CN102086978A - 交流驱动多波长发光组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流驱动多波长发光组件，该组件包括一基材以及复数个设置于所述基材上的多波长发光二极管，所述多波长发光二极管分别包括复数层活性层，而所述活性层所产生的不同颜色光直接混色形成白光或多波长的混光。所述多波长发光二极管以串联与并联方式相互电性连接形成至少一电桥，使所述交流驱动多波长发光组件可直接使用于交流电压。

Description

交流驱动多波长发光组件

技术领域

本发明有关于一种交流驱动(alterative current，AC)多波长(multi-wavelength)发光组件，尤指一种具有可直接产生白光的多波长发光二极管(light-emitting diode，LED)的交流驱动多波长发光组件。

背景技术

因应全球石化能源枯竭与环境污染日趋严重，同时具有节能与环保两种特性的发光二极管，尤其是白光发光二极管，持续地在照明与显示两项重要的发展领域中受到重视。

公知白光发光二极管具有数种可行的制作方法，例如直接应用数个红色、蓝色、绿色等不同光色的发光二极管芯片制作成单体白光发光二极管(R/G/Bsingle-package white-LED)或白光发光二极管模块、白光发光二极管阵列(R/G/B white-LED module or array)。但利用调整红、蓝、绿三种发光二极管的亮度继而混光获得白光的最大缺点，在于其成本难以樽节，而不利于商品化的发展，因此目前多专注在对于显色指数要求较高的特定应用市场。另外一种方式，则是利用荧光粉体制作白光发光二极管，例如利用三五族氮化物半导体材料制作的蓝光发光二极管，搭配钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet，YAG)黄光荧光粉体，使蓝光发光二极管所发射的蓝光经由黄光荧光粉体混光后产生白光。除了上述蓝光发光二极管加上黄光荧光粉体的制作方式外，亦可以蓝光发光二极管加上绿光与红光或其它组合的荧光粉体，或以紫外光发光二极管(UV-LED)加上红光及蓝光荧光粉体与绿光荧光粉体等组合而制成。但是利用红、绿、蓝荧光粉体的总体激发效率并不如单一黄光荧光粉体高，且紫外光对于许多材料的老化破坏也造成后续封装材料选择的困难。因此利用蓝光发光二极管加上黄光荧光粉体制作的白光发光二极管就通过制作及实现方法简单、驱动容易、成本低廉、与效率较高等优点，成为白光发光二极管的主流。

另外，随着光电科技的不断发展，传统以直流电源驱动的发光二极管芯片，更被期待能在以交流电为主的一般生活环境中使用。因此，在2005年韩国汉城半导体与美国III-N technology相继发表交流电驱动发光二极管(AC-LED)之后，拥有先进光电产业的各国莫不将交流驱动发光二极管视为极具发展潜力的新组件。交流驱动发光二极管光源的重大技术突破即是在发光二极管晶粒封装成芯片时的特殊排列组合：利用发光二极管晶粒中p-n接面的二极管特性兼做整流，交流驱动发光二极管芯片采用了惠斯登电桥(Wheatstone bridge)的设计概念，将复数个发光二极管晶粒串组成一个整流桥，且晶粒设置于整流后电流方向恒定的区域，因此无论交流电偏压方向为何，晶粒均可发光，是以交流驱动发光二极管芯片可直接使用于交流电压。

但值得注意的是，交流驱动发光二极管芯片在白光的应用中却碰上了限制：由于公知利用荧光粉体制作的白光发光二极管芯片在封装晶粒时将所需的荧光粉体施加在晶粒上，而交流驱动发光二极管芯片内包括了复数个晶粒，所以荧光粉体在封装工艺中必需均匀地覆盖所述等晶粒。但是，在制作或操作的过程中，交流驱动发光二极管芯片内任一晶粒的失效或效能不足都会造成交流驱动发光二极管芯片亮度的损失；而蓝光发光二极管加上荧光粉体混光所产生的白光，尤其是蓝光发光二极管加上黄光荧光粉体，对于亮度的变化非常敏感，因此芯片亮度的损失将会导致色品坐标(chromaticity coordinate)的改变。也就是说，在交流驱动发光二极管芯片作为白光光源的应用时，必须面对所产生的白光有颜色偏差的问题。

发明内容

因此，本发明的一目的为提供一种可有效避免白光颜色偏差问题的交流驱动多波长发光组件。

根据本发明所提供的权利要求，提供一种交流驱动多波长发光组件，包括有一基材以及复数个多波长发光二极管。所述多波长发光二极管以串联与并联方式相互电性连接而设置于所述基材上，且分别包括复数层活性层。

根据本发明所提供的交流驱动多波长发光组件，利用所述多波长发光二极管的不同活性层所产生的不同颜色光直接混色形成白光或多波长的混光，并将所述多波长发光二极管串联与并联电性连接，使交流驱动多波长发光组件可直接使用于交流电压。更重要的是，由于本发明所提供的多波长发光二极管不需通过任何荧光粉体进行混光，即可直接混色产生白光而作为一白光发光二极管。因此，即使交流驱动多波长发光组件发生亮度损失的问题，仍可根本性地避免荧光粉体因亮度不均而产生的白光颜色偏差等问题。

附图说明

图1为本发明所提供的交流驱动多波长发光组件的一第一优选实施例的剖面示意图；

图2为本发明所提供的交流驱动多波长发光组件的一第二优选实施例的剖面示意图；

图3为本发明所提供的串联多波长发光二极管的剖面示意图；

图4与图5分别为本优选实施例所提供的交流驱动多波长发光组件不同实施型态的电路示意图。

其中，附图标记说明如下：

100   多波长发光二极管          102        基板

110   第一型半导体层            112、114   活性层

112a  第一活性层                112b       第二活性层

114a  第三活性层                114b       第四活性层

114c  第五活性层                116        第二型半导体层

120   透明导电层                    130、132   焊垫

140   图案化绝缘层                  142        开口

150   导电层                        200        交流驱动波长发光组件

202   基材                          210、212   电桥

300   交流驱动多波长发光组件        400        交流电源

具体实施方式

请参阅图1与图2，图1与图2分别为本发明所提供的交流驱动多波长发光组件的一第一优选实施例与一第二优选实施例的剖面示意图。值得注意的是，本发明所提供的交流驱动多波长发光组件包括有复数个多波长发光二极管，任一多波长发光二极管皆包括如图1所示的结构。如图1所示，本发明所提供的用以构建交流驱动多波长发光组件的多波长发光二极管100包括一基板102，如蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅、氧化锌(ZnO)、氧化镁铝(MgAl₂O₄)或砷化镓(GaAs)等基板上。在基板102上则由下而上依序设置一第一型半导体层110、一第二型半导体层116、与设置于第一型半导体层110及第二型半导体层116之间的复数层活性层(active layer)112。在本第一优选实施例中，复数层活性层112以一第一活性层112a与一第二活性层112b为例示，但不限于此。在本第一优选实施例中第一型为n型；而第二型为p型，但所属领域技术人员应知第一型与第二型等导电类型可依工艺或产品需要而不限于第一型为p型，第二型为n型。此外基板102与第一型半导体层110之间更设置有一缓冲层(图未示)，但所述膜层的设置应为所属领域技术人员所知，故于此不再赘述，亦省略于图1中。第一型半导体层110、第一活性层112a、第二活性层112b与第二型半导体层116等膜层可利用外延成长方法形成于基板102上，因此包括外延材料如三五族氮化物半导体材料，例如氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)与氮化铝铟镓(AlInGaN)等，且第一活性层112a与第二活性层112b可包括多重量子井(multiple quantumwell，MQW)。

值得注意的是，本第一优选实施例中的多波长发光二极管利用设置于第一型半导体层110与第二型半导体层116之间的第一活性层112a与第二活性层112b混光而直接产生白光，因此本优选实施例所提供的多波长发光二极管亦为一白光发光二极管：多波长发光二极管100的第一活性层112a与第二活性层112b分别包括一第一波长光与一第二波长光，且第一波长光不同于第二波长光。举例来说，第一波长光的波长(λ)范围在550～650纳米(nanometer，nm)之间；而第二波长光的波长范围则在450～510纳米之间。由此可知，第一活性层112a与第二活性层112b可分别产生黄光与蓝光，黄光与蓝光混合后即产生白光，因此本发明所提供的任一多波长发光二极管100皆不需在封装工艺中添加荧光粉体，即可由自身产生白光，而作为一白光发光二极管。

此外，在本第一优选实施例的一变化型中，第一活性层112a所产生的第一波长光的波长范围可为500～600纳米；第二活性层112b所产生的第一波长光的波长范围可为340～430纳米。由此可知，第一活性层112a与第二活性层112b可分别产生黄绿光与紫外(UV)光，而黄绿光与UV光混合后即可产生白光。故在此变化型中，多波长发光二极管100亦可作为一白光发光二极管。

请继续参阅图1。在第二型半导体层116上另形成有一透明导电层120，其可为氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)，但不限于此。透明导电层120用以与第二型半导体层116形成奥姆接触(Ohmic contact)，并兼作电极。在第一型半导体层110与透明导电层120上则分别形成一焊垫130、132，其中设置于第一型半导体层110上的焊垫130亦兼作电极。

请参阅图2。由于图2中交流驱动多波长发光组件中除活性层之外的各组件皆与第一优选实施例相同，因此相同的组件采用相同的标号，且不再赘述。与第一优选实施例不同的是，第二优选实施例中所包括的复数层活性层114以一第三活性层114a、一第四活性层114b与一第五活性层114c为例示，但所属领域技术人员应知所述等活性层的设置并不限于此。第三活性层114a、第四活性层114b与第五活性层114c亦包括多重量子井，且第三活性层114a、第四活性层114b与第五活性层114c分别产生一第三波长光、一第四波长光与一第五波长光。第三波长光的波长范围在560～600纳米之间、所述第四波长光的波长范围在520～560纳米之间、所述第五波长光的波长范围在200～430纳米之间。由此可知，第三活性层114a、第四活性层114b与第五活性层114c可分别产生黄光、绿光与UV光，并通过黄光、绿光与UV光直接混合后产生白光，因此本第二优选实施例所提供的任一多波长发光二极管100亦为不需在封装工艺中添加荧光粉体，即可由自身产生白光的白光发光二极管。

请参阅图3，图3为第一与第二优选实施例所提供的串联多波长发光二极管的剖面示意图。如前所述，交流驱动发光组件通过将各发光二极管晶粒以电桥方式串联与并联而得，因此在完成多波长发光二极管100的制作后，更于各多波长发光二极管100上形成一图案化绝缘层140，以电性隔绝各多波长发光二极管100，而在相对于各焊垫130、132处则分别形成一开口142以供后续建构电路之用。在第一与第二优选实施例中，预定以串联方式电性连接的相邻二多波长发光二极管100通过一导电层150，如一金属层，电性连接焊垫130与焊垫132，完成串联电路的建构。

接下来请参阅图4与图5，图4与图5分别为第一与第二优选实施例所提供的交流驱动发光组件不同实施型态的电路示意图。如图4所示，本优选实施例所提供的交流驱动多波长发光组件200利用上述的多波长发光二极管100串联与并联形成电桥210、212，并设置于一基材202(示于图3)上。此外，电桥210、212再串联，之后始进行封装工艺，完成多波长发光组件芯片的制作，而此多波长发光组件200可直接使用于交流电源400。请参阅图5，另外，依据不同产品的需求，在图5所示的交流驱动多波长发光组件300中，亦可将不同组已串联的电桥210、212再以并联方式电性连接，以增加交流电正负半周点亮的多波长发光二极管100数量。之后，始进行封装工艺，完成交流驱动多波长发光组件芯片的制作，而此交流驱动多波长发光组件300可直接使用于交流电源400。

综上所述，本发明所提供的交流驱动多波长发光组件，可利用所述等多波长发光二极管的复数层活性层所产生的不同颜色光直接混色形成白光，因此可直接作为白光发光二极管。并且，通过串联或并联等方式电性连接所述白光发光二极管，形成可直接使用于交流电压的交流驱动多波长/白光发光组件。更重要的是，由于本发明所提供的白光发光二极管不需通过任何荧光粉体进行混光，故即使交流驱动白光发光组件中发生白光发光二极管发光效能不足甚至失效的情形而导致亮度的损失，仍可根本性地避免荧光粉体因亮度不均而产生的白光颜色偏差等问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种交流驱动多波长发光组件，其特征在于，包括：

一基材；以及

复数个多波长发光二极管，以串联与并联方式相互电性连接而设置于所述基材上；其中，所述多波长发光二极管分别包括复数层活性层。

2.如权利要求1所述的交流驱动多波长发光组件，其特征在于，各所述多波长发光二极管均分别包括一第一型半导体层与一第二型半导体层，且所述活性层设置于所述第一型半导体层与所述第二型半导体层之间。

3.如权利要求2所述的交流驱动多波长发光组件，其特征在于，所述第一型半导体层与所述第二型半导体层包括三五族氮化物半导体材料。

4.如权利要求2所述的交流驱动多波长发光组件，其特征在于，所述多波长发光二极管更包括一第一焊垫与一第二焊垫，分别设置于所述第一型半导体层与所述第二型半导体层上，其中至少一多波长发光二极管的所述第一焊垫与相邻的多波长发光二极管的所述第二焊垫电性连接以串联所述发光二极管。

5.如权利要求1所述的交流驱动多波长发光组件，其特征在于，所述多波长发光二极管的所述活性层分别产生一第一波长光与一第二波长光，且所述第一波长光不同于所述第二波长光。

6.如权利要求5所述的交流驱动多波长发光组件，其特征在于，所述第一波长光的波长范围在550～650纳米之间，而所述第二波长光的波长范围在450～510纳米之间。

7.如权利要求5所述的交流驱动多波长发光组件，其特征在于，所述第一波长光的波长范围在500～600纳米之间，而所述第二波长光的波长范围在340～430纳米之间。

8.如权利要求1所述的交流驱动多波长发光组件，其特征在于，所述多波长发光二极管的所述等活性层分别产生一第三波长光、一第四波长光与一第五波长光，且所述等波长光不同于彼此。

9.如权利要求8所述的交流驱动多波长发光组件，其特征在于，所述第三波长光的波长范围在560～600纳米之间、所述第四波长光的波长范围在520～560纳米之间、所述第五波长光的波长范围在200～430纳米之间。

10.如权利要求1所述的交流驱动多波长发光组件，其特征在于，所述多波长发光二极管串联与并联形成至少一电桥，其中所述电桥以串联与并联方式相互电性连接。

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