CN102479795A

CN102479795A - 交流发光二极管模块

Info

Publication number: CN102479795A
Application number: CN2010105592341A
Authority: CN
Inventors: 曾俊龙; 苏志宗; 曾健文; 陈柏荣
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2012-05-30

Abstract

本发明公开一种交流发光二极管模块，其包括：基板；发光二极管，位于基板上，且发光二极管包括具有第一导电特性的半导体层与具有第二导电特性的半导体层；以及桥式整流器，位于基板上，电连接于发光二极管，包括多个萧特基二极管，其中萧特基二极管中的第一部分位于第一半导体层上方，萧特基二极管中的第二部分位于第二半导体层上方。

Description

交流发光二极管模块

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，特别是涉及一种整合于单一芯片(singlechip)上并且适用于交流电源的交流发光二极管模块。

背景技术

众所周知，发光二极管(LED)为具有n型半导体与p型半导体的发光装置，经由电子及空穴的复合而发光。此种LED被广泛使用于显示器及背光模块(back light module)。此外，因为与传统灯泡及荧光灯相比时，LED具有较少的电力消耗及较长的使用寿命，所以LED的应用领域已扩展到一般照明，而逐渐取代传统的灯泡与荧光灯。

请参照图1，其所绘示为已知发光二极管的电路连接示意图。首先，交流电源AC产生交流电流i_ac至变压器(transformer)12，而变压器12调整交流电流i_ac的振幅并输出第一电流i₁。接着，整流器(rectifier)14接收第一电流i₁并进行半波或全波整流后输出第二电流i₂。滤波器(filter)16接收第二电流i₂产生具有涟波(ripple)的第三电流i₃。最后，电压调节器(voltage regulator)18接收第三电流i₃产生固定值的直流电流i_dc与直流电压v_dc至直流LED模块(DC LED module)19，使直流LED模块19发光。

很明显地，已知直流LED模块19无法直接连接至交流电源AC，如果直接将直流LED模块19连接至交流电源AC，则会有直流LED模块19无法连续发光，且容易因反向电流(reverse current)而导致直流LED模块19受损。

为了解决上述问题，交流LED模块(AC LED module)即因应而生。请参照图2A与图2B，其所绘示为已知交流LED模块。如图2A所示，交流LED模块20是以桥式电路(bridge circuit)的方式进行整流功能且交流LED模块20设计在单一芯片(single chip)上。

换句话说，图2A的交流LED模块20是在半导体基板(substrate)上设计一个LED阵列(LED matrix)，并且使用四个LED，亦即LED4、LED5、LED6、LED7，彼此电性连接成一个桥式整流器(bridge rectifier)，而桥式整流器的二连接端(CN1、CNT2)之间则串接多个LED，亦即LED1、LED2、LED3。

如图2A所示，当交流LED模块20的第一输入端IN1接收正电压而第二输入端IN2接收负电压时，则串接的LED4、LED1、LED2、LED3、LED7为顺向偏压(forward bias)，LED5与LED6为逆向偏压(reverse bias)。反之，如图2B所示，当交流LED模块的第一输入端IN1接收负电压而第二输入端IN2接收正电压时，则串接的LED6、LED1、LED2、LED3、LED5为顺向偏压，LED4与LED7为逆向偏压。

也就是说，在交流电源的正极性时，当电压的振幅小于临界电压总和时，串接的LED4、LED1、LED2、LED3、LED7无法发光；当电压的振幅大于临界电压总和时，即可产生电流流过串接的LED4、LED1、LED2、LED3、LED7并且发光。同理，在交流电源的负极性时，当电压的振幅小于临界电压总和时，串接的LED6、LED1、LED2、LED3、LED5无法发光；当电压的振幅大于临界电压总和时，即可产生电流流过串接的LED6、LED1、LED2、LED3、LED5并且发光。

由上述可知，已知设计于单一芯片上的交流LED模块20，并无法同时让所有的LED发光，因此导致整体亮度上的损失。

发明内容

因此，本发明的目的之一是提出一种交流LED模块，其设计在单一芯片上并利用多个萧特基二极管(Schottky diode)连接成为桥式整流器，可以有效地提高交流LED模块的整体亮度。

本发明提出一种交流发光二极管模块，其包括：基板；发光二极管，位于基板上，且发光二极管包括具有第一导电特性第一半导体层与具有第二导电特性第二半导体层；以及桥式整流器，位于基板上，包括多个萧特基二极管，其中该多个萧特基二极管中的第一部分位于第一半导体层上方，且该多个萧特基二极管中的第二部分位于第二半导体层上方。

本发明还提出一种交流发光二极管模块，其包括：基板；发光二极管，位于基板上；以及桥式整流器，位于基板上，电连接于发光二极管，桥式整流器包括多个萧特基二极管且该多个萧特基二极管位于基板上且未与发光二极管重叠。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所绘示为已知发光二极管的电路连接示意图。

图2A与图2B所绘示为已知交流LED模块。

图3所绘示为本发明交流LED模块第一实施例。

图4A与图4B所绘示为本发明第一实施例单一芯片上的交流LED模块俯视图以及剖面图。

图5所绘示为本发明交流LED模块第一实施例的另一制造方式。

图6所绘示为本发明交流LED模块第二实施例。

图7所绘示为本发明第二实施例单一芯片上的交流LED模块区域剖面图。

附图标记说明

12 变压器

14 整流器

16 滤波器

18 电压调节器

19 直流LED模块

20、30、60 交流LED模块

32、62 LED

400、500 交流LED模块

410、510、710 蓝宝石基板

420、520、720 n型氮化镓半导体层

425、725 有源层

426、526 n型指状电极

430、530、730 p型氮化镓半导体层

432 电流阻挡层

434 铟锡氧化导电层

436、536 p型指状电极

442、452 金属层

444、454 半导体层

446、456 欧姆接触层

LED1、LED2、发光二极管

LED3、LED4、

LED5、LED6、

LED7

IN1、IN2 输入端

CN1、CN2 连接端

SD1、SD2、萧特基二极管

SD3、SD4

SD_1、SD_2、萧特基二极管组

SD_3、SD_4

具体实施方式

请参照图3，其所绘示为本发明交流LED模块第一实施例。根据本发明的第一实施例，交流LED模块包含四个萧特基二极管(Schottky diode)，亦即SD1、SD2、SD3、SD4，连接成为一个桥式整流器。而桥式整流器的第一输入端IN1与第二输入端IN2即为交流LED模块30的二输入端，用以接收交流电源。如图所示，第一萧特基二极管SD1阳极端(anode)连接至第一输入端IN1，而第一萧特基二极管SD1阴极端(cathode)连接至第一连接端CN1；第二萧特基二极管SD2阳极端连接至第二连接端CN2，而第二萧特基二极管SD2阴极端连接至第二输入端IN2；第三萧特基二极管SD3阳极端连接至第二输入端IN2，而第三萧特基二极管SD3阴极端连接至第一连接端CN1；第四萧特基二极管SD4阳极端连接至第二连接端CN2，而第四萧特基二极管SD4阴极端连接至第一输入端IN1。再者，桥式整流器的第一连接端CN1与第二连接端CN2之间连接LED 32。

由于萧特基二极管的顺向偏压很低，因此交流LED模块30可在低压AC电源下正常操作，亦即，约3V的电压强度即可使得交流LED模块30正常操作。再者，由于萧特基二极管SD1、SD2、SD3、SD4重叠于LED32之上，而利用此桥式整流器所完成的交流LED模块30，不论输入端IN1与IN2的极性为何，LED 32均能够发光，因此交流LED模块30的整体亮度可有效地提高。

请参照图4A与图4B，其所绘示为本发明第一实施例单一芯片上的交流LED模块俯视图以及剖面图。以蓝光LED为主的交流LED模块为例，蓝宝石基板(sapphire substrate)410上主要有n型氮化镓半导体层(n type GaNlayer)420、p型氮化镓半导体层(p type GaN layer)430，而n型氮化镓半导体层420与p型氮化镓半导体层430之间还有有源层425(active layer)，亦即n型氮化镓半导体层420、有源层425、与p型氮化镓半导体层430形成蓝光LED的主体。此外，在p型氮化镓半导体层430上设置有p型指状电极(p fingerelectrode)436，在n型氮化镓半导体层420上则设置有n型指状电极(n fingerelectrode)426。

于本实施例中，二个萧特基二极管SD2、SD4堆叠于曝露的n型氮化镓半导体层420上方；二个萧特基二极管SD1、SD3堆叠于p型氮化镓半导体层430上方。再者，第一萧特基二极管SD1阳极端连接至第一输入端IN1而第一萧特基二极管SD1阴极端连接至p型指状电极(p finger electrode)436；第二萧特基二极管SD2阳极端连接至n型指状电极(n finger electrode)426而第二萧特基二极管SD2阴极端连接至第二输入端IN2；第三萧特基二极管SD3阳极端连接至第二输入端IN2而第三萧特基二极管SD3阴极端连接至p型指状电极436；第四萧特基二极管SD4阳极端连接至n型指状电极426而第四萧特基二极管SD4阴极端连接至第一输入端IN1。其中p型指状电极436与n型指状电极426可视为桥式整流器的第一连接端与第二连接端，而D型指状电极536与n型指状电极526分别连接至蓝光LED的p型氮化镓半导体层530与n型氮化镓半导体层520。

由图4A的a、b二点的剖面图即如图4B所示。首先介绍蓝光LED，在蓝宝石基板410成长n型氮化镓半导体层420、有源层425、与p型氮化镓半导体层430。而于p型氮化镓半导体层430上可形成电流阻挡层(currentblocking layer)432，而透明铟锡氧化(ITO)导电层434覆盖于p型氮化镓半导体层430与电流阻挡层432上，即形成LED蓝光二极管。其中，有源层425可为单异质(single heterostructure，SH)，双异质(double heterostructure，DH)，单量子阱(single quantum well，SQW)，或多量子阱(multiple quantumwell，MQW)结构的有源层。

再者，第二萧特基二极管SD2包括欧姆接触层446、半导体层444、与金属层442。而欧姆接触层446可视为第二萧特基二极管SD2的阴极端，金属层452可视为第二萧特基二极管SD2的阳极端。其中，第二萧特基二极管SD2的阳极端即连接至蓝光LED的阴极端，而第二萧特基二极管SD2的阴极端即可连接至第二输入端IN2(未绘示)。同理，第三萧特基二极管SD3可包括欧姆接触层456、半导体层454、与金属层452。其中，半导体层454可视为第三萧特基二极管SD3的阴极端，金属层452可视为第三萧特基二极管SD3的阳极端，而第三萧特基二极管SD3的阴极端即连接至蓝光LED的阳极端，第三萧特基二极管SD3的阳极端即连接至第二输入端蓝光LED的阳极端IN2。再者，上述半导体层444、454的材料一般为电子浓度较高的n型半导体材料。例如，SiC、TiO₂、ZnO、CNT、Fe₂O₃层。而金属层442、452为金、银、或铂金属(Pt)。

请参照图5，其所绘示为本发明交流LED模块第一实施例的另一制造方式。此交流LED模块500特征在于将所有的萧特基二极管SD1、SD2、SD3、SD4皆制作于蓝宝石基板510上方，并且不重叠(overlap)于蓝光LED上。其中，第一萧特基二极管SD1阳极端连接至第一输入端IN1而第一萧特基二极管SD1阴极端连接至p型指状电极536；第二萧特基二极管SD2阳极端连接至n型指状电极526而第二萧特基二极管SD2阴极端连接至第二输入端IN2；第三萧特基二极管SD3阳极端连接至第二输入端IN2而第三萧特基二极管SD3阴极端连接至p型指状电极536；第四萧特基二极管SD4阳极端连接至n型指状电极526而第四萧特基二极管SD4阴极端连接至第一输入端IN1。而p型指状电极536与n型指状电极526即可视为桥式整流器的第一连接端与第二连接端，而p型指状电极536与n型指状电极526分别连接至蓝光LED的p型氮化镓半导体层530与n型氮化镓半导体层520。

请参照图6，其所绘示为本发明交流LED模块第二实施例。根据本发明的第二实施例，交流LED模块60可根据输入端IN1、IN2的交流电振幅，串接适当数目的萧特基二极管使得交流LED模块60正常运作。根据本发明的实施例，利用四个串接萧特基二极管组，亦即SD_1、SD _2、SD_3、SD_4，连接成为一个桥式整流器。而每一个串接萧特基二极管组中包括多个串接萧特基二极管(例如3个)。

再者，桥式整流器的第一连接端CN1与第二连接端CN2之间连接LED62。

由于第二实施例交流LED模块的俯视图相同于第一实施例，因此不再赘述。请参照图7，其所绘示为本发明第二实施例单一芯片上的交流LED模块区域剖面图。由于蓝光LED的结构相同此处不再赘述。再者，第二萧特基二极管组SD_2堆叠于n型氮化镓半导体层720上方；第三萧特基二极管SD_3堆叠于p型氮化镓半导体层730上方。

再者，由图7可知，第二萧特基二极管组SD_2与第三萧特基二极管组各包括三个串接的萧特基二极管。而每个萧特基二极管中的半导体层的材料一般为电子浓度较高的n型半导体材料，例如。例如SiC、TiO₂、ZnO、CNT、Fe₂O₃层，而金属层为金、银、或铂金属(Pt)。

同理，所有的萧特基二极管组也可以形成于蓝宝石基板的上方，并且不重叠(overlap)于蓝光LED。而萧特基二极管组的结构与上述相同，不再赘述。

因此，本发明的优点是提出一种交流LED模块，可使得交流LED模块在低压AC电源正常工作。再者，利用萧特基二极管重叠于发光LED上所完成的桥式整流器，不论输入端IN1与IN2的极性为何，LED均能够发光，因此可以使得交流LED模块的整体亮度有效地提高。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。

Claims

1.一种交流发光二极管模块，包括：

基板；

发光二极管，位于该基板上，且该发光二极管包括具有第一导电特性的第一半导体层与具有第二导电特性的第二半导体层；以及

桥式整流器，位于该基板上，电连接于该发光二极管，包括多个萧特基二极管，其中该多个萧特基二极管中的第一部分位于该第一半导体层上方，且该多个萧特基二极管中的第二部分位于该第二半导体层上方。

2.如权利要求1所述的交流发光二极管模块，其中，该发光二极管包括：

该第一半导体层，位于该基板上方；

有源层，覆盖部分该第一半导体层；

该第二半导体层，覆盖于该有源层；

电流阻挡层，覆盖部分该第二半导体层；以及

导电层，覆盖该电流阻挡层与该第二半导体层。

3.如权利要求2所述的交流发光二极管模块，其中该有源层为单异质、双异质、单量子阱、或多量子阱结构的有源层。

4.如权利要求2所述的交流发光二极管模块，其中该第一半导体层为n型氮化镓半导体层，该第二半导体层为p型氮化镓半导体层。

5.如权利要求1所述的交流发光二极管模块，其中，该多个萧特基二极管包括：

第一萧特基二极管，位于该发光二极管的该第二半导体层上；

第二萧特基二极管，位于该发光二极管的该第一半导体层上；

第三萧特基二极管，位于该发光二极管的该第二半导体层上；以及

第四萧特基二极管，位于该发光二极管的该第一半导体层上。

6.如权利要求5所述的交流发光二极管模块，其中，该桥式整流器的第一输入端电连接至该第一萧特基二极管的阳极端以及该第四萧特基二极管的阴极端；

该桥式整流器的第二输入端电连接至该第三萧特基二极管的阳极端以及该第二萧特基二极管的阴极端；

该第二半导体层电连接至该第一萧特基二极管的阴极端以及该第三萧特基二极管的阴极端；

该第一半导体层电连接至该第四萧特基二极管的阳极端以及该第二萧特基二极管的阳极端。

7.如权利要求1所述的交流发光二极管模块，其中，每一萧特基二极管包括：相互堆叠的半导体层与金属层，

其中，该半导体层为该萧特基二极管的阴极端，该金属层为该萧特基二极管阳极端。

8.如权利要求7所述的交流发光二极管模块，其中该半导体层包含SiC、TiO₂、ZnO、CNT、或者Fe₂O₃；且

该金属层包含金、银、或铂金属。

9.如权利要求1所述的交流发光二极管模块，其中，该多个萧特基二极管包括：

堆叠的第一萧特基二极管组，位于该发光二极管的该第二半导体层上。

10.如权利要求1所述的交流发光二极管模块，其中，该多个萧特基二极管包括：

堆叠的第一萧特基二极管组，位于该发光二极管的该第一半导体层上。