和的地形轮廓，有助于降低第二电极142在磊晶结构100的第二表面100s2与周围表面100p的连接处发生破膜或断线的风险，进而提升后制程的整体良率。从另一观点来说，也可增加磊晶结构100的薄膜覆盖率(filmcoverage)。

图3是本发明又一实施例的微型发光二极管元件基板的剖面示意图。请参照图3，本实施例的微型发光二极管元件基板2与图2a的微型发光二极管元件基板1的主要差异在于：两电极的配置方式不同。在本实施例中，微型发光元件10a的第一电极141a与第二电极142a设置在磊晶结构100a的同一侧，且微型发光元件10a还包括绝缘层140。举例而言，绝缘层140位于磊晶结构100a(或平坦层150)与载板50之间，并覆盖第一型半导体层110、发光层120与部分的第二型半导体层130。第一电极141a与第二电极142a设置在磊晶结构100a与载板50之间。第一电极141a贯穿绝缘层140以电性连接第一型半导体层110，第二电极142a贯穿绝缘层140、第一型半导体层110、发光层120以及部分的第二型半导体层130以电性连接第二型半导体层130。

进一步而言，微型发光二极管元件基板2还包括绝缘层160，且绝缘层160覆盖在磊晶结构100a的第二表面100s2、周围表面100p的第二部分100p2以及平坦层150的上表面150s。举例来说，绝缘层160的膜厚可小于1微米。在一较佳的实施例中，绝缘层160的膜厚可介于0.2微米至0.5微米的范围。值得一提的是，由于微型发光元件10a具有钻石状的磊晶结构100a，致使周围表面100p的第一部分100p1与平坦层150的交界处可具有较为缓和的地形轮廓。据此，有助于降低绝缘层160在磊晶结构100a的第二表面100s2与周围表面100p的连接处发生破膜或断线的风险，进而提升后制程的整体良率。

图4是本发明再一实施例的微型发光二极管元件基板的剖面示意图。请参照图4，本实施例的微型发光二极管元件基板3与图3的微型发光二极管元件基板2的主要差异在于：微型发光二极管元件基板3还可选择性地包括透镜结构165，且此透镜结构165重叠设置于磊晶结构100a上。在本实施例中，透镜结构165与绝缘层160的材质可相同。亦即，透镜结构165与绝缘层160可属于同一膜层，但本发明不以此为限。在其他实施例中，透镜结构165与绝缘层160也可属于不同的膜层。值得一提的是，通过此透镜结构165的设置，可改变磊晶结构100a的出光光型，进而提升微型发光元件10a的出射光的方向集中性。

综上所述，在本发明一实施例的微型发光二极管元件基板中，连接第一表面与第二表面的周围表面具有转折点，通过磊晶结构的宽度由第一表面往转折点逐渐增加并由转折点往第二表面逐渐减小，可降低后续的薄膜制程中发生破膜或断线的风险，有助于提升后制程的整体良率。另一方面，本发明一实施例的微型发光元件，通过钻石状的磊晶结构，可提升其光萃取效率(lightextractionefficiency)。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。