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TWI876961B - 微型發光元件顯示裝置 - Google Patents

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TWI876961B
TWI876961B TW113114444A TW113114444A TWI876961B TW I876961 B TWI876961 B TW I876961B TW 113114444 A TW113114444 A TW 113114444A TW 113114444 A TW113114444 A TW 113114444A TW I876961 B TWI876961 B TW I876961B
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epitaxial structure
micro
wavelength
luminescent
light
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陳奕靜
羅玉雲
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錼創顯示科技股份有限公司
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Abstract

一種微型發光元件顯示裝置，包括多個微型發光元件。每一微型發光元件包括一第一發光層及一第二發光層。第一發光層包括一第一磊晶結構，用以發出一第一波長的光。第二發光層以一金屬層鍵合堆疊設置於第一發光層上。第二發光層包括一第二磊晶結構及一第三磊晶結構，第二磊晶結構用以發出一第二波長的光，第三磊晶結構用以發出一第三波長的光。第二磊晶結構及第三磊晶結構為相同磊晶材料的奈米柱陣列。第三波長大於第二波長。第二波長與第三波長皆小於第一波長，第二磊晶結構與第三磊晶結構的正投影面積的和小於第一磊晶結構的正投影面積。

Description

微型發光元件顯示裝置
本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種微型發光元件顯示裝置。
隨著顯示技術的進步，顯示器除了朝大尺寸這個方向發展，亦有朝小尺寸這個方向發展。舉例而言，時下受到大家注目的頭戴式顯示器便採用了小尺寸顯示面板，其中頭戴式顯示器例如是虛擬實境(virtual reality,VR)顯示器、擴增實境(augmented reality,AR)顯示器或混合實境(mixed reality,MR)顯示器。此外，除了頭戴式顯示器之外，擴增實境顯示器亦可以應用於抬頭顯示器(head-up display,HUD)，其亦採用了小尺寸顯示面板。此外，投影機或微投影機也採用了小尺寸顯示面板。
小尺寸顯示面板需要高解析度、全彩，尤其是穿戴式裝置，更需要兼顧輕薄設計。傳統為了全彩與高解析度的需求，將紅色子像素、綠色子像素及藍色子像素以垂直堆疊的方式排列。 然而，由於走線需犧牲發光面積，或是佔用像素之間非常有限的間距，在解析度愈來愈高的需求下，已難以在有限的像素空間中設計三色堆疊的走線。
本發明提供一種微型發光元件顯示裝置，其可保有大發光面積與高空間解析度，且可提高發光效率，並可減少垂直堆疊時對位公差的影響。
本發明的一實施例提出一種微型發光元件顯示裝置，包括多個微型發光元件，其中每一微型發光元件包括一第一發光層及一第二發光層。第一發光層包括一第一磊晶結構，用以發出一第一波長的光。第二發光層以一金屬層鍵合堆疊設置於第一發光層上。第二發光層包括一第二磊晶結構及一第三磊晶結構，第二磊晶結構用以發出一第二波長的光，第三磊晶結構用以發出一第三波長的光。第二磊晶結構及第三磊晶結構為相同磊晶材料的奈米柱陣列。第三波長大於第二波長，且第二波長與第三波長皆小於第一波長，第二磊晶結構與第三磊晶結構的正投影面積的和小於第一磊晶結構的正投影面積。
本發明的一實施例提出一種微型發光元件顯示裝置，包括一第一發光層、一第二發光層及一波長轉換結構。第一發光層包括一第一磊晶結構，具有一第一部分與一第二部分，皆發出第一波長的光。第二發光層堆疊設置於第一發光層上，第二發光層 包括一第二磊晶結構，以一金屬層鍵合設置於第一部分上，發出一第二波長的光。波長轉換結構堆疊設置於第二部分上，用以將第二部分發出的第一波長的光轉換為一第三波長的光。第二磊晶結構的正投影面積小於第一部分的正投影面積。在部分實施例中，第一磊晶結構的第一部分與第二部分為電性獨立，以分別接受不同的訊號驅動，並且皆發出第一波長的光。
在本發明的實施例的微型發光元件顯示裝置中，由於採用了第一發光層與第二發光層堆疊的結構，且第二發光層可以發出兩種不同波長的光，因此可以在提高顯示像素的空間解析度下，又能減少電路走線所需佔用的空間而提升發光面積。此外，在本發明的實施例的微型發光元件中，第二磊晶結構與第三磊晶結構的正投影面積的和小於第一磊晶結構的正投影面積，或者第二磊晶結構的正投影面積小於第一部分的正投影面積，因此第二發光層中的子像素只覆蓋第一發光層中的子像素的一部分，故能提升發光效率。再者，在本發明的實施例的微型發光元件顯示裝置中，是以金屬層進行鍵合的方式連接第一發光層與第二發光層，能在單一製程步驟中同時將第二磊晶結構與第三磊晶結構設置於第一發光層上，相較於分別製作第二磊晶結構與第三磊晶結構需要進行兩次的黃光微影來定義磊晶的區域，可以減少一次對準的步驟，因此能夠減少垂直堆疊時對位公差的影響。
50:擋牆
60:微型發光元件顯示裝置
100、100a、100b、100c、100d、100e、100f:微型發光元件
110:基板
1121、1121b、1121e、1121f、1122、1122b、1122e、1123、 1123e、1124、1124b、1125、1125b、1125e、1125f:外部接墊
120:波長轉換結構
200、200a、200b、200d、200e、200f:第一發光層
210、210a、210b、210c、210d、210f:第一磊晶結構
211:一側
212:出光面
213、213d、313、313d、323:第一型半導體層
2141、2141b、2141e、2141f、2142、2142e、2142f、2143、2143b、2144、2144b、2145b、2146b:導電通孔
215、215d、315、315d、325:主動層
216、312、312d、322:奈米柱
217、217d、317、317d、327:第二型半導體層
220、440:絕緣層
300、300b、300d、300f:第二發光層
302、302e、302f:走線層
310、310b、310d、310f:第二磊晶結構
320、320b:第三磊晶結構
400、400a、400b、410、420、430:金屬層
I1:間距
P1:第一部分
P2:第二部分
T1、T2:厚度
W1:寬度
S110~S180:步驟
圖1A為本發明的一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。
圖1B是繪示圖1A中的第二磊晶結構的奈米柱陣列的局部剖面示意圖。
圖1C是繪示圖1A中的第三磊晶結構的奈米柱陣列的局部剖面示意圖。
圖1D為本發明的再一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。
圖2A為本發明的另一實施例的微型發光元件的上視示意圖。
圖2B為圖2A的微型發光元件沿著A-A’線的剖面示意圖。
圖2C為圖2A的微型發光元件沿著B-B’線的剖面示意圖。
圖3A為本發明的又一實施例的微型發光元件的上視示意圖。
圖3B為圖3A的微型發光元件沿著A-A’線的剖面示意圖。
圖4A為本發明的另一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。
圖4B是繪示圖1A中的第一磊晶結構的奈米柱陣列及第二磊晶結構的奈米柱陣列的局部剖面示意圖。
圖5A為本發明的又一實施例的微型發光元件的上視示意圖。
圖5B為圖5A的微型發光元件沿著A-A’線的剖面示意圖。
圖6A為本發明的再一實施例的微型發光元件的上視示意圖。
圖6B為圖6A的微型發光元件沿著A-A’線的剖面示意圖。
圖7為本發明的一實施例的微型發光元件顯示裝置的局部上視示意圖。
圖8為本發明的一實施例的微型發光元件的製造方法的流程圖。
圖9為本發明的另一實施例的微型發光元件的製造方法的流程圖。
圖1A為本發明的一實施例的微型發光元件的剖面示意圖，圖1B是繪示圖1A中的第二磊晶結構的奈米柱陣列的局部剖面示意圖，而圖1C是繪示圖1A中的第三磊晶結構的奈米柱陣列的局部剖面示意圖。請參照圖1A、圖1B及圖1C，本實施例的微型發光元件100是配置於一基板110上，微型發光元件100包括一第一發光層200及一第二發光層300。第一發光層200包括一第一磊晶結構210，用以發出一第一波長的光，例如是紅光。第二發光層300以一金屬層400鍵合堆疊設置於第一發光層200上。第二發光層300包括一第二磊晶結構310及一第三磊晶結構320，第二磊晶結構310用以發出一第二波長的光，例如是藍光，第三磊晶結構320用以發出一第三波長的光，例如是綠光， 第三波長大於第二波長。第二磊晶結構310及第三磊晶結構320為相同磊晶材料的奈米柱陣列。舉例而言，第二磊晶結構310包括排成陣列(例如二維陣列)的多個奈米柱312，第三磊晶結構320包括排成陣列(例如二維陣列)的多個奈米柱322。在本實施例中，這些奈米柱312與這些奈米柱322直立於第一磊晶結構210上。
在本實施例中，第二磊晶結構310與第三磊晶結構320的材質例如為氮化銦鎵(indium gallium nitride,InGaN)或氮化鎵(gallium nitride,GaN)，第二磊晶結構310的銦濃度大於第三磊晶結構320的銦濃度，這可透過製程中調整不同區域的銦濃度來達成。當一個區域的銦濃度越高，則此區域所形成的奈米柱的直徑越大。因此，在本實施例中，第二磊晶結構310的奈米柱陣列中的單一奈米柱的直徑(即奈米柱312的直徑D1)大於第三磊晶結構320的奈米柱陣列中的單一奈米柱的直徑(即奈米柱322的直徑D2)。再者，當奈米柱的直徑越小，其所發出的光的波長越長。因此，第三波長(即第三磊晶結構320所發出的光的波長)大於第二波長(即第二磊晶結構310所發出的光的波長)。另外，在本實施例中，第一波長(即第一磊晶結構210所發出的光的波長)大於第三波長。也就是說，第二波長與第三波長皆小於第一波長。在一實施例中，第一波長的光為紅光，第二波長的光為藍光，而第三波長的光為綠光。在本實施例中，第一磊晶結構210可以具有奈米柱陣列，或是可以是連續的膜層。
在本實施例中，第二磊晶結構310與第三磊晶結構320的正投影面積的和小於第一磊晶結構210的正投影面積。此處或說明書它處的「正投影」與「正投影面積」例如是指在基板110上的正投影與正投影面積，也就是說，第二磊晶結構310與第三磊晶結構320在基板110上的正投影面積的和小於第一磊晶結構210在基板110上的正投影面積。第一發光層200所暴露的出光面212，不受第二磊晶結構310與第三磊晶結構320的遮蔽，得以較高的效率出光。
在本實施例的微型發光元件100中，由於採用了第一發光層200與第二發光層300堆疊的結構，且第二發光層300可以發出兩種不同波長的光，因此當微型發光元件100作為顯示像素時，可以在提高顯示像素的空間解析度下，又能減少電路走線所需佔用的空間而提升發光面積，尤其是水平方向的走線。在本實施例中，為了使第二發光層300能夠穩定的堆疊設置於第一發光層200，第一發光層200的正投影面積必須要足夠同時承載第二磊晶結構310與第三磊晶結構320，當第二磊晶結構310為藍光發光二極體且第三磊晶結構320為綠光發光二極體，兩者具有相近的發光效率，此時第二磊晶結構310與第三磊晶結構320的正投影面積相仿，則兩者皆各自至多佔據第一磊晶結構210的正投影面積的1/2，亦即第二磊晶結構310的正投影面積小於第一磊晶結構210的正投影面積的1/2，且第三磊晶結構320的正投影面積小於第一磊晶結構210的正投影面積的1/2。此外，在本 實施例的微型發光元件100中，第二磊晶結構310與第三磊晶結構320的正投影面積的和小於第一磊晶結構210的正投影面積，因此第二發光層300中的子像素只覆蓋第一發光層200中的子像素的一部分，故能提升發光效率。在部分實施例中，第一磊晶結構210為紅光發光二極體，第二磊晶結構310為藍光發光二極體，第三磊晶結構320為綠光發光二極體，為了能夠使發光效率較低的第一磊晶結構210能夠發出足以與第二磊晶結構310及第三磊晶結構320達成白平衡之光線，第一磊晶結構210所暴露出的發光面積要分別為第二磊晶結構310或第三磊晶結構320的2倍以上，亦即第二磊晶結構310與第三磊晶結構320的正投影面積的和小於第一磊晶結構210的正投影面積的1/2。再者，在本實施例的微型發光元件100中，是以金屬層400進行鍵合的方式連接第一發光層200與第二發光層300，能在單一製程步驟中同時將第二磊晶結構310與第三磊晶結構320設置於第一發光層200上，相較於分別製作第二磊晶結構310與第三磊晶結構320需要進行兩次的黃光微影來定義磊晶的區域，可以減少一次對準的步驟，因此能夠減少垂直堆疊時對位公差的影響。
在本實施例中，第一發光層200的厚度T1或第二發光層300的厚度T2是落在1微米至2微米的範圍內。此外，在本實施例中，金屬層400設置於第二磊晶結構310或第三磊晶結構320與第一磊晶結構210鍵合的區域，暴露出部分的第一磊晶結構210的出光面212，金屬層400同時作為反射層，用以將第一 波長的光反射至出光面212出射。
圖1D為本發明的再一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。請參照圖1D，本實施例的微型發光元件100c類似於圖1A的微型發光元件100，而兩者的主要差異如下所述。在圖1A的微型發光元件100中，第一磊晶結構210分為分別位於第二磊晶結構310與第三磊晶結構320下方的分離的兩塊，但在圖1D的微型發光元件100c中，第一磊晶結構210c為連在一起的一塊，而其上配置有第二磊晶結構310與第三磊晶結構320。
圖2A為本發明的另一實施例的微型發光元件的上視示意圖，圖2B為圖2A的微型發光元件沿著A-A’線的剖面示意圖，而圖2C為圖2A的微型發光元件沿著B-B’線的剖面示意圖。請參照圖2A至圖2C，本實施例的微型發光元件100a與圖1A的微型發光元件100類似，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例的微型發光元件100a中，第一磊晶結構210a具有一導電通孔2141，用以在垂直的方向上電性連接基板110的一外部接墊1121(例如是正電極)與第一磊晶結構210靠近第二發光層300的一側211。具體而言，第一磊晶結構210a包括依序堆疊的一第一型半導體層213、一主動層215及一第二型半導體層217，第二磊晶結構310包括依序堆疊的一第二型半導體層317、一主動層315及一第一型半導體層313，而第三磊晶結構320包括依序堆疊的一第二型半導體層327、一主動層325及一第一型半導體層323。在本實施例中，第一型為N型，第二型為P型。 然而，在其他實施例中，也可以是第一型為P型，而第二型為N型。此外，在本實施例中，主動層215、315、325例如為量子井層或多重量子井層，其可分別發出第一波長的光、第二波長的光及第三波長的光。在未繪示的實施例中，第二磊晶結構310的主動層315以及第三磊晶結構320的主動層325中包括多個非磊晶介質。非磊晶介質的材質例如是二氧化矽、氮化矽或金屬氧化物，且非磊晶介質為多個絕緣圖案。磊晶介質彼此分離以分散銦並控制主動層中銦的聚集程度，藉此調變主動層315或主動層325所發出的色光。任兩相鄰的非磊晶介質之間的水平距離小於100奈米。主動層315中的相鄰兩非磊晶介質具有第一間距，主動層325中的相鄰兩非磊晶介質具有第二間距，且第二間距大於第一間距，用以使主動層315發出較短波長的藍光，主動層325發出較長波長的綠光。
在本實施例中，第一型半導體層213的下側電性連接有一外部接墊1123，其為負電極，而外部接墊1121(正電極)經由導電通孔2141電性連接至第二型半導體層217，其中導電通孔2141包含填充於貫孔中的導電材料組成，例如金屬(本說明書中的其他導電通孔有都有包含填充於貫孔中的導電材料組成)。因此，當於外部接墊1121與外部接墊1123施加順向電壓時，便能夠使主動層215發出第一波長的光。
另一方面，第一發光層200a可具有一導電通孔2142，用以在垂直方向上電性連接基板110上的一外部接墊1122(例如 是負電極)與第二發光層300，導電通孔2142例如是透過走線層302電性連接外部接墊1122與第一型半導體層313，且電性連接外部接墊1122與第一型半導體層323。此外，第一發光層200a可具有一導電通孔2143，電性連接一外部接墊1124(例如是正電極)與第二型半導體層317。當於外部接墊1124與外部接墊1122施加順向電壓時，便能夠使主動層315發出第二波長的光。在本實施例中，導電通孔2142的正投影與外部接墊1122的正投影至少部分重疊。
另外，第一發光層200a可具有一導電通孔2144，電性連接一外部接墊1125(例如是正電極)與第二型半導體層327。當於外部接墊1125與外部接墊1122施加順向電壓時，便能夠使主動層325發出第三波長的光。
在本實施例中，外部接墊1121、1122、1123、1124、1125是位於基板110中，其中基板110例如為矽基板。然而，在其他實施例中，基板110也可以是玻璃基板、塑膠基板或其他材質的基板。
在本實施例中，導電通孔2141的頂部藉由金屬層410連接第二型半導體層217的頂部，導電通孔2143的頂部藉由金屬層420連接第二型半導體層317的底部，且導電通孔2143的頂部藉由金屬層430連接第二型半導體層327的底部。金屬層410與金屬層420之間設有絕緣層440，且絕緣層440亦位於金屬層410與金屬層430之間，而金屬層410、420及430及絕緣 層440形成鍵合第一發光層200a與第二發光層300的金屬層400a。在本實施例中，導電通孔2142、2143、2144是在垂直的方向上貫穿第一發光層200a的絕緣層220。在本實施例中，導電通孔2141在正投影方向上的位置與外部接墊1121在正投影方向上的位置至少部分重疊，在部分實施例中，導電通孔2142在正投影方向上的位置與外部接墊1122在正投影方向上的位置至少部分重疊，如以一來當進行電性連接時，兩者在對位後可直接進行焊接，而不需要再另外依靠水平方向的電路才能連接，得節省設置水平方向的電路的空間，以進一步縮小像素之間的間距。
圖3A為本發明的又一實施例的微型發光元件的上視示意圖，圖3B為圖3A的微型發光元件沿著A-A’線的剖面示意圖。請參照圖3A與圖3B，本實施例的微型發光元件100b與圖2A至圖2C的微型發光元件100a類似，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例的微型發光元件100b中，第一磊晶結構210b具有一導電通孔2141b，用以在垂直的方向上電性連接一外部接墊1122b與第二發光層300b。具體而言，第一磊晶結構210b具有依序堆疊的第二型半導體層217、主動層215及第一型半導體層213，第二磊晶結構310b具有依序堆疊的第一型半導體層313、主動層315及第二型半導體層317，而第三磊晶結構320b具有依序堆疊的第一型半導體層323、主動層325及第二型半導體層327。導電通孔2141b藉由金屬層400b連接外部接墊1122b(例如為負電極)與第一型半導體層213、第一型半導體層313 及第一型半導體層323。也就是說，金屬層400b鍵合了第一磊晶結構210b與第二磊晶結構310b，且鍵合了第一磊晶結構210b與第三磊晶結構320b。
另一方面，第二型半導體層217下側電性連接至一外部接墊1121b(例如為正電極)。當於外部接墊1121b與外部接墊1122b之間施加順向電壓時，便能夠使主動層215發出第一波長的光。
在本實施例中，第二磊晶結構310b具有導電通孔2143b，用以在垂直方向上電性連接一外部接墊1124b(例如為正電極)與第二磊晶結構310b遠離第一發光層200b的一側。在本實施例中，導電通孔2143b藉由第一磊晶結構210b的導電通孔2145b電性連接基板110上的外部接墊1124b，導電通孔2143b亦貫穿第一磊晶結構210b，且導電通孔2143b的頂部電性連接至第二型半導體層317。當於外部接墊1124b與外部接墊1122b之間施加順向電壓時，便能夠使主動層315發出第二波長的光。
在本實施例中，第三磊晶結構320b具有導電通孔2144b，用以在垂直方向上電性連接基板110上的一外部接墊1125b(例如為正電極)與第三磊晶結構320b遠離第一發光層200b的一側。在本實施例中，導電通孔2144b藉由第一磊晶結構210b的導電通孔2146b電性連接基板110上的外部接墊1125b，導電通孔2144b亦貫穿第一磊晶結構210b，且導電通孔2144b的頂部電性連接至第二型半導體層327。當於外部接墊1125b與外 部接墊1122b之間施加順向電壓時，便能夠使主動層325發出第三波長的光。
在本實施例中，第一磊晶結構210b有一部分(例如圖3A的下半部及圖3B的右半部)的上方是沒有配置第二磊晶結構310b及第三磊晶結構320b的，因此第一磊晶結構210b的此部分所發出的第一波長的光不會被第二磊晶結構310b及第三磊晶結構320b遮擋，而可以有良好的發光效率。
圖4A為本發明的另一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。請參照圖4A，本實施例的微型發光元件100d類似於圖1A的微型發光元件100，而兩者的主要差異如下所述。本實施例的微型發光元件100d包括第一發光層200d、第二發光層300d及一波長轉換結構120。第一發光層200d包括第一磊晶結構210d，具有的一第一部分P1與一第二部分P2，第一部分P1與第二部分P2皆發出第一波長的光。在本實施例中，第一磊晶結構210d的第一部分P1與第二部分P2為彼此電性獨立。第二發光層300d堆疊設置於第一發光層200d上，第二發光層300d包括第二磊晶結構310d，以一金屬層400鍵合設置於第一部分P1上，發出一第二波長的光。波長轉換結構120堆疊設置於第二部分P2上，用以將第二部分P2發出的第一波長的光轉換為一第三波長的光。在本實施例中，第一波長的光例如為藍光，第二波長的光例如為綠光，而第三波長的光例如為紅光。在本實施例中，波長轉換結構120例如為量子點(quantum dot)層或螢光層，其 中螢光層可以是氟矽酸鉀(potassium fluorosilicate,KSF)螢光粉層或其他材質的螢光粉層，而量子點層或螢光層可將第一波長的光轉換為第三波長的光。
在本實施例中，第二磊晶結構310d與波長轉換結構120的正投影面積的和小於第一磊晶結構210d(包括第一部分P1與一第二部分P2)的正投影面積。也就是說，第二磊晶結構310d與波長轉換結構120在基板110上的正投影面積的和小於第一磊晶結構210d(包括第一部分P1與一第二部分P2)在基板110上的正投影面積。在一實施例中，第二磊晶結構310d的正投影面積小於第一部分P1的正投影面積。
在本實施例中，第一磊晶結構210d及第二磊晶結構310d為相同磊晶材料的實心晶粒。在部分實施例中，第一磊晶結構210d及第二磊晶結構310d為相同磊晶材料的奈米柱陣列，如圖4B所示，第一磊晶結構的奈米柱陣列310d及第二磊晶結構的奈米柱陣列210d如圖中的方式堆疊，並以金屬層400鍵合。舉例而言，第一磊晶結構210d包括排成陣列(例如二維陣列)的多個奈米柱216，第二磊晶結構310d包括排成陣列(例如二維陣列)的多個奈米柱312d。在本實施例中，這些奈米柱216直立於基板110上，而這些奈米柱312d直立於金屬層400上。
在本實施例中，第一磊晶結構210d及第二磊晶結構310d的材質例如為氮化銦鎵(indium gallium nitride,InGaN)或氮化鎵(gallium nitride,GaN)，第一磊晶結構210d的銦濃度大於第 二磊晶結構310d的銦濃度。當銦濃度越高，所形成的奈米柱的直徑越大。因此，在本實施例中，第一磊晶結構210d的奈米柱陣列中的單一奈米柱的直徑(即奈米柱216的直徑D1)大於第二磊晶結構310d的奈米柱陣列中的單一奈米柱的直徑(即奈米柱312d的直徑D2)。再者，當奈米柱的直徑越小，其所發出的光的波長越長。因此，第二波長(即第二磊晶結構310d所發出的光的波長)大於第一波長(即第一磊晶結構210d所發出的光的波長)。
在部分實施例中，第一磊晶結構210d的材料包括(AlxGa1-x)1-yInyP，即磷化鋁鎵銦(aluminum gallium indium phosphide)，其中1
Figure 113114444-A0305-12-0016-1
x
Figure 113114444-A0305-12-0016-2
0，且1>y>0，第二磊晶結構310d包括排成陣列(例如二維陣列)的多個奈米柱312d，其中第二磊晶結構310d的材質例如為氮化銦鎵(iudium gallium nitride,InGaN)或氮化鎵(gallium nitride,GaN)。
在本實施例的微型發光元件100d中，第二磊晶結構310d與波長轉換結構120的正投影面積的和小於第一磊晶結構210d的正投影面積，因此當微型發光元件100d作為顯示像素時，第二發光層300d中的子像素與波長轉換結構120中的子像素只覆蓋第一發光層200d中的子像素的一部分，故能提升發光效率。在部分實施例中，第二磊晶結構310d的正投影面積小於第一部分P1的正投影面積，第一部分P1所暴露的出光面212，不受第二磊晶結構310d的遮蔽，得以較高的效率出光。再者， 在本實施例的微型發光元件100d中，是以金屬層400進行鍵合的方式連接第一發光層200d與第二發光層300d，因此能夠減少垂直堆疊時對位公差的影響。
在本實施例中，第一磊晶結構210d的厚度T1是落在1微米至2微米的範圍內。在本實施例中，第二磊晶結構310d的厚度T2是落在1微米至2微米的範圍內。此外，在本實施例中，金屬層400設置於第二磊晶結構310d與第一磊晶結構210d鍵合的區域，使第一磊晶結構210d的出光面212暴露，用以將第一波長的光反射至出光面212出射。
圖5A為本發明的又一實施例的微型發光元件的上視示意圖，而圖5B為圖5A的微型發光元件沿著A-A’線的剖面示意圖。請參照圖5A與圖5B，本實施例的微型發光元件100e與圖4A的微型發光元件100d類似，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例的微型發光元件100e中，第一發光層200e具有導電通孔2141e，用以在垂直方向上電性連接基板110的一外部接墊1121e與第一磊晶結構210d靠近第二發光層300d的一側，例如電性連接一外部接墊1121e與第一磊晶結構210d的第一型半導體層213d，例如是藉由金屬層400電性連接至第一型半導體層213d。第一磊晶結構210d的第二部分P2的第二型半導體層217d下側電性連接有一外部接墊1123e。當於外部接墊1123e與外部接墊1121e施加一順向電壓時，第一磊晶結構210d的第二部分P2的主動層215d便會發出第一波長的光，而第二波長的光照射 至上方的波長轉換結構120後，便會被波長轉換結構120轉換成第三波長的光。第一磊晶結構210d的第一部分P1的第二型半導體層217d下側電性連接有一外部接墊1122e。當於外部接墊1122e與外部接墊1121e施加一順向電壓時，第一磊晶結構210d的第一部分P1的主動層215d便會發出第一波長的光。
另一方面，導電通孔2141e亦藉由金屬層400電性連接至第二磊晶結構310d的第一型半導體層313d。此外，第一發光層200e亦具有導電通孔2142e，用以在垂直方向上電性連接基板110上的另一外部接墊1125e與第二發光層300d，舉例而言，導電通孔2142e藉由走線層302e電性連接至第二磊晶結構310d的第二型半導體層317d。再者，導電通孔2141e電性連接一外部接墊1125e與第二型半導體層317d。當於外部接墊1125e與外部接墊1121e施加順向電壓時，第二磊晶結構310d的主動層315d便會發出第二波長的光。在本實施例中，導電通孔2141e、2142e是貫穿第一發光層200e的絕緣層220，且導電通孔2141e與導電通孔2142e是配置於第一部分P1或第二部分P2的側邊。在本實施例中，波長轉換結構120的正投影面積覆蓋第二部分P2的正投影面積。
圖6A為本發明的再一實施例的微型發光元件的上視示意圖，而圖6B為圖6A的微型發光元件沿著A-A’線的剖面示意圖。請參照圖6A與圖6B，本實施例的微型發光元件100f與圖5A及圖5B的微型發光元件100e類似，而兩者的主要差異如下 所述。在本實施例的微型發光元件100f中，第一發光層200f的第一磊晶結構210f具有一導電通孔2141f，用以在垂直的方向上電性連接一外部接墊1121f與第一磊晶結構210f靠近第二發光層300f的一側，例如是電性連接外部接墊1121f與第一磊晶結構210f的第一型半導體層213d。在本實施例中，第一磊晶結構210f具有一導電通孔2142f，電性連接一外部接墊1125f與第二磊晶結構310f，例如是電性連接外部接墊1125f與第二磊晶結構310f的第二型半導體層317d。另一方面，導電通孔2141f亦藉由走線層302f電性連接至第二磊晶結構310f的第一型半導體層313d。當於外部接墊1125f與外部接墊1121f施加順向電壓時，第二磊晶結構310f的主動層315d便會發出第二波長的光。
圖7為本發明的一實施例的微型發光元件顯示裝置的局部上視示意圖。請參照圖7，在本實施例中，微型發光元件顯示裝置60包括多個微型發光元件100a，且相鄰的微型發光元件100a的間距I1小於微型發光元件100a的尺寸(如微型發光元件100a的寬度W1)。此外，在本實施例中，相鄰的微型發光元件100a之間具有擋牆50，用以減少光線串擾，其中擋牆50可以由吸光材質或反射材質所形成。另外，在本實施例中，相鄰的微型發光元件100a可共用部分的導電通孔與部分的外部接墊，例如共用導電通孔2142及其所連接的外部接墊1122(如圖2B所繪示)。在部分實施例中，導電通孔2143與導電通孔2144設置於第一磊晶結構210之第一部分P1或第二部分P2的側邊。多個微 型發光元件100a排成陣列可以形成微型發光元件顯示裝置60的像素陣列，也就是每一個微型發光元件100a為一個像素。在其他實施例中，上述其他實施例的微型發光元件100、100b至100f的數量也可以是多個，並排成陣列以形成微型發光元件顯示裝置60的像素陣列。在部分實施例中，單一微型發光元件100a在正投影方向佔據其所屬的像素的面積比例大於或等於70%。
圖8為本發明的一實施例的微型發光元件的製造方法的流程圖。請參照圖8，本實施例的微型發光元件的製造方法可用以製造圖1A至圖1D的各實施例的微型發光元件100、100a至100c，而以下主要以製造圖2A至圖2C的微型發光元件100a為例來進行說明。本實施例的微型發光元件的製造方法包括下列步驟。首先，執行步驟S110，其為晶圓鍵合製程(wafer bonding process)，將第一發光層200a設置於基板110，其中基板110例如是電路基板，且第一發光層200a包含第一型半導體層213、主動層215與第二型半導體層217，而此晶圓鍵合製程可以金屬鍵合的方式來進行，可減少對位誤差的影響。接著，執行步驟S120，其為陣列製程(array process)，將第一發光層200a定義出像素陣列，例如定義出如圖2B的第一磊晶結構210a。然後，執行步驟S130，其為連接製程，在第一發光層200a形成導電線路，例如形成導電通孔2141、2142、2143、2144或走線層。之後，執行步驟S140，其為晶圓鍵合製程，將第二發光層300設置於第一發光層200a上，例如以金屬層400a來鍵合第一發光層 200a與第二發光層300，以金屬鍵合的方式，可減少對位誤差的影響。在此之後，執行步驟S150，其為陣列製程，在對應顯示像素的位置，分割出多個磊晶結構，以將第二發光層300定義出像素陣列，例如定義出如圖2B的第二磊晶結構310與第三磊晶結構320，而第二發光層300包含分別發出兩種不同波長的光的兩種區域(即第二磊晶結構310的區域與第三磊晶結構320的區域)。然後，執行步驟S160，其為連接製程，在第一發光層200a與第二發光層300形成導電線路，例如形成如圖2B的走線層302，或形成如圖3B的導電通孔2143b、2144b。
圖9為本發明的另一實施例的微型發光元件的製造方法的流程圖。請參照圖9，本實施例的微型發光元件的製造方法可用以製造圖4A至圖6B的各實施例的微型發光元件100d至100f，而以下主要以製造圖5A與圖5B的微型發光元件100e為例來進行說明。本實施例的微型發光元件的製造方法在步驟S110至步驟S140與圖8的實施例類似，在此不再重述，而以下針對不同的步驟S170與步驟S180進行說明。在步驟S170中是進行連接製程，將第二發光層300d定義出像素陣列(例如如圖5B的第二磊晶結構310d)，且在第一發光層200e與第二發光層300d形成導電線路(例如如圖5B的走線層302e或導電通孔2141e、2142e)。然後，執行步驟S180，其為波長轉換結構製程，將波長轉換結構120設置於第一發光層200e上。
綜上所述，在本發明的實施例的微型發光元件顯示裝置 中，由於採用了第一發光層與第二發光層堆疊的結構，且第二發光層可以發出兩種不同波長的光，因此可以在提高顯示像素的空間解析度下，又能減少電路走線所需佔用的空間而提升發光面積。此外，在本發明的實施例的微型發光元件顯示裝置中，第二磊晶結構與第三磊晶結構的正投影面積的和小於第一磊晶結構的正投影面積，或者第二磊晶結構的正投影面積小於第一部分的正投影面積，因此第二發光層中的子像素只覆蓋第一發光層中的子像素的一部分，故能提升發光效率。再者，在本發明的實施例的微型發光元件顯示裝置中，是以金屬層能在單一製程步驟中同時將第二磊晶結構與第三磊晶結構設置於第一發光層上，相較於分別製作第二磊晶結構與第三磊晶結構需要進行兩次的黃光微影來定義磊晶的區域，可以減少一次對準的步驟，進行鍵合的方式連接第一發光層與第二發光層，因此能夠減少垂直堆疊時對位公差的影響。
100:微型發光元件
110:基板
200:第一發光層
210:第一磊晶結構
212:出光面
300:第二發光層
310:第二磊晶結構
320:第三磊晶結構
400:金屬層
T1、T2:厚度

Claims (13)

  1. 一種微型發光元件顯示裝置，包括多個微型發光元件，其中每一微型發光元件包括：一第一發光層，包括一第一磊晶結構，用以發出一第一波長的光；以及一第二發光層，以一金屬層鍵合堆疊設置於該第一發光層上，該第二發光層包括：一第二磊晶結構，用以發出一第二波長的光；以及一第三磊晶結構，用以發出一第三波長的光，其中，該第二磊晶結構及該第三磊晶結構為相同磊晶材料的奈米柱陣列，該第三波長大於該第二波長，且該第二波長與該第三波長皆小於該第一波長，該第二磊晶結構與該第三磊晶結構的正投影面積的和小於該第一磊晶結構的正投影面積，該第二磊晶結構與該第三磊晶結構在平行於該第一發光層的方向上並排於該第一發光層上。
  2. 如請求項1所述的微型發光元件顯示裝置，其中該第二磊晶結構的銦濃度大於該第三磊晶結構的銦濃度，且該第二磊晶結構的奈米柱陣列中的單一奈米柱的直徑大於該第三磊晶結構的奈米柱陣列中的單一奈米柱的直徑。
  3. 如請求項1所述的微型發光元件顯示裝置，其中該第二磊晶結構的正投影面積小於該第一磊晶結構的正投影面積的 1/2倍，且該第三磊晶結構的正投影面積小於該第一磊晶結構的正投影面積的1/2倍。
  4. 如請求項1所述的微型發光元件顯示裝置，其中更包括一基板配置於遠離該第一發光層的一側，該第一發光層的該第一磊晶結構具有一導電通孔，用以在垂直方向上電性連接該基板上的一外部接墊與該第一磊晶結構靠近該第二發光層的一側。
  5. 如請求項4所述的微型發光元件顯示裝置，其中該導電通孔的正投影與該外部接墊的正投影至少部分重疊。
  6. 如請求項4所述的微型發光元件顯示裝置，其中該第一發光層具有另一導電通孔，用以在垂直方向上電性連接該基板上的另一外部接墊與該第二發光層。
  7. 如請求項6所述的微型發光元件顯示裝置，其中該導電通孔的正投影與該外部接墊的正投影至少部分重疊。
  8. 如請求項4所述的微型發光元件顯示裝置，其中該第二磊晶結構具有另一導電通孔，用以在垂直方向上電性連接該基板上的另一外部接墊與該第二磊晶結構遠離該第一發光層的一側。
  9. 如請求項8所述的微型發光元件顯示裝置，其中該第二磊晶結構的該導電通孔藉由該第一磊晶結構的該導電通孔電性連接該基板上的另一外部接墊。
  10. 如請求項1所述的微型發光元件顯示裝置，其中該第三磊晶結構具有再一導電通孔，用以在垂直方向上電性連接 基板上的再一外部接墊與該第三磊晶結構遠離該第一發光層的一側。
  11. 如請求項10所述的微型發光元件顯示裝置，其中該第三磊晶結構的該再一導電通孔藉由該第一磊晶結構的該導電通孔電性連接基板上的再一外部接墊。
  12. 如請求項1所述的微型發光元件顯示裝置，其中該金屬層設置於該第二磊晶結構或該第三磊晶結構與該第一磊晶結構鍵合的區域，暴露出部分的該第一磊晶結構的一出光面。
  13. 一種微型發光元件顯示裝置，包括多個微型發光元件，其中每一微型發光元件包括：一第一發光層，包括一第一磊晶結構，用以發出一第一波長的光；以及一第二發光層，以一金屬層鍵合堆疊設置於該第一發光層上，該第二發光層包括：一第二磊晶結構，用以發出一第二波長的光；以及一第三磊晶結構，用以發出一第三波長的光，其中，該第二磊晶結構及該第三磊晶結構為相同磊晶材料的奈米柱陣列，該第三波長大於該第二波長，且該第二波長與該第三波長皆小於該第一波長，該第二磊晶結構與該第三磊晶結構的正投影面積的和小於該第一磊晶結構的正投影面積，該第一磊晶結構至少包括二子磊晶結構，該第二磊晶結構與該第三磊晶結構在平行於該第一發光層的方向上分別配置於各一該子磊晶結構 上。
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