專利名稱：發(fā)光二極管陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可提高光萃取效率的發(fā)光二極管陣列。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)是一種半導(dǎo)體二極管光源。當(dāng)二極管被施加正偏壓而導(dǎo)通時，其內(nèi)的電子與電洞重新結(jié)合，并以光子的形式釋放能量。這種效應(yīng)被稱為電致發(fā)光，而所發(fā)出光的顏色，是對應(yīng)于光子的能量，并取決于半導(dǎo)體的能隙。相較于白熾光源，以發(fā)光二極管作為光源，具有較低能耗、較長壽命、較堅固、更快切換，以及更好耐用性與可靠性等優(yōu)點。圖1顯示一種現(xiàn)有LED芯片100的立體圖，其包括基底102、N型層110、發(fā)光層 125，以及P型層130。此外，N觸點(N-contact)115與P觸點(P-contact) 135分別形成在 N型層110與P型層130上，并與其電性連接。當(dāng)適當(dāng)電壓被施加到N觸點(N-C0ntaCt)115 與P觸點135時，電子離開N型層110并與電洞在發(fā)光層125內(nèi)結(jié)合而發(fā)光。基底102通常以藍(lán)寶石制成。N型層110例如可由摻雜硅的氮化鋁鎵(AWaN)或摻雜硅的氮化鎵(GaN) 制成。P型層130例如可由摻雜鎂的氮化鋁鎵(AWaN)或摻雜鎂的氮化鎵(GaN)制成。發(fā)光層125通常由單量子井或多量子井，例如氮化銦鎵/氮化鎵形成。在某些應(yīng)用上，可在一絕緣或高電阻基底，例如藍(lán)寶石、碳化硅，或者其它三族氮化物基底上，串聯(lián)或并聯(lián)許多LED芯片，以形成一 LED陣列。此外，個別LED芯片藉由間隙隔離，并以互聯(lián)機(interconnect)連接不同LED芯片的觸點。通常，為了確保LED芯片之間為絕緣，會先沉積氧化材料，例如硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、氧化鋁，絕緣材料在LED 陣列上，然后再沉積互聯(lián)機(interconnect)。如何提升LED陣列的發(fā)光亮度，一直是本領(lǐng)域的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可提高光萃取效率的發(fā)光二極管陣列。本發(fā)明的一實施例提供一種發(fā)光二極管陣列，其包括一第一發(fā)光二極管裝置以及一第二發(fā)光二極管裝置，其中兩個發(fā)光二極管裝置形成于一基底上，且一間隙位于兩個發(fā)光二極管裝置之間。此外，該間隙被填入至少一種聚合物以及所個微結(jié)構(gòu)，以將該兩個發(fā)光二極管裝置的一側(cè)向光折射和/或反射至一發(fā)光面。藉此，發(fā)光二極管陣列的光萃取效率得以提高。


圖1顯示一種現(xiàn)有LED芯片100的立體圖。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的LED陣列。圖3A至3C顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的一些具有角椎體形狀的微結(jié)構(gòu)。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的LED陣列。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的LED陣列。圖6A與圖6B顯示本發(fā)明另一實施例LED陣列的俯視圖。主要組件符號說明100LED 芯片102基底110N 型層115N 觸點125發(fā)光層130P 型層135P 觸點200LED 陣列205基底210LED 裝置213接墊215接墊220間隙230互聯(lián)機240微結(jié)構(gòu)240a底面240b頂點240c三角形表面/反射面410聚合物430互聯(lián)機S側(cè)向光
具體實施例方式本發(fā)明是美國專利申請，申請?zhí)?2/948,504，申請日2010年11月17日，題為，，Light-Emitting-Diode Array And Method For Manufacturing The Same，，的相關(guān)申請案，該案的說明書全文并入本文，視為本案說明書的一部分。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的LED陣列200，其由多個LED裝置210構(gòu)成；圖中 LED陣列200只顯示兩個LED裝置210，但實際數(shù)量可不限于此。在本實施例，兩個LED裝置210形成在同一基底205上，并由一間隙220隔開；其中，間隙220被填入一聚合物410以及許多微結(jié)構(gòu)M0。優(yōu)選地，微結(jié)構(gòu)240均勻分布于聚合物410中。為提升LED陣列200的光萃取效率，優(yōu)選地，聚合物410的折射率(refractive index)是在大約1到大約2. 6的范圍，介于空氣與半導(dǎo)體的折射率之間。聚合物410可以是光阻材料，例如聚甲基戊二酰亞胺(polymethyl glutarimide, PGMI)或者SU-8，但不限于此。聚合物410的光學(xué)透明度等于或大于90%，優(yōu)選為等于或大于99%。微結(jié)構(gòu)MO的粒徑大于LED裝置210所產(chǎn)生光的波長，介于大約IOOnm至大約IOOOnm的范圍，且優(yōu)選地，介于大約400nm至大約700nm的范圍。優(yōu)選地，微結(jié)構(gòu)MO的折射率大于空氣與聚合物410的折射率。優(yōu)選地，微結(jié)構(gòu)240的散熱功率在10W/m ·Κ以上，材質(zhì)可以是氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、鉆石、陶瓷，或前述材質(zhì)的各種組合。優(yōu)選地，微結(jié)構(gòu)MO 是由透明材質(zhì)構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明實施例的聚合物410與微結(jié)構(gòu)Μ0，可提升LED陣列的光萃取效率。如圖2，LED裝置210所發(fā)出的側(cè)向光S會被微結(jié)構(gòu)240反射和/或折射，而由發(fā)光面，例如 LED裝置210或LED陣列200的上表面射出；藉此，發(fā)光效率得以提升。請注意在本發(fā)明其它實施例，LED裝置210的“上表面”可以為N型層、鄰近N型層110的表面、P型層或是鄰近P型層的表面。在本實施例，微結(jié)構(gòu)240的形狀可大致為圓形或橢圓形，但不限于此。在其它實施例，微結(jié)構(gòu)MO的形狀可以是多面體(polyhedron)，例如角椎體(pyramid)，或其它幾何形狀，或前述形狀的各種組合。圖3A至3C顯示一些具有角椎體形狀的微結(jié)構(gòu)M0?！敖亲刁w” 可定義為具有多邊形的一底面MOa與一頂點240b，而底面MOa的每一邊緣與頂點MOb 構(gòu)成一三角形表面MOc。若以底面MOa的形狀命名，則圖3A為三角椎體(tetrahedron pyramid)、圖 3B 為四角椎體(square pyramid)、圖 3C 為五角椎體(pentagonal pyramid)。 微結(jié)構(gòu)240也可以是其它多角形的角椎體。采用具有角椎體形狀的微結(jié)構(gòu)M0，可利用角椎體的三角形表面M0c，作為側(cè)向發(fā)光的反射面，如此可進(jìn)一步提升發(fā)光效率。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的LED陣列200，其與圖2實施例的不同處在于， 微結(jié)構(gòu)MO的形狀為三角椎體；藉此，LED裝置210所發(fā)出的側(cè)向光S大部分被微結(jié)構(gòu)MO 的反射面MOc反射，朝發(fā)光面射出，藉此可提升發(fā)光效率。圖4實施例揭示了具有反射面MOc的微結(jié)構(gòu)，有助于進(jìn)一步提高發(fā)光效率。注意在本發(fā)明其它實施例，不限于角椎體形狀，其它多面體形狀的微結(jié)構(gòu)M0，也可利用其至少一個表面作為LED裝置210的側(cè)向光S的反射面。此外，為了具有較好的反射效果，可以調(diào)整微結(jié)構(gòu)MO的方位。以角椎體微結(jié)構(gòu) 240為例，其頂點MOb的方向，可與LED裝置210的發(fā)光面的法向量平行，或者略呈一角度； 在本實施例，LED裝置210或LED陣列200的上表面是發(fā)光面。而為了調(diào)整微結(jié)構(gòu)MO的方位，微結(jié)構(gòu)MO的至少局部表面，例如角椎體微結(jié)構(gòu)的底面240a，可帶有磁性，以便于調(diào)整頂點MOb的方向。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的LED陣列200。如同本申請的前面所述，可在聚合物410上方形成互聯(lián)機430，以連接兩個LED裝置210的接墊213與接墊215，該接墊213 與接墊215分別作為兩個LED裝置210的兩電極，例如，陽極與陰極。此外，除了其微結(jié)構(gòu) 240可提高發(fā)光效率之外，聚合物410可提供沉積或印刷互聯(lián)機430所需的光滑表面，使得互聯(lián)機430可具有薄、平滑的輪廓，如此可提高LED陣列的可靠度，并降低成本。當(dāng)聚合物 410還混合一些特殊材料，例如陶磁或碳納米結(jié)構(gòu)，可吸收和消散鄰近LED裝置210所散發(fā)的熱量，提高散熱效率。此外，當(dāng)聚合物410還混合具有一種或多種顏色的熒光粉，可調(diào)節(jié) LED陣列200的發(fā)光顏色。本發(fā)明并未限制填入間隙220的聚合物410數(shù)量。在其它實施例，間隙220內(nèi)可填入兩種或兩種以上的聚合物，且每種聚合物可包括前述的微結(jié)構(gòu)M0。圖6A與圖6B顯示本發(fā)明另一實施例LED陣列的俯視圖。參見圖7A，作為例示而非限制，LED陣列200具有四行(X)與四列(Y)、彼此分開但是完全相同的LED裝置210。相鄰的LED裝置210，例如LED裝置210 [2，3]與LED裝置210 [3，3]，由間隙220 [2]隔斷。每個 LED裝置210具有兩個電極。以LED裝置210 [2，3]為例，其兩個接墊213 [2，3]與215 [2，3] 分別作為陽極與陰極。每個LED裝置的陽極靠近于相鄰LED裝置的陰極而設(shè)置，以便兩個 LED裝置210的串聯(lián)連接。所有間隙220被填入至少一種聚合物410，其包括微結(jié)構(gòu)M0，以提升光萃取效率。參見圖7B，LED陣列的結(jié)構(gòu)與圖7A所示相同，不同處在于，在聚合物410 上方，形成互聯(lián)機230，以連接相鄰兩個LED裝置的兩個電極。例如，互聯(lián)機230 [2，3]連接 LED 裝置 210 [2，3]的電極 213 [2，3]與 LED 裝置 210 [3，3]的電極 215 [3，3]。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并非用以限定本發(fā)明；凡其它未脫離發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包括在權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管陣列，包括一基底；一第一發(fā)光二極管裝置，該第一發(fā)光二極管裝置位于所述基底上； 一第二發(fā)光二極管裝置，該第二發(fā)光二極管裝置位于所述基底上； 一間隙，該間隙位于所述第一發(fā)光二極管裝置與所述第二發(fā)光二極管裝置之間； 其中，所述間隙被填入至少一種聚合物以及多個微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)用以將所述第一發(fā)光二極管裝置與所述第二發(fā)光二極管裝置的一側(cè)向光折射和/或反射至一發(fā)光面。
2.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述多個微結(jié)構(gòu)均勻分布于所述聚合物中。
3.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述微結(jié)構(gòu)的粒徑介于IOOnm至IOOOnm的范圍。
4.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述微結(jié)構(gòu)的粒徑介于400nm至700nm的范圍。
5.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述微結(jié)構(gòu)的粒徑大于所述側(cè)向光的波長。
6.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述微結(jié)構(gòu)的折射率大于空氣與所述至少一種聚合物的折射率。
7.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述微結(jié)構(gòu)的散熱功率在10W/m· K以上。
8.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述微結(jié)構(gòu)由透明材質(zhì)制成。
9.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述微結(jié)構(gòu)的材質(zhì)選自下列群組的其中之一或其組合氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、鉆石、陶瓷。
10.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述微結(jié)構(gòu)的形狀包括圓形或橢圓。
11.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述微結(jié)構(gòu)的形狀包括多面體。
12.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述微結(jié)構(gòu)的形狀包括一角椎體，該角椎體包括一頂點與一底面。
13.如權(quán)利要求12的發(fā)光二極管陣列，其中所述頂點朝向所述發(fā)光面。
14.如權(quán)利要求12的發(fā)光二極管陣列，其中所述角椎體的至少一個表面或至少局部表面具有磁性，以便于調(diào)整角椎體的方向。
15.如權(quán)利要求12的發(fā)光二極管陣列，其中所述底面為一多邊形，且該多邊形的至少一個邊緣與所述頂點構(gòu)成一反射面，以將所述側(cè)向光反射至所述發(fā)光面。
16.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述聚合物的折射率是在1到2.6的范圍內(nèi)。
17.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述聚合物的光學(xué)透明度等于或大于90%。
18.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述聚合物的光學(xué)透明度等于或大于99%。
19.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述聚合物的材質(zhì)包含光阻。
20.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述聚合物還包括混合陶磁或碳納米結(jié)構(gòu)， 以提升散熱效率。
21.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管陣列，其中所述聚合物還包括混合一種或多種顏色的熒光粉，以調(diào)節(jié)所述發(fā)光二極管陣列的發(fā)光顏色。
全文摘要
一種發(fā)光二極管陣列，包括第一發(fā)光二極管裝置以及第二發(fā)光二極管裝置，其中兩個發(fā)光二極管裝置形成于一基底上，且一間隙位于兩個發(fā)光二極管裝置之間。此間隙被填入一聚合物以及多個微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)用以將兩個發(fā)光二極管裝置的側(cè)向光折射和/或反射至一發(fā)光面。
文檔編號H01L33/62GK102468289SQ20111025893
公開日2012年5月23日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者盧怡安, 洪瑞華, 郭佩蕓 申請人:華夏光股份有限公司, 財團法人成大研究發(fā)展基金會