CN104747945B

CN104747945B - 阵列式发光元件及其显示装置

Info

Publication number: CN104747945B
Application number: CN201510129056.1A
Authority: CN
Inventors: 徐舒婷; 陈彦文; 陈威佑; 李宗宪
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2018-03-27
Anticipated expiration: 2029-03-20
Also published as: CN104747945A; CN101839401A

Abstract

本发明关于一种阵列式发光元件及其显示装置，该阵列式发光元件包含基板；半导体发光阵列形成于基板上，可发出具有第一光谱的第一光线，其中发光阵列包含第一发光单元及第二发光单元；第一波长转换层形成于第一发光单元上，并藉由第一光线激发出具有第二光谱的第二光线；第二波长转换层形成于第二发光单元上，并藉由第一光线激发出具有第三光谱的第三光线；以及电路层以连接形式使第一发光单元及第二发光单元电性连接，使第一发光单元及第二发光单元于电源驱动时，依预定时脉交互点亮。

Description

阵列式发光元件及其显示装置

本申请是申请日为2009年3月20日、申请号为200910128984.0、发明名称为“阵列式发光元件及其显示装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明关于阵列式发光元件及其显示装置。

背景技术

蓝光发光二极管的出现使得发光二极管光源应用于照明领域的目标不再遥不可及。照明光源不外乎白光光源，目前成熟的技术包括以红光、蓝光、绿光发光二极管混光以形成白光；另一成熟技术包括以蓝光发光二极管搭配黄色荧光粉胶体封装形成白光。

发明内容

本发明提出一新颖的发光二极管晶粒结构以及显示装置以广泛应用于各式光源。

本发明的一方面提供发光元件，包含基板；半导体发光阵列绝缘地形成于所述的基板上，发出具有第一光谱的第一光线，其中，所述的发光阵列包含第一发光单元及第二发光单元；第一波长转换层形成于所述的第一发光单上，并藉由所述的第一光线激发出具有第二光谱的第二光线；第二波长转换层形成于所述的第二发光单元上，并藉由所述的第一光线激发出具有相异于第二光谱的第三光谱的第三光线；以及电路层以连接形式使第一发光单元及第二发光单元电性连接，使得第一发光单元及第二发光单元于电源驱动时，依预定时脉交互点亮。

本发明的一方面提供具有阵列式发光元件的显示装置。所述的显示装置具有多个像素，包含背光模块、液晶模块形成于背光模块之上、彩色滤光模块形成于液晶模块之上、以及控制模块，用以控制所述的背光模块及所述的液晶模块。所述的背光模块包含发光元件用以提供所述的显示装置所需的光源；所述的彩色滤光模块，包含多个滤光区块分别对应于所述的显示装置的多个像素，且所述的多个滤光区块至少包含一第一滤光区块用以过滤除了具有第一光谱的第一光线以外的光线，以及透光区块，实质上不具有滤光功能。依本发明的一实施例，所述的发光元件包含第一发光单元发出具有第一光谱的第一光线、第二发光单元发出具有相异于第一光谱的第二光谱的第二光线、以及电路连接单元以连接形式使第一发光单元及第二发光单元电性连接，使得显示装置于电源驱动显示时，第一发光单元及第二发光单元依预定时脉交互点亮。

附图说明

图1显示依本发明第一实施例的发光二极管晶粒俯视图；

图2显示依本发明第一实施例的发光二极管晶粒剖面结构图；

图3显示依本发明第一实施例所形成的发光元件电路图及时脉图；

图4显示依本发明第二实施例的发光二极管晶粒剖面结构图；

图5显示依本发明第三实施例的发光二极管晶粒俯视图；

图6显示依本发明的显示装置的一实施例。

主要元件符号说明

101、501：发光元件；

110、410、510、610：发光二极管晶粒；

111：成长基板；

112：第一接触层；

113：发光层；

1131：第一导电型束缚层；

1132：有源层；

1133：第二导电型束缚层；

114：第二接触层；

115：第二电极；

116：第一电极；

117-1：第一波长转换层；

117-2：第二波长转换层；

117-3：第三波长转换层；

117-4：第四波长转换层；

118、518：导电层；

121：支持基板；

122：反射层；

123：非单晶相接合层；

320、520：交流式电源；

600：显示装置；

601：背光源模块；

602：第一偏光模块；

603：薄膜电晶体模块；

604：液晶模块；

605：第二偏光模块；

606：彩色滤光模块；

607：控制模块；

AA’：剖面线；

B：蓝色滤光区块；

C：透光区块；

R：红色滤光区块；

R1、R2、R3、R4：发光单元。

具体实施方式

图1揭示一符合本发明的发光二极管晶粒110的俯视图，包含一2乘2的发光阵列。发光二极管晶粒110包含发光单元R1、发光单元R2、发光单元R3、以及发光单元R4彼此绝缘地形成于一成长基板111上，并与该成长基板电性绝缘、一电路层118以一连接形式使发光单元R1～R4电性连接、波长转换层117-1、117-2、117-3、及117-4分别对应形成于发光单元R1、R2、R3、及R4之上。请同时参考图3，揭示图1的电路示意图，其中，电路层118的连接形式使得发光单元R1及R3为串联连接，发光单元R2及R4为串联连接，串联的发光单元R1及R3与串联的发光单元R2及R4则为反向并联(anti-parallel)连接，并共同连接至一电源装置的二端，所述的电源装置可为一交流式(Alternating Current；AC)电源。

图2为图1依AA’剖面线所示的结构示意图，发光单元R1及R3共同形成于基板上，并且以一沟渠隔开以彼此电性绝缘，发光单元R1及R3各包含一第一接触层112外延成长于成长基板111之上、一发光叠层113，由一具有第一导电型的第一束缚层1131(claddinglayer)、一有源层1132(active layer)、以及一具有第二导电型的第二束缚层1133依续外延成长于第一接触层112之上、一第二接触层114形成于第二束缚层1133之上、一第一电极116形成于第一接触层112之上、一第二电极115形成于第一接触层114上、以及波长转换层117-1及波长转换层117-3对应地形成于发光单元R1及R3的第二接触层114之上。电路层118延伸自发光单元R1的第一电极116上至发光单元R3的第二电极115上，使得发光单元R1及R3形成串联连接。相同地，如图1所示，发光单元R2的第二电极115藉由电路层118串联连接至发光单元R4的第一电极116；并且，发光单元R1的第二电极115与发光单元R2的第一电极116藉由电路层118共同连接至交流式电源的正极，发光单元R3的第一电极116与发光单元R4的第二电极115藉由电路层118共同连接至交流式电源的负极，以形成反向并联的电路结构。于本发明的另一实施例，发光二极管晶粒110还包含一电流分散层(未绘示)形成于第二接触层114及第二电极115之间，以使电流分散于发光二极管晶粒110表面，其中，所述的电流分散层具有低于第二接触层114的电阻值(resistivity)。

如图2所示，发光二极管晶粒110还包含一绝缘层119形成于电路层118与发光单元R1及R3侧壁以及电路层118与基板111之间以防止发光单元R1或R3因电路层118而发生短路现象。相同地，发光单元R1～R4具有相似的结构，即发光单元R1～R4具有相同的发光叠层结构，因此可发出具有相同光谱的光线，并且形成于其上的各所述的波长转换层可为不同的波长转换材料，以因应需求使各所述的发光单元藉由其对应的波长转换层转换为具有不同光谱的光线。于本发明的实施例，波长转换层为一层状结构直接涂布于第二接触层114的表面并为发光二极管晶粒的一部分，且第二电极115突出于所述的波长转换层。波长转换层117-1、117-2、117-3、及117-4包含至少一种材料选自于蓝色荧光粉、黄色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉、硒化锌、硒化镉锌、III族磷化物、III族砷化物、以及III族氮化物所组成的材料群组。所述的蓝色荧光粉指能将入射至荧光粉的光线转换为蓝光的荧光粉；其他诸如黄色荧光粉、绿色荧光粉、及红色荧光粉亦具有类似的意义。各荧光粉材料及其组成属该领域的习知技艺，不在此赘述。

如图3所示，发光元件101包含如图1或图2所示的发光二极管晶粒110，以及一交流式电源连接至发光二极管晶粒110。下表例示发光单元R1～R4及其对应的波长转换层117-1、117-2、117-3、及117-4的材料组合，其中，发光单元R1～R4发出波长范围大约介于410～430nm左右的近紫外光(near UV)或波长范围大约介于440～480nm的蓝光，并分别经过波长转换层117-1、117-2、117-3、及117-4转换成各种颜色的光线，以混合形成白光。

[表一]各波长转换层材质的实施例

如上表的实施例一，波长转换层117-1、117-2、117-3、及117-4的材质分别包含黄色、红色、蓝色、绿色荧光粉。于交流电源周期波的正向半周期，发光单元R1及R3受驱动发出波长范围大约介于410～430nm左右的近紫外光，分别经具有黄色荧光粉的波长转换层117-1及具有蓝色荧光粉的波长转换层117-3转换后发出波长范围大约介于570～595nm的黄光及波长范围大约介于440～480nm的蓝光；于交流电源周期波的负向半周期，发光单元R2及R4受驱动发出的425nm近紫外光，分别经具有红色荧光粉的波长转换层117-2及具有绿色荧光粉的波长转换层117-4转换发出波长范围大约介于600～650nm的红光及波长范围大约介于500～560nm的绿光，并与正向半周期所发出的黄光及蓝光混合形成白光。于本发明的另一实施例，所述的波长转换层亦可选择性地仅形成于部分的发光单元R1～R4之上，如表一的实施例五。由于发光二极管晶粒110依交流频率分区驱动发光，且各波长转换层仅分别涂布于对应的发光单元上，因此可有效降低各波长转换层产生不必要的二次转换所造成的光损失。其中，所述的交流频率可为60Hz或其倍数频率。

为了提高元件的散热效果，可将图2的发光二极管晶粒110的成长基板111移除，并将一支持基板121以一非单晶相接合层123接合至第一接触层112，形成如图4所示的实施例，并且，如支持基板121为不透光时，可于第一接触层112与非单晶相接合层123之间形成一反射层122以避免光线被支持基板121吸收。

图5揭示一符合本发明的发光元件501，包含一具有4乘4发光阵列的发光二极管晶粒510，以及一电源装置电性连接至发光二极管晶粒的两端。发光二极管晶粒510包含发光单元R1、发光单元R2、发光单元R3、以及发光单元R4彼此绝缘地形成于一成长基板511上，并与该成长基板电性绝缘，其中发光单元R1～R4各为串联的1乘4发光阵列，一电路层518以一连接形式使发光单元R1～R4电性连接，波长转换层517-1、517-2、517-3、及517-4分别对应形成于发光单元R1、R2、R3、及R4上。其中，电路层518的连接形式使得发光单元R1及R3为串联连接，发光单元R2及R4为串联连接，串联的发光单元R1及R3与串联的发光单元R2及R4则为反向并联(anti-parallel)连接，并共同连接至电源装置520的两端。电源装置520可为一交流式(Alternating Current；AC)电源。由于发光二极管晶粒510依交流频率分区驱动发光，且各波长转换层仅分别涂布于对应的发光单元上，因此可有效降低各波长转换层产生不必要的二次转换所造成的光损失。

上述各实施例的发光二极管晶粒具有一面积小于5mm²或小于2mm²以方便封装于一封装体内或形成于一具有电路的载板上，较佳为具有一符合商用规格的尺寸，例如12mil×12mil、25mil×25mil、45mil×45mil、或55mil×55mil等。

图6揭示依本发明的一显示装置。显示装置600具有多个像素，包含一背光模块601、一第一偏光模块602形成于背光模块601上、一薄膜电晶体模块603形成于第一偏光模块602上、一液晶模块604形成于薄膜电晶体模块603上、一第二偏光模块605形成于液晶模块604上、一彩色滤光模块606形成于第二偏光模块605上、以及一控制模块607，包含一控制电路用以控制显示装置600的上述模块。其中，背光模块601还包含一发光元件610用以提供显示装置600所需的光源。发光元件610可为各式光源或相同于本发明先前所提及的实施例的发光二极管晶粒110以及如表一的各实施例四所示的波长转换层117-1～117-4的材质分配。举表一的实施例四为例，即波长转换层117-1、117-2、117-3、及117-4的材质分别包含红色、绿色、蓝色、绿色荧光粉。于交流电源周期波的正向半周期，发光单元R1及R3受驱动发出的410～430nm近紫外光，分别经具有红色荧光粉的波长转换层117-1及具有蓝色荧光粉的波长转换层117-3转换后发出波长范围大约介于600～650nm的红光及波长范围大约介于440～480nm的蓝光；于交流电源周期波的负向半周期，发光单元R2及R4受驱动发出波长范围大约介于410～430nm的近紫外光，经具有绿色荧光粉的波长转换层117-2及117-4转换后发出波长范围大约介于500～560nm的绿光。液晶模块603包含多个液晶区块分别对应于显示装置600的所述的多个像素。彩色滤光模块606包含多个红色滤光区块R用以过滤波长范围介于600～650nm的红色光线以外的光线、多个蓝色滤光区块B用以过滤波长范围介于440～480nm的蓝色光线以外的光线、以及多个透光区块C，实质上对于可见光透明，亦即不具有滤光功能。由于背光源所发出的红、蓝、及绿光系依交流电源的时脉60Hz交互点亮，即红光及蓝光系于交流电源周期波的正向半周期期间受驱动发光，并分别于彩色滤光模块606的红色滤光区块R及蓝色滤光区块B发出红光及蓝光；绿光系于交流电源周期波的负正向半周期期间受驱动单独发光，因此可于彩色滤光模块606的透光区块C直接出光，勿须安排绿色滤光区块于彩色滤光模块606上。其中，透光区块C包含具有透光的材质或为一空隙。红色滤光区块R、蓝色滤光区块B、以及透光区块C系具有实质上相同的宽度、面积、及/或体积。关于显示装置600其他未详述或未述及的部分则属此领域的习知技艺，不在此赘述。

上述的诸实施例，其中，所述的第一接触层、第一束缚层、第二束缚层、第二接触层、以及有源层的材料包含III-V族化合物Al_xIn_yGa_(1-x-y)N，其中，0≤p,q≤1；p、q、x、y均为正数；(p+q)≤1；(x+y)≤1。所述的第一掺杂质为n型掺杂质，例如Si，或者是p型掺杂质，例如Mg或Zn；所述的第二掺杂质为具有与第一掺杂质相异导电型的掺杂质。所述的电流分散层包含透明金属氧化物，例如为氧化铟锡(ITO)、金属、或金属合金。所述的成长基板例如为包括至少一种透明材料或绝缘材质选自于蓝宝石、碳化硅、氮化镓、以及氮化铝所组成的群组。所述的支持基板例如为包括透明材料选自于磷化镓、蓝宝石、碳化硅、氮化镓、以及氮化铝所组成的群组；或例如为包括导热材料选自于钻石、类钻碳(DLC)、氧化锌、金、银、铝等金属材质所组成的群组。所述的非单晶相接合层包含至少一种材料选自于金属氧化物、非金属氧化物、高分子聚合物、金属、或金属合金所组成的群组。

本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。

Claims

1.一种发光元件，可发出白光，包含︰

半导体发光阵列，该半导体发光阵列包含第一发光单元、第二发光单元、及电路层电性连接该第一发光单元与该第二发光单元，其中该第一发光单元与该第二发光单元依预定时脉交互点亮；

绝缘层，形成于该第一发光单元与该第二发光单元之间；

第一波长转换层配置于该第一发光单元之上，并可被该第一发光单元发出的光所激发而产生非白光的第一光线；

第二波长转换层配置于该第二发光单元之上并与该第一波长转换层物理性分离，并可被该第二发光单元发出的光所激发而产生非白光的第二光线，该第二光线的发射波长范围与该第一光线不同；及

基板，与该第一波长转换层分别位于该第一发光单元的相反侧，其中，该第一发光单元与该第二发光单元均形成于该基板上，并发出具有相同光谱的非白光光线。

2.如权利要求1所述的发光元件，还包含：

第三发光单元；及

第三波长转换层配置于该第三发光单元之上，并可被该第三发光单元发出的光所激发而产生第三光线，该第三光线的波长范围与该第一光线与该第二光线不同。

3.如权利要求2所述的发光元件，还包含：

第四发光单元，与该第二发光单元串联连接并发出与该第一、第二、及第三发光单元具有相同光谱的光线；及

第四波长转换层配置于该第四发光单元之上，并可被该第四发光单元发出的光所激发而产生第四光线，

其中串联的所述第一发光单元和所述第三发光单元与串联的所述第二发光单元与所述第四发光单元反向并联，且两个串联支路依预定时脉交互点亮，

其中所述第一光线、所述第二光线、所述第三光线和所述第四光线的波长范围互不相同。

4.如权利要求3所述的发光元件，其中该第一光线、该第二光线、该第三光线及该第四光线可混合成该白光。

5.如权利要求1所述的发光元件，还包含：

第三发光单元，与该第一发光单元串联连接；

第四发光单元与该第二发光单元串联连接；及

第四波长转换层配置于该第四发光单元之上，并可被该第四发光单元发出的光所激发而产生绿色的第四光线，该第四光线的发射波长范围与该第三光线不同，

其中，串联的该第一发光单元与该第三发光单元与串联的该第二发光单元与该第四发光单元反向并联，

其中，所述第一发光单元、所述第二发光单元、所述第三发光单元和所述第四发光单元的发光波长为440-480nm，所述第一波长转换层的材质为红色，所述第二波长转换层的材质为绿色，所述第四波长转转层的材质为绿色。

6.如权利要求5所述的发光元件，其中该第一光线、该第二光线、该第三光线及该第四光线可混合成该白光。

7.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一光线及该第二光线的发光时点分属同一交流电源周期内的相异半周期。

8.如权利要求1所述的发光元件，其中第一发光单元外延成长于该基板之上。

9.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一发光单元及该第二发光单元反向并联。