TWI838865B - 發光二極體裝置 - Google Patents
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Abstract
提供一種發光二極體裝置，包括像素結構，其包括第一至第三發光二極體晶粒、保護層、第一至第四線路層。第一與第二發光二極體晶粒並排於第三發光二極體晶粒相對出光面之非出光面的頂面上，第一與第二發光二極體晶粒於頂面上的第一與第二垂直投影彼此不互相重疊；保護層開口對應的第一線路層的第一接合面和第二線路層的第二接合面於頂面上的垂直投影與第一垂直投影重疊，且與第二垂直投影分隔，保護層開口對應的第三線路層的第三接合面與第四線路層的第四接合面於頂面上的垂直投影與第二垂直投影重疊，且與第一垂直投影分隔。
Description
本揭露是關於發光二極體裝置，特別是關於發光二極體裝置的像素結構。
由於發光二極體具有低耗電的優點，發光二極體(light-emitting diode, LED)顯示螢幕成為顯示技術領域的主流。然而，在發光二極體顯示螢幕製程期間，由紅、綠、藍三原色發光二極體組合而成的像素結構會因為發光二極體本身元件厚度及尺寸無法進一步微縮導致像素結構深寬比過高，增加發光二極體接合製程及佈線製程的複雜度，使現有的發光二極體的像素結構難以達到小間距、大發光面積、高製程良率和低成本的目標。
因此，仍需要進一步改良發光二極體的像素結構，以製造出符合產品需求的顯示裝置。
本揭露一些實施例提供一種發光二極體裝置。發光二極體裝置包括像素結構，像素結構包括第一發光二極體晶粒、第二發光二極體晶粒、第三發光二極體晶粒、保護層、第一線路層、第二線路層、第三線路層和第四線路層。第三發光二極體晶粒具有彼此相對的出光面和頂面，其中第一發光二極體晶粒與第二發光二極體晶粒並排於頂面上，第一發光二極體晶粒於頂面上具有第一垂直投影，第二發光二極體晶粒於頂面上具有第二垂直投影，第一垂直投影與第二垂直投影彼此不互相重疊；保護層覆蓋第一發光二極體晶粒、第二發光二極體晶粒和第三發光二極體晶粒；彼此分離的第一線路層、第二線路層、第三線路層和第四線路層位於第三發光二極體晶粒與保護層之間，保護層具有多個開口，開口分別對應位於第一線路層的第一接合面上、第二線路層的第二接合面上、第三線路層的第三接合面上和第四線路層的第四接合面上，其中第一接合面和第二接合面於頂面上的垂直投影分別與第一垂直投影重疊，且皆與第二垂直投影分隔，第三接合面與第四接合面於頂面上的垂直投影分別與第二垂直投影重疊，且皆與第一垂直投影分隔。
以下參照本發明實施例之圖式以更全面地闡述本揭露。然而，本揭露亦可以各種不同的實施方式實現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度可能會為了清楚起見而放大，並且在各圖式中相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件。
本揭露實施例提供一種發光二極體裝置。上述發光二極體裝置在一個小型或微型發光二極體晶粒的頂面上並排堆疊兩個小型或微型發光二極體晶粒以形成單一像素結構，並搭配各個發光二極體晶粒的線路層及四個接合面(包括三個發光二極體晶粒各自的陽極接合面和共陰極接合面)配置，使其中兩個陽極接合面位於並排堆疊的發光二極體晶粒的其中一個上方，其中另一個陽極接合面和共陰極接合面位於並排堆疊的發光二極體晶粒的其中另一個上方，且發光二極體裝置的出光面位於下方發光二極體晶粒的頂面的相對側。本揭露實施例的發光二極體裝置可進一步縮小像素結構體積、簡化製程、提升發光面積及降低成本。其中，小型發光二極體晶粒帶有原生基板，而微型發光二極體晶粒則不帶有原生基板。
第1圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的立體示意圖。第2圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的俯視示意圖。第3A圖為沿第2圖所示的本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的像素結構550a的X-X’切線的剖面示意圖。發光二極體裝置500包括像素結構550(包括第3A、3B圖像素結構550a、550b)，像素結構550包括第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400和保護層424。為了方便說明，第1圖僅顯示第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400，保護層424和其餘部件可見於第3A圖的剖面示意圖。
如第3A圖所示，第三發光二極體晶粒400具有彼此相對的出光面401和頂面403，第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300並排於第三發光二極體晶粒400的頂面403上。如第2圖所示，第一發光二極體晶粒200於第三發光二極體晶粒400的頂面403上具有第一垂直投影200A，第二發光二極體晶粒300於第三發光二極體晶粒400的頂面403上具有第二垂直投影300A。第一垂直投影200A與第二垂直投影300A彼此不互相重疊。
如第3A圖所示，第一發光二極體晶粒200包括遠離第三發光二極體晶粒400的頂面403的第一電極210和第二電極212，第二發光二極體晶粒300包括遠離第三發光二極體晶粒400的頂面403的第一電極310和第二電極312，第三發光二極體晶粒400包括遠離出光面401的第一電極410和第二電極412。在一些實施例中，第一電極210、310、410具有相同極性，且與第二電極212、312、412的極性相反。在一些實施例中，第一電極210、310、410和第二電極212、312、412包括鉻(Cr)、鋁(Al)、鎳(Ni)、金(Au)、鉑(Pt)、錫(Sn)、銅(Cu)或上述之組合的導電材料，且可利用例如蒸鍍或電鍍的鍍覆製程及後續的圖案化製程形成。
另外，第一發光二極體晶粒200包括覆蓋其側壁205和部分頂面203的絕緣層206，第二發光二極體晶粒300包括覆蓋其側壁305和部分頂面303的絕緣層306，第三發光二極體晶粒400包括覆蓋其側壁405和部分頂面403的絕緣層406。在一些實施例中，絕緣層206、306、406包括二氧化矽(SiO
2)、氧化鋁(Al
2O
3)、二氧化鈦(TiO
2)等具有良好階梯覆蓋性的絕緣材料，且可利用例如化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)等沉積製程形成。在一些實施例中，絕緣層206、306、406包括聚醯亞胺(PI)、環氧樹脂(Epoxy)、苯並環丁烯(Benzocyclobutene，BCB)等具有低介電常數以良好及階梯覆蓋性的絕緣材料，且可利用例如旋轉塗佈(spin coating)、噴塗(spray coating) 或其他合適之塗佈製程形成。
如第2圖所示，第一發光二極體晶粒200具有第一俯視面積(與第一垂直投影200A的形狀及尺寸相同)，第二發光二極體晶粒300具有第二俯視面積(與第二垂直投影300A的形狀及尺寸相同)，第三發光二極體晶粒具有第三俯視面積400A。在一些實施例中，第一發光二極體晶粒200的第一俯視面積相同於或不同於第二發光二極體晶粒300的第二俯視面積。在一些實施例中，第一俯視面積和第二俯視面積的總和面積小於第三俯視面積400A。
如第3A圖所示，第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300的出光面(圖未顯示)均朝向第三發光二極體晶粒400的出光面401，以使第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300所發出的色光與第三發光二極體晶粒400發出的色光混合出光。在一些實施例中，第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400可發出不同色光(例如紅色光R、綠色光G、藍色光B)。並且舉例來說，第一發光二極體晶粒200可發射第一色光，第二發光二極體晶粒300發射第二色光，第三發光二極體晶粒400發射第三色光，上述第一色光、第二色光和第三色光分別具有不同波長範圍。舉例來說，如第3A圖所示，當第一色光為紅色光(R)、第二色光為藍色光(B)、第三色光為綠色光(G)時，第三色光波長範圍介於該第一色光波長範圍與該第二色光波長範圍之間。舉例來說，當第一色光為紅色光(R)、第二色光為綠色光(G)、第三色光為藍色光(B)時，第二色光波長範圍介於第一色光波長範圍與第三色光波長範圍之間。
在一些實施例中，第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400包括小型發光二極體晶粒、微型發光二極體晶粒或其他適合的發光二極體晶粒。舉例來說，第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300可為微型發光二極體晶粒，第三發光二極體晶粒400可為小型發光二極體晶粒，如同在第3A圖所示之實施例中，第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300不包括原生基板，而第三發光二極體晶粒400包括接近出光面401的原生基板402。再舉例來說，第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400皆可為微型發光二極體晶粒，於是在其他實施例中，第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400皆不包括原生基板。
如第3A圖所示，發光二極體裝置500的像素結構550a更包括透明接合層414。透明接合層414夾設於第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400之間，且覆蓋絕緣層406。在一些實施例中，透明接合層414包括苯並環丁烯(Benzocyclobutene，BCB)、SU-8環氧樹脂、矽膠(Silicone)、環氧樹脂(Epoxy)、旋塗玻璃(SOG)或上述之組合，且可利用例如旋轉塗佈(spin coating)或其他合適之塗佈製程及後續的圖案化製程形成。
如第3A、3B圖所示，發光二極體裝置500的像素結構550更包括保護層424，覆蓋第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400。在一些實施例中，保護層424包括聚亞醯胺(PI)、苯並環丁烯(Benzocyclobutene，BCB)、聚對二甲苯(Parylene)、萘聚合物(Polynaphthalenes)、氟碳化物(Fluorocarbons)、丙烯酸酯(Acrylates)或上述之組合，且可藉由塗佈或其他合適製程及後續的圖案化製程形成保護層424。
如第2、3A圖所示，發光二極體裝置500的像素結構550a更包括彼此分離的第一線路層502、第二線路層504、第三線路層506和第四線路層508，位於第三發光二極體晶粒400與保護層424之間。在一些實施例中，第一線路層502和第二線路層504分別設置於第一發光二極體晶粒200的頂面203上，且遠離於第三發光二極體晶粒400，使第一發光二極體晶粒200夾設於第一線路層
502、第二線路層504和第三發光二極體晶粒400之間。第三線路層506和第四線路層508分別設置於第二發光二極體晶粒300的頂面303上，且遠離於第三發光二極體晶粒400，使第二發光二極體晶粒300夾設於第三線路層506、第四線路層508和第二發光二極體晶粒300。並且，第二線路層504可延伸覆蓋第二發光二極體晶粒300的頂面403，第四線路層508可延伸覆蓋第三發光二極體晶粒400的頂面403且與第二發光二極體300晶粒電性絕緣。
如第3A圖所示，第二線路層504將第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400的第一電極210、310、410同時電性連接起來，而第一線路層502、第三線路層506和第四線路層508分別電性連接第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400的第二電極212、312、412。在一些實施例中，第二線路層504同時電性連接具有相同極性的第一發光二極體晶粒200的第一電極210、第二發光二極體晶粒300的第一電極310和第三發光二極體晶粒400的第一電極410，以使第一發光二極體晶粒200的第一電極210、第二發光二極體晶粒300的第一電極310和第三發光二極體晶粒400的第一電極410彼此電性連接(當第一電極為陰極時，第二線路層504視為共陰極線路層)。並且，具有相同極性的第一發光二極體晶粒200的第二電極212、第二發光二極體晶粒300的第二電極312和第三發光二極體晶粒400的第二電極412分別電性連接第一線路層502、第三線路層506和第四線路層508。在一些實施例中，第一線路層502、第三線路層506和第四線路層508包括鉻(Cr)、鋁(Al)、鎳(Ni)、金(Au)、鉑(Pt)、錫(Sn)、銅(Cu)或上述之組合的導電材料，且可利用例如蒸鍍或電鍍的鍍覆製程及後續的圖案化製程形成。
保護層424具有多個開口(圖未顯示)，上述多個開口分別對應位於第一線路層502的第一接合面502T上、第二線路層504的第二接合面504T上、第三線路層506的第三接合面506T上和第四線路層508的第四接合面508T上。如第2圖所示，第一接合面502T和第二接合面504T於第三發光二極體晶粒400的頂面403上的垂直投影502TA、504TA分別與第一垂直投影200A重疊，且皆與第二垂直投影300A分隔，第三接合面506T與第四接合面508T於第三發光二極體晶粒400的頂面403上的垂直投影506TA、508TA分別與第二垂直投影300A重疊，且皆與第一垂直投影200A分隔。在一些實施例中，第一接合面502T、第二接合面504T、第三接合面506T和第四接合面508T可為自保護層424開口露出的第一線路層502、第三線路層506和第四線路層508的接合面，也可包括在第一接合面502T、第二接合面504T、第三接合面506T和第四接合面508T上再形成的金屬墊(圖未顯示)。在一些實施例中，第一接合面502T、第二接合面504T、第三接合面506T和第四接合面508T實質上為共平面。
第3B圖為沿第2圖所示的本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的像素結構550b的X-X’切線的剖面示意圖，圖中與第1、2、3A圖相同或相似之元件符號表示相同或相似之元件。如第3B圖所示，發光二極體裝置500的像素結構550b與像素結構550a的不同處為像素結構550b進一步包括分散式布拉格反射鏡418，用以增加發光二極體裝置500的發光效率。分散式布拉格反射鏡418可夾設於保護層424與第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400之間。在一些實施例中，分散式布拉格反射鏡順應性覆蓋第一發光二極體晶粒200的側壁205、第二發光二極體晶粒300的側壁305和第三發光二極體晶粒400的側壁405。並且，分散式布拉格反射鏡418覆蓋第一發光二極體晶粒200未被第一電極210和第二電極212覆蓋的部分頂面203，以及第二發光二極體晶粒300未被第一電極310和第二電極312覆蓋的部分頂面303。另外，分散式布拉格反射鏡418接觸第一線路層502、第二線路層504、第三線路層506和第四線路層508。在一些實施例中，分散式布拉格反射鏡418包括由兩種以上具有不同折射率之同質或異質材料之薄膜相互堆疊所構成。舉例來說，分散式布拉格反射鏡418可由二氧化矽(SiO
2)與二氧化鈦(TiO
2)交互堆疊所構成、由二氧化矽(SiO
2)/氧化鋁(Al
2O
3)/二氧化鈦(TiO
2)交互堆疊所構成、或由二氧化鈦(TiO
2)/二氧化矽(SiO
2)/五氧化二鉭(Ta
2O
5)交互堆疊所構成。在一些實施例中，分散式布拉格反射鏡418利用例如蒸鍍、原子層沉積(ALD)、金屬有機氣相化學沉積(MOCVD)等沉積製程及後續的圖案化製程形成。
以下說明發光二極體裝置500的形成方法。第4A、5A、6A、7A圖為形成如第1圖所示的本揭露一些實施例之發光二極體裝置500在不同階段的俯視示意圖。第4B、5B、6B圖分別為沿第4A、5A、6A圖的A-A’切線的剖面示意圖，顯示形成如第1圖所示的本揭露一些實施例之發光二極體裝置500在不同階段的剖面示意圖。第7B圖為第7A圖的像素區域700的放大示意圖，其顯示形成本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的中間步驟的像素結構550中第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400的配置。第7C圖為沿第7B圖的X-X’切線的剖面示意圖，顯示形成如第1圖所示的本揭露一些實施例之發光二極體裝置500在不同階段的剖面示意圖。圖中與第1、2、3A、3B圖相同或相似之元件符號表示相同或相似之元件。為了方便說明，第4A、5A、6A、7A圖僅顯示第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400，其餘部件(包括載板250、350、原生基板402、第一電極210、310、410、第二電極212、312、412、轉移裝置252、352、絕緣層406和透明接合層414等)可見於第4B、5B、6B、7C圖的剖面示意圖。
請參考第4A、4B、5A、5B、6A、6B圖，分別提供以陣列方式設置於載板250上的多個第一發光二極體晶粒200、以陣列方式設置於載板350上的多個第二發光二極體晶粒300以及以陣列方式成長於原生基板402上的多個第三發光二極體晶粒400。在一些實施例中，第一發光二極體晶粒200之間的間距、第二發光二極體晶粒300之間的間距、第三發光二極體晶粒400之間的間距可以相同或不同。
接著，可利用轉移裝置252、352進行例如印章轉移(stamp transfer)的巨量轉移製程，將選擇的第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300轉移至第三發光二極體晶粒400的對應位置上。如第4A、4B、5A、5B圖所示，分別對轉移裝置252、352施加向下壓力(如第4B、5B圖向下箭頭所示)，利用轉移裝置252、352的轉置頭254、354(例如，聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)轉置頭)選擇性吸附位於載板250、350上之任意數量的第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300，以轉移至第三發光二極體晶粒400的對應位置上，並接觸透明接合層414完成接著固定。舉例來說，可依據第三發光二極體晶粒400陣列的間距以及第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300設置於第三發光二極體晶粒400的對應位置來選擇性(例如每隔一個、每隔兩個或其他選擇性方式)吸附第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300並轉移至第三發光二極體晶粒400的頂面403上，以使在每一個像素區域700中並排設置一個第一發光二極體晶粒200和一個第二發光二極體晶粒300於一個第三發光二極體晶粒400上，如第7A、7B、7C圖所示。
接著，如第8圖所示，進行沉積製程及後續的圖案化製程，於第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400上形成彼此分離的第一線路層502、第二線路層504、第三線路層506和第四線路層508。第一線路層502覆蓋第一發光二極體晶粒200的部分頂面203，且電性連接第一發光二極體晶粒200的第二電極212。第二線路層504從第一發光二極體晶粒200的部分頂面203和側壁205延伸覆蓋第三發光二極體晶粒400的部分頂面403和第二發光二極體晶粒300的部分頂面303和側壁305且同時電性連接第一發光二極體晶粒200的第一電極210、第二發光二極體晶粒300的第一電極310和第三發光二極體晶粒400的第一電極410。第三線路層506電性連接第二發光二極體晶粒300的第二電極312。第四線路層508電性連接第三發光二極體晶粒400的第二電極412，並延伸覆蓋第三發光二極體晶粒400的部分頂面403。
接著，如第3A圖所示，進行塗佈製程和後續的圖案化製程形成覆蓋第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400的保護層424。保護層424覆蓋部分第一線路層502、第二線路層504、第三線路層506和第四線路層508，且具有多個開口(圖未顯示)以定義第一線路層502的第一接合面502T、第二線路層504的第二接合面504T、第三線路層506的第三接合面506T和第四線路層508的第四接合面508T的位置。經過上述製程之後，形成本揭露一些實施例之包括像素結構550a的發光二極體裝置500形成的陣列。
在本揭露一些實施例中，在進行類似第7A-7C圖所示的製程之後，如第3B圖所示，進行沉積製程及後續的圖案化製程，在第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400上形成分散式布拉格反射鏡418。分散式布拉格反射鏡418從第三發光二極體晶粒400的側壁405延伸覆蓋上方的第一發光二極體晶粒200的側壁205和部分頂面203，以及第二發光二極體晶粒300的側壁305和部分頂面303，以使第一發光二極體晶粒200的第一電極210和第二電極212和第二發光二極體晶粒300的第一電極310和第二電極212從分散式布拉格反射鏡418暴露出來。在一些實施例中，分散式布拉格反射鏡418可在形成第一線路層502、第二線路層504、第三線路層506和第四線路層508之前形成。在另一些實施例中，分散式布拉格反射鏡418可在形成第一線路層502、第二線路層504、第三線路層506和第四線路層508之後形成。經過上述製程之後，形成本揭露一些實施例之包括像素結構550b的發光二極體裝置500形成的陣列。
第9A、9B圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的像素結構550a1的俯視示意圖。第9A圖顯示像素結構550a1中第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400與第一線路層502、第二線路層504、第三線路層506和第四線路層508的配置。第9B圖顯示像素結構550a1中第一線路層502的第一接合面502T、第二線路層504的第二接合面504T、第三線路層506的第三接合面506T和第四線路層508的第四接合面508T與保護層424的配置。
如第9A圖所示，在一些實施例中，電性連接第二電極212的第一線路層502和電性連接第一電極210、310、410的第二線路層504分別設置於第一發光二極體晶粒200的頂面203上，且遠離於第三發光二極體晶粒400。並且，第二線路層504延伸覆蓋第二發光二極體晶粒300的頂面303和第三發光二極體晶粒400的頂面403。電性連接第二電極312的第三線路層506和電性連接第二電極412的第四線路層508分別設置於第二發光二極體晶粒300的頂面303上，且遠離於第三發光二極體晶粒400。並且，第四線路層508延伸覆蓋第三發光二極體晶粒400的頂面403。
如第9B圖所示，在一些實施例中，與保護層424的開口對應的第一接合面502T及第二接合面504T的垂直投影502TA、504TA完全位於第一垂直投影200A內，且與保護層424的開口對應的第三接合面506T及第四接合面508T的垂直投影506TA、508TA完全位於第二垂直投影300A內。並且，第一接合面502T、第二接合面504T、第三接合面506T和第四接合面508T分別接近像素結構550a1的四個角落。
在一些實施例中，由於第三發光二極體晶粒400的半導體磊晶堆疊結構404(請參考第3A圖，包括第一導電類型半導體層、第二導電類型半導體層及發光層(圖未顯示))的第一導電類型半導體層404-1會從側壁405暴露出來，因此可改變共電極線路層504(例如第9A圖的第二線路層(共陰極線路層)504)的連接方式，將第一發光二極體晶粒200的第一電極210和第二發光二極體晶粒300的第一電極310藉由不同的線路層電性連接第三發光二極體晶粒400的第一導電類型半導體層404-1，以取代電性連接第三發光二極體晶粒400的第一電極410。第10A、10B圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的像素結構550a2的俯視示意圖。第10A圖顯示像素結構550a2中第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400與第一線路層502、第二線路層504a1、第三線路層506、第四線路層508和第五線路層504a2的配置。第10B圖顯示像素結構550a2中第一線路層502的第一接合面502T、第二線路層504a1的第二接合面504T、第三線路層506的第三接合面506T和第四線路層508的第四接合面508T與保護層424的配置。圖中與第9A、9B圖相同或相似之元件符號表示相同或相似之元件。如第10A圖所示，發光二極體裝置500的像素結構550a2與像素結構550a1的不同處為像素結構550a2使用第二線路層504a1和第五線路層504a2以分別將第一發光二極體晶粒200的第一電極210、第二發光二極體晶粒300的第一電極310電性連接至第三發光二極體晶粒400的半導體磊晶堆疊結構404(請參考第3A圖，其包括第一導電類型半導體層、第二導電類型半導體層及發光層(圖未顯示))的第一導電類型半導體層404-1。在一些實施例中，第五線路層504a2設置於第二發光二極體晶粒300的頂面303上，且延伸覆蓋第二發光二極體晶粒300的側面305和第三發光二極體晶粒400。在一些實施例中，第五線路層504a2電性連接第二發光二極體晶粒300的第一電極310和第三發光二極體晶粒400的第一導電類型半導體層404-1。第二線路層504a1延伸至第一發光二極體晶粒200的側面205和第三發光二極體晶粒400，且電性連接第一發光二極體晶粒200的第一電極210和第三發光二極體晶粒400的第一導電類型半導體層404-1。並且，像素結構550a2的第二接合面504T位於第二線路層504a1上。因此，如第10B圖所示，第一接合面502T、第二接合面504T、第三接合面506T和第四接合面508T仍分別接近像素結構550a2的四個角落。
在一些實施例中，可根據發光二極體晶粒的第一電極和第二電極的的設置位置，以相應改變發光二極體裝置500的四個接合面的位置。第11A、11B圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的像素結構550a3的俯視示意圖。第11A圖顯示像素結構550a3中第一發光二極體晶粒200、第二發光二極體晶粒300和第三發光二極體晶粒400與第一線路層502、第二線路層504b、第三線路層506和第四線路層508a的配置。第11B圖顯示像素結構550a3中第一線路層502的第一接合面502T、第二線路層504b的第二接合面504T、第三線路層506的第三接合面506T和第四線路層508a的第四接合面508T與保護層424的配置。圖中與第9A、9B、10A、10B圖相同或相似之元件符號表示相同或相似之元件。如第11A圖所示，發光二極體裝置500的像素結構550a3與像素結構550a1的不同處為像素結構550a3的第二發光二極體晶粒300的第一電極310與第一發光二極體晶粒200的第一電極210和第三發光二極體400的第一電極410位於沿方向100(實質上垂直於第一發光二極體晶粒200和第一發光二極體晶粒200的長軸方向)並排設置。因此，像素結構550a3的第二線路層504b從第一發光二極體晶粒200的頂面203沿方向100延伸覆蓋第三發光二極體400的頂面403和第二發光二極體晶粒300的頂面303。並且，在如第11A圖所示的俯視圖中，第二線路層504b實質上為長條形，且兩末端分別位於第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300的末端部分。像素結構550a3的第三線路層506位於第三線路層506的中間部分。像素結構550a3的第四線路層508a從第二發光二極體晶粒300沿方向100延伸覆蓋第三發光二極體400的頂面403和第一發光二極體晶粒200的頂面203。並且，在如第11A圖所示的俯視圖中，第四線路層508a實質上為長條形，且兩末端分別位於第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300的末端部分。如第11B圖所示，像素結構550a3的第一接合面502T和第三接合面506T分別對應第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300的的中間部分。像素結構550a3的第二接合面504T和第四接合面508T分別接近像素結構550a3的對角線角落。
在一些實施例中，可使用不同尺寸的第一發光二極體晶粒200a和第二發光二極體晶粒300a，並搭配線路層的設計，使四個不同接合面分別接近像素結構的四個角落。第12A、12B圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的像素結構550a4的俯視示意圖。第12A圖顯示像素結構550a4中第一發光二極體晶粒200a、第二發光二極體晶粒300a和第三發光二極體晶粒400與第一線路層502、第二線路層504c、第三線路層506和第四線路層508b的配置。第12B圖顯示像素結構550a4中第一線路層502的第一接合面502T、第二線路層504c的第二接合面504T、第三線路層506的第三接合面506T和第四線路層508b的第四接合面508T與保護層424的配置。圖中與第9A、9B、10A、10B、11A、10B圖相同或相似之元件符號表示相同或相似之元件。如第12A圖所示，發光二極體裝置500的像素結構550a4與像素結構550a1的不同處為像素結構550a4的第一發光二極體晶粒200a和第二發光二極體晶粒300a的尺寸分別小於第9A、9B圖所示的第一發光二極體晶粒200和第二發光二極體晶粒300。因此，第二線路層504c與第一電極210、310、410電性連接部分的線寬小於接近像素結構550a4角落部分的線寬。並且，第四線路層508b與第二電極412電性連接部分的線寬小於接近像素結構550a4角落部分的線寬。如第12B圖所示，在一些實施例中，與保護層424的開口對應的第一接合面502T
及第四接合面508T的垂直投影502TA部分位於第一垂直投影200aA內。與保護層424的開口對應的第二接合面504T及第三接合面506T的垂直投影506TA、508TA部分位於第二垂直投影300aA內。位於第一垂直投影200A內的部分第一接合面502T和第四接合面508T與位於第二垂直投影300aA內的部分第二接合面504T和第三接合面506T共平面。並且，第一接合面502T、第二接合面504T、第三接合面506T和第四接合面508T仍分別接近像素結構550a4的四個角落。
第13、14、15圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的像素結構550b1、550b2、550b3的俯視示意圖。像素結構550b1、550b2、550b3分別與像素結構550a1、550a2、550a3的不同處為像素結構550b1、550b2、550b3分別進一步包括分散式布拉格反射鏡418a、418b、418c。如第13圖所示，像素結構550b1的分散式布拉格反射鏡418a在形成第一線路層502、第二線路層504、第三線路層506和第四線路層508之後形成。如第14圖所示，像素結構550b2的分散式布拉格反射鏡418b在形成第一線路層502、第二線路層504a1、第三線路層506和第四線路層508和第五線路層504a2之後形成。如第15圖所示，像素結構550b3的分散式布拉格反射鏡418c在形成第一線路層502、第二線路層504b、第三線路層506和第四線路層508a之後形成。
第16圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置500的像素結構550b4的俯視示意圖。像素結構550b4與像素結構550a4的不同處為像素結構550b4進一步包括分散式布拉格反射鏡418d。如第16圖所示，像素結構550b4的分散式布拉格反射鏡418d在形成第一線路層502、第二線路層504c、第三線路層506和第四線路層508b之前形成。
第17圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置500a的立體示意圖，其顯示帶有原生基板402(第3A圖)的像素結構550與電路基板600和微型控制元件602的接合方式。在一些實施例中，發光二極體裝置500a進一步包括電路基板600以及設置於電路基板600上的微型控制元件602。例如將圖7A中的發光二極體像素結構陣列進行雷射切割(laser cutting)的切割製程(singulation process)，分離成多個獨立的像素結構550。接著，可進行取放(pick and place)製程，使用例如頂針的拾取頭(pickup-head)選擇性吸附獨立的像素結構550並設置於電路基板600上，並使像素結構550的第一接合面502T、第二接合面504T、第三接合面506T和第四接合面508T(第2圖)分別電性接觸電路基板600的相應焊墊(圖未顯示)，以使微型控制元件602藉由電路基板600的焊墊及線路層(圖未顯示)電性連接像素結構550的第一線路層502、第二線路層504、第三線路層506和第四線路層508，以各別控制不同的像素結構550。
第18圖為本揭露一些實施例之包括電路基板600和微型控制元件602的發光二極體裝置500b的立體示意圖，其顯示移除原生基板402(第3A圖)的像素結構550c與電路基板600和微型控制元件602的接合方式。發光二極體裝置500b與發光二極體裝置500a的不同處為發光二極體裝置500b的的第三發光二極體晶粒不包括原生基板。例如將圖7A中的發光二極體像素結構陣列進行雷射剝離(laser lift-off, LLO)的基板移除製程(substrate removal process)，移除發光二極體裝置500b的像素結構陣列的原生基板402且分離成多個獨立的像素結構550c，以進一步縮小像素結構550c的尺寸。接著，可進行例如印章轉移(stamp transfer)的巨量轉移製程，使用例如聚二甲基矽氧烷(PDMS)轉置頭選擇性吸附獨立的像素結構550c並設置於電路基板600上，並使像素結構550c的第一接合面502T、第二接合面504T、第三接合面506T和第四接合面508T(第2圖)分別電性接觸電路基板600的相應焊墊(圖未顯示)，以使微型控制元件602藉由電路基板600的焊墊及線路層(圖未顯示)電性連接像素結構550c的第一線路層502、第二線路層504、第三線路層506和第四線路層508，以各別控制不同的像素結構550c。
第19A、19B、19C圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置500c的立體示意圖和剖面示意圖，其顯示像素結構550與薄膜電晶體基板610的接合方式。發光二極體裝置500c與發光二極體裝置500b的不同處為發光二極體裝置500c的像素結構550接合至薄膜電晶體基板610以形成例如發光二極體顯示裝置的發光二極體裝置500c。在一些實施例中，發光二極體裝置500進一步包括設置於像素結構550上的薄膜電晶體基板610。如第19A、19B圖所示，在一些實施例中，形成發光二極體裝置500c的像素結構550陣列後，進行半導體製程，在像素結構550上形成薄膜電晶體基板610。薄膜電晶體基板610包括相應各個像素結構550的多個薄膜電晶體612a、612b、612c及線路(圖未顯示)。薄膜電晶體612a、612b、612c及線路電性連接相應像素結構550的第一線路層502的第一接合面502T、第二線路層504的第二接合面504T、第三線路層506的第三接合面506T和第四線路層508的第四接合面508T(第2、3A圖)，以各別控制不同的像素結構550。
如第19A、19C圖所示，在一些實施例中，可將像素結構550陣列與已製備完成的薄膜電晶體基板610進行接合以形成如發光二極體顯示裝置的發光二極體裝置500c。發光二極體裝置500c的各個像素結構550的第一線路層502的第一接合面502T、第二線路層504的第二接合面504T、第三線路層506的第三接合面506T和第四線路層508的第四接合面508T(第2、3A圖)分別電性連接相應的薄膜電晶體612a、612b、612c及線路(圖未顯示) ，以各別控制不同的像素結構550。
本揭露實施例提供一種發光二極體裝置。上述發光二極體裝置在一個發光二極體晶粒的頂面上並排堆疊兩個小型或微型發光二極體晶粒以形成單一像素結構，並搭配各個發光二極體晶粒的線路層配置，使三個陽極接合面和共陰極接合面的其中兩個陽極接合面位於並排堆疊發光二極體晶粒的其中一個上方，其中另一個陽極接合面和共陰極接合面位於並排堆疊發光二極體晶粒的其中另一個上方，且發光二極體裝置的出光面位於下方發光二極體晶粒的頂面的相對側。在一些實施例中，發光二極體裝置的像素結構可與設有微型控制元件的電路基板接合，以各別控制不同的像素結構。在一些實施例中，發光二極體裝置的像素結構陣列可與薄膜電晶體基板接合以形成例如發光二極體顯示裝置，其中薄膜電晶體基板的薄膜電晶體各別控制不同的像素結構。本揭露實施例的發光二極體裝置的利用轉移製程將兩個微型發光二極體晶粒並排堆疊在另一個微型或小型發光二極體晶粒上，因此不需進行複雜度高的晶圓接合製程及高深寬比的線路製程，也可對並排堆疊的發光二極體晶粒預先進行分級(binning)，可進一步縮小像素結構體積、簡化製程、提升良率和降低成本。在一些實施例中，本揭露實施例的發光二極體裝置將例如紅色及藍色發光二極體晶粒並排堆疊在綠色發光二極體晶粒上，像素結構的亮度由下方的綠色發光二極體晶粒控制，可提升發光面積及亮度。在一些實施例中，可以是三個陽極及一個共陰極的設計。在一些實施例中，也可以將三個發光二極體晶粒的陰極與陽極的極性完全反轉，形成三個陰極及一個共陽極的設計。
雖然本揭露以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:方向
200,200a:第一發光二極體晶粒
203,303,403:頂面
205,305,405:側壁
206,306,406:絕緣層
210,310,410:第一電極
212,312,412:第二電極
250,350:載板
252,352:轉移裝置
300,300a:第二發光二極體晶粒
400:第三發光二極體晶粒
401:出光面
402:原生基板
404-1:第一導電類型半導體層
414:透明接合層
418,418a,418b,418c,418d:分散式布拉格反射鏡
424:保護層
200A,200aA:第一垂直投影
300A,300aA:第二垂直投影
400A:第三俯視面積
500,500a,500b,500c:發光二極體裝置
550,550a,550a1,550a2,550a3,550a4,550b,550b1,550b2,550b3,550b4,550c:像素結構
502:第一線路層
504,504a1,504b,504c:第二線路層
506:第三線路層
508,508a,508b:第四線路層
504a2:第五線路層
502T:第一接合面
504T:第二接合面
506T:第三接合面
508T:第四接合面
502TA,504TA,506TA,508TA:垂直投影
600:電路基板
610:薄膜電晶體基板
602:微型控制元件
700:像素區域
A-A’,X-X’:切線
R:紅色光
G:綠色光
B:藍色光
第1圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置的立體示意圖。
第2圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置的俯視示意圖。
第3A圖為沿第2圖所示的本揭露一些實施例之發光二極體裝置的X-X’切線的剖面示意圖。
第3B圖為沿第2圖所示的本揭露一些實施例之發光二極體裝置的X-X’切線的剖面示意圖。
第4A、5A、6A、7A圖為形成如第1圖所示的本揭露一些實施例之發光二極體裝置在不同階段的俯視示意圖。
第4B、5B、6B圖分別為沿第4A、5A、6A圖的A-A’切線的剖面示意圖，顯示形成如第1圖所示的本揭露一些實施例之發光二極體裝置在不同階段的剖面示意圖。
第7B圖為第7A圖的放大示意圖，其顯示形成本揭露一些實施例之發光二極體裝置的中間步驟的像素結構中發光二極體晶粒的配置。
第7C、8圖為沿第7B圖的X-X’切線的剖面示意圖，顯示形成如第1圖所示的本揭露一些實施例之發光二極體裝置在不同階段的剖面示意圖。
第9A、9B圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置的俯視示意圖，其顯示發光二極體裝置中發光二極體晶粒、線路層及其接合面和保護層的配置。
第10A、10B圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置的俯視示意圖，其顯示發光二極體裝置中發光二極體晶粒、線路層及其接合面和保護層的配置。
第11A、11B圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置的俯視示意圖，其顯示發光二極體裝置中發光二極體晶粒、線路層及其接合面和保護層的配置。
第12A、12B圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置的俯視示意圖，其顯示發光二極體裝置中發光二極體晶粒、線路層及其接合面和保護層的配置。
第13、14、15、16圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置的俯視示意圖，其顯示發光二極體裝置中發光二極體晶粒、線路層及分散式布拉格反射鏡的配置。
第17圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置的立體示意圖，其顯示帶有一原生基板之發光二極體裝置的像素結構與微型控制元件和電路基板的接合方式。
第18圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置的立體示意圖，其顯示未帶有一原生基板之發光二極體裝置的像素結構與微型控制元件和電路基板的接合方式。
第19A、19B、19C圖為本揭露一些實施例之發光二極體裝置的立體示意圖和剖面示意圖，其顯示發光二極體裝置的像素結構與薄膜電晶體基板的接合方式。
200:第一發光二極體晶粒
403:頂面
300:第二發光二極體晶粒
400:第三發光二極體晶粒
424:保護層
200A:第一垂直投影
300A:第二垂直投影
550a1:像素結構
502T:第一接合面
504T:第二接合面
506T:第三接合面
508T:第四接合面
502TA,504TA,506TA,508TA:垂直投影
Claims (17)
- 一種發光二極體裝置，包括： 一像素結構，包括： 一第一發光二極體晶粒，具有一第一頂面； 一第二發光二極體晶粒，具有一第二頂面； 一第三發光二極體晶粒，具有彼此相對的一出光面和一第三頂面；其中該第一發光二極體晶粒與該第二發光二極體晶粒並排於該第三頂面上，該第一發光二極體晶粒於該第三頂面上具有一第一垂直投影，該第二發光二極體晶粒於該第三頂面上具有一第二垂直投影，該第一垂直投影與該第二垂直投影彼此不互相重疊； 一保護層，覆蓋該第一發光二極體晶粒、該第二發光二極體晶粒和該第三發光二極體晶粒；以及 彼此分離的一第一線路層、一第二線路層、一第三線路層和一第四線路層，位於該第三發光二極體晶粒與該保護層之間；其中該第一線路層具有一第一接合面、該第二線路層具有一第二接合面、該第三線路層具有一第三接合面以及該第四線路層具有一第四接合面，該保護層具有多個開口，該些開口分別對應位於該第一線路層的該第一接合面上、該第二線路層的該第二接合面上、該第三線路層的該第三接合面上和該第四線路層的該第四接合面上；其中該第一接合面和該第二接合面於該第三頂面上的垂直投影分別與該第一垂直投影重疊，且皆與該第二垂直投影分隔，該第三接合面與該第四接合面於該第三頂面上的垂直投影分別與該第二垂直投影重疊，且皆與該第一垂直投影分隔。
- 如請求項1之發光二極體裝置，其中該第一發光二極體晶粒具有一第一電極、該第二發光二極體晶粒具有一第一電極以及該第三發光二極體晶粒具有一第一電極；其中該第一發光二極體晶粒的該第一電極、該第二發光二極體晶粒的該第一電極和該第三發光二極體晶粒的該第一電極彼此電性連接。
- 如請求項1之發光二極體裝置，其中該第一發光二極體晶粒具有一第一電極、該第二發光二極體晶粒具有一第一電極以及該第三發光二極體晶粒具有一第一電極；其中該第二線路層同時電性連接該第一發光二極體晶粒的該第一電極、該第二發光二極體晶粒的該第一電極和該第三發光二極體晶粒的該第一電極；其中，該第一發光二極體晶粒的該第一電極、該第二發光二極體晶粒的該第一電極和該第三發光二極體晶粒的該第一電極具有相同極性。
- 如請求項1之發光二極體裝置，其中該第一線路層和該第二線路層分別設置於該第一發光二極體晶粒遠離於該第三發光二極體晶粒的該第一頂面上；其中該第三線路層和該第四線路層分別設置於該第二發光二極體晶粒遠離於該第三發光二極體晶粒的該第二頂面上。
- 如請求項1之發光二極體裝置，其中該第二線路層延伸覆蓋該第二發光二極體晶粒的該第二頂面且/或該第四線路層延伸覆蓋該第三發光二極體晶粒的該第三頂面。
- 如請求項1之發光二極體裝置，其中該第四線路層延伸覆蓋該第一發光二極體晶粒的該第一頂面。
- 如請求項3之發光二極體裝置，其中該第一發光二極體晶粒具有一第二電極、該第二發光二極體晶粒具有一第二電極以及該第三發光二極體晶粒具有一第二電極；其中該第二線路層和該第一線路層分別電性連接至該第一發光二極體晶粒的該第一電極和該第二電極；其中該第三線路層電性連接至該第二發光二極體晶粒的該第二電極；其中該第四線路層電性連接至該第三發光二極體晶粒的該第二電極且與該第二發光二極體晶粒電性絕緣。
- 如請求項3之發光二極體裝置，其中該第一發光二極體晶粒具有一側面，該第二發光二極體晶粒具有一側面，且該第三發光二極體晶粒具有一第一導電類型半導體層，該發光二極體裝置更包括： 一第五線路層，設置於該第二發光二極體晶粒的該第二頂面上，且延伸覆蓋該第二發光二極體晶粒的該側面和該第三發光二極體晶粒；其中該第五線路層電性連接該第二發光二極體晶粒的該第一電極和該第三發光二極體晶粒的該第一導電類型半導體層；其中該第二線路層延伸至該第一發光二極體晶粒的該側面和該第三發光二極體晶粒，且電性連接該第一發光二極體晶粒的該第一電極和該第三發光二極體晶粒的該第一導電類型半導體層。
- 如請求項1之發光二極體裝置，更包括： 一分散式布拉格反射鏡，夾設於該保護層與該第一發光二極體晶粒、該第二發光二極體晶粒和該第三發光二極體晶粒之間，該分散式布拉格反射鏡覆蓋該第一發光二極體晶粒、該第二發光二極體晶粒和該第三發光二極體晶粒的多個側壁。
- 如請求項1之發光二極體裝置，其中該第一發光二極體晶粒發射一第一色光，該第二發光二極體晶粒發射一第二色光，該第三發光二極體晶粒發射一第三色光，其中該第一色光、該第二色光和該第三色光分別具有不同波長範圍。
- 如請求項10之發光二極體裝置，其中該第三色光波長範圍介於該第一色光波長範圍與該第二色光波長範圍之間。
- 如請求項10之發光二極體裝置，其中該第二色光波長範圍介於該第一色光波長範圍與該第三色光波長範圍之間。
- 如請求項1之發光二極體裝置，更包括： 一電路基板，用以提供該像素結構設置於其上；以及 一微型控制元件，設置於該電路基板上，且電性連接該第一線路層、該第二線路層、該第三線路層和該第四線路層。
- 如請求項1之發光二極體裝置，更包括： 一薄膜電晶體基板，設置於該像素結構上，且電性連接該第一線路層、該第二線路層、該第三線路層和該第四線路層。
- 如請求項1之發光二極體裝置，其中該第一發光二極體晶粒具有一第一俯視面積，該第二發光二極體晶粒具有一第二俯視面積，該第三發光二極體晶粒具有一第三俯視面積；其中該第一俯視面積和該第二俯視面積的總和面積小於該第三俯視面積。
- 如請求項1之發光二極體裝置，其中該第一接合面及該第二接合面的垂直投影完全位於該第一垂直投影內，且該第三接合面及該第四接合面的垂直投影完全位於該第二垂直投影內。
- 如請求項1之發光二極體裝置，其中該第一接合面及該第二接合面的垂直投影部分位於該第一垂直投影範圍之外，且該第三接合面及該第四接合面的垂直投影部分位於該第二垂直投影範圍之外。
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