TWI806571B - 微型發光二極體結構與微型發光二極體顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種微型發光二極體結構，包括一磊晶結構、一電極層以及一阻障層。磊晶結構具有一表面。電極層配置於磊晶結構的表面上。阻障層配置於電極層上。阻障層於磊晶結構上的正投影面積大於且覆蓋電極層於磊晶結構上的正投影面積。

Description

微型發光二極體結構與微型發光二極體顯示裝置

本發明是有關於一種發光結構及發光裝置，且特別是有關於一種微型發光二極體結構與微型發光二極體顯示裝置。

在現有的錫接墊製程中，阻障層在磊晶結構上的正投影面積是等於電極層在磊晶結構上的正投影面積，因此後續轉移接合顯示背板進行迴銲製程（Reflow process）時，高溫易導致錫合金會與電極層形成金屬共晶，進而影響微型發光二極體顯示裝置的電性及結構可靠度。

本發明提供一種微型發光二極體結構，其具有較佳的電性與結構可靠度。

本發明還提供一種微型發光二極體顯示裝置，其包括上述的微型發光二極體結構，可具有較佳的顯示良率。

本發明的微型發光二極體結構，其包括一磊晶結構、一電極層以及一阻障層。磊晶結構具有一表面。電極層配置於磊晶結構的表面上。阻障層配置於電極層上。阻障層於磊晶結構上的正投影面積大於且覆蓋電極層於磊晶結構上的正投影面積。

本發明的微型發光二極體顯示裝置，其包括一顯示基板以及多個微型發光二極體結構。這些微型發光二極體結構配置於顯示基板上，且包括一磊晶結構、一電極層以及一阻障層。磊晶結構具有一表面。電極層配置於磊晶結構的表面上。阻障層配置於電極層上。阻障層於顯示基板上的正投影面積大於且覆蓋電極層於顯示基板上的正投影面積。銲料層配置於阻障層上。銲料層與對應的這些接墊接合，而使這些微型發光二極體結構電性連接於顯示基板。

基於上述，在本發明的微型發光二極體結構的設計中，阻障層於磊晶結構上的正投影面積大於且覆蓋電極層於磊晶結構上的正投影面積。也就是說，本發明利用阻障層來包覆住電極層，可以避免後續迴銲製程時產生共晶的問題。因此，本發明的微型發光二極體結構，可具有較佳的電性與結構可靠度，而採用本發明的微型發光二極體結構的微型發光二極體顯示裝置，則可具有較佳的顯示良率。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A是依照本發明的一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。圖1B是圖1A的微型發光二極體結構的俯視示意圖。請先參考圖1A，在本實施例中，微型發光二極體結構100a包括一磊晶結構110a、一電極層120a以及一阻障層130a。磊晶結構110a具有一表面S1。電極層120a配置於磊晶結構110a的表面S1上。阻障層130a配置於電極層120a上。阻障層130a於磊晶結構110a上的正投影面積大於且覆蓋電極層120a於磊晶結構110a上的正投影面積。也就是說，阻障層130a可以包覆住電極層120a，以避免後續回銲製程時產生的共晶現象，可確保本實施例的微型發光二極體結構100a具有較佳的電性及結構可靠度。

詳細來說，在本實施例中，磊晶結構110a包括一第一型半導體層112a、一發光層114a、一第二型半導體層116a以及一貫孔115a。發光層114a位於第一型半導體層112a與第二型半導體層116a之間。貫孔115a貫穿第一型半導體層112a、發光層114a以及部分第二型半導體層116a。第一型半導體層112a與第二型半導體層116a其中的一者為P型半導體層，而第一型半導體層112a與第二型半導體層116a其中的另一者為N型半導體層。再者，本實施例的微型發光二極體結構100a還包括一絕緣層140a，配置於磊晶結構110a上，且覆蓋磊晶結構110a的表面S1以及一周圍表面S2。絕緣層140a具有暴露出第一型半導體層112a的一第一開口142a與暴露出第二型半導體層116a的一第二開口144a，其中絕緣層140a延伸覆蓋至貫孔115a的內壁，且第二開口144a位於貫孔115a內。此處，磊晶結構110a的剖面輪廓例如為梯形輪廓，其中磊晶結構110a中的第一型半導體層112a的側表面、發光層114a的側表面與第二型半導體層116a的側表面可以是二階段地斜向延伸連接，而絕緣層140a則沿著磊晶結構110a的輪廓配置於磊晶結構110a上而有較佳良率。

再者，本實施例的電極層120a包括一第一型電極122a以及一第二型電極124a，其中第一型電極122a與該第二型電極124a為相反電性。第一型電極122a配置於絕緣層140a上且延伸至第一開口142a內並與第一型半導體層112a電性連接。第二型電極124a配置於絕緣層140a上且延伸至第二開口144a內並與第二型半導體層116a電性連接。電極層120a例如為一多層膜結構，其中電極層120a的材質例如是銅、鋁、鉑、鈦、金、銀、鉻或上述的組合，但不以此為限。此處，第一型電極122a與第二型電極124a皆位於磊晶結構110a的同一側，意即本實施例的微型發光二極體結構100a具體化為一覆晶式微型發光二極體結構。

再者，本實施例的阻障層130a包括一第一阻障部132a以及一第二阻障部134a。第一阻障部132a覆蓋第一型電極122a，且直接接觸絕緣層140a與第一型電極122a。第二阻障部134a覆蓋第二型電極124a，且直接接觸絕緣層140a與第二型電極124a。此處，第一阻障部132a與第二阻障部134a在遠離第一型電極122a及第二型電極124a的一側具有平坦表面。

較佳地，在本實施例中，電極層120a於磊晶結構110a上的正投影面積與阻障層130a於磊晶結構110a上的正投影面積，較佳地，小於等於0.95且大於等於0.5，可確保後續接合時阻障層130a能夠完全地覆蓋電極層120a以提供足夠的保護力。再者，本實施例的阻障層130a的厚度T與磊晶結構110a的一厚度T1的比值，較佳地，小於等於0.1。若比值在0.1以上，則會影響到後續的接觸電性。請再參考圖1A，阻障層130a的一第一邊緣E1與各自對應的電極層120a的一第二邊緣E2之間具有一間距G(此處例如是第二阻障部134a與第二型電極124a的間距)，且間距G與阻障層130a的一寬度W比值大於等於0.05且小於等於0.5，其中間距G例如是大於等於0.3微米且小於等於10微米，可確保阻障層130a能夠完全地覆蓋電極層120a以提供足夠的保護力。此外，第一阻障部132a與第二阻障部134a之間具有一水平距離H，且水平距離H與磊晶結構110a於同一方向的一寬度L的比值大於等於0.01且小於等於0.3，其中水平距離H例如是介於0.3微米至15微米之間，可避免後續接合時產生短路的現象。

另外，請再參考圖1A與圖1B，在本實施例中，微型發光二極體結構100a還包括一銲料層150a，配置於阻障層130a上。此處，銲料層150a於磊晶結構110a上的正投影面積例如是等於阻障層130a於磊晶結構110a上的正投影面積。意即，銲料層150a與阻障層130a可採用同一道黃光進行作業，可有效地降低生產成本。再者，在本實施例中，阻障層130a的厚度T與銲料層150a的厚度T2的比值小於等於0.2，較佳地，為0.03至0.2。此外，阻障層130a的熔點大於銲料層150a的熔點，用以有效地阻隔銲料層150a與電極層120a。此處，銲料層150a的材質例如是錫或錫合金，而阻障層130a的材質例如是鎳、鉑、鈦鎢或鎢，但不以此為限。

簡言之，在本實施例中，阻障層130a於磊晶結構110a上的正投影面積大於且覆蓋電極層120a於磊晶結構110a上的正投影面積。也就是說，本實施例利用阻障層130a來包覆住電極層120a，藉此來有效地阻隔銲料層150a與電極層120a，可以避免後續迴銲製程時銲料層150a與電極層120a形成共晶的問題。因此，本實施例的微型發光二極體結構100a，可具有較佳的電性與結構可靠度。特別說明的是，微型發光二極體結構100b也可以如圖1C所示，銲料層150b具體化為兩銲球。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參照前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。請同時參照圖1A以及圖2，本實施例的微型發光二極體結構100c與圖1A的微型發光二極體結構100a相似，兩者差異在於：在本實施例中，電極層120c的第一型電極122c具有一第一凹槽123，而第二型電極124c具有一第二凹槽125。阻障層130c的第一阻障部132c延伸至第一凹槽123內且與第一型電極122c共形設置。意即，第一阻障部132c亦具有凹槽133的設計。阻障層130c的第二阻障部134c延伸至第二凹槽125內且與第二型電極124c共形設置。意即，第二阻障部134c亦具有凹槽135的設計。銲料層150a配置於第一阻障部132c與第二阻障部134c上，且填入第一阻障部132c的凹槽133以及第二阻障部134c的凹槽135，使得後續接合時透過凹槽133和凹槽135形成容置空間，更可有效避免電極層120c和阻障層130c的接觸。

圖3是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。請同時參照圖1A以及圖3，本實施例的微型發光二極體結構100d與圖1A的微型發光二極體結構100a相似，兩者差異在於：在本實施例中，磊晶結構110d的型態不同於磊晶結構110a的型態。詳細來說，在本實施例中，第一型半導體層112d、發光層114d以及第二型半導體層116d的一第一部分116d1構成一平台M。第二型半導體層116d的一第二部分116d2形成相對於平台M的一基底B。絕緣層140d的第一開口142d位於平台M，而第二開口144d暴露出第二型半導體層116d的第二部分116d2且位於基底B。具體來說，此處的微型發光二極體結構100d例如為一水平式微型發光二極體結構。

圖4是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。請同時參照圖1A以及圖4，本實施例的微型發光二極體結構100e與圖1A的微型發光二極體結構100a相似，兩者差異在於：在本實施例中，阻障層130e至少包覆部分電極層120a的一周圍表面。詳細來說，第一阻障部132e包覆部分第一型電極122a的周圍表面S3，而第二阻障部134e包覆部分第二型電極124a的周圍表面S4。也就是說，第一型電極122a的周圍表面S3與第二型電極124a的周圍表面S4沒有完全被第一阻障部132e與第二阻障部134e所覆蓋，因此在後續接合時多了容許空間讓阻障層130e可以在高壓高溫下變形時同時覆蓋第一型電極122a的周圍表面S3與第二型電極124a的周圍表面S4，也避免溢流接合造成短路。

圖5是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。請同時參照圖1A以及圖5，本實施例的微型發光二極體結構100f與圖1A的微型發光二極體結構100a相似，兩者差異在於：在本實施例中，阻障層130f包覆部分銲料層150f的一周圍表面S5。詳細來說，第一阻障部132f及第二阻障部134f包覆對應的銲料層150f的部分周圍表面S5，可以避免銲料層150f於迴銲製程之後溢出。

圖6是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。請同時參照圖1A以及圖6，本實施例的微型發光二極體結構100g與圖1A的微型發光二極體結構100a相似，兩者差異在於：在本實施例中，銲料層150g於磊晶結構110a上的正投影面積大於阻障層130a於磊晶結構110a上的正投影面積。也就是說，可採用不同的製程來製作銲料層150g與阻障層130a，除有效地阻隔銲料層150a與電極層120a，亦可增加銲料層接合後續顯示背板的接墊時的接合面積。

圖7是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的俯視示意圖。請同時參照圖1B以及圖7，本實施例的微型發光二極體結構100i與圖1B的微型發光二極體結構100a相似，兩者差異在於：在本實施例中，銲料層150i於磊晶結構110a上的正投影面積小於阻障層130i於磊晶結構110a上的正投影面積且大於電極層120a於磊晶結構110a上的正投影面積。意即，銲料層150i於磊晶結構110a上的正投影面積小於對應的第一阻障部132i於磊晶結構110a上的正投影面積且大於第一型電極122a於磊晶結構110a上的正投影面積。銲料層150i於磊晶結構110a上的正投影面積小於對應的第二阻障部134i於磊晶結構110a上的正投影面積且大於第二型電極124a於磊晶結構110a上的正投影面積。較佳地，銲料層150i於磊晶結構110a上的正投影面積與阻障層130i於磊晶結構110a上的正投影面積的比值例如是小於等於0.9且大於等於0.5，小於0.5可能讓後續接合的銲料層150i接合強度不夠，而銲料層150i於磊晶結構110a上的正投影面積與電極層120a於磊晶結構110a上的正投影面積的比值如是大於1且小於等於1.5。

由於銲料層150i於磊晶結構110a上的正投影面積小於阻障層130i於磊晶結構110a上的正投影面積，意即銲料層150i相對於阻障層130i內縮一距離，可有效地降低銲料層150i於後續迴銲製程時產生的外溢風險。亦可以如圖8所示，銲料層150j於磊晶結構110a上的正投影面積小於阻障層130j於磊晶結構110a上的正投影面積以及電極層120a於磊晶結構110a上的正投影面積，於運用於微型發光二極體結構100j更小時，例如是小於等於15微米時，能有效地阻隔銲料層150j與電極層120a。

圖9是依照本發明的一實施例的一種微型發光二極體顯示裝置的剖面示意圖。請參考圖9，在本實施例中，微型發光二極體顯示裝置10包括一顯示基板20以及例如是圖1C的微型發光二極體結構100b，其中微型發光二極體結構100b配置於顯示基板20上。詳細來說，在本實施例中，顯示基板20包括多個接墊22，而銲料層150b與接墊22接合而使微型發光二極體結構100b配置於顯示基板20上並電性連接顯示基板20。透過阻障層130a於顯示基板20上的正投影面積大於且覆蓋電極層120a於顯示基板20上的正投影面積，可有效地避免微型發光二極體結構100b與顯示基板20接合時，因共晶接合的高溫高壓製程，使銲料層150b外溢而與電極層120a的第一型電極122a與第二型電極124a產生共晶的問題。此處，阻障層130a於顯示基板20上的正投影面積大於電極層120a且小於等於接墊22於顯示基板20上的正投影面積，銲料層150b於顯示基板20上的正投影面積大於等於阻障層130a於顯示基板20上的正投影面積，可有效地保護微型發光二極體結構100b與顯示基板20接合時，銲料層150b外溢，亦同時經由較大的接墊面積和銲料層面積而得到較佳的接合。因此，本實施例的微型發光二極體顯示裝置10可具有較佳的顯示良率。

值得一提的是，於其他未繪示的實施例中，微型發光二極體顯示裝置可依據需求而包括至少任一個微型發光二極體結構100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100i、100j，本發明並不加以限制。也就是說，微型發光二極體結構的個數可以為一個或多個，可為相同的結構或不同的結構，可依需求而自行選擇。再者，微型發光二極體結構可為紅色微型發光二極體結構、藍色微型發光二極體結構或是綠色微型發光二極體結構。此外，本實施例的顯示基板20可例如是一互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）基板、一矽基液晶（Liquid Crystal on Silicon, LCOS）基板、一薄膜電晶體（Thin Film Transistor, TFT）基板或是其他具有工作電路的基板，於此並不加以限制。

綜上所述，在本發明的微型發光二極體結構的設計中，阻障層於磊晶結構上的正投影面積大於且覆蓋電極層於磊晶結構上的正投影面積。也就是說，本發明利用阻障層來包覆住電極層，可以避免後續迴銲製程時產生共晶的問題。因此，本發明的微型發光二極體結構，可具有較佳的電性與結構可靠度，而採用本發明的微型發光二極體結構的微型發光二極體顯示裝置，則可具有較佳的顯示良率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:微型發光二極體顯示裝置 20:顯示基板 22:接墊 100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100i、100j:微型發光二極體結構 110a、110b、110d:磊晶結構 112a、112b、112d:第一型半導體層 114a、114b、114d:發光層 115a、115b:貫孔 116a、116b、116d:第二型半導體層 116d1:第一部分 116d2:第二部分 120a、120c:電極層 122a、122c:第一型電極 123:第一凹槽 124a、124c:第二型電極 125:第二凹槽 130a、130c、130e、130f、130i、130j:阻障層 132a、132c、132e、132f、132i、132j:第一阻障部 133、135:凹槽 134a、134c、134e、134f、134i、134j:第二阻障部 140a、140d:絕緣層 142a、142d:第一開口 144a、144d:第二開口 150a、150b、150f、150g、150i、150j:銲料層 B:基底 E1:第一邊緣 E2:第二邊緣 G:間距 H:水平距離 L、W:寬度 M:平台 S1:表面 S2、S3、S4、S5:周圍表面 T、T1、T2:厚度

圖1A是依照本發明的一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。 圖1B是圖1A的微型發光二極體結構的俯視示意圖。 圖1C是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。 圖2是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。 圖3是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。 圖4是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。 圖5是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。 圖6是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的剖面示意圖。 圖7是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的俯視示意圖。 圖8是依照本發明的另一實施例的一種微型發光二極體結構的俯視示意圖。 圖9是依照本發明的一實施例的一種微型發光二極體顯示裝置的剖面示意圖。

100a:微型發光二極體結構

110a:磊晶結構

112a:第一型半導體層

114a:發光層

115a:貫孔

116a:第二型半導體層

120a:電極層

122a:第一型電極

124a:第二型電極

130a:阻障層

132a:第一阻障部

134a:第二阻障部

140a:絕緣層

142a:第一開口

144a:第二開口

150a:銲料層

E1:第一邊緣

E2:第二邊緣

G:間距

H:水平距離

L、W:寬度

S1:表面

S2:周圍表面

T、T1、T2:厚度

Claims (12)

1. 一種微型發光二極體結構，包括：一磊晶結構，具有一表面；一電極層，配置於該磊晶結構的該表面上；以及一阻障層，配置於該電極層上，其中該阻障層於該磊晶結構上的正投影面積大於且覆蓋該電極層於該磊晶結構上的正投影面積，且該阻障層至少包覆部分該電極層的一周圍表面。
2. 如請求項1所述的微型發光二極體結構，其中該電極層包括一第一型電極以及一第二型電極，而該阻障層包括一第一阻障部以及一第二阻障部，該第一阻障部覆蓋該第一型電極，而該第二阻障部覆蓋該第二型電極，且該第一型電極與該第二型電極為相反電性。
3. 如請求項2所述的微型發光二極體結構，更包括：一絕緣層，配置於該磊晶結構上，且覆蓋該磊晶結構的該表面以及一周圍表面，該磊晶結構包括一第一型半導體層、一發光層以及一第二型半導體層，該發光層位於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間，該絕緣層具有暴露出該第一型半導體層的一第一開口與暴露出該第二型半導體層的一第二開口，該第一型電極配置於該絕緣層上且延伸至該第一開口內並與該第一型半導體層電性連接，該第二型電極配置於該絕緣層上且延伸至該第二開口內並與該第二型半導體層電性連接。
4. 如請求項3所述的微型發光二極體結構，其中該第一阻障部直接接觸該絕緣層與該第一型電極，而該第二阻障部直接接觸該絕緣層與該第二型電極。
5. 如請求項3所述的微型發光二極體結構，其中該第一型電極具有一第一凹槽，而該第二型電極具有一第二凹槽，該第一阻障部延伸至該第一凹槽內且與該第一型電極共形設置，而該第二阻障部延伸至該第二凹槽內且與該第二型電極共形設置。
6. 如請求項1所述的微型發光二極體結構，其中該阻障層的厚度與該磊晶結構的厚度的比值小於等於0.1。
7. 如請求項2所述的微型發光二極體結構，其中該第一阻障部與該第二阻障部之間具有一水平距離，且該水平距離與該磊晶結構的於同一方向的一寬度的比值大於等於0.01且小於等於0.3。
8. 如請求項1所述的微型發光二極體結構，其中該電極層於該磊晶結構上的該正投影面積與該阻障層於該磊晶結構上的該正投影面積的比值小於等於0.95且大於等於0.5。
9. 如請求項1所述的微型發光二極體結構，其中該阻障層的一第一邊緣與該電極層的一第二邊緣之間具有一間距，該間距與該阻障層的一寬度比值大於等於0.05且小於等於0.5。
10. 如請求項1所述的微型發光二極體結構，更包括：一銲料層，配置於該阻障層上，其中該阻障層的厚度與該銲料層的厚度的比值小於等於0.2。
11. 如請求項10所述的微型發光二極體結構，其中該銲料層於該磊晶結構上的正投影面積小於等於該阻障層於該磊晶結構上的該正投影面積。
12. 一種微型發光二極體顯示裝置，包括：一顯示基板，包括多個接墊；多個微型發光二極體結構，配置於該顯示基板上，其中各該些微型發光二極體結構包括：一磊晶結構，具有一表面；一電極層，配置於該磊晶結構的該表面上；一阻障層，配置於該電極層上，其中該阻障層於該顯示基板上的正投影面積大於且覆蓋該電極層於該顯示基板上的正投影面積，且該阻障層至少包覆部分該電極層的一周圍表面；以及一銲料層，配置於該阻障層上，其中該銲料層與對應的各該些接墊接合而使該些微型發光二極體結構電性連接於該顯示基板。

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