CN103633232B - 半导体发光装置 - Google Patents

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Abstract

一种半导体发光装置，包括至少一个发光晶片。发光晶片包括多个发光单元，发光单元之间通过串联、并联或其组合的方式以相互电性耦合；第一型电极，用以电性耦合至外部电源，其中，第一型电极设置在至少其中一个发光单元；第二型电极设置在至少其中一个发光单元，但与设置有第一型电极的发光单元不同；以及抽头端（tapped point），用以电性耦合至少一个发光单元至电子元件。

Description

半导体发光装置
技术领域
本发明是有关一种半导体发光装置，特别是关于一种具有抽头端的发光晶片。
背景技术
传统发光二极体装置的封装一般是将多个发光二极体晶片设置在电路板上。发光二极体晶片先通过内部连接线形成所要的串/并联连接型态，并在固设在电路板上后，分别连接至电路板上的输入电压的正端与负端。
串接的发光二极体晶片间，通常会以导线连接至外部的驱动模块。然而，根据驱动模块的电容的充放电特性，传统发光二极体装置的工作效率不高。
因此亟需提出一种发光二极体装置，无论发光二极体晶片之间作何种串、并联连接型态，当发光二极体装置连接至驱动模块时，可提高其工作效率。
发明内容
鉴于上述发明背景，本发明实施例提出一种半导体发光装置，其发光晶片包含至少一个抽头端，用以供电性耦合至电子元件。借此，根据半导体发光装置的发光晶片的串、并联型态，可调整抽头端位于整个半导体发光装置的位置，以提高整体工作效率。
根据本发明实施例，半导体发光装置包括至少一个发光晶片。发光晶片包括多个发光单元、第一型电极、第二型电极以及抽头端。发光单元之间通过串联、并联或其组合的方式相互电性耦合。第一型电极用以电性耦合至外部电源，且第一型电极设置在至少其中一个发光单元上。第二型电极设置在至少其中一个发光单元上、但不同于设置有第一型电极的发光单元。抽头端用以将至少一个发光单元电性耦合至电子元件。
根据本发明另一个实施例，半导体发光装置包括多个发光晶片。发光晶片之间通过串联、并联或其组合的方式相互电性耦合。第一型电极用以电性耦合至外部电源，且第一型电极设置在发光晶片的至少其中一个上。第二型电极设置在发光晶片的至少其中一个上、但不同于设置有第一型电极的发光晶片。抽头端位于至少一个发光晶片上或者相邻两个发光晶片之间，以供电性耦合至电子元件。
附图说明
图1A示出本发明实施例的半导体发光装置的上视图。
图1B示出第一A图的侧视图。
图2示出图1A/B的发光晶片的上视图的细节图。
图3示出图1A/B和图2所示半导体发光装置的电路图。
图4示出电子元件与电源第一端、电源第二端以及抽头端的连接关系示意图。
图5A和图5B示出抽头端的电性耦合型态。
图6示出串联发光次单元的抽头端的设置位置。
符号说明
1 半导体发光装置
10 电路板
100 固晶区
11 发光晶片
110 基板
111 发光单元
1111 发光次单元
1111A 发光次单元
1111B 发光次单元
12 连接线
40 电子元件
51A 金属线
51B 金属线
52 金属线
P 第一型电极
PP 第一型电极
PPP 第一型电极
PPPP 第一型电极
N 第二型电极
NN 第二型电极
NNN 第二型电极
NNNN 第二型电极
T 抽头端
TT 抽头端
TTT 抽头端
T1/T2 抽头端
V+ 电源第一端
V- 电源第二端
GND 接地端
n1～n18 发光次单元
具体实施方式
图1A示出本发明实施例的半导体发光装置1的上视图，而图1B则示出图1A的侧视图。本实施例的半导体发光装置1包括：电路板10，其具有固晶区100。固晶区100表面固设有至少一个发光晶片11(图1A示出有四个发光晶片11)，例如发光二极体晶片。若半导体发光装置1包括有多个发光晶片11，则发光晶片11之间可通过金属线12作串联、并联或其组合(也称串并联)，以适用于各种不同的输入电压和/或不同的光通量(luminous flux，其单位为流明(lumen))规格需求。
其中，发光晶片11可不采用平台式(mesa)制程，其可以是大尺寸晶片封装体或者独立晶片封装体。发光晶片11包括：成长三族氮化物的磊晶材料在蓝宝石(Al2O3)基板上而形成发光二极体，三族氮化物例如氮化铟(InN)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟铝镓(InAlGaN)等，但不限于上述基板和磊晶材料。在一个实施例中，发光晶片11还包括在磷化镓(GaP)基板上成长磷化铝镓铟(AlGaInP)的发光二极体；在砷化镓(GaAs)基板上成长砷化铟镓(InGaAs)的发光二极体；在砷化镓(GaAs)基板上成长砷化铝镓(AlGaAs)的发光二极体；在碳化硅(SiC)基板或者在蓝宝石基板上成长碳化硅(SiC)的发光二极体；或者是，其是由三五族磊晶材料成长在砷化镓(GaAs)、锗(Ge)表面形成锗化硅(SiGe)、硅(Si)表面形成碳化硅(SiC)、铝(Al)表面形成氧化铝(Al2O3)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、蓝宝石(sapphire)、玻璃、石英或其组合等基板上，而形成的发光二极体，但不限定于上述。此外，部分实施例是由二六族磊晶材料成长在基板上而形成的发光二极体。然而，最终的发光二极体封装体中可移除基板。
半导体发光装置1还包括有第一型电极P、第二型电极N及抽头端T。第一型电极P可供半导体发光装置1电性耦合至外部电源，且第一型电极P设置在发光晶片11的至少其中一个上。第二型电极N设置在发光晶片11的至少其中一个上、但不同于设置有第一型电极P的发光晶片11。抽头端T位于发光晶片11的至少其中一个上或者其中相邻两个之间，以供电性耦合至电子元件(图未示出)。在一个实施例中，第二型电极N电性耦合至电子元件的端点与抽头端T电性耦合至电子元件的端点不同。
在一个实施例中，图2示出图1A/B的发光晶片11的上视图的细节图。如图2所示，发光晶片11包含有基板110和多个发光单元111(图2示出发光晶片11是由四个发光单元111所组成)，发光单元111固设在基板110上。发光单元111之间可通过金属线(未示出)作串联、并联或其组合(也称串并联)。在另一个实施例中，发光晶片11可相互堆叠，例如使用磊晶堆叠(epitaxy stacking)或接着堆叠(bonding stacking)方式。
图2还示出发光单元111的放大图的细节图，示出每个发光单元111包含多个发光次单元1111(图示出发光单元111是由九个发光次单元1111所组成)。发光次单元1111之间可通过金属线(未示出)作串联、并联或其组合(也称串并联)。上述的发光次单元1111可以是平台式(mesa)结构的发光二极体，但不限定于此。每一个发光单元111包含多个发光次单元1111，并且发光次单元1111可相互堆叠，例如使用磊晶堆叠(epitaxy stacking)或接着堆叠(bonding stacking)方式。
图3示出图1A/B和图2所示半导体发光装置1的电路图。若发光次单元1111的工作电压大约为3伏特，则串联九个(n1,n2…n9)发光次单元1111而成的发光单元111的工作电压大约为28伏特。接着，二个并联且每个并联由二个发光单元111所串联而成的发光晶片11的工作电压大约为56伏特。串联二个发光晶片11后，即可使得半导体发光装置1适用于110伏特的输入电压。
继续参阅图2，发光晶片11还包括第一型电极PP(例如P型电极)，用以电性耦合至外部电源(未示出)。其中，第一型电极PP设置在发光单元111的至少其中一个上。以图2所示例子，第一型电极PP跨设在相邻二个发光单元111上。类似的情形，发光晶片11还包括第二型电极NN(例如N型电极)，设置在发光单元111的至少其中一个上、但不同于设置有第一型电极PP的发光单元111。以图2所示例子，第二型电极NN跨设在相邻二个发光单元111上。
上述P型电极的材料可以是镍、铂、银、氧化铟锡或其组合，例如镍/银(Ni/Ag)、镍/铂/银(Ni/Pt/Ag)或氧化铟锡/银(ITO/Ag)。上述N型电极的材料可以是钛、铝、铬、铂、金或其组合，例如铬/铂/金(Cr/Pt/Au)、钛/铝/铂/金(Ti/Al/Pt/Au)或钛/铂/金(Ti/Pt/Au)。
根据本发明实施例的特征之一，如图2所示，发光晶片11包括至少一个抽头端(tapped point)TT，用以将至少一个发光单元111电性耦合至电子元件。因此，发光晶片11除了具有第一型电极PP和第二型电极NN外，还增加抽头端TT作为第三型电极。抽头端TT的设置位置，可设置在至少其中一个发光单元111上、但不同于设置有所述第一型电极PP及所述第二型电极NN的所述发光单元111；或者是，可设置在基板110上，且位于发光单元111的其中相邻两个之间，并且电性耦合相邻两个发光单元111的至少其中一个。在本实施例中，第二型电极NN电性耦合至电子元件的端点与抽头端TT电性耦合至电子元件的端点不同。图2所示抽头端TT虽设置在发光晶片11内部，然而抽头端TT也可设置在发光晶片11外的电路板10上。
在一个实施例中，抽头端TT设置在发光单元111的至少其中一个的电极位置上，且其结构可通过将发光次单元1111上的N型/P型次电极(也即NNNN/PPPP)的尺寸放大，而作为抽头端TT使用，以供外部电性耦合。例如，将N型/P型次电极(亦即NNNN/PPPP)的长宽加长而放大其二维尺寸，而形成片状结构，或者是将N型/P型次电极(亦即NNNN/PPPP)的高度增加而放大其三维尺寸，而形成柱状结构或球状结构，例如锡球。抽头端TT与外部呈电性耦合，可通过金属线，将抽头端TT直接导电至电子元件；或者是，通过倒装芯片(flip chip)方式，将柱状结构或球状结构的抽头端TT与电子元件电性耦合；又或者是，在电子元件上预留抽头位置(图未示出)，通过直接封装(Chip on board，COB)方式，将柱状结构或球状结构的抽头端TT对准接合上述抽头位置，而直接与电子元件电性耦合。抽头端TT的材料可以是金属。
以图3为例，本实施例的抽头端T1/T2设置在发光次单元1111(例如n10)的第一型次电极(例如P型电极)以及另一个相邻发光次单元1111(例如n9)的第二型次电极(例如N型电极)上。一般来说，用以形成抽头端T1/T2的相邻发光次单元1111的次电极的电性型态不受限制。例如，可以是第一型次电极与第二型次电极互相电性耦合，也可第一型次电极与第一型次电极互相电性耦合。
图4示出电子元件40与抽头端T、电源第一端V+与电源第二端V-或接地端GND的连接关系示意图。其中电子元件可以是半导体集成电路元件(integrated circuit，IC)例如恒流驱动IC(constant current driver IC)，印刷电子元件(printed electronics)或被动元件例如恒流二极管(current regulative diode)或电阻(resistor)。
图5A及图5B示出图2中一些实施例的抽头端TTT的电性耦合型态。在图5A中，发光次单元1111A的(第一/二型)次电极与相邻发光次单元1111B的(第一/二型)次电极分别通过金属线51A及51B以连接至外部，从而形成抽头端TTT。在图5B中，发光次单元1111A的(第一/二型)次电极与相邻发光次单元1111B的(第一/二型)次电极首先在发光晶片11内部电性耦合，然后金属线52连接至外部，从而形成抽头端TTT。
根据本发明实施例的另一特征，抽头端TTT的设置位置为：半导体发光装置1连接至外部电源之间，大约为所有串联的发光次单元1111总个数的1/10～2/5处，较佳为靠近三分之一处。图6示出串联有九个发光次单元1111，电子元件例如电容，而抽头端TTT设置在发光次单元n3与n4之间，亦即1/3处。在1/3处作抽头的目的是基于以下的原因。假设半导体发光装置1的工作电压为110伏特，且操作在交流高压(例如输入电压：-150～150伏特)下。当输入电压大于110伏特，若在1/3处作抽头，可将多余的电压能量储存在电容中；当输入电压小于110伏特，电容会释放出储存在其中的电压能量给半导体发光装置1，则可保持其发光品质一致，从而提高其工作效率。
以图3为例，抽头端T1或T2设置在所有串联的发光次单元1111总个数(36个)的四分之一处(也即，9/36处)。传统半导体发光装置的发光晶片11不具有抽头端用以连接至电子元件，因此仅能以相邻串接的发光晶片11之间作为抽头以连接至电子元件，从而形成二分之一处抽头，因此其工作效率远低于图3所示的半导体发光装置1。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用来限定本发明的范围；凡是其它未脱离发明所公开精神下所完成的等效改变或修饰，均理解为包含在下述的权利要求所限定的范围内。

Claims (18)

1.一种半导体发光装置，包括：
至少一个发光晶片，该发光晶片包括：
多个发光单元，该发光单元之间通过串联、并联或其组合的方式相互电性耦合；
第一型电极，该第一型电极用以电性耦合至外部电源，且该第一型电极设置在所述发光单元的至少其中一个上；
第二型电极，该第二型电极设置在所述发光单元的至少其中一个、但不同于设置有所述第一型电极的所述发光单元上；以及
抽头端，该抽头端用以将所述发光单元的至少其中一个电性耦合至电子元件，
其中，所述抽头端设置在所述发光单元的至少其中一个但不同于设置有所述第一型电极和所述第二型电极的所述发光单元上，或者设置在所述发光单元的其中相邻两个之间；
其中，所述电子元件是半导体集成电路元件，印刷电子元件，恒流二极管，电容或电阻；
其中，所述第二型电极电性耦合至所述电子元件的端点与所述抽头端电性耦合至所述电子元件的端点不同。
2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述抽头端设置在所述发光单元的至少其中一个的电极位置；所述抽头端的结构形状包括片状结构、柱状结构或者球状结构。
3.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述抽头端通过金属线而直接电性耦合至所述电子元件。
4.根据权利要求2所述的半导体发光装置，其中，所述抽头端通过倒装芯片方式和/或直接封装方式，经由所述柱状结构或者所述球状结构与所述电子元件电性耦合。
5.根据权利要求1所述的半导体发光装置，该半导体发光装置还包括基板，该基板用以固设所述发光单元。
6.根据权利要求5项所述的半导体发光装置，其中，所述抽头端设置在所述基板上，且位于所述发光单元的其中相邻两个之间，并且电性耦合所述相邻两个发光单元的至少其中一个。
7.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述至少一个发光晶片的数目是多个，并且所述发光晶片之间通过串联、并联或其组合的方式电性耦合。
8.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述至少一个发光晶片的数目是多个，并且所述发光晶片相互堆叠。
9.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述第一型电极包括镍、铂、银、氧化铟锡或其组合，并且所述第二型电极包括钛、铝、铬、铂、金或其组合。
10.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，每一个所述发光单元包括多个发光次单元，所述发光次单元之间通过串联、并联或其组合的方式电性耦合。
11.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，每一个所述发光单元包括多个发光次单元，所述发光次单元相互堆叠。
12.根据权利要求10所述的半导体发光装置，其中，每一个所述发光次单元包括至少一个次电极。
13.根据权利要求12所述的半导体发光装置，其中，所述抽头端是所述次电极的至少其中一个。
14.根据权利要求12所述的半导体发光装置，其中，所述发光次单元中的相邻两个发光次单元的所述次电极分别通过金属线电性耦合至所述发光晶片的外部，从而形成所述抽头端。
15.根据权利要求12所述的半导体发光装置，其中，所述发光次单元中的相邻两个发光次单元的所述次电极首先在所述发光晶片内部连接，然后以单一金属线连接至所述发光晶片的外部，从而形成所述抽头端。
16.根据权利要求10所述的半导体发光装置，其中，所述抽头端的设置位置位于所述发光次单元的所有串联总个数的十分之一至五分之二处。
17.根据权利要求10所述的半导体发光装置，其中，所述抽头端的设置位置位于所述发光次单元的所有串联总个数的三分之一处。
18.一种半导体发光装置，包括：
多个发光晶片，所述发光晶片之间通过串联、并联或其组合的方式相互电性耦合；
第一型电极，该第一型电极用于电性耦合至外部电源，其中，所述第一型电极设置在所述发光晶片的至少其中一个上；
第二型电极，该第二型电极设置在所述发光晶片的至少其中一个、但不同于设置有所述第一型电极的所述发光晶片上；以及
抽头端，该抽头端位于所述发光晶片的至少其中一个上或者其中相邻两个之间，以电性耦合至电子元件，
其中，所述电子元件是半导体集成电路元件，印刷电子元件，恒流二极管，电容或电阻；
其中，所述第二型电极电性耦合至所述电子元件的端点与所述抽头端电性耦合至所述电子元件的端点不同。
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