微型发光二极管结构与微型发光二极管显示装置的制作方法

1.本发明涉及一种发光结构及发光装置，尤其涉及一种微型发光二极管结构与微型发光二极管显示装置。


背景技术：

2.在现有的锡接垫制程中，阻障层在磊晶结构上的正投影面积是等于电极层在磊晶结构上的正投影面积，因此后续转移接合显示背板进行回焊制程(reflow process)时，高温易导致锡合金会与电极层形成金属共晶，进而影响微型发光二极管显示装置的电性及结构可靠度。


技术实现要素：

3.本发明是针对一种微型发光二极管结构，其具有较佳的电性与结构可靠度。
4.本发明是针对一种微型发光二极管显示装置，其包括上述的微型发光二极管结构，可具有较佳的显示良率。
5.根据本发明的实施例，微型发光二极管结构包括磊晶结构、电极层以及阻障层。磊晶结构具有表面。电极层配置于磊晶结构的表面上。阻障层配置于电极层上。阻障层于磊晶结构上的正投影面积大于且覆盖电极层于磊晶结构上的正投影面积。
6.根据本发明的实施例，微型发光二极管显示装置包括显示基板以及多个微型发光二极管结构。这些微型发光二极管结构配置于显示基板上，且包括磊晶结构、电极层以及阻障层。磊晶结构具有表面。电极层配置于磊晶结构的表面上。阻障层配置于电极层上。阻障层于显示基板上的正投影面积大于且覆盖电极层于显示基板上的正投影面积。焊料层配置于阻障层上。焊料层与对应的这些接垫接合，而使这些微型发光二极管结构电性连接于显示基板。
7.基于上述，在本发明的微型发光二极管结构的设计中，阻障层于磊晶结构上的正投影面积大于且覆盖电极层于磊晶结构上的正投影面积。也就是说，本发明利用阻障层来包覆住电极层，可以避免后续回焊制程时产生共晶的问题。因此，本发明的微型发光二极管结构，可具有较佳的电性与结构可靠度，而采用本发明的微型发光二极管结构的微型发光二极管显示装置，则可具有较佳的显示良率。
附图说明
8.图1a是依照本发明的一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图；
9.图1b是图1a的微型发光二极管结构的俯视示意图；
10.图1c是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图；
11.图2是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图；
12.图3是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图；
13.图4是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图；
14.图5是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图；
15.图6是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图；
16.图7是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的俯视示意图；
17.图8是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的俯视示意图；
18.图9是依照本发明的一实施例的一种微型发光二极管显示装置的剖面示意图。
19.附图标记说明
20.10:微型发光二极管显示装置；
21.20:显示基板；
22.22:接垫；
23.100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100i、100j:微型发光二极管结构；
24.110a、110d:磊晶结构；
25.112a、112d:第一型半导体层；
26.114a、114d:发光层；
27.115a:贯孔；
28.116a、116d:第二型半导体层；
29.116d1:第一部分；
30.116d2:第二部分；
31.120a、120c:电极层；
32.122a、122c:第一型电极；
33.123:第一凹槽；
34.124a、124c:第二型电极；
35.125:第二凹槽；
36.130a、130c、130e、130f、130i、130j:阻障层；
37.132a、132c、132e、132f、132i、132j:第一阻障部；
38.133、135:凹槽；
39.134a、134c、134e、134f、134i、134j:第二阻障部；
40.140a、140d:绝缘层；
41.142a、142d:第一开口；
42.144a、144d:第二开口；
43.150a、150b、150f、150g、150i、150j:焊料层；
44.b:基底；
45.e1:第一边缘；
46.e2:第二边缘；
47.g:间距；
48.h:水平距离；
49.l、w:宽度；
50.m:平台；
51.s1:表面；
52.s2、s3、s4、s5:周围表面；
53.t、t1、t2:厚度。
具体实施方式
54.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
55.图1a是依照本发明的一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图。图1b是图1a的微型发光二极管结构的俯视示意图。请先参考图1a，在本实施例中，微型发光二极管结构100a包括磊晶结构110a、电极层120a以及阻障层130a。磊晶结构110a具有表面s1。电极层120a配置于磊晶结构110a的表面s1上。阻障层130a配置于电极层120a上。阻障层130a于磊晶结构110a上的正投影面积大于且覆盖电极层120a于磊晶结构110a上的正投影面积。也就是说，阻障层130a可以包覆住电极层120a，以避免后续回焊制程时产生的共晶现象，可确保本实施例的微型发光二极管结构100a具有较佳的电性及结构可靠度。
56.详细来说，在本实施例中，磊晶结构110a包括第一型半导体层112a、发光层114a、第二型半导体层116a以及贯孔115a。发光层114a位于第一型半导体层112a与第二型半导体层116a之间。贯孔115a贯穿第一型半导体层112a、发光层114a以及部分第二型半导体层116a。第一型半导体层112a与第二型半导体层116a其中的一者为p型半导体层，而第一型半导体层112a与第二型半导体层116a其中的另一者为n型半导体层。再者，本实施例的微型发光二极管结构100a还包括绝缘层140a，配置于磊晶结构110a上，且覆盖磊晶结构110a的表面s1以及周围表面s2。绝缘层140a具有暴露出第一型半导体层112a的第一开口142a与暴露出第二型半导体层116a的第二开口144a，其中绝缘层140a延伸覆盖至贯孔115a的内壁，且第二开口144a位于贯孔115a内。此处，磊晶结构110a的剖面轮廓例如为梯形轮廓，其中磊晶结构110a中的第一型半导体层112a的侧表面、发光层114a的侧表面与第二型半导体层116a的侧表面可以是二阶段地斜向延伸连接，而绝缘层140a则沿着磊晶结构110a的轮廓配置于磊晶结构110a上而有较佳良率。
57.再者，本实施例的电极层120a包括第一型电极122a以及第二型电极124a，其中第一型电极122a与第二型电极124a为相反电性。第一型电极122a配置于绝缘层140a上且延伸至第一开口142a内并与第一型半导体层112a电性连接。第二型电极124a配置于绝缘层140a上且延伸至第二开口144a内并与第二型半导体层116a电性连接。电极层120a例如为多层膜结构，其中电极层120a的材质例如是铜、铝、铂、钛、金、银、铬或上述的组合，但不以此为限。此处，第一型电极122a与第二型电极124a皆位于磊晶结构110a的同一侧，意即本实施例的微型发光二极管结构100a具体化为覆晶式微型发光二极管结构。
58.再者，本实施例的阻障层130a包括第一阻障部132a以及第二阻障部134a。第一阻障部132a覆盖第一型电极122a，且直接接触绝缘层140a与第一型电极122a。第二阻障部134a覆盖第二型电极124a，且直接接触绝缘层140a与第二型电极124a。此处，第一阻障部132a与第二阻障部134a在远离第一型电极122a及第二型电极124a的一侧具有平坦表面。
59.较佳地，在本实施例中，电极层120a于磊晶结构110a上的正投影面积与阻障层130a于磊晶结构110a上的正投影面积，较佳地，小于等于0.95且大于等于0.5，可确保后续接合时阻障层130a能够完全地覆盖电极层120a以提供足够的保护力。再者，本实施例的阻障层130a的厚度t与磊晶结构110a的厚度t1的比值，较佳地，小于等于0.1。若比值在0.1以
上，则会影响到后续的接触电性。请再参考图1a，阻障层130a的第一边缘e1与各自对应的电极层120a的第二边缘e2之间具有间距g(此处例如是第二阻障部134a与第二型电极124a的间距)，且间距g与阻障层130a的宽度w比值大于等于0.05且小于等于0.5，其中间距g例如是大于等于0.3微米且小于等于10微米，可确保阻障层130a能够完全地覆盖电极层120a以提供足够的保护力。此外，第一阻障部132a与第二阻障部134a之间具有水平距离h，且水平距离h与磊晶结构110a于同一方向的宽度l的比值大于等于0.01且小于等于0.3，其中水平距离h例如是介于0.3微米至15微米之间，可避免后续接合时产生短路的现象。
60.另外，请再参考图1a与图1b，在本实施例中，微型发光二极管结构100a还包括焊料层150a，配置于阻障层130a上。此处，焊料层150a于磊晶结构110a上的正投影面积例如是等于阻障层130a于磊晶结构110a上的正投影面积。意即，焊料层150a与阻障层130a可采用同一道黄光进行作业，可有效地降低生产成本。再者，在本实施例中，阻障层130a的厚度t与焊料层150a的厚度t2的比值小于等于0.2，较佳地，为0.03至0.2。此外，阻障层130a的熔点大于焊料层150a的熔点，用以有效地阻隔焊料层150a与电极层120a。此处，焊料层150a的材质例如是锡或锡合金，而阻障层130a的材质例如是镍、铂、钛钨或钨，但不以此为限。
61.简言之，在本实施例中，阻障层130a于磊晶结构110a上的正投影面积大于且覆盖电极层120a于磊晶结构110a上的正投影面积。也就是说，本实施例利用阻障层130a来包覆住电极层120a，借此来有效地阻隔焊料层150a与电极层120a，可以避免后续回焊制程时焊料层150a与电极层120a形成共晶的问题。因此，本实施例的微型发光二极管结构100a，可具有较佳的电性与结构可靠度。特别说明的是，微型发光二极管结构100b也可以如图1c所示，焊料层150b具体化为两焊球。
62.在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
63.图2是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图。请同时参照图1a以及图2，本实施例的微型发光二极管结构100c与图1a的微型发光二极管结构100a相似，两者差异在于：在本实施例中，电极层120c的第一型电极122c具有第一凹槽123，而第二型电极124c具有第二凹槽125。阻障层130c的第一阻障部132c延伸至第一凹槽123内且与第一型电极122c共形设置。意即，第一阻障部132c亦具有凹槽133的设计。阻障层130c的第二阻障部134c延伸至第二凹槽125内且与第二型电极124c共形设置。意即，第二阻障部134c亦具有凹槽135的设计。焊料层150a配置于第一阻障部132c与第二阻障部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，使得后续接合时通过凹槽133和凹槽135形成容置空间，更可有效避免电极层120c和阻障层130c的接触。
64.图3是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图。请同时参照图1a以及图3，本实施例的微型发光二极管结构100d与图1a的微型发光二极管结构100a相似，两者差异在于：在本实施例中，磊晶结构110d的型态不同于磊晶结构110a的型态。详细来说，在本实施例中，第一型半导体层112d、发光层114d以及第二型半导体层116d的第一部分116d1构成平台m。第二型半导体层116d的第二部分116d2形成相对于平台m的基底b。绝缘层140d的第一开口142d位于平台m，而第二开口144d暴露出第二型半导体层116d的第二部分116d2且位于基底b。具体来说，此处的微型发光二极管结构100d例如为水平式
微型发光二极管结构。
65.图4是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图。请同时参照图1a以及图4，本实施例的微型发光二极管结构100e与图1a的微型发光二极管结构100a相似，两者差异在于：在本实施例中，阻障层130e至少包覆部分电极层120a的周围表面。详细来说，第一阻障部132e包覆部分第一型电极122a的周围表面s3，而第二阻障部134e包覆部分第二型电极124a的周围表面s4。也就是说，第一型电极122a的周围表面s3与第二型电极124a的周围表面s4没有完全被第一阻障部132e与第二阻障部134e所覆盖，因此在后续接合时多了容许空间让阻障层130e可以在高压高温下变形时同时覆盖第一型电极122a的周围表面s3与第二型电极124a的周围表面s4，也避免溢流接合造成短路。
66.图5是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图。请同时参照图1a以及图5，本实施例的微型发光二极管结构100f与图1a的微型发光二极管结构100a相似，两者差异在于：在本实施例中，阻障层130f包覆部分焊料层150f的周围表面s5。详细来说，第一阻障部132f及第二阻障部134f包覆对应的焊料层150f的部分周围表面s5，可以避免焊料层150f在回焊制程之后溢出。
67.图6是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的剖面示意图。请同时参照图1a以及图6，本实施例的微型发光二极管结构100g与图1a的微型发光二极管结构100a相似，两者差异在于：在本实施例中，焊料层150g于磊晶结构110a上的正投影面积大于阻障层130a于磊晶结构110a上的正投影面积。也就是说，可采用不同的制程来制作焊料层150g与阻障层130a，除有效地阻隔焊料层150a与电极层120a，亦可增加焊料层接合后续显示背板的接垫时的接合面积。
68.图7是依照本发明的另一实施例的一种微型发光二极管结构的俯视示意图。请同时参照图1b以及图7，本实施例的微型发光二极管结构100i与图1b的微型发光二极管结构100a相似，两者差异在于：在本实施例中，焊料层150i于磊晶结构110a上的正投影面积小于阻障层130i于磊晶结构110a上的正投影面积且大于电极层120a于磊晶结构110a上的正投影面积。意即，焊料层150i于磊晶结构110a上的正投影面积小于对应的第一阻障部132i于磊晶结构110a上的正投影面积且大于第一型电极122a于磊晶结构110a上的正投影面积。焊料层150i于磊晶结构110a上的正投影面积小于对应的第二阻障部134i于磊晶结构110a上的正投影面积且大于第二型电极124a于磊晶结构110a上的正投影面积。较佳地，焊料层150i于磊晶结构110a上的正投影面积与阻障层130i于磊晶结构110a上的正投影面积的比值例如是小于等于0.9且大于等于0.5，小于0.5可能让后续接合的焊料层150i接合强度不够，而焊料层150i于磊晶结构110a上的正投影面积与电极层120a于磊晶结构110a上的正投影面积的比值如是大于1且小于等于1.5。
69.由于焊料层150i于磊晶结构110a上的正投影面积小于阻障层130i于磊晶结构110a上的正投影面积，意即焊料层150i相对于阻障层130i内缩一距离，可有效地降低焊料层150i于后续回焊制程时产生的外溢风险。亦可以如图8所示，阻障层130j包括第一阻障部132j以及第二阻障部134j，且焊料层150j于磊晶结构110a上的正投影面积小于阻障层130j于磊晶结构110a上的正投影面积以及电极层120a于磊晶结构110a上的正投影面积，于运用于微型发光二极管结构100j更小时，例如是小于等于15微米时，能有效地阻隔焊料层150j与电极层120a。
70.图9是依照本发明的一实施例的一种微型发光二极管显示装置的剖面示意图。请参考图9，在本实施例中，微型发光二极管显示装置10包括显示基板20以及例如是图1c的微型发光二极管结构100b，其中微型发光二极管结构100b配置于显示基板20上。详细来说，在本实施例中，显示基板20包括多个接垫22，而焊料层150b与接垫22接合而使微型发光二极管结构100b配置于显示基板20上并电性连接显示基板20。通过阻障层130a于显示基板20上的正投影面积大于且覆盖电极层120a于显示基板20上的正投影面积，可有效地避免微型发光二极管结构100b与显示基板20接合时，因共晶接合的高温高压制程，使焊料层150b外溢而与电极层120a的第一型电极122a与第二型电极124a产生共晶的问题。此处，阻障层130a于显示基板20上的正投影面积大于电极层120a且小于等于接垫22于显示基板20上的正投影面积，焊料层150b于显示基板20上的正投影面积大于等于阻障层130a于显示基板20上的正投影面积，可有效地保护微型发光二极管结构100b与显示基板20接合时，焊料层150b外溢，亦同时经由较大的接垫面积和焊料层面积而得到较佳的接合。因此，本实施例的微型发光二极管显示装置10可具有较佳的显示良率。
71.值得一提的是，于其他未示出的实施例中，微型发光二极管显示装置可依据需求而包括至少任一个微型发光二极管结构100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100i、100j，本发明并不加以限制。也就是说，微型发光二极管结构的个数可以为一个或多个，可为相同的结构或不同的结构，可依需求而自行选择。再者，微型发光二极管结构可为红色微型发光二极管结构、蓝色微型发光二极管结构或是绿色微型发光二极管结构。此外，本实施例的显示基板20可例如是互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor,cmos)基板、硅基液晶(liquid crystal on silicon,lcos)基板、薄膜电晶体(thin film transistor,tft)基板或是其他具有工作电路的基板，于此并不加以限制。
72.综上所述，在本发明的微型发光二极管结构的设计中，阻障层于磊晶结构上的正投影面积大于且覆盖电极层于磊晶结构上的正投影面积。也就是说，本发明利用阻障层来包覆住电极层，可以避免后续回焊制程时产生共晶的问题。因此，本发明的微型发光二极管结构，可具有较佳的电性与结构可靠度，而采用本发明的微型发光二极管结构的微型发光二极管显示装置，则可具有较佳的显示良率。
73.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。