CN101740557A - 垂直型交流发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种垂直型交流发光二极管。交流发光二极管组合结构包含：第一交流发光二极管，包含第一n型半导体层、第一发光层、第一p型半导体层、第一p型电极及第一n型电极；第二交流电发光二极管，包含第二n型半导体层、第二发光层及第二p型半导体层、第二p型电极及第二n型电极；上述的第一交流发光二极管与第二交流发光二极管形成反向并联的垂直堆叠结构。

Description

垂直型交流发光二极管
技术领域
本发明涉及一种交流发光二极管的结构，尤其涉及一种垂直堆叠型交流发光二极管的结构。
背景技术
固态发光元件中的发光二极管元件(Light Emitting Diode；LED)具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、响应速度快、以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，因此常应用于家电、仪表的指示灯及光电产品等领域。随着光电科技的进步，固态发光元件在提升发光效率、使用寿命以及亮度等方面已有长足的进步，预期能在不久的将来成为未来发光元件的主流。
然而，已知的LED必须以直流电(DC)驱动，所以一般在与交流电(AC)之间必须要有一个转换器，但转换器体积大、重量重，不但增加成本，在电力转换时亦多有耗损，在价格上更无法与现有的光源竞争。
交流发光二极管的出现解决了上述的缺点：不但缩小LED的体积和重量，提升了应用空间，降低转换器元件的成本，并减少已知LED在直流、交流电之间转换时所造成15～30％的电力耗损，因而提升了LED整体的发光效率。虽然如此，一般交流发光二极管常保留原有的生长基板，例如蓝宝石(Sapphire)，以在水平方向作反向并联结构，使得相对应的管芯大小增加为单一管芯的两倍，造成空间与成本的浪费。
发明内容
本发明涉及一种交流发光二极管组合结构，包含：第一交流发光二极管，包含第一n型半导体层、第一发光层、第一p型半导体层、第一p型电极及第一n型电极；第二交流电发光二极管，包含第二n型半导体层、第二发光层及第二p型半导体层、第二p型电极及第二n型电极；上述的第一交流发光二极管与第二交流发光二极管形成反向并联的垂直堆叠结构。
附图说明
根据以上所述的优选实施例，并配合所附图说明，本领域技术人员当能对本发明的目的、特征和优点有更深入的理解。但值得注意的是，为了清楚描述起见，本说明书所附的附图并未按照比例尺加以绘示。
图式简单说明如下：
图1为显示依照本发明实施例的垂直堆叠型交流电发光二极管组合结构的剖面图；
图2为显示依照本发明实施例的垂直堆叠型交流电发光二极管组合结构的剖面图；
图3为显示依照本发明实施例的垂直堆叠型交流电发光二极管组合结构的剖面图；
图4为显示依照本发明实施例的垂直堆叠型交流电发光二极管组合结构的剖面图。
附图标记说明
101、201、301～承载板
112、211、311～键合层
119、120、217、218、317～导线
110、210、310、402～第一n型半导体层
109、209、309、403第一发光层
108、208、308、404～第一p型半导体层
107、207、307、405～第一p型电极
106、206、306、406～第一n型电极
105、205、305、407～第一焊锡
104、204、304、408～第二焊锡
114、212、315、413～第二n型半导体层
115、213、314、412～第二发光层
116、214、313、411～第二p型半导体层
117、215、312、140～第二p型电极
118、216、316、409～第二n型电极
具体实施方式
本发明涉及一种交流发光二极管(AC LED)的组合结构，尤其涉及一种垂直堆叠型交流发光二极管的组合结构。本发明是在晶片或管芯层次以晶片粘贴方式(wafer bonding)、管芯粘贴方式(chip form bonding)或倒装焊键合方式(flip-chip bonding)将至少两个能发出相同或不同波长的交流发光二极管的p极与n极作反向并联，形成垂直堆叠型交流电发光二极管组合。
本发明的垂直堆叠型交流发光二极管组合可达到减少管芯占据面积的效果；本发明在垂直方向，通过管芯/晶片粘合方式，将反向并联的发光二极管结合，由此方法在同区域不同电压相位下均可做发光动作。本发明也可同时搭配不同波长的管芯及荧光粉来制作白光发光二极管组合；另外，以本发明应用于制作白光发光二极管时，相较于已知的水平反向并联组合，本发明在同一发光面积只需要涂布(coating)一个单位面积的荧光粉，可减少所需荧光粉的量。
以下配合附图说明本发明的实施例，说明本发明在垂直方向作交流发光二极管反向并联组合的详细结构。
图1显示本发明的第一实施例，为垂直堆叠型交流发光二极管组合结构的剖面图。此结构至少包含承载板(submount)101、键合层112、两个发光二极管A、B及两条导线119、120。其中键合层112可为透明材料，材料可为导电材料，如ITO；或绝缘材料如，BCB、SINR、HT250等有机胶材。
第一发光二极管A包含第一n型半导体层110、第一发光层109及第一p型半导体层108，依序形成于第一基板111之上。其中上述第一n型半导体层110、第一发光层109与第一p型半导体层108的材料包含选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组的一种或一种以上的物质。
第一p型半导体层108上形成第一p型电极107，在第一n型半导体层110上形成第一n型电极106。第一p型电极107通过第一焊锡105与承载板101上的p型电极103电连接；而第一n型电极106通过第二焊锡104与承载板101上的n型电极102电连接。
第二发光二极管B包含第二n型半导体层114、第二发光层115及第二p型半导体层116，依序形成于第二基板113之上。上述第二n型半导体层114、第二发光层115与第二p型半导体层116的材料包含选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组的一种或一种以上的物质。第二p型半导体层116上形成第二p型电极117，在第二n型半导体层114上形成第二n型电极118。其中第一基板111与第二基板113的材料可选自蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)等。
其中第一发光二极管A与第二发光二极管B通过键合层112连接第一发光二极管A的第一基板111与第二发光二极管B的第二基板113；第二发光二极管B的第二p型电极117以导线119连接承载板101上的n型电极102；且第二发光二极管B的第二n型电极118以导线120连接承载板101上的n型电极103，使得第一发光二极管A与第二发光二极管B以晶片/管芯粘合或倒装焊方式形成反向并联的垂直堆叠型交流电发光二极管组合结构。
图2显示本发明的第二实施例，为垂直堆叠型交流电发光二极管组合结构的剖面图。此结构至少包含承载板(submount)201、键合层211、两个发光二极管A、B及两条导线217、218。其中键合层211可为透明材料，材料可为导电材料，如ITO；或绝缘材料如，BCB、SINR、HT250等有机胶材。
第一发光二极管A包含第一n型半导体层210、第一发光层209及第一p型半导体层208。其中上述第一n型半导体层210、第一发光层209及第一p型半导体层208的材料包含选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组的一种或一种以上的物质。
第一p型半导体层208上形成第一p型电极207，在第一n型半导体层210上形成第一n型电极206。第一p型电极207通过第一焊锡205与承载板201上的p型电极203电连接；而第一n型电极206通过第二焊锡204与承载板201上的n型电极202电连接。
第二发光二极管B包含第二n型半导体层212、第二发光层213及第二p型半导体层214。其中上述第二n型半导体层212、第二发光层213及第二p型半导体层214的材料包含选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组的一种或一种以上的物质。第二p型半导体层214上形成第二p型电极215，在第二n型半导体层212上形成第二n型电极216。
其中第一发光二极管A与第二发光二极管B的生长基板都已移除，以降低热电阻(Rth)。再者，通过键合层211连接第一n型半导体层210与第二n型半导体层212，以结合第一发光二极管A与第二发光二极管B。
此外，第二发光二极管B的第二p型电极215以导线217连接承载板201上的n型电极202；且第二发光二极管B的第二n型电极216以导线218连接承载板201上的p型电极203，使第一发光二极管A与第二发光二极管B以晶片/管芯粘合或倒装焊方式形成反向并联的垂直堆叠型交流发光二极管组合结构。
图3显示本发明的第三实施例，为垂直堆叠型交流发光二极管组合结构的剖面图。此结构至少包含承载板(submount)301、键合层311、两个发光二极管A、B及导线317。其中键合层311可为不导电透明材料，材料可为绝缘材料如，BCB、SINR、HT250等有机胶材。
第一发光二极管A包含第一n型半导体层310、第一发光层309及第一p型半导体层308。其中上述第一n型半导体层310、第一发光层309与第一p型半导体层308的材料包含选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组的一种或一种以上的物质。
第一p型半导体层308上形成第一p型电极307，在第一n型半导体层310上形成第一n型电极306。第一p型电极307通过第一焊锡305与承载板301上的p型电极303电连接；而第一n型电极306通过第二焊锡304与承载板301上的n型电极302电连接。
第二发光二极管B包含第二n型半导体层315、第二发光层314及第二p型半导体层313。其中上述第二n型半导体层315、第二发光层314及第二p型半导体层313的材料包含选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组的一种或一种以上的物质。第二p型半导体层313上形成第二p型电极312，在第二n型半导体层315上形成第二n型电极316。其中第一发光二极管A与第二发光二极管B的生长基板都已移除，通过键合层311连接第一n型半导体层310与第二p型半导体层313，结合第一发光二极管A与第二发光二极管B，并同时形成第一发光二极管A与第二发光二极管B的电连结。其中第二发光二极管B的第二n型电极316以导线317连接承载板301上的p型电极303，使第一发光二极管A与第二发光二极管B以晶片/管芯粘合或倒装焊方式形成反向并联的垂直堆叠型交流发光二极管组合结构。
图4显示本发明的第四实施例，为垂直堆叠型交流发光二极管组合结构的剖面图。此结构至少包含两发光二极管A、B以第一焊锡407及第二焊锡408接合为垂直堆叠型交流发光二极管组合结构。
第一发光二极管A包含第一n型半导体层402、第一发光层403及第一p型半导体层404，依序形成于第一基板401之上。其中上述第一n型半导体层402、第一发光层403及第一p型半导体层404的材料包含选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组的一种或一种以上的物质。第一p型半导体层404上形成第一p型电极405，第一n型半导体层402上形成第一n型电极406。
第二发光二极管包含第二n型半导体层413、第二发光层412及第二p型半导体层411，依序形成于第二基板414之上。其中上述第二n型半导体层413、第二发光层412及第二p型半导体层411的材料包含选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组的一种或一种以上的物质。第二p型半导体层411上形成第二p型电极410，在第二n型半导体层413上形成第二n型电极409。其中第一基板401的材料可选自蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、铜(Cu)、硅(Si)；第二基板414的材料可选自蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)。
其中第一发光二极管A与第二发光二极管B通过第一焊锡407连接第一p型电极405与第二n型电极409；且通过第二焊锡408连接第一n型电极406与第二p型电极410，而形成第一发光二极管A与第二发光二极管B的电连结，使得第一发光二极管A与第二发光二极管B以晶片/管芯粘合或倒装焊方式形成反向并联的垂直堆叠型交流发光二极管组合结构。
上述各实施例中的第一发光二极管A或第二发光二极管B，也可在n型半导体层或p型半导体层形成粗化结构或微纳米结构，以增加光提取效率；也可以在结构中搭配低折射率材料、多孔隙材料、散射粒子层以降低在降低被局限在芯片内部的光线，以增加整体出光效率。
于上述各实施例中的第一发光二极管A或第二发光二极管B，交流发光二极管组合结构中，还包含位于第二交流发光二极管之上或在两发光二极管之间的荧光粉涂布。
本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。

Claims (10)

1.一种交流发光二极管组合结构，包含：
第一交流发光二极管，包含第一n型半导体层、第一发光层、第一p型半导体层、第一p型电极及第一n型电极；及
第二交流发光二极管，包含第二n型半导体层、第二发光层及第二p型半导体层、第二p型电极及第二n型电极；
其中该第一交流发光二极管与该第二交流发光二极管形成反向并联的垂直堆叠结构。
2.如权利要求1所述的交流发光二极管组合结构，还包括连接该第一交流发光二极管与该第二交流发光二极管的键合层。
3.如权利要求2所述的交流发光二极管组合结构，其中该键合层的材料选自ITO、BCB、SINR及HT250所构成的群组。
4.如权利要求2所述的交流发光二极管组合结构，其中该第一交流发光二极管与该第二交流发光二极管以晶片粘贴方式、管芯粘贴方式或倒装焊键合方式形成该垂直堆叠结构。
5.如权利要求2所述的交流发光二极管组合结构，其中该键合层连接该第一交流发光二极管的第一n型半导体层与该第二交流电发光二极管的第一n型半导体层。
6.如权利要求1所述的交流发光二极管组合结构，其中该第一交流发光二极管与该第二交流发光二极管的发光波长不同。
7.如权利要求1所述的交流发光二极管组合结构，其中该第一n型半导体层、该第一p型半导体层、该第一发光层、该第二n型半导体层、该第二p型半导体层与该第二发光层的材料包含选自镓、铝、铟、砷、磷、氮以及硅所构成群组的一种或一种以上的物质。
8.如权利要求1所述的交流发光二极管组合结构，其中该第一交流发光二极管的p型电极与该第二交流发光二极管的n型电极电性连接且该第一交流发光二极管的n型电极与该第二交流发光二极管的p型电极电性连接。
9.如权利要求1所述的交流发光二极管组合结构，还包含位于第二交流发光二极管之上或在两发光二极管之间的荧光粉涂布。
10.如权利要求1所述的交流发光二极管组合结构，其中该第一交流发光二极管与该第二交流发光二极管包含粗化结构或微纳米结构。
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