TWI479691B - 發光二極體模組及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種發光二極體模組及其製造方法。
發光二極體是一種節能、環保、長壽命之固體光源,因此近十幾年來對發光二極體技術之研究一直非常活躍,發光二極體也有漸漸取代日光燈、白熾燈等傳統光源之趨勢。發光二極體發出之光經過其側面邊界時,會因為全反射而被反射到晶粒內部,出光效率較低。
有鑒於此,有必要提供一種可提高晶粒側壁出光效率之發光二極體模組及其製造方法。
一種發光二極體模組,包括基板及設置在基板上之多個發光二極體晶粒,所述發光二極體晶粒之底面貼設在基板上。所述每一發光二極體晶粒自底面延伸之側壁均為粗糙化表面,用以提高發光二極體晶粒側壁之出光效率。
一種發光二極體模組製造方法,其包括以下幾個步驟:步驟1,提供一基板,在該基板上成長磊晶層;步驟2,在磊晶層上沉積一電流擴散層;步驟3,在電流擴散層上相互間隔設置多個光阻;
步驟4,利用酸性溶液蝕刻光阻間之電流擴散層並進行光阻側壁之粗糙化;步驟5,藉由經由側壁粗化後之光阻之遮擋,利用電漿轟擊磊晶層,從而蝕刻磊晶層,形成多個發光二極體晶粒,光阻側壁之粗糙化圖案將完全轉換至發光二極體晶粒之側壁上,使發光二極體晶粒之側壁粗糙化。
上述之發光二極體模組之發光二極體晶粒側壁為粗糙化表面,從而能夠使得發光二極體晶粒之側壁發生全反射之概率被大幅降低,提高了發光二極體晶粒側面之出光效率。
100‧‧‧發光二極體模組
10‧‧‧基板
20‧‧‧發光二極體晶粒
30‧‧‧封裝層
40‧‧‧光阻
21‧‧‧磊晶層
211‧‧‧緩衝層
212‧‧‧p型半導體層
213‧‧‧發光層
214‧‧‧n型半導體層
22‧‧‧電流擴散層
20a‧‧‧側壁
圖1為本發明實施方式中之發光二極體模組俯視圖。
圖2為圖1中之發光二極體模組之發光二極體晶粒放大後之視圖。
圖3為圖1中之發光二極體模組沿III-III方向之截面圖。
圖4至圖9為本發明實施方式中之發光二極體模組製造方法流程圖。
以下將結合附圖對本發明作進一步之詳細說明。
請參閱圖1,圖2以及圖3,本發明實施方式提供之一種發光二極體模組100包括一基板10、設置在該基板10上之多個發光二極體晶粒20以及包覆該多個發光二極體晶粒20之一封裝層30。
所述基板10通常由藍寶石、碳化矽、矽、砷化鎵、偏鋁酸鋰、氧化鎂、氧化鋅、氮化鎵、氮化鋁、或氮化銦等材料製成。
所述發光二極體晶粒20與基板10電連接,並且在基板10上成矩陣排列。所述發光二極體晶粒20包括磊晶層21以及設置在該磊晶層21上之電流擴散層22。所述磊晶層21包括緩衝層211、p型半導體層212、發光層213以及n型半導體層214,光線由發光層213發出。所述發光二極體晶粒20之各側壁20a均為一粗糙化表面。如果發光二極體晶粒20之各表面為一平坦表面,則由發光層213入射到各個表面之大於臨界角之部分光線會產生全反射,從而被反射到發光二極體晶粒20內部,造成發光二極體晶粒20之出光效率較低。而粗糙化之側壁20a能夠破壞發光二極體晶粒20內部光線之臨界角,使得光線在發光二極體晶粒20之側壁20a產生全反射之概率大幅降低,大部分光線能夠藉由側壁20a射出到外部,從而發光二極體晶粒20之側壁20a之出光效率較高。在本實施方式中,每一發光二極體晶粒20之粗糙化側壁20a由多個連續之微小之弧形凹槽構成,該多個連續之弧形凹槽沿發光二極體晶粒20之高度方向延伸,多個連續之弧形凹槽共同構成一波浪狀之圖案。所述電流擴散層22之上表面也為粗糙化微結構,自發光層213發出之光線在向上射出之過程中經過電流擴散層22之上表面時進行多角度之折射,從而避免電流擴散層22上表面過於平滑而造成之全反射現象,提高發光二極體晶粒20之正向出光之效率。
可以理解之是,所述粗糙化側壁20a並不限定於本實施方式中之弧形凹槽構成波浪狀之圖案,也可以為鋸齒狀圖案等。
所述封裝層30覆蓋在基板10之表面以及多個發光二極體晶粒20上,該封裝層30是由參雜有螢光粉之封膠樹脂製成,該螢光粉可選自釔鋁石榴石、鋱釔鋁石榴石及矽酸鹽中之一種或幾種之組合。
可以理解之是,所述基板10之表面也可為粗糙化表面或各式圖案化之基板(Patten Sapphire Substrate),發光二極體晶粒20之出射光會有部分入射到基板10中,從而部分光線會在基板10中發生全反射,而最終被基板10吸收。基板10之粗糙化表面或圖案化之基板可以破壞入射到其中之光線之全反射臨界角,使得大部分光線能夠在基板10中反射後經過基板10之表面射出,降低了光線在基板10中之全反射概率,提高了發光二極體模組100之出光效率。
發光二極體模組100在使用時,由於發光二極體晶粒20之側壁20a為粗糙化表面,所以入射到發光二極體晶粒20之側壁20a之光發生全反射之概率較低,發光二極體晶粒20之側壁20a出光效率較高。而且又由於發光二極體晶粒20之電流擴散層22之上表面也為粗糙化微結構,從而使得發光二極體晶粒20之上表面發生全反射之機率也大幅降低,提高了發光二極體晶粒20之正向出光之效率。
請參閱圖4至圖9,其為本發明實施方式提供之發光二極體模組100之製造方法流程圖。該發光二極體模組100之製造方法包括以下幾個步驟:
步驟1,提供一基板10,在該基板10上成長磊晶層21。所述磊晶層21包括緩衝層211、p型半導體層212、發光層213以及n型半導體層214,光線由發光層213發出。
步驟2,在磊晶層21上沉積一電流擴散層22。
步驟3,在電流擴散層22上相互間隔設置多個光阻40。
步驟4,利用酸性溶液蝕刻光阻間之電流擴散層22並進行光阻40側壁之粗糙化。在本實施方式中,所述酸性溶液為ITO蝕刻液。所述光阻40之粗糙化側壁之形狀具體請參閱圖1,該粗糙化側壁由多個連續之微小弧形凹槽構成,該多個弧形凹槽沿光阻40之高度方向延伸,多個連續之弧形凹槽共同構成一波浪狀之圖案。
步驟5,藉由經由側壁粗化後之光阻40之遮擋,利用電漿轟擊磊晶層21,從而蝕刻磊晶層21,形成多個發光二極體晶粒20,光阻40側壁之粗糙化圖案將完全轉換至發光二極體晶粒20上,使發光二極體晶粒20之側壁20a粗糙化。
步驟6,去除所述光阻40,對電流擴散層22上表面進行粗化以形成微結構,將一封裝層30覆蓋基板10整個表面以及多個發光二極體晶粒20,從而形成一發光二極體模組100。所述電流擴散層22之粗糙化微結構是採用鹽酸、硫酸、草酸、磷酸、氫氟酸等化學溶液進行蝕刻而形成之,還可以採用離子轟擊等方式形成。所述封裝層30是由參雜有螢光粉之封膠樹脂製成,所述螢光粉可選自釔鋁石榴石、鋱釔鋁石榴石及矽酸鹽中之一種或幾種之組合。
相較於先前技術,本發明之發光二極體模組之發光二極體晶粒側壁為粗糙化表面,從而能夠使得發光二極體晶粒之側壁發生全反射之概率被大幅降低,提高了發光二極體晶粒側壁之出光效率。
另外,本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化,當然,這些依據本發明精神所做之變化,都應包含在本發明所要求保護之範圍之內。
20‧‧‧發光二極體晶粒
20a‧‧‧側壁
Claims (10)
- 一種發光二極體模組,包括基板及設置在基板上之多個發光二極體晶粒,所述發光二極體晶粒之底面貼設在基板上,其改進在於:所述每一發光二極體晶粒自底面延伸之側壁均為粗糙化表面,用以提高發光二極體晶粒側壁之出光效率,所述發光二極體晶粒包括磊晶層以及設置在該磊晶層上之電流擴散層,所述磊晶層之側壁均為粗糙化表面,所述電流擴散層遠離磊晶層之上表面亦為粗糙化表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組,其中:所述發光二極體晶粒之側壁由多個連續之弧形凹槽構成,該多個連續之弧形凹槽沿發光二極體晶粒之高度方向延伸,共同構成一波浪狀之圖案。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組,其中:所述發光二極體模組還包括一覆蓋在基板表面及多個發光二極體晶粒上之封裝層,該封裝層由參雜有螢光粉之封膠樹脂製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組,其中:該磊晶層包括緩衝層、p型半導體層、發光層以及n型半導體層。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組,其中:所述基板表面為粗糙化表面或所述基板為圖案化基板。
- 一種發光二極體模組製造方法,其包括以下幾個步驟:提供一基板,在該基板上成長磊晶層;在磊晶層上沉積一電流擴散層;在電流擴散層上相互間隔設置多個光阻;利用酸性溶液蝕刻光阻間之電流擴散層並進行光阻側壁之粗糙化;藉由經由側壁粗化後之光阻之遮擋,利用電漿轟擊磊晶層,從而蝕刻磊 晶層,形成多個發光二極體晶粒,光阻側壁之粗糙化圖案將完全轉換至發光二極體晶粒之側壁上,使發光二極體晶粒之側壁粗糙化,還包括去除所述光阻,對電流擴散層遠離磊晶層之上表面進行粗化以形成微結構。
- 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體模組製造方法,其中:所述酸性溶液為ITO蝕刻液。
- 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體模組製造方法,其中:所述光阻之粗糙化側壁由多個連續之微小弧形凹槽構成,該多個弧形凹槽沿光阻之高度方向延伸,共同構成一波浪狀之圖案。
- 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體模組製造方法,其中:還包括將一封裝層覆蓋基板整個表面以及多個發光二極體晶粒,從而形成一發光二極體模組之步驟。
- 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體模組製造方法,其中:所述電流擴散層之粗糙化微結構採用鹽酸、硫酸、草酸、磷酸或者氫氟酸化學溶液進行蝕刻而形成,或者採用離子轟擊方式形成。
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