發光二極體照明裝置的製作方法

2023-10-04 12:16:19 5

本發明涉及一種發光二極體照明裝置。

背景技術：

近年來，發光二極體技術提高，高功率、高亮度的發光二極體陸續上市，再加上發光二極體作為燈具具有壽命長的優點，使得這類燈具漸有取代其他傳統光源之勢。發光二極體可應用於眾多燈具，如日光燈、紅綠燈、路燈或手電筒。

因為發光二極體已經逐漸成為主流燈具，為了進一步改善發光二極體的各項特性，相關領域莫不費盡心思開發。如何能提供一種具有優選特性的發光二極體，實屬當前重要的研發課題之一，也成為當前相關領域亟需改進的目標。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種具有高功率、高發光效率以及長壽命的發光二極體照明裝置。

根據本發明一實施方式，一種發光二極體照明裝置，其包含基板、至少一個第一下電極、至少一個第一垂直式發光二極體、至少一個第二垂直式發光二極體、第一下透明絕緣層、第一上透明電極以及第二上透明電極。基板具有至少一個第一凹槽於其中，其中第一凹槽具有底面與相鄰於底面的至少一個斜側面。第一下電極設置於第一凹槽中，其中第一下電極可以反射光線，並覆蓋至少部分底面與至少部分斜側面。第一垂直式發光二極體設置於第一 凹槽中，並設置於第一下電極上。第二垂直式發光二極體設置於第一凹槽中，並設置於第一下電極上。第一下透明絕緣層設置於第一凹槽中，其中第一下透明絕緣層具有至少一個第一開口與至少一個第二開口於其中，用以分別裸露出至少部分第一垂直式發光二極體與至少部分第二垂直式發光二極體。第一上透明電極透過第一開口電性連接第一垂直式發光二極體。第二上透明電極透過第二開口電性連接第二垂直式發光二極體，其中第一上透明電極、第二上透明電極以及第一下電極共同電性連接第一垂直式發光二極體與第二垂直式發光二極體，從而使第一垂直式發光二極體與第二垂直式發光二極體串聯。

本發明不同實施方式藉由將第一垂直式發光二極體、第二垂直式發光二極體串聯，發光二極體照明裝置將可以在連接高電壓的外接電源時具有高功率與高發光效率。另外，在達到高功率與高發光效率的同時，通過垂直式發光二極體的電流可以維持較小，於是垂直式發光二極體的壽命可以延長，其散熱也不再是問題。

附圖說明

圖1繪示依照本發明一實施方式的發光二極體照明裝置的剖面示意圖。

圖2繪示依照本發明另一實施方式的發光二極體照明裝置的剖面示意圖。

圖3A繪示依照本發明一實施方式的發光二極體照明裝置的俯視示意圖。

圖3B繪示依照本發明另一實施方式的發光二極體照明裝置的俯視示意圖。

圖4A至圖4C繪示依照本發明不同實施方式的圖案化介電層的水平剖面圖。

圖5繪示依照本發明又一實施方式的發光二極體照明裝置的剖面示意圖。

圖6繪示依照本發明再一實施方式的發光二極體照明裝置的剖面示意圖。

圖7繪示依照本發明再一實施方式的發光二極體照明裝置的剖面示意圖。

具體實施方式

以下將以圖式公開本發明的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應了解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些現有慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示。

圖1繪示依照本發明一實施方式的發光二極體照明裝置100的剖面示意圖。如圖1所繪示，發光二極體照明裝置100包含基板110、至少一個下電極121、至少一個垂直式發光二極體200、至少一個垂直式發光二極體300、下透明絕緣層130以及上透明電極142、144。基板110具有至少一個凹槽113於其中，其中凹槽113具有底面114與相鄰於底面114的至少一個斜側面115。下電極121設置於凹槽113中，其中下電極121可以反射光線，並覆蓋至少部分底面114與至少部分斜側面115。垂直式發光二極體200、300設置於凹槽113中，並設置於下電極121上。下透明絕緣層130設置於凹槽113中，其中下透明絕緣層130具有開口132、134於其中，用以分別裸露出至少部分垂直式發光二極體200與至少部分垂直式發光二極體300。上透明電極142透過開口132電性連接垂直式發光二極體200。上透明電極144透過開口134電性連接垂直式發光二極體300，其中上透明電極142、144以及下電極121共同電性連接垂直式發光二極體200、300，從而使垂直式發光二極體200、300串聯。

藉由將垂直式發光二極體200、300串聯，發光二極體照明裝置100將可以具有高功率與高發光效率。在此同時，因為通過垂直式發光二極體200、300的電流可以維持較小，於是垂直式發光二極體200、300的壽命可以延長，其產生的熱能也會較少。

具體而言，舉例來說，假如任何一個垂直式發光二極體200、300的電壓差為3.125伏特，且通過垂直式發光二極體200、300的電流為1安培，則垂直式發光二極體200、300的功率總合將為6.25瓦特。若是僅使用單個發光二極體來產生相同的功率，則通過發光二極體的電流須為2安培。於是，若是使用單個發光二極體來產生相同的功率，因為其較大的電流，壽命將會較短，且散熱也會較為困難。

因為發光二極體照明裝置100使用上透明電極142、144作為連接不同電子元件的上電極，因此可以省略打線工藝。於是，發光二極體照明裝置100的良率得以提升，發光二極體照明裝置100的製造成本也因此可以降低。

基板110具有高導熱係數。具體而言，基板110的材質為矽，例如無摻雜雜質的矽、P型矽或N型矽，或者基板110的材質為陶瓷材質。

當基板110的材質為矽時，基板110的電位可以調節為最低，因此基板110與設置於其上的導電元件(舉例來說，下電極121或上透明電極142)的接觸面部分或完全形成PN接面的逆向偏壓狀態。於是，基板110將電性絕緣於設置於其上的導電元件。

但本公開並不限制於前述描述。圖2繪示依照本發明另一實施方式的發光二極體照明裝置100的剖面示意圖。如圖2所繪示，基板110包含絕緣層111與導電層112。絕緣層111的材質可為二氧化矽，其可由矽氧化而形成。導電層112的材質可為金屬，例如鋁，且導電層112可作為散熱層。

基板110的電位可被調整為發光二極體照明裝置100的所有元件的最大電位與最小電位的中間值，因此基板110與設置於其上的導電元件(舉例來說，下電極121或上透明電極142)之間的電位差不會過大。於是，電流將不會通過絕緣層111，因此基板110將電性絕緣於設置於其上的導電元件。

凹槽113的深度可為約5微米至約50微米。應了解到，以上所舉的凹槽113的深度僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇凹槽113的深度。

底面114與斜側面115之間的夾角為約120°至約160°，且底面117與斜側面118之間的夾角也為約120°至約160°。若基板110的材質為矽，且凹槽113為藉由溼蝕刻工藝所形成，則底面114與斜側面115之間的夾角為約125.3°。

下電極121的材質為金屬，例如銀，但並不限於此。在其他實施方式中，下電極121為多層結構。舉例來說，下電極121為由銅和銀所構成的雙層結構，或者為由銅、鈦以及銀所構成的三層結構。

下電極121作為反射層，用以反射自垂直式發光二極體200、300射出的光線，以使自垂直式發光二極體200、300射出的光線朝上行進。藉由碗形的下電極121，自垂直式發光二極體200、300射出的光線將可被確保為向上行進而不會朝向不想要的方向。

垂直式發光二極體200、300的電力極性(Electrical Polarity)為反向設置。具體而言，垂直式發光二極體200還包含相鄰於上透明電極142的第一半導體層210與相鄰於下電極121的第二半導體層220。垂直式發光二極體300還包含相鄰於下電極121的第一半導體層310與相鄰於上透明電極144的第二半導體層320。垂直式發光二極體200、300的第一半導體層210、310為同種類型，垂直式發光二極體200、300的第二半導體層220、320為同種類型。

更具體地說，垂直式發光二極體200、300的第一半導體層210、310為N型半導體層，垂直式發光二極體200、300的第二半導體層220、320為P型半導體層，但並不限於此。在其他實施方式中，垂直式發光二極體200、300的第一半導體層210、310為P型半導體層，垂直式發光二極體200、300的第二半導體層220、320為N型半導體層。

第一半導體層210、310與第二半導體層220、320的材質可為氮化鎵(GaN)。應了解到，以上所舉的第一半導體層210、310與第二半導體層220、320的材質僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇第一半導體層210、310與第二半導體層220、 320的材質。

垂直式發光二極體200還包含設置於第一半導體層210與第二半導體層220之間的主動層230。垂直式發光二極體300還包含設置於第一半導體層310與第二半導體層320之間的主動層330。具體而言，主動層230、330可為多重量子井(Multiple Quantum Well)的結構。

具體而言，下透明絕緣層130覆蓋下電極121，於是下電極121不與上透明電極142、144直接接觸。

下透明絕緣層130具有高折射率。具體而言，下透明絕緣層130的折射率大於1.5。下透明絕緣層130可減少垂直式發光二極體200、300中的全反射，因而增加垂直式發光二極體200、300的出光效率。

上透明電極142、144的材質為氧化銦錫(ITO)。應了解到，以上所舉的上透明電極142、144的材質僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇上透明電極142、144的材質。

具體而言，上透明電極142、144可藉由圖案化透明導電層而形成，上透明電極142、144的圖案化可藉由顯影與蝕刻工藝或網印與蝕刻工藝達成。

基板110還具有至少一個凹槽116於其中。發光二極體照明裝置100還包含下電極126、至少一個垂直式發光二極體400、至少一個垂直式發光二極體500以及下透明絕緣層131。下電極126設置於凹槽116中。垂直式發光二極體400、500設置於凹槽116中，並設置於下電極126上。下透明絕緣層131設置於凹槽116中，其中下透明絕緣層131具有開口136、138於其中，用以裸露出至少部分垂直式發光二極體400與至少部分垂直式發光二極體500，上透明電極144還透過開口136電性連接該垂直式發光二極體400，且上透明電極146還透過開口138電性連接該垂直式發光二極體500。下電極121、126、上透明電極142、144、146共同電性連接垂直式發光二極體200、300、400、500，從而使垂直式發光二極體200、300、400、500串聯。

垂直式發光二極體300、400的電力極性為反向設置。具體而言，垂直式發光二極體400包含相鄰於上透明電極144的第一半導體層410與相鄰於下電極126的第二半導體層420。垂直式發光二極體300、400的第一半導體層310、410為同種類型，垂直式發光二極體300、400的第二半導體層320、420為同種類型。

垂直式發光二極體400、500的電力極性為反向設置。垂直式發光二極體500還包含相鄰於下電極126的第一半導體層510與相鄰於上透明電極146的第二半導體層520。垂直式發光二極體400、500的第一半導體層410、510為同種類型，垂直式發光二極體400、500的第二半導體層420、520為同種類型。

類似地，基板110還可具有其他的凹槽，發光二極體照明裝置100還可包含其他的下電極、上透明電極以及垂直式發光二極體，且所有的垂直式發光二極體藉由下電極與上透明電極而形成串聯。圖3A繪示依照本發明一實施方式的發光二極體照明裝置100的俯視示意圖。舉例來說，如圖3A所繪示，發光二極體照明裝置100還包含下電極191、192、上透明電極148、149以及垂直式發光二極體610、620、630、640。垂直式發光二極體200、300、400、500、610、620、630、640藉由下電極121、126、191、192與上透明電極142、144、146、148、149而互相電性連接。

發光二極體照明裝置100還包含分別電性連接於上透明電極142、149的輸入電極710與輸出電極720，於是使外接電源可以透過輸入電極710與輸出電極720與發光二極體照明裝置100電性連接。輸入電極710與輸出電極720可為單層或多層結構，且輸入電極710與輸出電極720的材質為導體。舉例來說，輸入電極710與輸出電極720為由銀所構成的單層結構，或者由銅與銀構成的雙層結構，或者由銅、鈦以及銀所構成的三層結構。另外，輸入電極710、輸出電極720與下電極121、126、191、192可藉由相同工藝形成。

具體而言，基板110的形狀為長方體，且下電極、上透明電極以及垂直式發光二極體排列成一行，但並不限於此。基板110的形狀可為圓柱體、三 角柱體、正方體、長方體、六角柱體、八角柱體或者其他多角柱體。圖3B繪示依照本發明另一實施方式的發光二極體照明裝置100的俯視示意圖。舉例來說，如圖3B所繪示，基板110的形狀為圓柱體，下電極、上透明電極以及垂直式發光二極體以環狀排列。

類似地，基板110的形狀可為圓柱體、三角柱體、正方體、長方體、六角柱體、八角柱體或者其他多角柱體。下電極121、126、191、192的形狀可為圓柱體、正方體、長方體、啞鈴形柱體或者其他多角柱體。垂直式發光二極體200、300、400、500、610、620、630、640的形狀可為圓柱體、正方體、長方體、六角柱體、八角柱體或者其他多角柱體。上透明電極142、144、146、148、149的形狀可為圓柱體、正方體、長方體、六角柱體、八角柱體或者其他多角柱體。輸入電極710與輸出電極720的形狀可為圓柱體、正方體、長方體、六角柱體、八角柱體或者其他多角柱體。

如圖1所繪示，垂直式發光二極體200還包含圖案化介電層240，圖案化介電層240設置於第一半導體層210與上透明電極142之間。圖案化介電層240覆蓋第一半導體層210的邊緣部分，且具有開口242。上透明電極142透過開口242電性連接垂直式發光二極體200。圖案化介電層240的功能為避免垂直式發光二極體200的表面複合現象(Surface Recombination)，與避免垂直式發光二極體200的側面產生漏電流，藉此提升垂直式發光二極體200的發光效率。

具體而言，圖案化介電層240的材質為氮化矽(SiN)或二氧化矽(SiO2)。圖案化介電層240的圖案化可藉由顯影與蝕刻工藝或網印與蝕刻工藝達成。

垂直式發光二極體200還包含設置於圖案化介電層240上的防護環250。防護環250的功能為避免靜電放電(Electrostatic Discharge，ESD)，以及使上透明電極142中的電流擴散而均勻地進入垂直式發光二極體200。

具體而言，防護環250的材質為金屬，例如銀。防護環250的圖案化可藉由顯影與蝕刻工藝或網印與蝕刻工藝達成。若圖案化介電層240與防護環 250的水平剖面的形狀相同，則圖案化防護環250可以作為圖案化介電層240的光罩使用。

圖4A至圖4C繪示依照本發明不同實施方式的圖案化介電層240的水平剖面圖。如圖4A至圖4C所繪示，圖案化介電層240的水平剖面的形狀可為環狀、環狀與設置於環狀中的十字所組成的圖案或多個環狀與設置於環狀中的十字所組成的圖案。防護環250的水平剖面的形狀可與圖案化介電層240的水平剖面的形狀類似。具體而言，防護環250的水平剖面的形狀可為環狀、環狀與設置於環狀中的十字所組成的圖案或多個環狀與設置於環狀中的十字所組成的圖案。

如圖1所繪示，其他垂直式發光二極體，例如垂直式發光二極體300、400、500也可具有與垂直式發光二極體200類似的圖案化介電層與防護環。

發光二極體照明裝置100還包含設置於垂直式發光二極體300與垂直式發光二極體400之間(或者設置於凹槽113與凹槽116之間)的輔助電極150。輔助電極150與上透明電極144電性耦合，其中輔助電極150的材質為金屬。輔助電極150的功能為提升上透明電極144的導電率。

輔助電極150不與下電極121、126直接接觸。輔助電極150與下電極121、126可藉由圖案化金屬層而形成。輔助電極150與下電極121、126的圖案化可藉由顯影與蝕刻工藝或網印與蝕刻工藝達成。

發光二極體照明裝置100還包含至少一個上透明絕緣層160，且上透明絕緣層160覆蓋凹槽113、116的至少其中一個與覆蓋垂直式發光二極體200、300、400、500的至少其中一個。上透明絕緣層160具有高折射率，具體而言，上透明絕緣層160的折射率大於1.5。下透明絕緣層130的折射率大於或等於上透明絕緣層160的折射率。上透明絕緣層160可以減少發光二極體照明裝置100的全反射現象，藉此提升垂直式發光二極體200、300、400、500的出光率。

具體而言，上透明絕緣層160的一部分覆蓋凹槽113與垂直式發光二極 體200、300，且上透明絕緣層160的另一部分覆蓋凹槽116與垂直式發光二極體400、500。

在一些實施例中，上透明絕緣層160為至少兩層，且這些上透明絕緣層160互相堆疊。上透明絕緣層160中，越靠近垂直式發光二極體200、300或垂直式發光二極體400、500的折射率就越大。上透明絕緣層160至多為五層。

上透明絕緣層160的材質可與下透明絕緣層130的材質相同。應了解到，以上所舉的上透明絕緣層160的材質僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇上透明絕緣層160的材質。

發光二極體照明裝置100還包含設置於上透明絕緣層160上的螢光層170，且螢光層170覆蓋凹槽113、116的至少其中一個與垂直式發光二極體200、300、400、500的至少其中一個。

具體而言，螢光層170的一部分覆蓋凹槽113與垂直式發光二極體200、300，且螢光層170的另一部分覆蓋凹槽116與垂直式發光二極體400、500。

下透明絕緣層130的折射率大於或等於螢光層170的折射率，且上透明絕緣層160的折射率大於或等於螢光層170的折射率。

上透明絕緣層160的形狀使得以垂直式發光二極體200、300、400、500的至少其中一個為起點，通過螢光層170的不同部分的光學路徑長度基本上相同。具體而言，上透明絕緣層160的形狀大致為拱形。於是，通過螢光層170的部分光線偏黃且通過螢光層170的部分光線偏藍的情況將可避免，通過螢光層170的光線的顏色也就變得均勻。

發光二極體照明裝置100還包含設置於螢光層170上的封裝層180，且封裝層180覆蓋凹槽113、116的至少其中一個與垂直式發光二極體200、300、400、500的至少其中一個。具體而言，封裝層180的一部分覆蓋凹槽113與垂直式發光二極體200、300，且封裝層180的另一部分覆蓋凹槽116與垂直式發光二極體400、500，但並不限於此。圖5繪示依照本發明又一實施方式 的發光二極體照明裝置100的剖面示意圖。如圖5所繪示，封裝層180一體地覆蓋凹槽113、116與垂直式發光二極體200、300、400、500。

圖6繪示依照本發明再一實施方式的發光二極體照明裝置100的剖面示意圖。如圖6所繪示，上透明絕緣層160一體地覆蓋凹槽113、116與垂直式發光二極體200、300、400、500，螢光層170一體地覆蓋凹槽113、116與垂直式發光二極體200、300、400、500，且封裝層180一體地覆蓋凹槽113、116與垂直式發光二極體200、300、400、500。

前述的每個垂直式發光二極體皆可以藉由上透明電極與下電極而與其他的垂直式發光二極體並聯。圖7繪示依照本發明再一實施方式的發光二極體照明裝置100的剖面示意圖。舉例來說，如圖7所繪示，發光二極體照明裝置100還包含設置於下電極121上的垂直式發光二極體800。下透明絕緣層130具有開口139於其中，用以至少裸露出垂直式發光二極體800的部分801，上透明電極142還透過開口139電性連接垂直式發光二極體800，上透明電極142與下電極121共同電性連接垂直式發光二極體200、800而使垂直式發光二極體200、800並聯。

具體而言，垂直式發光二極體800包含相鄰於上透明電極142的第一半導體層810與相鄰於下電極121的第二半導體層820。垂直式發光二極體200、800的第一半導體層210、810為同種類型，垂直式發光二極體200、800的第二半導體層220、820為同種類型。

另外，設置於凹槽113中的垂直式發光二極體與設置於凹槽116中的垂直式發光二極體的數量可為相同或不同。舉例來說，如圖1所繪示，設置於凹槽113中的垂直式發光二極體有兩個，設置於凹槽116中的垂直式發光二極體也為兩個，但在圖7中，設置於凹槽113中的垂直式發光二極體有三個，設置於凹槽116中的垂直式發光二極體則為兩個。

本發明不同實施方式藉由將垂直式發光二極體串聯，發光二極體照明裝置100將可以在連接高電壓的外接電源時具有高功率與高發光效率。另外， 在達到高功率與高發光效率的同時，通過垂直式發光二極體的電流可以維持較小，於是垂直式發光二極體的壽命可以延長，其散熱也不再是問題。

雖然本發明已經以實施方式公開如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種變動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視權利要求所界定者為準。