CN101144598A - 交流发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流发光装置，其包括于基材上形成的交流微管芯发光模块，该交流微管芯发光模块具有至少二微管芯、以及间隔二微管芯的凹部，且每一微管芯均具有至少一层的有源层，并由导电结构电性连接以使各微管芯的有源层可依交流电正负半波轮流发光，而该导电结构形成于该凹部且覆盖该绝缘体，从而可防止电路不当开路并提升良率，克服现有技术的缺失。

Description

交流发光装置

技术领域

本发明涉及一种发光装置，尤其涉及一种交流发光装置。

背景技术

随着光电科技的不断发展，属于发光源之一的发光二极管(LightEmitting Diode，LED)已大量应用于各种领域，并于光电产业中占有举足轻重的地位。传统LED芯片(chip)均是以直流电源驱动，在以交流电为主的一般生活环境中使用时必须外加交流转直流的控制电路以及降压元件方可正常操作，如此不仅增加制造成本，操作效率亦随之降低，因此开发交流电直接操作的LED芯片确有其必要性。同时，自2005年以来，美国、日本、韩国以及中国等国家均陆续有厂商发表以交流电直接操作的发光二极管(AC LED)芯片，足见交流发光二极管芯片已被视为极具潜力的新一代发光元件。

台湾发明专利公开第200501464号、美国专利第6,547,249号与第6,957,899号案中，均提出于单一芯片中连接两颗或多颗微小化发光二极管管芯(die)，以使该芯片可达到高压交流电环境下直接操作的目的。前述专利前案中所采用相仿的设计，包括至少一组交流微管芯发光二极管模块形成于一芯片之上，且该交流微管芯发光二极管模块至少包含两颗微管芯发光二极管相互电性连接，在施加交流电的情况下各微管芯则依照电路连接的方式而轮流发光。

为确保各该微管芯能依照不同电路设计而轮流发光，必须使得彼此间的电性相互独立，为达到此目的必须将各该微管芯相互间隔，惯用方法是以蚀刻或其他方式于芯片表面形成位于各该微管芯之间的凹部，以藉该凹部使得各该微管芯间达到相互绝缘的结果。然而，以凹部形成各微管芯间相互电性绝缘的方式，亦同时使得各微管芯间在几何型态上相互独立，如此将衍生于制作各微管芯间用以电性连接的金属膜时，产生良率下降的问题。

采用蒸镀或溅镀等方式在各微管芯间制作金属膜作为电性连接路径时，极易因于边角处过度弯曲或因微管芯侧壁垂直造成金属膜的阶梯覆盖(step coverage)效果不佳，导致金属膜不易附着或膜层厚度不均，造成金属膜不连续而使电路形成开路、或金属膜的电阻值上升而影响交流发光二极管的良率甚至其光电转换效率。

由于前述现有技术存在着电路不当开路、良率低、电阻值上升、光电转换效率低等种种缺失，因此，如何有效解决前述背景技术所存在的问题，乃成为目前业界亟待克服的课题。

发明内容

鉴于以上所述背景技术的缺点，本发明的一目的为提供一种可防止电路不当开路的交流发光装置。

本发明的另一目的是提供一种可提升良率的交流发光装置。

本发明的另一目的是提供一种可防止电阻值上升的交流发光装置。

本发明的再一目的在于提供一种可提升光电转换效率的交流发光装置。

为达上述目的以及其他目的，本发明提供一种交流发光装置，包括：基材；交流微管芯发光模块，形成于该基材上，具有至少二微管芯以及间隔二微管芯的凹部，且每一微管芯均具有至少一层的有源层；绝缘体，形成于该凹部；以及导电结构，电性连接各微管芯且覆盖该绝缘体，以使各微管芯的有源层可于施加交流电后依交流电正负半波轮流发光。

前述该绝缘体可填平该凹部，以使绝缘体的表面高度与该微管芯的表面高度一致，同时，该绝缘体可包括填平该凹部的绝缘填充材料，优选地，该绝缘填充材料是一高阻值材料，例如可选自苯环丁烯(Benzo-Cyclo-Butene，BCB)、聚酰亚胺(Polyimide)、SU8以及二氧化硅所组群组的其中之一。此外，该凹部可具有垂直侧壁，亦可具有倾斜侧壁。

该导电结构至少包括电性连接于二微管芯间的导体，其中，该导体可为一导电架桥，且该导体可为一透明材料制成的透明导体。

该基材可例如为一晶片、一绝缘基板、一制作于晶片表面的绝缘层或一任何可使各该微管芯各自电性绝缘的材料或结构。

该微管芯可具有多层的有源层，而各微管芯与其各有源层间的电性连接包括串联与并联或两者混搭的设计。各微管芯可具有相同的波长，进而发出同色的单色光；或者各微管芯具有相异的波长，进而形成混光的非单色光。该有源层可为一发光活性层，同时，各该有源层均具有各自的欧姆电极。

为达相同目的，本发明还提供一种交流发光装置，包括：基材；交流微管芯发光模块，形成于该基材上，具有至少二微管芯以及间隔二微管芯并具有倾斜侧壁的凹部，且每一微管芯均具有至少一层的有源层；以及导电结构，电性连接各微管芯且覆盖该凹部，以使各微管芯的有源层可于施加交流电后依交流电正负半波轮流发光。

该导电结构至少包括电性连接于二微管芯间的导体，其中，该导体可为一导电架桥，且该导体可为一透明材料制成的透明导体。

该基材可例如为一晶片、一绝缘基板、一制作于晶片表面的绝缘层或一任何可使各该微管芯各自电性绝缘的材料或结构。

该微管芯可具有多层的有源层，而各微管芯与其各有源层间的电性连接包括串联与并联或两者混搭的设计。各微管芯可具有相同的波长，进而发出同色的单色光；或者各微管芯具有相异的波长，进而形成混光的非单色光。该有源层可为一发光活性层，同时，各该有源层均具有各自的欧姆电极。

附图说明

图1A是显示本发明交流发光装置的第一实施例剖面示意图；

图1B是显示本发明交流发光装置第一实施例中的交流微管芯发光模块示意图；

图2是显示本发明交流发光装置的第二实施例剖面示意图；以及

图3是显示本发明交流发光装置的第三实施例剖面示意图。

主要元件符号说明

1    基材

2    交流微管芯发光模块

20a、20b        微管芯

201、202        欧姆电极

21              凹部

3               导电结构

30a、30b、30c   导体

4               绝缘体

5               交流微管芯发光模块

50a、50b        微管芯

51              凹部

6               导电结构

60a、60b、60c   导体

具体实施方式

以下配合附图说明本发明的具体实施例，以使所属技术领域的技术人员可轻易地了解本发明的技术特征与达成功效。

本发明揭露一种适用于例如为芯片的基材上的交流发光装置，该交流发光装置经由外加的交流电(AC power)产生单色光源或非单色光源以供使用者利用，而该单色光源或非单色光源是以全时发光的状态表现于该芯片的出光表面，其中，该交流电的优选实施方式为一般市电，依各国的电气标准，其电压为110V(伏特)、100V或220V，频率为60Hz(赫兹)或50Hz。

第一实施例

图1A及图1B是依本发明交流发光装置的第一实施例所绘制的附图，如图所示的交流发光装置至少包括基材1、形成于该基材1上且具有二微管芯20a及20b的交流微管芯发光模块2、提供电性连接效果的导电结构3、以及至少形成于二微管芯20a及20b之间的绝缘体4。为使本案简洁易懂，本实施例中是以包含单一交流微管芯发光模块2，且该交流微管芯发光模块2仅具有二微管芯20a及20b为例，但是所属领域技术人员应均可理解，于其他实施例中亦可视需求而包含多个交流微管芯发光模块，且各交流微管芯发光模块亦可具有多个微管芯，并非仅以本实施例所示的数量为限。

该基材1为一晶片，例如为Al₂O₃、GaAs、GaP、SiC等晶片，当然于其他实施例中亦可采用绝缘基板、制作于晶片表面的绝缘层、或任何可使该微管芯20a及20b各自电性绝缘的材料或结构。

该交流微管芯发光模块2具有至少二微管芯20a与20b、以及间隔二微管芯20a与20b的凹部21，且各该微管芯20a及20b均具有至少一层的有源层200，其中，该有源层200为一发光活性层，且该微管芯20a及20b的有源层200均具有各自的欧姆电极201、202，外加的交流电经由该欧姆电极201、202即可令该有源层200发出光源。

于本实施例中，该凹部21具有垂直侧壁，用以间隔相邻的二微管芯20a与20b而达成相互绝缘，并且于该凹部21中形成一绝缘体4。该绝缘体4填平该凹部21，以使绝缘体4的表面高度与该微管芯20a与20b的表面高度一致，同时，该绝缘体4包括填平该凹部21的绝缘填充材料，例如一高阻值材料或选自苯环丁烯(BCB)、聚酰亚胺、SU8以及二氧化硅所组群组的其中之一。此外，该绝缘体4并非以填平该凹部21为限，举凡于该凹部21中形成绝缘体4均可达到降低与微管芯20a及20b表面间高度差异的作用，故而纵使是接近填平(不足或超过)均应符合本发明的技术思想。

该导电结构3电性连接各微管芯20a及20b并且覆盖该绝缘体4，以使各微管芯20a及20b的有源层200于施加交流电后，可依该交流电正负波轮流发光，其中，该导电结构至少包括连接于二微管芯20a与20b间的导体30b，此外，尚可包括用以接置交流电的导体30a及30c，该导体30a、30b及30c的优选实施方式为一导电架桥，所述导电架桥可由任一导电材料所构成，如金属或具导电能力的透明金属氧化层等。

虽然本实施例所示的微管芯20a与20b是以具有一层有源层200为例，但是所属领域技术人员应均可理解，于其他实施例中亦可视需求而包含多层相互堆叠的有源层200，相互堆叠的有源层200可形成一串联状态，而经由导电结构3电性连接的各微管芯20a与20b之间则可形成一并联状态。如此当施加交流电的正半周电流输入时，各微管芯20a与20b的其中一层同层的有源层200可顺向发出光源；反之，当该交流电的负半周电流输入时，则另一层同层的有源层200顺向发出光源。

换句话说，当微管芯20a与20b具有相互堆叠的两层有源层200时，是以同等于上下堆叠的二个发光二极管接收交流电的正、负半周电流，故而不论是在交流电的正半周电流或负半周电流通过时，皆会发出光源，而各微管芯20a与20b的同层有源层即可依交流电正负半波轮流发光。再者，各微管芯20a与20b可具有相同的波长(各有源层亦可实施为具有相同或相异的波长)，进而发出同色的单色光；或者各微管芯20a与20b具有相异的波长，进而形成混光的非单色光。由于前述有源层的数量或波长变化属本发明可应用的范围，但并非本发明的技术特色，故不再详加赘述。

相比于现有技术，前述实施例所示的交流发光装置中，通过绝缘体4填补于凹部21中，可使基材1表面不因微管芯20a与20b相互绝缘制造过程中出现高低落差的情况，故而在制作导电结构3时可使其例如为导电架桥的导体30b(30a、30c)在保持水平的状态下电性连接微管芯20a与20b，克服现有技术横跨凹部时出现高低起伏所致阶梯覆盖效果不佳的缺点，避免产生导体的材料(金属膜)在弯角处发生厚度不均匀或不连续的现象，防止因厚度变化而使得电阻值上升的情况。因此，本发明具有防止电路不当开路、防止电阻值上升、提升产品良率、提升光电转换效率等实质功效增进。

第二实施例

图2为依照本发明的第二实施例所绘制的附图。其中，与前述实施例相同或近似的元件是以相同或近似的元件符号表示，并省略详细的叙述，以使本案的说明更清楚易懂。

本实施例与第一实施例最大不同之处在于第一实施例中的凹部具有垂直侧壁，而本实施例中的凹部则具有倾斜侧壁。

如图2所示的交流发光装置包括一基材1、形成于该基材1上且具有二微管芯50a及50b的交流微管芯发光模块5、提供电性连接效果且具有导体30a、30b及30c的导电结构3、以及至少形成于二微管芯50a及50b之间的绝缘体4。

该交流微管芯发光模块5具有至少二微管芯50a与50b、以及间隔二微管芯50a与50b的凹部51，与第一实施例不同的是，微管芯50a与50b于制作时将侧壁蚀刻为与水平面非垂直状态，例如控制蚀刻掩模外观或控制蚀刻速率以制作非垂直侧壁，亦即使得该凹部51具有倾斜侧壁。藉该具有倾斜侧壁的凹部51填补例如呈液态的绝缘填充材料时，能更轻易地充满该凹部51，不易出现由于存在气泡而于后续制造过程中加热后气泡膨胀破坏填平表面的情况。

第三实施例

图3为依照本发明的第三实施例所绘制的附图。其中，与前述实施例相同或近似的元件是以相同或近似的元件符号表示，并省略详细的叙述，以使本案的说明更清楚易懂。

本实施例与第二实施例最大不同之处在于第二实施例中的凹部填补了绝缘体，而本实施例中的凹部则不填补绝缘体而直接形成导电结构。

如图3所示的交流发光装置包括一基材1、形成于该基材1上且具有二微管芯50a及50b的交流微管芯发光模块5、以及提供电性连接效果且具有导体60a、60b及60c的导电结构6。

该交流微管芯发光模块5具有至少二微管芯50a与50b、以及间隔二微管芯50a与50b的凹部51，与第一实施例不同的是，由于该凹部51具有倾斜侧壁，因此直接于其表面铺设例如为金属导电架桥的导体60a、60b、60c时，倾斜侧壁使其具有较大的垂直上视面积，故可提升金属附着度以维持较佳的制作良率，较不易出现如现有技术因垂直侧壁而造成阶梯覆盖效果不佳的缺点，故而同样具有防止电路不当开路、防止电阻值上升、提升产品良率、提升光电转换效率等实质功效增进。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何所属技术领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围应如随附的权利要求所列。

Claims (22)

1.一种交流发光装置，包括：

基材；

交流微管芯发光模块，形成于该基材上，具有至少二微管芯、以及间隔二微管芯的凹部，且每一微管芯均具有至少一层的有源层；

绝缘体，形成于该凹部；以及

导电结构，电性连接各微管芯且覆盖该绝缘体，以使各微管芯的有源层可依交流电正负半波轮流发光。

2.根据权利要求1所述的交流发光装置，其中，该绝缘体填平该凹部。

3.根据权利要求1所述的交流发光装置，其中，该绝缘体包括填平该凹部的绝缘填充材料。

4.根据权利要求3所述的交流发光装置，其中，该绝缘填充材料是一高阻值材料。

5.根据权利要求3所述的交流发光装置，其中，该绝缘填充材料选自苯环丁烯、聚酰亚胺、SU8以及二氧化硅所组群组的其中之一。

6.根据权利要求1所述的交流发光装置，其中，该导电结构至少包括电性连接于二微管芯间的导体。

7.根据权利要求6所述的交流发光装置，其中，该导体是一导电架桥。

8.根据权利要求6所述的交流发光装置，其中，该导体为一透明材料制成的透明导体。

9.根据权利要求1所述的交流发光装置，其中，该基材是一晶片。

10.根据权利要求1所述的交流发光装置，其中，该基材是一绝缘基板。

11.根据权利要求1所述的交流发光装置，其中，该有源层是一发光活性层。

12.根据权利要求1所述的交流发光装置，其中，各该有源层均具有各自的欧姆电极。

13.根据权利要求1所述的交流发光装置，其中，该凹部具有垂直侧壁。

14.根据权利要求1所述的交流发光装置，其中，该凹部具有倾斜侧壁。

15.一种交流发光装置，包括：

基材；

交流微管芯发光模块，形成于该基材上，具有至少二微管芯、以及间隔二微管芯并具有倾斜侧壁的凹部，且每一微管芯均具有至少一层的有源层；以及

导电结构，电性连接各微管芯且覆盖该凹部，以使各微管芯的有源层可依交流电正负半波轮流发光。

16.根据权利要求15所述的交流发光装置，其中，该导电结构至少包括电性连接于二微管芯间的导体。

17.根据权利要求16所述的交流发光装置，其中，该导体是一导电架桥。

18.根据权利要求16所述的交流发光装置，其中，该导体为一透明材料制成的透明导体。

19.根据权利要求15所述的交流发光装置，其中，该基材是一晶片。

20.根据权利要求15所述的交流发光装置，其中，该基材是一绝缘基板。

21.根据权利要求15所述的交流发光装置，其中，该有源层是一发光活性层。

22.根据权利要求15所述的交流发光装置，其中，各该有源层均具有各自的欧姆电极。

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