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TWI891264B - 多色光源裝置及其製造方法 - Google Patents

多色光源裝置及其製造方法

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TWI891264B
TWI891264B TW113107635A TW113107635A TWI891264B TW I891264 B TWI891264 B TW I891264B TW 113107635 A TW113107635 A TW 113107635A TW 113107635 A TW113107635 A TW 113107635A TW I891264 B TWI891264 B TW I891264B
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蕭復合
繆文茜
李姿誼
洪瑜亨
郭浩中
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鴻海精密工業股份有限公司
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Abstract

一種多色光源裝置，包括一基板、一發光框體、多個發光奈米柱及至少一波長轉換層。發光框體配置於基板上，且圍繞出至少一容置空間。這些發光奈米柱配置於基板上，且位於容置空間中，其中發光框體與這些發光奈米柱為相同發光顏色的發光二極體堆疊層。此至少一波長轉換層配置於至少一容置空間中，且位於這些發光奈米柱之間。一種多色光源裝置的製造方法亦被提出。

Description

多色光源裝置及其製造方法
本發明是有關於一種光源裝置及其製造方法，且特別是有關於一種多色光源裝置及其製造方法。
隨著光電技術的進步，發光二極體可以越做越小，而創造出微型發光二極體（micro-light-emitting diode, micro-LED）。不同顏色的微型發光二極體甚至可以排成陣列，而形成顯示面板的子像素，進而創造出微型發光二極體顯示器。
然而，利用紅、綠及藍等三原色的微型發光二極體晶片整合成微型發光二極體顯示器時，其製程難度與成本相對較高。此外，在微縮尺寸下的紅色微型發光二極體的發光效率低，因此採用紅、綠及藍等三原色的微型發光二極體晶片整合而成的微型發光二極體顯示器的色彩純度與色域亦受到影響。
本發明提供一種多色光源裝置，其具有高光效率及低成本，且能夠產生較高色彩純度的發光。
本發明提供一種多色光源裝置的製造方法，其可製造出具有高光效率及低成本的多色光源裝置，且此多色光源裝置能夠產生較高色彩純度的發光。
本發明的一實施例提出一種多色光源裝置，包括一基板、一發光框體、多個發光奈米柱及至少一波長轉換層。發光框體配置於基板上，且圍繞出至少一容置空間。這些發光奈米柱配置於基板上，且位於容置空間中，其中發光框體與這些發光奈米柱為相同發光顏色的發光二極體堆疊層。此至少一波長轉換層配置於至少一容置空間中，且位於這些發光奈米柱之間。
本發明的一實施例提出一種多色光源裝置的製造方法，包括：提供一基板；在基板上形成一遮罩，其中遮罩具有多個孔洞；在基板上且從這些孔洞中成長出一發光框體及多個發光奈米柱，其中發光框體圍繞出至少一容置空間，這些發光奈米柱位於容置空間中，且發光框體與這些發光奈米柱為相同發光顏色的發光二極體堆疊層；以及在至少一容置空間中且在這些發光奈米柱之間填入至少一波長轉換層。
本發明的一實施例提出一種多色光源裝置，包括一基板、一發光框體、多個發光奈米柱及多個波長轉換層。發光框體配置於基板上，且包括一外圍部及一分隔部。外圍部環繞多個容置空間，分隔部連接於外圍部的內側，且分隔出這些容置空間。這些發光奈米柱配置於基板上，且位於這些容置空間中，其中發光框體與這些發光奈米柱為藍光發光二極體堆疊層。這些波長轉換層分別配置於這些容置空間中，且位於這些發光奈米柱之間，其中這些波長轉換層包括紅色波長轉換層與綠色波長轉換層。
在本發明的實施例的多色光源裝置及其製造方法中，採用或形成發光框體以發出一種顏色的光，且採用或形成發光奈米柱激發配置於容置空間中且於這些發光奈米柱之間的波長轉換層，以形成另一種顏色的光。因此，多色光源裝置可具有高光效率及低成本，且能夠產生較高色彩純度的發光。此外，藉由將波長轉換層填入至這些發光奈米柱之間的縫隙，使其與發光奈米柱的接觸表面積增加，如此可提升波長轉換效果，並可減少額外的波長轉換層所需的元件厚度。
圖1為本發明的一實施例的多色光源裝置的立體示意圖，圖2為圖1的多色光源裝置的局部上視示意圖，圖3為圖2的多色光源裝置沿著I-I線的剖面示意圖，而圖4為圖3的局部放大剖面示意圖。請參照圖1至圖4，本實施例的多色光源裝置100包括一基板110、發光框體120、多個發光奈米柱130及至少一波長轉換層140（在圖2中是以多個波長轉換層140為例）。發光框體120配置於基板110上，且圍繞出至少一容置空間S（在圖2中是以多個容置空間S為例）。這些發光奈米柱130配置於基板110上，且位於容置空間S中，其中發光框體120與這些發光奈米柱130為相同發光顏色的發光二極體堆疊層，例如同為藍光發光二極體堆疊層，也就是發光框體120與這些發光奈米柱130用以發出藍光。然而，在其他實施例中，發光框體120與這些發光奈米柱130也可以是用以發出紫外光。舉例而言，發光框體120包括第一型半導體層122、第二型半導體層124及配置於第一型半導體層122與第二型半導體層124之間的發光層126，而發光奈米柱130包括第一型半導體層132、第二型半導體層134及配置於第一型半導體層132與第二型半導體層134之間的發光層136。第一型半導體層122與132例如為N型半導體層，第二型半導體層124與134例如為P型半導體層。然而，在其他實施例中，也可以是第一型半導體層122與132為P型半導體層，而第二型半導體層124與134為N型半導體層。此外，發光層126與136例如為量子井層或多重量子井層。
此至少一波長轉換層140配置於至少一容置空間S中，且位於這些發光奈米柱130之間。在本實施例中，多個波長轉換層140分別配置於多個容置空間S中。在本實施例中，波長轉換層140包括多個量子點（quantum dot）142。在圖4的實施例中，波長轉換層140包括混合的多個量子點142與多個奈米粒子144。舉例而言，波長轉換層140還可包括光阻劑（photoresist）146，而這些量子點142與這些奈米粒子144混合於光阻劑146中。
在本實施例的多色光源裝置100中，採用發光框體120以發出一種顏色的光，且採用發光奈米柱130激發配置於容置空間S中且於這些發光奈米柱130之間的波長轉換層140，以形成另一種顏色的光。因此，多色光源裝置100可具有高光效率及低成本，且能夠產生較高色彩純度的發光。舉例而言，發光框體120與發光奈米柱130為藍光發光二極體而具有高光效率，而發光奈米柱130所發出的藍光激發波長轉換層140後可形成紅光與綠光，而不會有因採用紅光微型發光二極體而導致紅光效率低落及因而色彩純度不高的問題，且相較於紅、綠、藍三色發光二極體晶片的整合，本實施例的成本較低。此外，當縮小元件尺寸至微型發光二極體的等級時，藍光發光二極體仍具有良好的發光效率，並透過波長轉換層140，而能夠在微縮尺寸下仍保持良好的紅、綠、藍三色發光效率，在下世代顯示器上具有優勢。另外，量子點相對於傳統螢光粉，在色彩發光純度、波長轉換效率與均勻性都有較好的表現。此外，藉由將波長轉換層140填入至這些發光奈米柱130之間的縫隙，使其與發光奈米柱130的接觸表面積增加，如此可提升波長轉換效果，並可減少額外的波長轉換層所需的元件厚度。
此外，在波長轉換層140中採用奈米粒子144可有效提升光萃取率。在本實施例中，奈米粒子144例如是寬能隙粒子或散射粒子，其例如為銀粒子表面包覆一層二氧化矽膜，透過調控奈米粒子144與量子點142的濃度，可有效地增強發光效果與波長轉換效率，但本發明不以此為限。但在另一實施例中，波長轉換層140中也可以不採用奈米粒子144，而是採用將量子點142摻入光阻劑146中的方式來形成波長轉換層140。
在本實施例中，多色光源裝置100更包括一透明導電層154、一第一電極162及一第二電極164。透明導電層154配置於這些發光奈米柱130的頂部，且與這些發光奈米柱130電性連接。第一電極162配置於發光框體120的頂部，且第二電極164配置於透明導電層154的頂部。在本實施例中，第一電極162可藉由透明導電層152配置於發光框體120的頂部，且與發光框體120電性連接。在本實施例中，基板110例如為導電基板，或者基板110的上表面可覆蓋有導電層，藉由基板110（或其上的導電層）與第一電極162之間形成電壓差，及與第二電極164之間形成電壓差，可驅動發光框體120與發光奈米柱130發光。
在本實施例中，發光框體120包括一外圍部121及一分隔部123，外圍部121環繞這些容置空間S，而分隔部123連接於外圍部121的內側，且分隔出這些容置空間S。在本實施例中，這些波長轉換層140包括多個不同顏色的波長轉換層140（例如紅色波長轉換層140a與綠色波長轉換層140b），分別配置於不同的容置空間S中。在本實施例中，發光奈米柱130所發出的藍光激發了紅色波長轉換層140a與綠色波長轉換層140b後分別形成紅光與綠光。在圖1中，繪示了多色光源裝置100具有2×2個發光框體120為例，但實際應用上，多色光源裝置100可具有更多排成陣列的發光框體120，每一發光框體120與其中之發光奈米柱130與波長轉換層140形成一個像素，而多個排成陣列的像素即可形成一彩色顯示器，或形成白光照明光源。也就是說，每個像素可獨立選址或作區域控制，可有效控制單一像素的發光與否、發光強度及多波長調控，使其實現全彩顯示或白光照明等功能。在另一實施例中，多色光源裝置100也可以作為光通訊的光源，一個或多個像素可形成一個光通訊的傳輸通道，藉由像素發出不同顏色比例的光來形成光訊號。此外，可設計涵蓋整個可見光範圍的通道數量，以增加傳輸容量與速率。如此一來，本實施例的多色光源裝置100可以實現顯示、照明及通訊為一體的系統。
圖5A與圖5B為繪示本發明的一實施例的多色光源裝置的製造方法的流程的局部放大剖面示意圖。請參照圖5A與圖5B，本實施例的多色光源裝置的製造方法可用以製造上述各實施例的多色光源裝置100。本實施例的多色光源裝置的製造方法包括下列步驟。首先，請參照圖5A，提供一基板110。接著，在基板110上形成一遮罩50，其中遮罩50具有多個孔洞52。然後，請參照圖5B，在一實施例中，可透過這些孔洞52蝕刻基板110，以形成多個凹陷112。然後，在基板110上且從這些孔洞52中成長出發光框體120及多個發光奈米柱130，其中發光框體120圍繞出至少一容置空間S，這些發光奈米柱130位於容置空間S中，可參照圖2。此外，發光框體120與這些發光奈米柱130為相同發光顏色的發光二極體堆疊層。在本實施例中，發光框體120及這些發光奈米柱130是從這些凹陷112通過這些孔洞52成長出來，也就是藉由選擇性成長或再生長而成長出來。然而，在其他實施例中，也可以不先蝕刻基板110以形成凹陷112，而是藉由遮罩50使發光框體120及這些發光奈米柱130從基板110的平坦表面通過孔洞52而選擇性成長出來。
之後，請參照圖4，在一實施例中，可將遮罩50移除。再來，在至少一容置空間S中且在這些發光奈米柱130之間填入至少一波長轉換層140。在另一實施例中，也可以不將遮罩50移除，而是在至少一容置空間S中且在這些發光奈米柱130之間且在遮罩50上方填入至少一波長轉換層140。
在此之後，在本實施例中，在這些發光奈米柱130的頂部形成透明導電層154。此外，在發光框體120的頂部形成第一電極162，且在透明導電層154的頂部形成第二電極164（如圖3所繪示）。在本實施例中，在發光框體120的頂部形成第一電極162之前，可先在發光框體120的頂部形成透明導電層152，然後再在透明導電層152上形成第一電極162。如此，即完成本實施例的多色光源裝置100。
綜上所述，在本發明的實施例的多色光源裝置及其製造方法中，採用或形成發光框體以發出一種顏色的光，且採用或形成發光奈米柱激發配置於容置空間中且於這些發光奈米柱之間的波長轉換層，以形成另一種顏色的光。因此，多色光源裝置可具有高光效率及低成本，且能夠產生較高色彩純度的發光。此外，藉由將波長轉換層填入至這些發光奈米柱之間的縫隙，使其與發光奈米柱的接觸表面積增加，如此可提升波長轉換效果，並可減少額外的波長轉換層所需的元件厚度。
50:遮罩 52:孔洞 100:多色光源裝置 110:基板 112:凹陷 120:發光框體 121:外圍部 122、132:第一型半導體層 123:分隔部 124、134:第二型半導體層 126、136:發光層 130:發光奈米柱 140:波長轉換層 140a:紅色波長轉換層 140b:綠色波長轉換層 142:量子點 144:奈米粒子 146:光阻劑 152、154:透明導電層 162:第一電極 164:第二電極 S:容置空間
圖1為本發明的一實施例的多色光源裝置的立體示意圖。 圖2為圖1的多色光源裝置的局部上視示意圖。 圖3為圖2的多色光源裝置沿著I-I線的剖面示意圖。 圖4為圖3的局部放大剖面示意圖。 圖5A與圖5B為繪示本發明的一實施例的多色光源裝置的製造方法的流程的局部放大剖面示意圖。
100:多色光源裝置
120:發光框體
121:外圍部
123:分隔部
130:發光奈米柱
140:波長轉換層
140a:紅色波長轉換層
140b:綠色波長轉換層
162:第一電極
164:第二電極
S:容置空間

Claims (17)

  1. 一種多色光源裝置，包括： 一基板； 一發光框體，配置於該基板上，且圍繞出至少一容置空間； 多個發光奈米柱，配置於該基板上，且位於該容置空間中，其中該發光框體與該些發光奈米柱為相同發光顏色的發光二極體堆疊層； 至少一波長轉換層，配置於該至少一容置空間中，且位於該些發光奈米柱之間； 一透明導電層，配置於該些發光奈米柱的頂部，且與該些發光奈米柱電性連接； 一第一電極，配置於該發光框體的頂部；以及 一第二電極，配置於該透明導電層的頂部。
  2. 如請求項1所述的多色光源裝置，其中該至少一容置空間為多個容置空間，該發光框體包括： 一外圍部，環繞該些容置空間；以及 一分隔部，連接於該外圍部的內側，且分隔出該些容置空間。
  3. 如請求項1所述的多色光源裝置，其中該至少一容置空間為多個容置空間，且該至少一波長轉換層包括多個不同顏色的波長轉換層，分別配置於不同的容置空間中。
  4. 如請求項1所述的多色光源裝置，其中該波長轉換層包括多個量子點。
  5. 如請求項1所述的多色光源裝置，其中該波長轉換層包括混合的多個量子點與多個奈米粒子。
  6. 如請求項1所述的多色光源裝置，其中該發光框體與該些發光奈米柱用以發出藍光。
  7. 一種多色光源裝置的製造方法，包括： 提供一基板； 在該基板上形成一遮罩，其中該遮罩具有多個孔洞； 在該基板上且從該些孔洞中成長出一發光框體及多個發光奈米柱，其中該發光框體圍繞出至少一容置空間，該些發光奈米柱位於該容置空間中，且該發光框體與該些發光奈米柱為相同發光顏色的發光二極體堆疊層； 在該至少一容置空間中且在該些發光奈米柱之間填入至少一波長轉換層； 在該些發光奈米柱的頂部形成一透明導電層； 在該發光框體的頂部形成一第一電極；以及 在該透明導電層的頂部形成一第二電極。
  8. 如請求項7所述的多色光源裝置的製造方法，更包括： 在該基板上且從該些孔洞中成長出該發光框體及該些發光奈米柱之前，透過該些孔洞蝕刻該基板，以形成多個凹陷，其中該發光框體及該些發光奈米柱是從該些凹陷成長出來。
  9. 如請求項7所述的多色光源裝置的製造方法，其中該至少一容置空間為多個容置空間，該發光框體包括： 一外圍部，環繞該些容置空間；以及 一分隔部，連接於該外圍部的內側，且分隔出該些容置空間。
  10. 如請求項7所述的多色光源裝置的製造方法，其中該至少一容置空間為多個容置空間，且該至少一波長轉換層包括多個不同顏色的波長轉換層，分別配置於不同的容置空間中。
  11. 如請求項7所述的多色光源裝置的製造方法，其中該波長轉換層包括多個量子點。
  12. 如請求項7所述的多色光源裝置的製造方法，其中該波長轉換層包括混合的多個量子點與多個奈米粒子。
  13. 如請求項7所述的多色光源裝置的製造方法，其中該發光框體與該些發光奈米柱用以發出藍光。
  14. 如請求項7所述的多色光源裝置的製造方法，更包括： 在該基板上且從該些孔洞中成長出該發光框體及該些發光奈米柱之後，移除該遮罩。
  15. 一種多色光源裝置，包括： 一基板； 一發光框體，配置於該基板上，且包括： 一外圍部，環繞多個容置空間；以及 一分隔部，連接於該外圍部的內側，且分隔出該些容置空間； 多個發光奈米柱，配置於該基板上，且位於該些容置空間中，其中該發光框體與該些發光奈米柱為藍光發光二極體堆疊層； 多個波長轉換層，分別配置於該些容置空間中，且位於該些發光奈米柱之間，其中該多個波長轉換層包括紅色波長轉換層與綠色波長轉換層； 多個透明導電層，分別配置於該些容置空間上方，位於該些發光奈米柱的頂部，且與該些發光奈米柱電性連接； 一第一電極，配置於該發光框體的頂部；以及 多個第二電極，配置於該些透明導電層的頂部。
  16. 如請求項15所述的多色光源裝置，其中該波長轉換層包括多個量子點。
  17. 如請求項15所述的多色光源裝置，其中該波長轉換層包括混合的多個量子點與多個奈米粒子。
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