CN100524857C - 结合有多个单元的发光元件、制造发光元件的方法和使用发光元件的发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有成阵列的单元的发光元件、一种制造发光元件的方法和一种使用发光元件的发光装置。本发明提供一种发光元件，所述发光元件包含具有串联或并联连接在单个衬底上的多个发光单元的发光单元块；以及一种制造发光元件的方法，其中多个发光单元中的每一者包含N型半导体层和P型半导体层，且一个发光单元的N型半导体层电连接到另一邻近发光单元的P型半导体层。此外，本发明提供一种发光装置，其包含具有串联连接的多个发光单元的发光元件。因此，可能简化能够与家用AC电源一起使用的用于照明的发光装置的制造工艺，以减少在制造用于照明的发光装置过程中出现的不合格率，且大批量生产所述用于照明的发光装置。此外，一个优点是，可在AC操作中通过在发光元件外部安装预定整流电路来增强DC驱动效率。

Description

结合有多个单元的发光元件、制造发光元件的方法和使用发光元件的发光装置

技术领域

本发明涉及一种结合有多个单元的发光元件、一种制造发光元件的方法和一种使用发光元件的发光装置。更明确地说，本发明涉及一种具有成阵列在单个衬底上的多个发光单元的单个发光元件、一种制造发光元件的方法和一种使用发光元件的发光装置。

背景技术

发光二极管是指使用半导体的p-n结(p-n junction)结构注入的少数载流子(电子或空穴)且使某种光发射穿过其再组合的元件。这种发光二极管已用作显示器装置和背光，且已积极进行将发光二极管应用于普通照明的研究。

这是因为与现有荧光灯灯泡相比，发光二极管具有较少电功率消耗和较长使用寿命。也就是说，这是因为与现有照明器相比，发光二极管的电功率消耗仅为其几分之一到几十分之一，且其使用寿命是其几倍到几十倍，藉此实现减少电功率消耗和优良耐久性。

一般来说，为了将发光二极管用于照明目的，通过单独封装工艺来形成发光元件，通过引线结合方法将多个发光元件串联连接，且将保护电路、交流电/直流电(AC/DC)转换器和类似物安装在发光元件外部使得发光二极管可制造成灯的形式。

图1是说明常规发光装置的概念图。

参看图1，通过串联连接多个发光元件10a到10c来制造用于普通照明的发光装置，其中所述发光元件中的每一者上均安装有发光芯片。为此，多个发光元件10a到10c串联成阵列，且不同发光元件内的发光芯片通过金属布线工艺串联而电性连接。美国专利第5,463,280号中揭示了这种制造工艺。然而，如果根据现有技术制造具有上述结构的用于普通照明的发光装置，那么存在如下问题，即应对大量元件逐一执行金属布线工艺，使得加工步骤数目增加且较复杂。随着工艺步骤数目增加，不合格率也增加，藉此阻碍了大批量生产。此外，可能存在金属布线由于某种震动变得短路而使得发光元件的操作停止的情况。此外，存在如下缺点，即由于个别发光元件的串联阵列而被占据的空间扩大使得灯的尺寸显著变大。

韩国专利早期公开案第2004-9818号中揭示了不同于上述元件级的发光芯片阵列的晶片级微芯片阵列。其涉及一种显示器设备，其中发光单元成阵列为矩阵形式使得用于诱导发光的发光二极管安置在每一像素中。然而，应在相应的垂直和水平方向上施加不同电信号，且应以寻址方式施加电信号以便促使布置成矩阵形式的元件发光，这非常难以控制。此外，布线可能由于矩阵形式的阵列而断开连接，且引线重叠区域中出现大量干扰。此外，存在如下问题，即上述矩阵形结构不适用于施加有高电压的照明用发光装置。

发明内容

技术问题

因此，构思本发明以解决上述问题。本发明的一个目的是提供一种具有成阵列的发光单元的发光元件、一种制造发光元件的方法和一种使用发光元件的发光装置，其中可使用具有串联连接的多个发光单元的单芯片型发光元件来制造发光二极管灯，且所述制造灯的工艺可通过在晶片级电连接多个发光单元而简化并具有减少的不合格率，藉此提供大批量生产的益处。

技术解决方案

根据本发明的一个方面，提供一种发光元件，其包括具有彼此串联或并联连接在单个衬底上的多个发光单元的发光单元块。

发光单元块可包括多个发光单元，每一发光单元包含N型半导体层、形成在N型半导体层的上表面上的预定区域中的有源层和形成在有源层上的P型半导体层；以及用于将一个发光单元的N型半导体层连接到另一邻近发光单元的P型半导体层的引线。此外，发光单元块可包括所述多个发光单元，每一发光单元具有顺序层压的N型半导体层、有源层和P型半导体层；结合有多个发光单元的衬底；和用于将一个发光单元的N型半导体层连接到另一邻近发光单元的P型半导体层的引线。N型衬垫可形成在N型半导体层上，且P型衬垫可形成在P型半导体层上。

此时，发光元件可进一步包括用于将预定整流功率施加到发光单元的整流桥单元(rectifying bridge unit)。发光元件可进一步包括用于将外部AC电源连接到整流桥单元的电极。发光元件可进一步包括用于将发光单元和整流桥单元连接到外部电源或外部元件的电极。具有串联连接的发光单元的发光单元块可反并联连接在衬底上。衬底可由导热材料制成。发光元件可进一步包括形成在导热衬底的顶部表面上的绝缘膜(如果衬底具有导电性)，和插入在绝缘膜与发光单元之间的电极图案。

根据本发明的另一方面，提供一种制造发光元件的方法，其包括以下步骤：制备多个发光单元，每一发光单元具有N型半导体层和P型半导体层；和通过金属引线将一个发光单元的N型半导体层连接到邻近发光单元的P型半导体层。制备多个发光单元的步骤可包括以下步骤：在母衬底(parent substrate)上顺序形成N型半导体层、有源层和P型半导体层；暴露N型半导体层的一部分；和使个别发光单元电绝缘。制备多个发光单元的步骤可包括以下步骤：在母衬底上顺序形成N型半导体层、有源层和P型半导体层；通过部分地去除P型半导体层、有源层和N型半导体层使个别发光单元电绝缘；将主衬底(host substrate)结合在电绝缘的P型半导体层上；去除母衬底；和切割主衬底以形成个别发光单元。所述方法可进一步包括将发光元件结合在衬底上的步骤。

根据本发明的又一方面，提供一种发光装置，所述发光装置包括：发光元件，其具有串联或并联连接在单个衬底上的多个发光单元；电源单元，其用于向发光元件施加预定功率；和控制单元，其用于控制施加到发光元件的电压和电流的波形。

有利效果

根据本发明，可能制造一种发光装置，其能够通过具有串联连接的多个发光单元的单个发光元件而用于照明。

此外，由于多个发光单元在晶片级电连接，所以可能制造一种发光元件，其能够利用高电压和家用AC电源发光。

此外，由于使用具有电连接在衬底上的多个发光单元的发光元件，所以可能简化用于照明的发光装置的制造工艺，减少制造用于照明的发光装置过程中出现的不合格率，并大批量生产用于照明的发光装置。

另外，连接发光元件芯片的电极和预定整流电路以使AC驱动中的纹波因数(ripple factor)最小化，藉此使发光效率最大化并通过电阻器的连接来控制LED阵列上的负载，藉此保护所述发光元件芯片。

附图说明

图1是说明常规发光装置的概念图。

图2是根据本发明实施例的个体发光单元(unit light emitting cell)的截面图。

图3绘示根据本发明实施例的具有成阵列的发光单元的发光元件的截面图。

图4是根据本发明另一实施例的个体发光单元的截面图。

图5绘示说明根据本发明另一实施例的第一修改实例制造发光元件的方法的截面图，所述发光元件具有成阵列的发光单元。

图6是说明根据本发明另一实施例的第二修改实例制造发光元件的方法的截面图，所述发光元件具有成阵列的发光单元。

图7绘示说明根据本发明另一实施例的第三修改实例制造发光元件的方法的截面图，所述发光元件具有成阵列的发光单元。

图8是说明根据本发明第一实施例发光元件的概念图。

图9是说明根据本发明第二实施例发光元件的概念图。

图10是说明根据本发明第三实施例发光元件的概念图。

图11是说明根据本发明第四实施例发光元件的概念图。

图12是说明根据本发明第五实施例发光元件的概念图。

图13是说明根据本发明第六实施例发光元件的概念图。

图14是说明根据本发明发光装置的概念图。

具体实施方式

下文中，将参看附图详细描述本发明的优选实施例。然而，本发明不限于所述实施例，而是可构建成不同形式。提供这些实施例仅为了说明的目的且为了所属领域的技术人员充分理解本发明范围。所有附图中，相似组件由相似参考标号表示。

图2绘示根据本发明实施例的个体发光单元的截面图。

参看图2，发光单元100包括：衬底20；顺序层压在衬底20上的缓冲层30、N型半导体层40、有源层50和P型半导体层60；形成在N型半导体层40的暴露区域上的N型结合衬垫(参看图3a中参考标号95)；和形成在P型半导体层60上的P型结合衬垫(参看图3a中参考标号90)。

在此情况下，可分别在N型结合衬垫和P型结合衬垫下方进一步提供N型电阻连接膜(未图示)和P型电阻连接膜(未图示)。此外，可在P型半导体层60与P型结合衬垫之间进一步提供透明电极层70。另外，金属电极可形成在半导体层40和60上以将邻近单元彼此连接。

衬底20指的是用于制造发光二极管的典型晶片，且衬底20优选地由Al₂O₃、SiC、ZnO、Si、GaAs、GaP、LiAl₂O₃、BN、AlN和GaN中的任一者制成。此实施例使用蓝宝石衬底20用于晶体生长。

缓冲层30是用于减少当晶体生长时衬底20与后续层之间的晶格失配的层，且含有半导体材料GaN。N型半导体层40是其中产生电子的层，且由N型化合物半导体层和N型包覆层组成。此时，掺杂有N型杂质的GaN用于N型化合物半导体层。P型半导体层60是其中产生空穴的层，且由P型包覆层和P型化合物半导体层组成。此时掺杂有P型杂质的AlGaN用于P型化合物半导体层。

有源层50是其中形成有预定带隙和量子阱使得电子与空穴再组合的区域。有源层含有InGaN。此外，由于电子与空穴的组合而产生的发射光的波长依据组成有源层50的材料种类而变化。因此，优选地依据目标波长来控制包含在有源层50中的半导体材料。

N型和P型结合衬垫是用于将发光单元100电连接到金属布线的衬垫，且可形成为具有层压Ti/Au的结构。此外，上述透明电极层70执行均匀地传输电压输入经过P型结合衬垫到P型半导体层60的功能。

如上所述，本发明的发光单元100指的是形成在蓝宝石衬底20上的水平发光芯片。在本发明中，由于使用多个发光芯片而不是一个发光芯片来制造一个发光元件，所以将常规发光芯片称为发光单元。

下文将简要描述制造上述发光单元的方法。

通过晶体生长的方法在蓝宝石衬底20上顺序形成缓冲层30、N型半导体层40、有源层50和P型半导体层60。可在P型半导体层60上进一步形成透明电极层70。通过用于沉积上述材料的各种沉积和外延方法来形成相应层，所述方法包含金属有机化学汽相沉积(MOCVD，Metal OrganicChemical Vapor Deposition)、分子束外延(MBE，Molecular Beam Epitaxy)、氢化物汽相外延(HVPE，Hybride Vapor Pha se Epitaxy)和类似方法。

其后，执行使用掩模的光蚀刻工艺使得N型半导体层40的一部分被打开。换句话说，使用掩模作为蚀刻掩模通过蚀刻工艺来部分去除P型半导体层60、有源层50和N型半导体层40，以便暴露N型半导体层40的一部分。此时，使用光致抗蚀剂将掩模形成为某一形状，在该形状下待形成N型衬垫的区域可被打开且每一单元可电绝缘。使用湿式蚀刻工艺或干式蚀刻工艺来执行蚀刻工艺。在此实施例中，使用等离子的干式蚀刻工艺较有效。

通过连续执行蚀刻工艺使每一发光单元100电分离。换句话说，蚀刻N型半导体层40和缓冲层30直到暴露蓝宝石衬底20为止，藉此使每一单元绝缘。

尽管可如上所述使用单个掩模来执行蚀刻，但可使用不同掩模来执行蚀刻。换句话说，可执行使用第一掩模的第一蚀刻以打开形成有N型衬垫的区域，且可执行使用第二掩模的第二蚀刻以打开用于使发光单元100电分离的预定区域。

去除掩模之后，在N型半导体层40的暴露部分上形成N型衬垫，且在P型半导体层60上形成P型衬垫。

如上所述，本发明通过将个体发光单元串联或并联布置来制造发光元件。下文将参看附图描述这一过程。

图3绘示根据本发明实施例的具有成阵列的单元的发光元件的截面图。

参看图3，本发明的发光元件具有彼此串联连接的多个发光单元100-1到100-n。也就是说，发光元件包括所述多个发光单元100，其中邻近发光单元100-1到100-n的N型半导体层40与P型半导体层60电连接，N型衬垫95形成在位于发光元件一端处的发光单元100-n的N型半导体层40上，且P型衬垫90形成在位于发光元件另一端处的发光单元100-1的P型半导体层60上。

邻近发光单元100-1到100-n的N型半导体层40与P型半导体层60使用金属引线80而彼此电连接。此外，在本发明中，有效的是，多个发光单元100-1到100-n可串联连接以便由供应的AC电压驱动。在本发明中，串联或并联连接的发光单元100的数目可依据用于驱动单个发光单元100的电压/电流和施加到用于照明的发光元件的AC驱动电压而显著变化。优选地，10到1000个单元串联连接，且更优选地，有效的是将30到70个单元串联连接。举例来说，用220V AC电压驱动时，通过串联连接66或67个个体发光单元来制造发光元件，所述发光单元中的每一者在特定电流下以3.3V电压操作。此外，用110V AC电压驱动时，通过串联连接33或34个个体发光单元来制造发光元件，所述发光单元中的每一者在特定电流下以3.3V电压操作。

如图3a中所示，在具有串联连接的第一到第n发光单元100-1到100-n的发光元件中，P型衬垫90形成在第一发光单元100-1的P型半导体层60上，且第一发光单元100-1的N型半导体层40和第二发光单元100-2的P型半导体层60经由第一引线80-1连接。此外，第三发光单元100-3的N型半导体层40和第四发光单元(未图示)的P型半导体层(未图示)经由第二引线80-2连接。第(n-2)发光单元(未图示)的N型半导体层(未图示)和第(n-1)发光单元100-n-1的P型半导体层60经由第(n-1)引线80-n-1连接，且第(n-1)发光单元100-n-1的N型半导体层40和第n发光单元100-n的P型半导体层60经由第n引线80-n连接。此外，N型衬垫95形成在第n发光单元100-n的N型半导体层40上。此时，是金属电极的衬垫形成在相应半导体层上使得这些衬垫经由布线连接。

本发明中的衬底20可为上面可制造多个发光元件的衬底。因此，图3a和3b所示的由“A”表示的区表示用于单独切割多个元件的切割区。

此外，在上述发光元件中，用于整流外部AC电压的第一到第四二极管(未图示)可形成在同一衬底上。第一到第四二极管布置成整流桥的形式。第一到第四二极管之间的整流节点可连接到相应发光单元的N型或P型衬垫。第一到第四二极管可用作发光单元。

下文将简要描述制造具有上述串联连接的多个发光单元的发光元件的方法。

通过晶体生长的方法在蓝宝石衬底20上顺序形成缓冲层30、N型半导体层40、有源层50和P型半导体层60。可在P型半导体层60上进一步形成透明电极层70。

通过预定图案化工艺打开N型半导体层40的一部分，且每一发光单元100电绝缘。在图案化工艺中，在整个结构上涂覆光致抗蚀剂，且通过预定光刻工艺形成具有预定打开区域的光致抗蚀剂掩模(未图示)。所述预定区域指的是邻近发光单元100与对应于N型半导体层40的待打开部分的区域之间的区域。通过使用光致抗蚀剂掩模作为蚀刻掩模执行蚀刻工艺来蚀刻P型半导体层60和有源层50，使得N型半导体层40的所述部分可被打开。通过连续执行蚀刻工艺来蚀刻N型半导体层40的一部分以形成并电绝缘每一发光单元100。

另外，可通过执行多个图案化工艺来打开N型半导体层40的一部分以使每一发光单元绝缘。也就是说，如图3a所示，通过部分地蚀刻P型半导体层60、有源层50和N型半导体层40来暴露N型半导体层40的一部分，且通过经由额外工艺来蚀刻P型半导体层60、有源层50、N型半导体层40和缓冲层30来使发光单元100的每一者电绝缘。此外，如图3b所示，可通过仅向下执行蚀刻至N型半导体层40来使发光单元100的每一者电绝缘。图案化工艺中使用的蚀刻工艺可为湿式蚀刻工艺或干式蚀刻工艺。在此实施例中，使用等离子执行干式蚀刻工艺是有效的。

通过使用与上述制造工艺相同的工艺，可一起形成用于整流桥的二极管。显然的是，用于整流桥的二极管可单独通过典型半导体制造工艺形成。

其后，通过例如桥接工艺或阶梯覆盖(step coverage)的预定工艺来形成导电引线80-1到80-n，其用于电连接邻近发光单元100-1到100-n的N型半导体层40与P型半导体层60。导电引线80-1到80-n由导电材料且优选地使用掺杂有金属杂质的硅酮化合物形成。

上述桥接工艺也称为空气桥接工艺，其中通过使用光工艺(photoprocess)涂覆并显影光致抗蚀剂溶液在待彼此连接的芯片之间形成光致抗蚀剂图案，首先通过例如真空汽相沉积的方法以例如金属的材料在上面形成薄膜，且通过例如电镀或金属汽相沉积的方法再次在上面涂覆包含金(Au)的导电材料达到预定厚度。其后，当通过例如溶剂的溶液去除光致抗蚀剂图案时，去除导电材料下方的所有部分且仅在空间中形成桥形式的导电材料I。

此外，在阶梯覆盖工艺中，通过使用光工艺涂覆并显影光致抗蚀剂溶液仅留下待彼此连接的芯片之间的连接部分，且其它部分用光致抗蚀剂图案覆盖，且通过例如电镀或金属汽相沉积的方法在上面涂覆包含金(Au)的导电材料达到预定厚度。随后，当通过例如溶剂的溶液去除光致抗蚀剂图案时，去除除了用导电材料覆盖的部分以外的所有其它部分，使得仅能留下所述覆盖部分以执行将芯片彼此电连接的功能。

同时，用于与外部电连接的P型衬垫90和N型衬垫95分别形成在位于发光元件两端处的发光单元100-1到100-n上。用于整流桥的二极管可连接到P型衬垫90和N型衬垫95中的每一者。或者，额外导电引线可连接到P型衬垫90和N型衬垫95。

上述制造本发明的发光元件的方法仅是特定实施例且不限于此。可依据元件的特性和工艺的便利性修改或添加各种工艺和制造方法。另外，可能通过串联连接垂直发光单元而不是如上所述水平发光单元来制造发光元件。

在本发明中，将多个个别垂直发光单元结合在衬底上，且所述多个个别垂直发光单元的邻近单元的不同电极衬垫电连接。换句话说，可通过串联或并联连接发光单元来形成发光元件。

将参看附图描述垂直发光单元和具有串联或并联连接的垂直发光单元的发光元件。下文中将省略与对上述水平发光单元和具有串联或并联连接的水平发光单元的发光元件的描述重叠的描述。

图4绘示根据本发明另一实施例的个体发光单元的截面图。

参看图4，此实施例的个体发光单元是垂直发光单元200，其中N型衬垫210、N型半导体层220、有源层230、P型半导体层240和P型衬垫250结构上顺序层压。显然的是，可依据发光单元的特性进一步添加各种材料层。

当简要回顾制造具有上述结构的垂直发光单元的方法时，通过晶体生长的方法在母衬底(未图示)上顺序形成缓冲层(未图示)、N型半导体层220、有源层230、P型半导体层240和P型衬垫250。此时可在P型半导体层240与P型衬垫250之间形成ITO膜(未图示)。

P型衬垫250、P型半导体层240、有源层230、N型半导体层220和缓冲层经部分蚀刻以使每一发光单元电分离。其后，导电主衬底(未图示)结合到P型衬垫250，且接着通过激光剥离(las erliftoff)工艺去除N型半导体层220下方的缓冲层和母衬底。在N型半导体层220下方形成N型衬垫210，且将主衬底切割成个别发光单元来制造垂直发光单元200。

在此实施例中，可提供各种方法来制造发光元件，在所述发光元件中，具有上述结构的发光单元结合到衬底且所述发光单元串联连接。

图5绘示说明根据本发明另一实施例的第一修改实例制造发光元件的方法的截面图，所述发光元件具有成阵列的单元。

参看图5，将多个垂直发光单元200结合到衬底201，所述垂直发光单元200的每一者具有形成在N型半导体层220与P型半导体层240之间的有源层230，和分别形成在N型半导体层220和P型半导体层240上的电极衬垫210和250。

可使用由Al₂O₃、SiC、ZnO、Si、GaAs、GaP、LiAl₂O₃、BN、AlN和GaN中的至少一者制成的衬底、由树脂、塑料或类似物制成的绝缘衬底或具有良好导热性的衬底作为衬底201。如果使用导电衬底，那么使用上面形成有绝缘层的衬底。

其后，使用预定膏剂(未图示)将发光单元200结合到衬底201。此时，发光单元200的P型衬垫250结合到衬底201。显然的是，其两者均可使用各种结合方法结合。尽管在此修改实例中P型衬垫250结合到衬底201，但N型衬垫210可结合到衬底201。

接着，通过预定蚀刻工艺部分蚀刻N型衬垫210、N型半导体层220、有源层230和P型半导体层240，使得P型衬垫250的一部分可被暴露。这实现如下配置，即P型衬垫250的一部分暴露于发光单元200的下部分处，如图5所示。通过预定引线成形工艺连接邻近发光单元200的电极。也就是说，通过引线260连接一个发光单元200的P型衬垫250的暴露部分与和所述发光单元200邻近的另一发光单元200的N型衬垫210。此时，通过例如桥接工艺或阶梯覆盖的预定工艺形成用于电连接邻近发光单元的N型衬垫210与P型衬垫250的导电引线260。

可将具有导电性的所有材料以及金属用于引线260。上述引线成形工艺不限于此，而是可以各种方式实施。下文将对此进行描述。

在位于本发明发光元件一端处的发光单元200的P型衬垫250和位于所述发光元件另一端处的发光单元200的N型衬垫210的每一者上形成额外外部端子电极(未图示)，使得可从外部输入预定功率。

图6是说明根据本发明另一实施例的第二修改实例制造发光元件的方法的截面图，所述发光元件具有成阵列的单元。

参看图6，如先前修改实例中所描述，将垂直发光单元200结合到衬底201，且接着通过预定蚀刻工艺暴露P型衬垫250的一部分。

其后，在P型衬垫250的暴露部分与和其邻近的发光单元200之间形成用于防止与后续布线短路的预定绝缘膜255在衬底201上。接着，使用预定金属布线工艺经由引线260连接邻近发光单元200的电极。此绝缘膜255和引线260可通过印刷工艺或通过预定汽相沉积、图案化和蚀刻工艺形成。

发光元件的制造不限于上述工艺。在不对发光单元执行蚀刻工艺的情况下，宽度大于发光单元宽度的电极图案可形成在衬底上，且接着可将发光单元结合到电极图案。尽管在此修改实例中将P型衬垫结合到衬底，但可将N型衬垫结合到衬底。

图7绘示说明根据本发明另一实施例的第三修改实例制造发光元件的方法的截面图，所述发光元件具有成阵列的单元。

参看图7a和7b，将垂直发光单元200的P型衬垫250结合到形成在衬底201上的电极图案202。

形成在衬底201上的电极图案202可以各种阵列布置以便串联连接发光单元200。显然的是，电极图案202的形成数目与期望的发光单元200的数目一样多，且在一个方向上宽度宽于发光单元200的每一者的宽度。此外，电极图案202的每一者电分离且实体上分离。

此时，由于在此修改实例中电极图案202形成在衬底201上，所以可将衬底201上的电极图案202用作P型衬垫250，而不需要在发光单元200上形成P型衬垫250。此外，尽管在此修改实例中将P型衬垫250结合到衬底201，但可将N型衬垫210结合到衬底201。此时，可不形成N型衬垫210。

此处，使用导电膏将发光单元200的P型衬垫250结合到衬底201上的电极图案。显然的是，可使用其它各种结合方法将其结合。此时，如图7b所示，发光单元200与下伏电极图案202的一侧对准，使得下伏电极图案202的另一侧的一部分被暴露。

其后，使用导电引线260将结合有发光单元200的电极图案202电连接到邻近发光单元200的N型衬垫210。因此，通过电极图案202和引线260将邻近发光单元200的N型衬垫210连接到一个发光单元200的P型衬垫250，使得多个发光单元200串联连接。

上述修改实例并不限于其自身，而是可在其间进行转换。换句话说，可进一步添加多个半导体层来形成半导体层。为了将邻近发光单元彼此连接，通过形成额外绝缘膜使邻近发光单元电绝缘，且接着暴露每一电极以使用预定引线连接邻近发光单元。

图8是说明根据本发明第一实施例的发光元件的概念图。

参看图8，在此实施例的发光元件300中，多个发光单元100和200串联连接并电连接到外部。

在发光元件300中，第一和第二电极310和320分别通过布线工艺形成在N型衬垫95或210和P型衬垫90或250上。第一和第二电极310和320分别表示阳电极(anode electrode)和阴电极(cathode electrode)。因此，制造出具有串联连接的多个发光单元100和200的单个发光元件300。

另外，可能提供添加有额外控制器的发光元件，使得所述发光元件甚至在AC驱动中也可操作。

此实施例不限于多个发光单元串联连接的情况，而是可通过并联连接各具有多个串联连接的发光单元的多个发光单元块来制造发光元件。下文将对此进行描述。

图9是说明根据本发明第二实施例的发光元件的概念图。

参看图9，至少两个各具有多个串联连接的发光单元100和200的发光单元块1000a和1000b彼此反并联连接在电极之间。

图9中，第一发光单元块1000a和第二发光单元块1000b并联连接在第一与第二电极310与320之间。此时，第一发光单元块1000a的阴极连接到第一电极310，且其阳极连接到第二电极320。此外，第二发光单元块1000b的阴极连接到第二电极320，且其阳极连接到第一电极310。这仅是特定实施例，且可并联连接两个或两个以上发光单元块1000。此外，并联连接的两个发光单元块1000a和1000b中的每一者可经配置以包含数目为上述发光单元100和200的数目的一半的发光单元100和200。举例来说，如果包含在发光元件300中的发光单元块1000内发光单元100和200的数目为四十，那么可将所述四十个发光单元划分为第一发光单元块1000a和第二发光单元块1000b内各二十个发光单元。显然的是，第一和第二发光单元块1000a和1000b内发光单元100和200的数目不限于此。然而，优选的是，第一和第二发光单元块1000a和1000b内发光单元100和200的各自数目相同以使发光元件的亮度变化最小。

下文将解释如上构造的根据本发明第二实施例的发光元件的操作。如果将正(+)电压施加到第一电极310且将负(-)电压施加到第二电极320，那么第二发光单元块1000b发光。同时，如果将负(-)电压施加到第一电极310且将正(+)电压施加到第二电极320，那么第一发光单元块1000a发光。换句话说，即使将外部AC功率施加到发光元件，第一和第二发光单元块1000a和1000b仍交替发光，所以甚至可能将发光元件与AC电源一起使用。此外，由于家庭使用的电源具有60Hz的频率，所以即使在两个发光单元块1000a和1000b交替发光的情况下也不存在问题。

另外，制造包含用于特定整流操作的额外桥单元的发光元件是可能的。

图10是说明根据本发明第三实施例的发光元件的概念图。

参看图10，此实施例的发光元件300包括串联连接的多个发光单元100和200、用于向发光单元100和200施加预定电流的整流桥单元301和连接到整流桥单元301的电极310和320。

在此实施例中，多个发光单元100和200并非直接而是经由连接到第一和第二电极310和320的整流桥单元301而连接到外部电源。整流桥单元301包括连接到第一电极310和发光单元100和200的阳极端子的第一二极管D1、连接到第二电极320和发光单元100和200的阳极端子的第二二极管D2、连接到第二电极320和发光单元100和200的阴极端子的第三二极管D3，以及连接到第一电极310和发光单元100和200的阴极端子的第四二极管D4。因此，在整流桥单元301中，当施加正向电压(forwardvoltage)时，通过布置在正向方向上的桥二极管D1和D3将电流施加到串联连接的发光单元100和200，而当施加反向电压(reverse voltage)时，通过布置在相反方向上的桥二极管D2和D4将电流施加到串联连接的发光单元100和200。因此，发光元件300不管电源是否为AC电源均连续发光。

此外，可同时将外部功率施加到整流桥和串联连接的发光单元。

图11是说明根据本发明第四实施例的发光元件的概念图。

参看图11，此实施例的发光元件300包括串联连接的多个发光单元100和200、用于向发光单元100和200施加预定电流的整流桥单元301，和连接到发光单元100和200以及整流桥单元301的电极310到340。

在此实施例中，多个串联连接的发光单元100和200经由第二和第四电极320和340，且经由连接到第一和第三电极310和330的整流桥单元301而连接到外部电源。相同电源或不同电源可连接到发光单元100和200以及整流桥单元301。

整流桥单元301包括连接在第一电极310与第二电极320之间的第一二极管D1、连接在第二电极320与第三电极330之间的第二二极管D2、连接在第三电极330与第四电极340之间的第三二极管D3，以及连接在第四电极340与第一电极310之间的第四二极管D4。此处，第二电极320和第四电极340分别连接到发光单元100和200的阳极和阴极。

在此实施例中，经由整流桥单元301施加AC功率，且单独提供第二电极320和第四电极340用于连接外部RC滤波器。将DC功率直接施加到发光单元100和200。因此，本发明发光元件300中全部输入/输出电极端子的数目为四。在此情况下，提供两个电极用于AC驱动，且提供另外两个电极用于并联连接RC滤波器。RC滤波器的功能是使电流中纹波因数最小化。

图12是说明根据本发明第五实施例的发光元件的概念图。

参看图12，此实施例的发光元件300包括串联连接的多个发光单元100和200、用于向发光单元100和200施加预定电流的整流桥单元301、连接到整流桥单元301的电极310和320、用于外部连接的负电极350(其连接到整流桥单元301且经提供用于控制LED阵列的电阻)，以及用于DC的正电极360(其连接到发光单元100和200)。

在此实施例中，电阻器可视情况串联连接在多个串联连接的发光单元100和200的正电极360与用于外部连接的负电极350之间，藉此防止过载。

整流桥单元301包括连接在第一电极310与用于外部连接的负电极350之间的第一二极管D1、连接在用于外部连接的负电极350与第二电极320之间的第二二极管D2、连接在第二电极320与发光单元100和200的阴极之间的第三二极管D3，以及连接在第一电极310与发光单元100和200的阴极之间的第四二极管D4。

图13是说明根据本发明第六实施例的发光元件的概念图。

参看图13，此实施例的发光元件300包括串联连接的多个发光单元100和200、用于向发光单元100和200施加预定电流的整流桥单元301、连接到整流桥单元301和发光单元100和200的电极310到340，以及用于外部连接的负电极350(其连接到整流桥单元301)。

在此实施例中，整流桥单元301的两个端子310和330连接到AC电源，且RC电路连接到连接有多个串联连接的发光单元100和200的第二和第四电极320和340，藉此使AC电流中纹波因数最小化并防止过载。

整流桥单元301包括连接在第一电极310与用于外部连接的负电极350之间的第一二极管D1、连接在用于外部连接的负电极350与第三电极330之间的第二二极管D2、连接在第三电极330与第四电极340之间的第三二极管D3，以及连接在第四电极340与第一电极310之间的第四二极管D4。此处，第四电极340连接到发光单元100和200的阴极。

在此实施例中，全部输入/输出电极端子的数目为五，且经由整流桥单元301施加AC功率。其余电极是用于外部连接的负电极350，和并联连接有RC电路的两个电极320和340。

图14是说明根据本发明发光装置的概念图。

参看图14，发光装置包括电源单元410、具有串联连接的多个发光单元100和200的发光元件300，以及用于控制施加到发光元件300的电压和电流的波形的控制单元420。

在此图中，AC功率由电源单元410施加，且包含在控制单元420中的并联RC电路和串联电阻器连接到发光元件300。

控制单元420包含电容器C1和第一电阻器R1，其并联连接到发光元件300内的发光单元100和200。控制单元可进一步包含串联连接到发光单元100和200的第二电阻器R2。

将参看图14详细描述用于照明的发光装置的结构和操作。

发光元件300的整流桥单元301连接到AC电源。第二电阻器R2和发光单元100和200串联连接在整流桥单元301的两个节点(未连接有第一和第二端子)之间。此外，彼此串联连接的第二电阻器R2和发光单元100和200并联连接到第一电容器C1和第一电阻器R1。

因此，如果将AC功率施加到发光装置，那么在发光单元100和200的两个方向上施加经由发光元件300中的整流桥单元301而划分的正电流和负电流，藉此顺序发光。此外，由于并联连接的电容器C1以及电阻器R1和R2，所以电流的波形得到控制。

Claims (11)

1.一种发光元件，其特征在于其包括：

具有彼此串联或并联连接在单个衬底上的多个发光单元的发光单元块，

其中，发光单元块包括：

多个电极图案，形成在衬底上，并且具有沿至少一个方向的比发光单元的宽度宽的宽度；

多个发光单元，其中，每个发光单元具有顺序层压的N型半导体层、有源层和P型半导体层，N型半导体层或P型半导体层结合到电极图案；

引线，其用于将结合有一个发光单元的电极图案连接到另一邻近发光单元的没有结合到所述电极图案的N型半导体层或P型半导体层。

2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于其中具有串联连接的发光单元的发光单元块反并联连接在所述衬底上。

3.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于其中所述衬底由导热材料制成。

4.根据权利要求3所述的发光元件，其特征在于其进一步包括：

当所述衬底具有导电性时形成在所述导热衬底的顶部表面上的绝缘膜；以及

插入在所述绝缘膜与所述发光单元之间的所述电极图案。

5.一种制造发光元件的方法，其特征在于其包括：

制备多个发光单元，所述发光单元的每一个具有顺序层压的N型半导体层、有源层和P型半导体层；

在主衬底上形成多个电极图案；

在所述多个电极图案中的每个上结合所述多个发光单元中的每个；将结合有一个发光单元的电极图案通过引线结合到邻近的发光单元的N型半导体层。

6.根据权利要求5所述的制造发光元件的方法，其特征在于其中主衬底由导热材料制成。

7.根据权利要求5所述的制造发光元件的方法，其特征在于还包括：

在形成电极图案之前在主衬底上形成绝缘膜。

8.一种发光装置，其特征在于其包括：

发光元件；

电源单元，其用于向所述发光元件施加预定功率；以及

控制单元，其用于控制施加到所述发光元件的电压和电流的波形，

其中，发光元件包括具有彼此串联或并联连接在单个衬底上的多个发光单元的发光单元块，

其中，发光单元块包括：

多个电极图案，形成在衬底上，并且具有沿至少一个方向的比发光单元的宽度宽的宽度；

多个发光单元，其中，每个发光单元具有顺序层压的N型半导体层、有源层和P型半导体层，N型半导体层或P型半导体层结合到电极图案；

引线，其用于将结合有一个发光单元的电极图案连接到另一邻近发光单元的没有结合到所述电极图案的N型半导体层或P型半导体层。

9.根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于其中具有串联连接的发光单元的发光单元块反并联连接在所述衬底上。

10.根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于其中所述衬底由导热材料制成。

11.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于其进一步包括：

当所述衬底具有导电性时形成在所述导热衬底的顶部表面上的绝缘膜；以及

插入在所述绝缘膜与所述发光单元之间的所述电极图案。

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