CN103367342A - 堆叠结合发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明为一种堆叠结合发光二极管，包含第一磊晶堆叠发光二极管、第二磊晶堆叠发光二极管及第一结合层，藉以让第一磊晶堆叠发光二极管与第二磊晶堆叠发光二极管堆叠结合。本发明是一种工艺流程简单且成本低的四波长白光发光二极管，用以得到较高的演色性指数。

Description

堆叠结合发光二极管

技术领域

本发明涉及一种堆叠结合发光二极管，特别是涉及一种四波长混成的全波段白光发光二极管。

背景技术

演色性指数(color rendering index，CRI)系用以显示对象在某待测光源照射下显示之颜色与其在参照光源照射下之颜色两者之相对差异。其数值之评定法为分别以参照光源及待测光源照射在德国工业规格(DIN)6169所规定之八个色样上逐一作比较并量化其差异性；差异性越小，即代表待测光源之演色性越好，演色性指数为100之光源可以让各种颜色呈现出如同被参照光源所照射之颜色。反之，演色性指数值越低，所呈现之颜色越失真。太阳光之演色性指数为100，荧光灯为60～85。一般来说，大于85的演色性指数值即可适用于大部分之应用。

一般的白光发光二极管(LED)是包含蓝色晶粒配黄色荧光粉(YAG)所组成，俗称二波长白光发光二极管，其演色性通常不佳。三波长白光发光二极管主要利用三个波长，透过以蓝光二极管及红、绿荧光粉所封装出的发光二极管结构进行发光。由于采用自然界三原色的原理，比传统二波长白光封装技术表现还更具真实性，逼近太阳光的表现。二波长白光封装发光二极管的演色性指数值低于70，但三波长白光发光二极管的演色性指数值却可达85以上。如果使用四波长白光发光二极管，演色性可以比三波长白光发光二极管更高，演色性指数值可达95以上。

因此，亟需提出一种工艺流程简单且成本低的四波长白光发光二极管，以得到较高的演色性指数。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提出一种堆叠结合发光二极管，以形成高演色性指数(CRI)的发光二极管，用以混合发出白光或者发出其它色光。

为达到上述目的，本发明提供的堆叠结合发光二极管，包含第一磊晶堆叠发光二极管、第二磊晶堆叠发光二极管及第一结合层。其中，第一结合层让第一磊晶堆叠发光二极管与第二磊晶堆叠发光二极管堆叠结合。在一实施例中，第一磊晶堆叠发光二极管包含至少一蓝光波段发光二极管及至少一绿光波段发光二极管，且第二磊晶堆叠发光二极管包含至少一红光波段发光二极管及至少一黄光波段发光二极管。

其中所述第一磊晶堆叠发光二极管及所述第二磊晶堆叠发光二极管皆包含至少一隧道结，其中所述隧道结为单层或多层，且所述隧道结包含高掺杂结构或极化诱导结构。

其中所述第一磊晶堆叠发光二极管包含多个堆叠的氮化铟镓发光二极管，相邻的所述氮化铟镓发光二极管藉由所述隧道结而相互堆叠。

其中所述第一磊晶堆叠发光二极管包含至少两个不同色光波段发光二极管。

其中所述第一磊晶堆叠发光二极管包含至少一蓝光波段发光二极管及至少一绿光波段发光二极管。

其中所述第一磊晶堆叠发光二极管包含至少两个同一色光波段发光二极管。

其中所述第二磊晶堆叠发光二极管包含多个堆叠的磷化铝铟镓发光二极管，相邻的所述磷化铝铟镓发光二极管藉由所述隧道结而相互堆叠。

其中所述第二磊晶堆叠发光二极管包含至少两个不同色光波段发光二极管。

其中所述第二磊晶堆叠发光二极管包含至少一红光波段发光二极管及至少一黄光波段发光二极管。

其中所述第二磊晶堆叠发光二极管包含至少两个同一色光波段发光二极管。

还包括一第三磊晶堆叠发光二极管及一第二结合层，所述第三磊晶堆叠发光二极管藉由所述第二结合层与所述第二磊晶堆叠发光二极管堆叠结合。

其中所述第二磊晶堆叠发光二极管系采用电致发光原理，且于所述第二磊晶堆叠发光二极管的上与下侧分别设有电极。

其中所述第二磊晶堆叠发光二极管靠近所述第一磊晶堆叠发光二极管处包含一不透明基板。

其中所述第二磊晶堆叠发光二极管系采用光致发光原理，其中所述第一结合层为透明。

其中所述第二磊晶堆叠发光二极管系采用光致发光原理，其中所述第二磊晶堆叠发光二极管靠近所述第一磊晶堆叠发光二极管处包含一透明基板。

其中当所述第一磊晶堆叠发光二极管与所述第二磊晶堆叠发光二极管的堆叠厚度相近时，所述第二磊晶堆叠发光二极管的水平尺寸小于所述第一磊晶堆叠发光二极管的水平尺寸。

其中当所述第一磊晶堆叠发光二极管与所述第二磊晶堆叠发光二极管的水平尺寸相近时，所述第二磊晶堆叠发光二极管的堆叠厚度小于所述第一磊晶堆叠发光二极管的堆叠厚度。

其中所述第一结合层以导电连接方式将所述第一磊晶堆叠发光二极管与所述第二磊晶堆叠发光二极管予以堆叠结合。

其中所述第一结合层以绝缘连接方式将所述第一磊晶堆叠发光二极管与所述第二磊晶堆叠发光二极管予以堆叠结合。

其中所述第一结合层的材料包含黏着剂、氧化物或金属。

附图说明

图1A显示本发明实施例之堆叠结合发光二极管的剖面图。

图1B显示本发明实施例之另一堆叠结合发光二极管的剖面图。

图1C显示本发明实施例之又一堆叠结合发光二极管的剖面图。

图2A显示一种堆叠结合发光二极管的剖面图。

图2B显示另一种堆叠结合发光二极管的剖面图。

图2C显示本发明实施例之堆叠结合发光二极管的阵列连接结构的立体示意图。

图3A显示本实施例之堆叠结合发光二极管的第一种架构的剖面图。

图3B显示图3A的一个变化架构的剖面图。

图3C显示图3A的另一个变化架构的剖面图。

图4显示本实施例之堆叠结合发光二极管的第二种架构的剖面图。

图5A至图5C例示使用堆叠结合发光二极管以混合发出白光。

图中符号说明

10A～10F堆叠结合发光二极管

11第一磊晶堆叠发光二极管

110导电基板

111蓝光波段发光二极管

112绿光波段发光二极管

113隧道结

12第二磊晶堆叠发光二极管

120A电极

120B电极

121黄光波段发光二极管

122红光波段发光二极管

13第一(第二)结合层

14反射板

15第三磊晶堆叠发光二极管

具体实施方式

图1A显示本发明实施例之堆叠结合发光二极管的剖面图。在本实施例中，堆叠结合发光二极管包含第一磊晶堆叠发光二极管11及第二磊晶堆叠发光二极管12，两者可以导电连接方式或绝缘连接方式，藉由第一结合(bonding)层13而堆叠结合。第一结合层13的材料可包含黏着剂(adhesive)、氧化物或金属，但不限定于此。经结合后的堆叠结合发光二极管可混合发出白光(例如混合四波长的全波段白光)，或混合发出其它色光，可使演色性指数(CRI)达到95以上。本实施例虽以二磊晶堆叠发光二极管11、12与一第一结合层13以形成堆叠结合发光二极管作为例示，然而本发明实施例也可应用于三(或以上)磊晶堆叠发光二极管的堆叠结合。例如，在一实施例(未图示)，更可包括一第三磊晶堆叠发光二极管及一第二结合层，第三磊晶堆叠发光二极管藉由第二结合层与第二磊晶堆叠发光二极管堆叠结合。

于图1A所示的实施例中，第一磊晶堆叠发光二极管11发出蓝绿光，而第二磊晶堆叠发光二极管12发出红黄光。由于产生白光所需的红黄光的光量通常低于蓝绿光的光量，因此，当第一磊晶堆叠发光二极管11与第二磊晶堆叠发光二极管12的堆叠厚度相近时，第二磊晶堆叠发光二极管12的水平尺寸可小于第一磊晶堆叠发光二极管11。

图1B显示本发明实施例之另一堆叠结合发光二极管的剖面图。在此实施例中，当第一磊晶堆叠发光二极管11与第二磊晶堆叠发光二极管12的水平尺寸相近时，第二磊晶堆叠发光二极管12的堆叠厚度可小于第一磊晶堆叠发光二极管11的堆叠厚度。图1C显示本发明实施例的又一堆叠结合发光二极管的剖面图。在本实施例中，第一磊晶堆叠发光二极管11分为两部分，分别堆叠于第二磊晶堆叠发光二极管12的上与下侧。其中，第二磊晶堆叠发光二极管12的堆叠厚度可小于第一磊晶堆叠发光二极管11的总堆叠厚度。

在本实施例中，第一磊晶堆叠发光二极管11包含多个堆叠的氮化铟镓(InGaN)发光二极管，而第二磊晶堆叠发光二极管12包含多个堆叠的磷化铝铟镓(AlInGaP)发光二极管。其中，氮化铟镓发光二极管可长于蓝宝石(Al₂O₃)或碳化硅(SiC)基板上，其发光颜色为蓝绿色系，通过调整铟的浓度(例如于磊晶工艺中调整磊晶温度)，可调整光波长从蓝光到绿光，在本实施例三的发光范围大约介于445～575nm。磷化铝铟镓发光二极管可长于砷化镓(GaAs)基板上，其发光颜色为红黄色系，在本实施例的发光范围大约介于570～650nm。上述多个氮化铟镓发光二极管，可于磊晶工艺中，藉由隧道结(tunneljunction)而堆叠结合；其中隧道结可为单层或多层，其形成方法可使用高掺杂(highly doped)工艺或极化诱导(polarization induced)工艺，因而形成高掺杂结构或极化诱导结构。类似的情形，上述多个磷化铝铟镓发光二极管，可于磊晶工艺中，藉由隧道结(tunnel junction)而堆叠结合；其中隧道结可为单层或多层，其形成方法可使用高掺杂(highly doped)工艺，因而形成高掺杂结构或极化诱导结构。

在本实施例中，第一磊晶堆叠发光二极管11包含至少两个不同色光波段发光二极管。图2A例示第一磊晶堆叠发光二极管11包含一个蓝光波段发光二极管111及一个绿光波段发光二极管112，两者通过隧道结113而堆叠结合。其中，蓝光波段大约为470nm，绿光波段大约为550nm。

图2B例示第一磊晶堆叠发光二极管11包含多个蓝光波段发光二极管111及多个绿光波段发光二极管112，相邻发光二极管之间藉由隧道结113而堆叠结合。其中，该些蓝光波段发光二极管111的蓝光波段(470nm)大致相同，且该些绿光波段发光二极管112的绿光波段(550nm)大致相同。

在另一例子中，该些蓝光波段发光二极管111的蓝光波段相异，例如分别为460nm、470nm、480nm、490nm及500nm；且该些绿光波段发光二极管112的绿光波段相异，例如分别为510nm、520nm、530nm、540nm及550nm。

在另一例子中，第一磊晶堆叠发光二极管11包含至少两个同一色光波段发光二极管，其中，该些同一色光波段发光二极管的色光波段相异或大致相同。

类似于图2A所示，第二磊晶堆叠发光二极管12包含至少两个不同色光波段发光二极管，例如包含一个红光波段发光二极管及一个黄光波段发光二极管，两者通过隧道结而堆叠结合。

类似于图2B所示，第二磊晶堆叠发光二极管12包含多个红光波段发光二极管及多个黄光波段发光二极管，相邻发光二极管之间通过隧道结而堆叠结合。其中，该些红光波段发光二极管的红光波段大致相同，且该些黄光波段发光二极管的黄光波段大致相同。在另一例子中，该些红光波段发光二极管的红光波段相异。

在另一例子中，第二磊晶堆叠发光二极管12包含至少两个同一色光波段发光二极管，其中，该些同一色光波段发光二极管的色光波段相异或大致相同。

图2C例示上述图1A中的堆叠结合发光二极管的阵列连接结构。将复数个堆叠结合发光二极管10A-10F相邻排列，且藉由内联机而电性连接，因而形成一M×N的发光二极管阵列，其中M和/或N系为奇数。在本实施例中，N系为奇数，M表示两个堆叠结合发光二极管10A及10F(或是10C及10D)，而N表示三个堆叠结合发光二极管10A、10B及10C(或是10D、10E及10F)。每一堆叠结合发光二极管10A-10F系由至少一第一磊晶堆叠发光二极管11及至少一第二磊晶堆叠发光二极管12结合而形成。在另一实施例中，M及N皆为奇数，将M×N个堆叠结合发光二极管相邻排列，且藉由内联机而电性连接，因而形成一M×N的发光二极管阵列。

鉴于红黄光波段发光二极管具有吸收蓝绿光波段发光二极管所发出的光之特性，因此本实施例之堆叠结合发光二极管可采用以下至少二种架构的其中一种。如图3A显示本实施例之堆叠结合发光二极管的第一种架构的剖面图，其中第二磊晶堆叠发光二极管12系采用电致发光原理，因此于其上与下侧分别设有电极120A与120B，且电极120A仅覆盖于部分的第二磊晶堆叠发光二极管12的上方。在一例子中，第一结合层13为不透明。在另一例子中，第二磊晶堆叠发光二极管12靠近第一磊晶堆叠发光二极管11的电极120B可替换为一不透明基板。图3B显示图3A的一个变化架构的剖面图，其使用的是全平面电极120A，且电极120A覆盖于全部的第二磊晶堆叠发光二极管12的上方。图3C显示图3A的另一个变化架构的剖面图，其中第一磊晶堆叠发光二极管11分为两部分，藉由不透明的第一结合层13，而分别堆叠于第二磊晶堆叠发光二极管12的上与下侧。

图4显示本实施例之堆叠结合发光二极管的第二种架构，其中第二磊晶堆叠发光二极管12系采用光致发光原理，亦即，其会吸收第一磊晶堆叠发光二极管11所发出的光，再进行发光。因此，于第二磊晶堆叠发光二极管12的上与下侧并未设有电极。在本实施例中，第一结合层13为透明的，且第二磊晶堆叠发光二极管12靠近第一磊晶堆叠发光二极管11的基板(未图示)系为透明的(或者可不使用基板)。

图5A例示使用图3B之电致发光堆叠结合发光二极管以混合发出白光。其中，第一磊晶堆叠发光二极管11包含导电基板110、绿光波段发光二极管112及蓝光波段发光二极管111；第二磊晶堆叠发光二极管12包含黄光波段发光二极管121、红光波段发光二极管122及电极120A/120B。如图所示，第二磊晶堆叠发光二极管12发出的红黄光藉由反射板14的反射后，可与第一磊晶堆叠发光二极管11发出的蓝绿光混合发出白光。

图5B例示使用另一种堆叠结合发光二极管以混合发出白光。在本例子中，堆叠结合发光二极管不同于图5A垂直置放于反射板14上的方式，系水平置放于反射板14上。其中，第一磊晶堆叠发光二极管11包括两个蓝光波段发光二极管及两个绿光波段发光二极管，第二磊晶堆叠发光二极管12包括一个黄光波段发光二极管及一个红光波段发光二极管，并且第一结合层13将第一磊晶堆叠发光二极管11与第二磊晶堆叠发光二极管12予以堆叠结合，并且根据不同连接方式或不同材质的第一结合层13，使得第二磊晶堆叠发光二极管12可采用光致发光或电致发光原理。藉此，第一磊晶堆叠发光二极管11发出的蓝绿光藉由反射板14的反射后，可与第二磊晶堆叠发光二极管12发出的红黄光混合发出白光。

图5C例示另一种堆叠结合发光二极管以混合发出白光。在本例子中，堆叠结合发光二极管如图5B系水平置放于反射板14上。其中，第一磊晶堆叠发光二极管11包括三个蓝光波段发光二极管，第二磊晶堆叠发光二极管12包括一个红光波段发光二极管及一个黄光波段发光二极管，第三磊晶堆叠发光二极管15包括三个绿光波段发光二极管，藉由第一结合层13及第二结合层13分别将第一磊晶堆叠发光二极管11、第二磊晶堆叠发光二极管12及第三磊晶堆叠发光二极管15予以堆叠结合。藉此，第一磊晶堆叠发光二极管11发出的蓝光、第二磊晶堆叠发光二极管12发出的红黄光以及第三磊晶堆叠发光二极管15发出的绿光经反射板14反射后，可混合发出白光。

以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之申请专利范围；凡其它未脱离发明所揭示之精神下所完成之等效改变或修饰，均应包含在本发明范围内。

Claims (20)

1.一种堆叠结合发光二极管，包括：

一第一磊晶堆叠发光二极管；

一第二磊晶堆叠发光二极管；及

一第一结合层，藉以让所述第一磊晶堆叠发光二极管与所述第二磊晶堆叠发光二极管堆叠结合。

2.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第一磊晶堆叠发光二极管及所述第二磊晶堆叠发光二极管皆包含至少一隧道结，其中所述隧道结为单层或多层，且所述隧道结包含高掺杂结构或极化诱导结构。

3.如权利要求2所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第一磊晶堆叠发光二极管包含多个堆叠的氮化铟镓发光二极管，相邻的所述氮化铟镓发光二极管藉由所述隧道结而相互堆叠。

4.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第一磊晶堆叠发光二极管包含至少两个不同色光波段发光二极管。

5.如权利要求4所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第一磊晶堆叠发光二极管包含至少一蓝光波段发光二极管及至少一绿光波段发光二极管。

6.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第一磊晶堆叠发光二极管包含至少两个同一色光波段发光二极管。

7.如权利要求2所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第二磊晶堆叠发光二极管包含多个堆叠的磷化铝铟镓发光二极管，相邻的所述磷化铝铟镓发光二极管藉由所述隧道结而相互堆叠。

8.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第二磊晶堆叠发光二极管包含至少两个不同色光波段发光二极管。

9.如权利要求8所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第二磊晶堆叠发光二极管包含至少一红光波段发光二极管及至少一黄光波段发光二极管。

10.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第二磊晶堆叠发光二极管包含至少两个同一色光波段发光二极管。

11.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，还包括一第三磊晶堆叠发光二极管及一第二结合层，所述第三磊晶堆叠发光二极管藉由所述第二结合层与所述第二磊晶堆叠发光二极管堆叠结合。

12.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第二磊晶堆叠发光二极管系采用电致发光原理，且于所述第二磊晶堆叠发光二极管的上与下侧分别设有电极。

13.如权利要求12所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第二磊晶堆叠发光二极管靠近所述第一磊晶堆叠发光二极管处包含一不透明基板。

14.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第二磊晶堆叠发光二极管系采用光致发光原理，其中所述第一结合层为透明。

15.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第二磊晶堆叠发光二极管系采用光致发光原理，其中所述第二磊晶堆叠发光二极管靠近所述第一磊晶堆叠发光二极管处包含一透明基板。

16.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中当所述第一磊晶堆叠发光二极管与所述第二磊晶堆叠发光二极管的堆叠厚度相近时，所述第二磊晶堆叠发光二极管的水平尺寸小于所述第一磊晶堆叠发光二极管的水平尺寸。

17.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中当所述第一磊晶堆叠发光二极管与所述第二磊晶堆叠发光二极管的水平尺寸相近时，所述第二磊晶堆叠发光二极管的堆叠厚度小于所述第一磊晶堆叠发光二极管的堆叠厚度。

18.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第一结合层以导电连接方式将所述第一磊晶堆叠发光二极管与所述第二磊晶堆叠发光二极管予以堆叠结合。

19.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第一结合层以绝缘连接方式将所述第一磊晶堆叠发光二极管与所述第二磊晶堆叠发光二极管予以堆叠结合。

20.如权利要求1所述的堆叠结合发光二极管，其中所述第一结合层的材料包含黏着剂、氧化物或金属。

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