專利名稱：可增加發光作用區面積的發光元件的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種發光元件，尤指一種可增加發光作用區面積以提高發光亮度的發光元件，主要是將一第一連通電路及一第二連通電路設于一供電基板上，而不直接占據發光二極管的發光作用區。
背景技術：
發光二極管因為具有體積小、重量輕、低耗電、壽命長等優點，因此廣泛使用于電腦周邊、通信產品以及其他電子裝置中。一般量產的發光二極管，是于一基板上，例如藍寶石(sapphire)、碳化硅(SiC)等材料，成長出一具有pn接面的磊晶層，當p型磊晶層及n型磊晶層兩側導入一驅動電壓時，可使pn接面因電子—電洞復合而投射出光源。
現有的發光二極管結構，如圖1A及圖1B所示，是分別為一現有發光二極管元件的構造側視圖及其構造俯視圖。如圖所示，其主要是于一晶粒基板11上方成長有一第二磊晶層15，而第二磊晶層15可定義有一相對凸起的第一表面153及相對凹陷的第二表面155，其中，第一表面153上形成有一第一磊晶層13，以使第一磊晶層13與第二磊晶層15之間可自然形成有一具有產生投射光源功效的發光作用區(即第一表面153)。第一磊晶層13的部分上表面設有一第一電極17，而第二磊晶層15未設有第一磊晶層13的第二表面155則設有一第二電極19。另外，第一電極17的部分上表面設有一可與外界電路連接的第一焊墊171，第二電極19的上表面則設有一可與外界電路連接的第二焊墊191。于第一電極17及第二電極19導入一順向偏壓的驅動電源時，電流將進入發光作用區153作用，進而產生投射光源。
對于一發光二極管而言，若發光作用區153的作用面積越大，則發光量愈多；而通過發光作用區153的電流愈大，則發光強度也愈大。但是，若通過發光作用區153的電流密度不均勻時，極容易造成部份發光作用區153的電流密度過高，而部分發光作用區135的電流密度則相對過低的現象。當發光作用區153電流密度過高而達到飽和時，不但發光效率會降低，而且也會造成發光作用區153的局部工作溫度上升，甚至造成毀損。反之，當部分發光作用區153因電流密度過低時，則因為無法充分發揮其發光效率而造成元件浪費。因此，如何使工作電流均勻通過發光作用區153以增加發光效率，實在是發光二極管在制造上及設計上的一大難題。
而，上述二極管結構，由于第一電極17與第二電極19幾何上呈現不對稱分布，因此極容易造成電流密度分布不均勻的現象。為避免此種電流密度不均勻的現象，業界提出一種可使工作電流密度均勻分布的發光二極管結構，如圖2A及圖2B所示，是分別為另一種現有發光二極管的結構俯視圖及其沿A-B線的剖面示意圖。發光二極管20主要是于一晶粒基板21上表面形成有一第二磊晶層25，第二磊晶層25可定義有復數個相對凸起的第一表面253及相對凹陷的第二表面255，第一表面253及第二表面255相對問格交錯排列，其中第一表面253上形成有一第一磊晶層23，而使第一磊晶層23輿第二磊晶層25接面處形成一發光作用區(即第一表面253)。每一第一磊晶層23上表面設有一個第一電極271，而每一第二磊晶層25的第二表面255上表面則設有一個第二電極291，第一電極271及第二電極291兩者問同樣因為第一表面253及第二表面255的設置位置而相互間格相互交錯排列。此外，尚設有一可連通此復數個第一電極271并直接接觸第一磊晶層23的第一連通電極273，及，可電性連通此復數個第二電極291并直接接觸于第二磊晶層25的第二表面255的第二連通電極293；以使每一個第一電極271之間可電性導通，同理，每一個第二電極291之間亦可電性導通。由于每一個第一電極271及第二電極291是兩兩問格交錯而設立，于幾何上相當對稱，因此，可有效降低發光作用區253工作電流密度分配不均勻的現象。
雖然，上述發光二極管結構可有效降低工作電流密度于發光作用區253分布不平均的現象，但是，由于第二連通電極293是直接設于第二磊晶層25的第二表面255上，換句話說，必須再鑿設有一可以安置第二連通電極293所在位置的部分第二表面255，擴大第二表面255在發光二極管20上所占有的范圍，相對減少發光作用區253的作用面積。因此第二連通電極293占用了部分發光作用區253的面積，相對造成了降低出光量及發光亮度的遺憾。
發明內容
為此，如何針對上述現有技術的缺點，以設計出一種新穎的發光元件，不僅可相對增加發光二極管的發光作用區面積以提高發光亮度，又可使工作電流密度均勻分布，由此增長其使用壽命，此即為本發明的發明重點。
本發明的主要目的，在于提供一種可增加發光作用區面積的發光元件，由設置于一供電基板上的第一連通電路及第二連通電路可直接電性連通于發光二極管晶粒上相對應的復數個第一電極及第二電極，以取代原本應設置于發光晶粒上的第一連通電極及第二連通電極，避免第一連通電極及第二連通電極占用發光作用區的面積，進而達成相對增加出光量及發光亮度的功效。
本發明的次要目的，在于提供一種可增加發光作用區面積的發光元件，由將復數個第一電極及第二電極設計為幾何對稱結構，以均勻分配發光作用區的電流密度，進而提高發光效率并延長產品使用壽命。
本發明的又一目的，在于提供一種可增加發光作用區面積的發光元件，由供電基板上直接設有一依照發光二極管晶粒的第一電極及第二電極幾何圖形配置的第一供電電路及第二供電電路圖樣，而達到提高封裝密度的目標。
本發明的又一目的，在于提供一種可增加發光作用區面積的發光元件，其打線焊墊的位置是設置于一供電基板上，而非直接在發光二極管晶粒上進行打線程序，此以避免因打線程序而對發光二極管造成遮光效應。
為達成上述目的，本發明提供一種可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其主要構造是包括有至少一發光晶粒，每一發光晶粒包括有一晶粒基板，晶粒基板設有一第二磊晶層，第二磊晶層可定義有至少一第一表面及至少一第二表面，第一表面上再形成有一第一磊晶層，第一磊晶層與第二磊晶層之間可自然形成有一發光作用區，第一磊晶層的部分表面設有至少一第一電極，而第二磊晶層的部分表面設有至少一第二電極；及一供電基板，在其表面可相對于第一電極及該第二電極的位置，分別設有至少一第一供電電路及至少一第二供電電路，而每一第一供電電路可由一第一連通電路而電性連接，每一第二供電電路可由一第二連通電路連接，第一供電電路與相對應的第一電極相互電性連接，而第二供電電路與相對應的第二電極相互電性連接。
其中該供電基板是為一表面絕緣基板。
其中該供電基板是可選擇為一氮化硅、氮化鋁、炭化硅、氮化鎵及其組合式的其中之一所制成。
其中該發光二極管晶粒是采用覆晶封裝方式，致使該發光二極管晶粒翻轉貼合于該供電基板。
中還包括有一靜電放電保護元件，固設于該供電基板上，可分別電性連接于該第一連通電路及該第二供電電路。
其中該靜電保護元件可選擇為齊納二極管及蕭特基二極管的其中之一。
其中還包括有靜電放電保護元件，固設于該供電基板上，可分別電性連接于該第二連通電路及該第一供電電路。
其中該晶粒基板是可選擇為一碳化硅、氮化鎵、藍寶石、砷化鎵及其組合式的其中之一所制成。
其中該復數個第二電極是可選擇為一直線排列、環狀排列、交錯排列及其組合式的其中之一。
其中該第二電極的側邊設有一電極絕緣層。
其中該第二磊晶層的第二表面是低于第一表面。
其中該第一連通電路上設有至少一第一焊墊，而該第二連通電路上設有至少一第二焊墊。
其中該第一電極與第一供電電路及第二電極與第二供電電路之間尚設有一黏合層。
為使審查員對本發明的特征、結構及所達成的功效有進一步的了解與認識，以較佳的實施例及附圖詳細說明如后，其中圖1A是現有發光二極管的構造側視圖；圖1B是如圖1A所示發光二極管的構造俯視圖；圖2A是另一現有發光二極管的構造俯視圖；圖2B是如圖2A所示發光二極管沿A-B線剖面示意圖；圖3A是本發明一較佳實施例的發光二極管構造俯視圖；
圖3B是如圖3A所示實施例沿C-D線的剖面示意圖；圖3C是本發明一較佳實施例的供電基板構造俯視圖；圖4A是本發明發光二極管晶粒與供電基板組合后的構造俯視圖；圖4B是本發明如圖4A所示實施例沿E-F線的剖面示意圖；圖5A是本發明另一實施例的分解示意圖；圖5B是本發明如圖5A所示實施例的組合示意圖；圖6A是本發明又一實施例的發光二極管晶粒構造俯視圖；圖6B是本發明如圖6A所示實施例的剖面示意圖；圖6C是本發明一較佳實施例的供電基板構造俯視圖；圖7A是本發明如圖6A及圖6C所示實施例組合后的構造俯視圖；及圖7B是本發明如圖7A所示實施例的剖面示意圖。
具體實施例方式
首先，請參閱圖3A至圖3C，是分別為本發明一較佳實施例的構造俯視圖、沿C-D線的剖面示意圖及供電基板的構造俯視圖。如圖所示，可增加發光作用區的發光二極管元件主要是由一發光二極管晶粒30及一供電基板41組合而成。其中，發光二極管晶粒30主要是在一晶粒基板31上形成有一第二磊晶層35，而第二磊晶層35可定義有一相對凸起的第一表面353及一相對凹陷的第二表面355，而第一表面353上方再形成有一第一磊晶層33，致使第一磊晶層33與第二磊晶層35之間自然形成有一發光作用區(即第一表面353)。通常，晶粒基板31可由一碳化硅、砷化鎵、藍寶石、氮化鎵等材料所組成，而第一磊晶層33及第二磊晶層35可由氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、磷化銦鎵(hGaP)、氮化鋁鎵(AlGaN)等3-5族元素材料所組成。
第一磊晶層33的上表面設有一第一電極331，而于第一電極331的兩側位置分別設有一第二電極351，以使第二電極351接觸第二磊晶層35的第二表面355，并由一電極絕緣層37與第一磊晶層33及第一電極331電性絕緣。第一電極331及第二電極351兩者相互間格交錯，以使作用電流可均勻通過發光作用區353，進而增加發光效率，并且避免局部電流密度過高而毀損發光作用區353。
又，供電基板41上表面相對于發光二極管晶粒30的第一電極331及第二電極351的位置而直接設有至少一第一供電路431及第二供電電路451。另外，尚設有第一連通電路43可電性連接于該第一供電電路431，及第二連通電路45亦可電性連接于每一個第二供電電路451。第一供電電路431及第二供電電路451的數量是相同于第一電極331及第二電極351的數量。其中，供電基板41可選用氮化硅(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氧化鈹(BeO)及覆有介電質材料(SiO2、TiO2、Si3N4等)的碳化硅(SiC)、硅(Si)、氮化鎵(GaN)等絕緣材料。
接績，請參閱圖4A及圖4B，是發光二極管晶粒于組合后的構造俯視圖，及其沿E-F線的剖面示意圖。如圖所示，將發光二極管晶粒30予以倒置，并利用一黏合層47分別將其第一電極331及第二電極351貼合相對應的第一供電電路431及第二供電電路451。由于本實施例是由直接設于供電基板41上的第二連通電路45經由復數個第二供電電路451而連接各對應的第二電極351，而不同于現有構造需由一直接設于發光二極管晶粒20的第二連通電極293連接各個第二電極291，可避免第二連通電極293占用發光作用區253的面積，因此可相對增加發光作用區353的面積。另外，黏合層47的材料可選用錫-金(AuSn)、硅-金(AuSi)、錫-鉛(PbSn)、錫-銀(SnAg)、錫-銦-銀(SnhAg)、銀膠或錫膏等材料，以使發光作用區353的工作熱源更容易由基板41傳出。
又，請參閱圖5A及圖5B，是本發明又一實施例的分解示意圖及其組合示意圖。如圖所示，一供電基板51上表面分別設有一第一連通電路53及第二連通電路55，而第一連通電路53又連設有復數個第一供電電路531，第二連通電路55則連設有復數個第二供電電路551。將復數個發光二極管晶粒30貼合于供電基板51上時，每一個發光二極管晶粒30的第一電極331與第二電極351可分別貼合于相對應的第一供電電路531及第二供電電路551藉此不但可在一供電基板51上設有復數個發光二極管晶粒30，以提高發光亮度。且，若復數個發光二極管晶粒30是選擇不同顏色投射光源所組成，例如藍光、綠光或紅光，則亦可整體產生白色光源或全彩光源。
另外，尚可將一靜電放電保護元件57，例如齊納二極管或蕭特基二極管，固設于基板51上，并分別將其兩電極電性連接于第一連通電路53及第二供電電路551的其中的一或第二連通電路55及第一供電電路531(未顯示)的其中之一，即可達到防止因為靜電放電效應而造成發光二極管晶粒30意外毀損的疑慮，由此以確保發光晶粒30的正常使用。
由于基板51上的復數個第一供電電路531及第二供電電路551是配合發光二極管晶粒30的第一電極331及第二電極351的數量而設立，因此，可于最小面積的基板51上裝設有最多個發光二極管晶粒30，進而提高封裝密度而達到使發光元件輕薄短小的目標。
又，請參閱圖6A至圖6C，是分別為本發明又一實施例的發光二極管晶粒的構造俯視圖、剖面視意圖及供電基板的構造俯視圖。如圖所示，發光二極管晶粒60主要構造包含有一晶粒基板61，其上表面設有一第二磊晶層65，第二磊晶層65定義有復數個相對凸起的第一表面653及復數個相對凹陷的第二表面655。每一個第一表面653上設有一個第一磊晶層63，以使每一個第一磊晶層63與第二磊晶層65之間自然形成有一發光作用區(即第一表面653)。每一個第一磊晶層63的上表面設有一第一電極631，而第二磊晶層65的第二表面655則設有復數個第二電極651，以使復數個第一電極631與第二電極651分別間格交錯設立。另外，第二電極651的周緣設有一層電極絕緣層67，以避免第二電極651直接接觸第一磊晶層63及第一電極631。
供電基板71上方設有一第一連通電路73及第二連通電路75，而第一連通電路73又連設有復數個第一供電電路了31，第二連通電路75則連接有復數個第二供電電路751。其中，該復數個第一電路731及該復數個第二電路751的位置及數量均配合第一電極631及第二電極651的位置及數量而設立。
又，第一連通電路73的適當位置上設有第一焊墊735，第二連通電路75的適當位置上亦設有一第二焊墊755，以提供打線程序的進行。由于第一焊墊735與第二焊墊755是設于供電基板71上，而非直接設于發光二極管晶粒60上，可避免因為打線程序而直接對發光二極管60造成損害，由此以保護發光二極管晶粒60的正常工作。
最后，請參閱圖7A及圖7B，是如圖6A及圖6B所示實施例于組合后的構造俯視圖及其剖面示意圖。如圖所示，將發光二極管晶粒60翻轉后貼合于供電基板71，以使復數個第一電極631分別連接于相對應的第一供電電路731，而第二電極651則分別連接于相對應的第二供電電路751。
由于第一電極631與第二電極651是相互間格交錯設立，而具有對稱性，因此每一個發光作用區653的上作電流密度非常均勻。另外，每一個第二電極651是由一個設于供電基板71上的第二連通電路75而導通，因此，不會像現有構造一樣，因為需要在發光二極管晶粒20上設有一直接連接各個第二電極291的第二連通電極293相對占用發光作用區235面積的疑慮。
又，雖然上述實施例皆以直線排列的第二電極為說明，但不限于此，當可利用環狀排列、交錯排列及其他幾何對稱排列來實施，只要將第一連通電路73及第二連通電路75設于供電基板71上，而非直接設于發光二極管晶粒60上，便可達成增加發光作用面積的功效。
又，雖然在上述各個實施例中，每一個發光二極管晶粒30、60的第二電極351、651皆設計為與第一電極331、631近似或相同的水平高度，但依照本發明的技術特征下，如圖2B所示的現有發光二極管晶粒20亦可適用，只需將第二連通電路293設于一供電基板41上即可，同樣可達到本發明所欲達成的功效。
又，雖然在上述各個實施例中，供電基板41、51、71是為一絕緣材料所制成，但在不同實施例中，其亦可為一硫化硅、硅、砷化鎵等材質所取代，只是在供電基板上再覆以一層絕緣材料即可。
綜上所述，當知本發明是有關于一種發光元件，尤指一種可增大發光作用區面積以提高發光亮度的發光元件，可相對增加發光作用區面積，并由此以增加發光效率。故本發明實為一富有新穎性、進步性，及可供產業利用功效的發明，應符合專利申請的各項條件，故依法提請發明專利。
以上所述的，僅為本發明的一較佳實施例而已，并非用來限定本發明實施的范圍，即凡依本發明申請專利范圍所述的形狀、構造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應包括于本發明的中請專利范圍內。
權利要求
1.一種可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其主要構造是包括有至少一發光晶粒，每一發光晶粒包括有一晶粒基板，晶粒基板設有一第二磊晶層，第二磊晶層可定義有至少一第一表面及至少一第二表面，第一表面上再形成有一第一磊晶層，第一磊晶層與第二磊晶層之間可自然形成有一發光作用區，第一磊晶層的部分表面設有至少一第一電極，而第二磊晶層的部分表面設有至少一第二電極；及一供電基板，在其表面可相對于第一電極及該第二電極的位置，分別設有至少一第一供電電路及至少一第二供電電路，而每一第一供電電路可由一第一連通電路而電性連接，每一第二供電電路可由一第二連通電路連接，第一供電電路與相對應的第一電極相互電性連接，而第二供電電路與相對應的第二電極相互電性連接。
2.如權利要求1所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中該供電基板是為一表面絕緣基板。
3.如權利要求2所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中該供電基板是可選擇為一氮化硅、氮化鋁、炭化硅、氮化鎵及其組合式的其中之一所制成。
4.如權利要求1所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中該發光二極管晶粒是采用覆晶封裝方式，致使該發光二極管晶粒翻轉貼合于該供電基板。
5.如權利要求1所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中還包括有一靜電放電保護元件，固設于該供電基板上，可分別電性連接于該第一連通電路及該第二供電電路。
6.如權利要求5所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中該靜電保護元件可選擇為齊納二極管及蕭特基二極管的其中之一。
7.如權利要求1所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中還包括有靜電放電保護元件，固設于該供電基板上，可分別電性連接于該第二連通電路及該第一供電電路。
8.如權利要求1所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中該晶粒基板是可選擇為一碳化硅、氮化鎵、藍寶石、砷化鎵及其組合式的其中之一所制成。
9.如權利要求1所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中該復數個第二電極是可選擇為一直線排列、環狀排列、交錯排列及其組合式的其中之一。
10.如權利要求1所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中該第二電極的側邊設有一電極絕緣層。
11.如權利要求1所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中該第二磊晶層的第二表面是低于第一表面。
12.如權利要求1所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中該第一連通電路上設有至少一第一焊墊，而該第二連通電路上設有至少一第二焊墊。
13.如權利要求1所述的可增加發光作用區面積的發光元件，其特征在于，其中該第一電極與第一供電電路及第二電極與第二供電電路之間尚設有一黏合層。
全文摘要
一種發光元件，尤指一種可增加發光作用區面積以提高發光亮度的發光元件，主要是在一晶粒基板上依序設有一第二磊晶層及至少一第一磊晶層，第一磊晶層上表面設有至少一第一電極，及，復數個可貫穿第一磊晶層并由一電極絕緣層而與第一磊晶層絕緣并電性連接于第二磊晶層的第二電極，其中，第一電極及第二電極相互間格交錯排列，另外，在一供電基板上根據第一電極與第二電極位置而設有相對應可個別與第一電極或第二電極貼合電性連接的第一供電電路及第二供電電路，而復數個第一供電電路可電性連接有一第一連通電路，第二供電電路則電性連接有一第二連通電路，由于第一連通電路及第二連通電路是設于供電基板上而非直接設于發光二極管上。
文檔編號H01L33/00GK1558450SQ20041000240
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月29日 優先權日2004年1月29日
發明者林明德, 林三寶, 許榮貴 申請人:光磊科技股份有限公司