CN102403331A - 发光二极管阵列 - Google Patents

Abstract

本发明有关于一种发光二极管阵列，主要包括有多个发光二极管单元，其中各个发光二极管单元形成一串联序列，该发光二极管阵列有n列及m行，且m及n至少一者为奇数。

Description

发光二极管阵列

技术领域

本发明涉及一种发光二极管阵列，特别涉及一种串联序列的发光二极管阵列。

背景技术

发光二极管(LED；Light-Emitting Diode)由于具备有寿命长、体积小、耗电量少及反应速度快等优点，因而被广泛应用于指示灯、广告广告牌、交通号志灯、汽车车灯、显示面板、通讯器具及室内照明等各项产品中。

请参阅图1所示，为现有发光二极管的构造示意图。如图所示，现有的发光二极管芯片100包括基底102、N型层110、发光层125及P型层130。此外，第一电极115与第二电极135分别形成在N型层110与P型层130上，并与其电性连接。当适当电压被施加到第一电极115与第二电极135时，电子将会离开N型层110并与空穴在发光层125内结合而发光。

基底102通常以蓝宝石制成；N型层110例如可由掺杂硅的氮化铝镓(AlGaN)或掺杂硅的氮化镓(GaN)制成；P型层130例如可由掺杂镁的氮化铝镓(AlGaN)或掺杂镁的氮化镓(GaN)制成。发光层125通常由单量子井或多量子井，例如氮化铟镓/氮化镓形成。

一般而言，驱动单一个发光二极管芯片100大约需要在第一电极115及第二电极135之间提供一3伏特的直流电压，以发光二极管芯片100作为手电筒的光源为例，可使得单一个发光二极管芯片100与两个1.5伏特的电池串联，便可驱动发光二极管芯片100产生光源。

然而，在以家用电源驱动发光二极管芯片100时，则会面临电压转换的问题。目前国际上所使用的家用电源大多为110伏特或220伏特的交流电源，因此在以家用电源驱动发光二极管芯片100时，需要对家用电源进行降压及整流的动作。

由于家用电源(110V或220V)与发光二极管芯片100所需驱动电压(3V)之间存在有相当大的电压差距，并会导致电压转换效率偏低，进而在电压转换的过程中造成能量的额外损耗。

发明内容

本发明的一目的，在于提供一种发光二极管阵列，主要使得多个发光二极管单元形成一串联序列，通过增加发光二极管单元串联的数量，可以提高发光二极管阵列所需要的驱动电压，以降低外部电压在电压转换的过程中所造成的能量损耗。

本发明的另一目的，在于提供一种发光二极管阵列，主要将多个发光二极管单元排列成为发光二极管阵列，该发光二极管阵列有n列(row)及m行(column)，且m及n至少有一者为奇数，藉此有利于将多个发光二极管单元的排列成阵列，并可使得电流输入端及电流输出端位于发光二极管阵列的边缘或角落，而有利于进行电源供应器与发光二极管阵列的之间电性连接。

本发明的另一目的，在于提供一种发光二极管阵列，主要使得多个发光二极管单元形成一串联序列，藉此有利于以一般的家用电源驱动发光二极管阵列，使得发光二极管阵列成为一般固定式的照明光源。

本发明的另一目的，在于提供一种发光二极管阵列，例如四边形、近似平行四边形、近似矩形、近似正方形、近似菱形…等的发光二极管单元排列成阵列，并将正负电极大致配置为对角关系，以提高两电极之间电流分布的均匀性(uniform current spreading)，并增加发光二极管单元所产生的光源的均匀度。

为了达到上述目的，本发明提供一种发光二极管阵列，包含有多个发光二极管单元，所有该多个发光二极管单元形成一串联序列，该发光二极管阵列有n列及m行，且m及n至少一者为奇数。

上述的发光二极管阵列，其中每一个发光二极管单元为四边形，且具有电性相反的一第一电极与一第二电极，该第一电极位于或邻近该四边形的一第一端点，该第二电极位于或邻近该四边形的一第二端点，该第一端点与该第二端点为对角关系。

上述的发光二极管阵列，其中每一个发光二极管单元为正方形，且具有电性相反的一第一电极与一第二电极，该第一电极位于或邻近该正方形的一第一端点，该第二电极位于或邻近该近似正方形的一第二端点，该第一端点与该第二端点为对角关系。

上述的发光二极管阵列，其中该发光二极管阵列为四边形，且连接一电流输入端与一电流输出端。

上述的发光二极管阵列，其中该发光二极管阵列近似正方形，且连接一电流输入端与一电流输出端。

上述的发光二极管阵列，其中该串联序列的第一个发光二极管单元以该第二电极连接该电流输入端，该串联序列的最后一个发光二极管单元以该第一电极连接该电流输出端。

上述的发光二极管阵列，其中m与n两者的中一者为奇数，一者为偶数，该电流输入端与该电流输出端位于或邻近该发光二极管阵列的一边线。

上述的发光二极管阵列，其中m与n两者均为奇数，该电流输入端与该电流输出端位于或邻近该发光二极管阵列的对角位置。

上述的发光二极管阵列，其中该串联序列中的第一个发光二极管单元的电极位置图案与第三个发光二极管单元相同。

上述的发光二极管阵列，其中该串联序列中的第一个发光二极管单元的电极位置图案顺时钟旋转90度会相同于第二个发光二极管单元，第二个发光二极管单元的电极位置图案逆时钟旋转90度会相同于第三个发光二极管单元。

上述的发光二极管阵列，其中包含有一基板，且该多个发光二极管单元设置于该基板上。

上述的发光二极管阵列，其中包含有多个焊线以连接该串联序列中相邻的发光二极管单元。

上述的发光二极管阵列，其中包含有多个内连线以连接该串联序列中相邻的发光二极管单元。

上述的发光二极管阵列，其中该内连线沿着相邻发光二极管单元的最短路径以连接相邻的发光二极管单元的电极。

上述的发光二极管阵列，其中该发光二极管单元堆栈多个发光二极管而成。

上述的发光二极管阵列，其中堆栈多个发光二极管为垂直串联。

上述的发光二极管阵列，其中包括有电性相反的一第一电极与一第二电极，其中该第一电极位于最接近该基板的发光二极管，该第二电极则位于最远离该基板的发光二极管。

上述的发光二极管阵列，其中堆栈多个发光二极管为垂直并联。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有发光二极管的构造示意图；

图2为本发明发光二极管阵列一实际例的立体示意图；

图3为本发明发光二极管阵列一实际例的俯视图；

图4为本发明发光二极管阵列又一实施例的俯视图；

图5为本发明发光二极管阵列又一实施例的俯视图；

图6为本发明发光二极管阵列又一实施例的俯视图；及

图7为本发明发光二极管阵列内的发光二极管单元又一实施例的剖视示意图。

其中，附图标记

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图2及图3所示，本发明的部分实施例中显示一发光二极管阵列的立体示意图及俯视图。如图所示，本发明所述的发光二极管阵列200主要包括有多个发光二极管单元20，其中各个发光二极管单元20形成一串联序列，在使用时可以单一个电源供应器29同时驱动多个串联的发光二极管单元20。

本发明主要将多个发光二极管单元20以矩阵方式排列在一基板24上，且各个发光二极管单元20通过间隙36隔离，其中发光二极管阵列200有n列(row)及m行(column)，且m及n至少一者为奇数。在一范例中，发光二极管阵列200具有2列3行。

本发明的部分实施例中，各个发光二极管单元20包括有一第一材料层21、一第二材料层23、至少一第一电极25及至少一第二电极27，其中第一材料层21及第二材料层23以层叠的方式设置，且第二材料层23设置于第一材料层21的部分表面。第一电极25设置于第一材料层21的部分表面，且不与第二材料层23接触，第二电极27则设置于第二材料层23的部分表面。在使用时可对第一电极25及第二电极27供给电源，以使得发光二极管单元20产生光源。在不同实施例中，本发明所述的发光二极管单元20也可为堆栈的多个发光二极管(Stacking LEDs)，此一构造将会在后续的实施例中说明。

本发明的部分实施例中，各个发光二极管单元20可为四边形，例如近似平行四边形、近似矩形、近似正方形、近似菱形…等，第一电极25及第二电极27的电性相反，且第一电极25位于或邻近四边形的一第一端点，第二电极27位于或邻近四边形的一第二端点，第一端点与第二端点大致为对角关系(in adiagonal position)，以提高两电极之间电流分布的均匀性(uniform currentspreading)，并有利于提高各个发光二极管单元20的发光均匀度。此外，将各个发光二极管单元20的第一电极25及第二电极27大致配置为对角关系，更有利于进行相邻的发光二极管单元20的电性连接。

通过排列上述不同形状的发光二极管单元20可以形成不同形状的发光二极管阵列200，例如：四边形、近似平行四边形、近似矩形、近似正方形、近似菱形…等。

请参阅图3所示，本发明的部分实施例中，于发光二极管单元20排列成为发光二极管阵列200之前，需要特别留意各个发光二极管单元20的相对电极位置，再进行各个发光二极管单元20的设置，例如串联序列中的第一个发光二极管单元201的电极位置图案顺时钟旋转90度会相同于第二个发光二极管单元202，而第二个发光二极管单元202的电极位置图案逆时钟旋转90度会相同于第三个发光二极管单元203；也就是说第一个发光二极管单元201的电极位置图案与第三个发光二极管单元203相同。此一设计使得相邻发光二极管单元的不同电性电极具有最短距离，以便于相邻发光二极管的串联电性连接使用最短的焊线22或内连线32，藉此降低电阻以及降低成本。例如第一个发光二极管单元201的第一电极25与第二个发光二极管单元202的第二电极27相邻，而第二个发光二极管单元202的第一电极25则与第三个发光二极管单元203的第二电极27相邻。

如前所述，本发明所提供的发光二极管阵列200中的m及n至少一者必须是奇数，此一设计使得发光二极管单元在跨行串联或跨列串联时，仍然维持相邻发光二极管单元20的不同电性电极具有最短距离，以便于相邻发光二极管20的串联电性连接使用最短的焊线22或内连线32，藉此降低电阻以及降低成本。例如图3所示，第三个发光二极管单元203的第一电极25与第四个发光二极管单元204的第二电极27相邻。

请参阅图2与图3所示，焊线(wire bonding)22可用以连接串连序列中相邻的发光二极管单元20，通常适用于间隙36较大的情形；请参阅图4所示，内连线(interconnect)32可用以连接串连序列中相邻的发光二极管单元20，通常适用于间隙36较小的情形。

通过内连线形成LED阵列的常见方法如下，可在一绝缘或高电阻基板34，例如蓝宝石、碳化硅或者其它三族氮化物基板上，串联或并联许多发光二极管单元20，以形成一发光二极管阵列300。各个发光二极管单元20通过间隙36隔离，并以内连线(internnect)32连接不同发光二极管单元20的电极。一般而言，为了确保各个发光二极管单元20之间为绝缘，会先沉积氧化材料，例如硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、氧化铝，绝缘材料在发光二极管阵列300上，再沉积内连线32，且内连线32通常为金属材质。

本发明的部分实施例中，发光二极管阵列200包括有一电流输入端271及一电流输出端251，在使用时可将电源供应器29与发光二极管阵列200的电流输入端271及电流输出端251相连接，并对各个发光二极管单元20供给电源。请参阅图3与图4所示，四边形或近似正方形的发光二极管单元20可排列成为四边形或近似正方形的发光二极管阵列200，而电流输入端271与电流输出端251位于或邻近四边形或近似正方形的发光二极管阵列200的边线或对角位置。例如串联序列的第一个发光二极管单元201以第二电极27连接该电流输入端271，串联序列的最后一个发光二极管单元209以第一电极25连接电流输出端251。

电源供应器29，例如直流电源供应器，主要用以进行电压的降压及整流，用以接收一般的家用电源，例如110伏特或220伏特的家用电源，并将家用电源进行降压及整流，藉此以输出适当大小的直流电源，以驱动发光二极管阵列200。

本发明的部分实施例中，通过多个发光二极管单元20的串联，将可以提高驱动发光二极管阵列200所需要的电压，使得电源供应器29不需要进行大幅度的电压转换，便可以驱动发光二极管阵列200，藉此以降低在电压转换的过程中所造成的能量损耗。例如图3的发光二极管阵列200包括有六个发光二极管单元20的串联，且各个发光二极管单元20所需要的驱动电压约为3伏特，换言之，发光二极管阵列200所需要的驱动电压约为18伏特(3伏特乘以6)，则电源供应器29只需要将一般的家用电源(110伏特或220伏特)转换为18伏特，便可用以驱动发光二极管阵列200。

在本实施例中，主要以发光二极管阵列200包括有六个发光二极管单元20来进行说明，然而在实际应用时也可增加发光二极管单元20的串联个数，此一部分将会在后续的实施例中进行说明。通过增加发光二极管单元20串联的数量，将可进一步提高发光二极管阵列所需要的驱动电压，并增加发光二极管阵列的发光面积及发光亮度。

此外，本发明所述的发光二极管阵列200包括有多个相同的发光二极管单元20，并可用以产生相同颜色的光源。在本发明的部分实施例中，发光二极管阵列200也可包括有多个不同的发光二极管单元20，并可用以产生不同颜色的光源，例如红光、绿光或蓝光。

请参阅图4所示，为本发明发光二极管阵列又一实施例的俯视图。如图所示，本发明所述的发光二极管阵列300主要包括有多个发光二极管单元20，其中各个发光二极管单元20以矩阵方式排列在一基板34上，并形成一3列3行的发光二极管阵列300。

发光二极管阵列300的发光二极管单元20以串联的方式连接，例如可通过内连线(interconnect)32连接串联序列中相邻的发光二极管单元20，在实际应用时对发光二极管单元20进行适当的排列，使得内连线32沿着相邻发光二极管单元的最短路径连接相邻的发光二极管单元20的电极。通过九个发光二极管单元20的串联，可将发光二极管阵列300所需的驱动电压提高至约27伏特，以进一步降低在电压转换的过程中所造成的能量损耗。

当然，也可进一步增加串联的发光二极管单元20的数量，例如可将十五个发光二极管单元20以串联的方式连接，并排列成为成一5列3行的发光二极管阵列400，其中发光二极管阵列400所需的驱动电压约为45伏特，如图5所示，或是将二十五个发光二极管单元20以串联的方式连接，并排列成为成一5列5行的发光二极管阵列500，其中发光二极管阵列500所需的驱动电压约为75伏特，如图6所示。

于本发明的部分实施例中，每一个发光二极管单元20近似正方形，当发光二极管阵列200的m等于n时，发光二极管阵列200的外观会近似正方形；而当发光二极管阵列200的m不等于n时，发光二极管阵列200的外观则会近似矩形。

于本发明的部分实施例中，当n列m行的发光二极管阵列200的m及n两者的中一者为奇数，一者为偶数时，如图3所示，电流输入端271及电流输出端251位于或邻近该发光二极管阵列200的一边线。当n列m行的发光二极管阵列300/400/500的m及n均为奇数时，如图4、图5及图6所示则电流输入端371/471/571及电流输出端351/451/551位于或邻近发光二极管阵列300/400/500的对角位置。使得发光二极管阵列300/400/500适用于一般常用的导电架，并与之进行电性连接。

于本发明的部分实施例中，上述的发光二极管单元20也可为堆栈的多个发光二极管(Stacking LEDs)，其中多个发光二极管以垂直的方式进行堆栈(垂直串联或垂直并联)，且发光二极管单元20的第一电极25位于最接近基板的发光二极管，而第二电极27则位于最远离基板的发光二极管，如图7所示。

发光二极管单元20包括有一第一N型半导体材料层211、一第一P型半导体材料层231、一穿隧接面(tunnel junction)26、一第二N型半导体材料层213及一第二P型半导体材料层233的堆栈。第一N型半导体材料层211及第一P型半导体材料层231之间存在有一第一主动层(active layer)281，而第二N型半导体材料层213及第二P型半导体材料层233之间则存在有一第二主动层(active layer)283。此外，第一电极25设置于最接近基板的发光二极管的第一N型半导体材料层211表面，第二电极27则设置于最远离基板的发光二极管的第二P型半导体材料层233表面。在本实施例中，发光二极管单元20包括有两个发光二极管的堆栈，并与两个发光二极管之间设置有一穿隧接面26，而在不同实施例中，发光二极管单元20也可包括有两个以上的发光二极管的堆栈，并于相邻的发光二极管之间设置该穿隧接面26。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (18)

1.一种发光二极管阵列，其特征在于，包含有多个发光二极管单元，所有该多个发光二极管单元形成一串联序列，该发光二极管阵列有n列及m行，且m及n至少一者为奇数。

2.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，每一个发光二极管单元为四边形，且具有电性相反的一第一电极与一第二电极，该第一电极位于或邻近该四边形的一第一端点，该第二电极位于或邻近该四边形的一第二端点，该第一端点与该第二端点为对角关系。

3.根据权利要求2所述的发光二极管阵列，其特征在于，每一个发光二极管单元为正方形，且具有电性相反的一第一电极与一第二电极，该第一电极位于或邻近该正方形的一第一端点，该第二电极位于或邻近该近似正方形的一第二端点，该第一端点与该第二端点为对角关系。

4.根据权利要求2所述的发光二极管阵列，其特征在于，该发光二极管阵列为四边形，且连接一电流输入端与一电流输出端。

5.根据权利要求4所述的发光二极管阵列，其特征在于，该发光二极管阵列近似正方形，且连接一电流输入端与一电流输出端。

6.根据权利要求4所述的发光二极管阵列，其特征在于，该串联序列的第一个发光二极管单元以该第二电极连接该电流输入端，该串联序列的最后一个发光二极管单元以该第一电极连接该电流输出端。

7.根据权利要求4所述的发光二极管阵列，其特征在于，m与n两者的中一者为奇数，一者为偶数，该电流输入端与该电流输出端位于或邻近该发光二极管阵列的一边线。

8.根据权利要求4所述的发光二极管阵列，其特征在于，m与n两者均为奇数，该电流输入端与该电流输出端位于或邻近该发光二极管阵列的对角位置。

9.根据权利要求4所述的发光二极管阵列，其特征在于，该串联序列中的第一个发光二极管单元的电极位置图案与第三个发光二极管单元相同。

10.根据权利要求9所述的发光二极管阵列，其特征在于，该串联序列中的第一个发光二极管单元的电极位置图案顺时钟旋转90度会相同于第二个发光二极管单元，第二个发光二极管单元的电极位置图案逆时钟旋转90度会相同于第三个发光二极管单元。

11.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，包含有一基板，且该多个发光二极管单元设置于该基板上。

12.根据权利要求11所述的发光二极管阵列，其特征在于，包含有多个焊线以连接该串联序列中相邻的发光二极管单元。

13.根据权利要求11所述的发光二极管阵列，其特征在于，包含有多个内连线以连接该串联序列中相邻的发光二极管单元。

14.根据权利要求13所述的发光二极管阵列，其特征在于，该内连线沿着相邻发光二极管单元的最短路径以连接相邻的发光二极管单元的电极。

15.根据权利要求11所述的发光二极管阵列，其特征在于，该发光二极管单元堆栈多个发光二极管而成。

16.根据权利要求15所述的发光二极管阵列，其特征在于，堆栈多个发光二极管为垂直串联。

17.根据权利要求16所述的发光二极管阵列，其特征在于，包括有电性相反的一第一电极与一第二电极，其中该第一电极位于最接近该基板的发光二极管，该第二电极则位于最远离该基板的发光二极管。

18.根据权利要求15所述的发光二极管阵列，其特征在于，堆栈多个发光二极管为垂直并联。

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