CN105185249B - 发光二极管显示器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光二极管显示器及其制作方法,该发光二极管显示器包含一第一端提供一电流、一第二端接收电流、一第一发光二极管芯片,以及一第二发光二极管芯片。第一发光二极管芯片电连接第一端与第二端,并发出一第一光线。第二发光二极管芯片电连接第一端并与第二端电性绝缘,并可以发出一第二光线。其中,电流从第一端流经第一发光二极管芯片到第二端。
Description
技术领域
本发明涉及一包含多个发光二极管芯片的发光二极管单元,以及一包含发光二极管单元的发光二极管显示器。
背景技术
发光二极管(LED)的发光原理是通过电子在n型半导体与p型半导体之间移动时,能量以光的形式释放。由于发光二极管的发光原理有别于白炽灯通过加热灯丝的方式发光,发光二极管也因此被称作为“冷”光源。除此之外,发光二极管具有较长的使用寿命、较长的保存期限、轻便易使用,以及较低的耗能,因此被认为是照明市场上的一种新光源。发光二极管可以应用于各种项目,例如交通号志、背光模块、街灯,以及医疗器材,并逐步地取代传统光源。
图1是一传统的发光装置100,发光装置100具有一透明基板10、一半导体叠层12位于透明基板10之上,以及一电极14位于透明基板10之上,其中半导体叠层12包含一第一导电型半导体层120、一主动层122以及一第二导电型半导体层124。
并且,发光装置100还可以与其他组件结合以形成一发光设备。图2显示一常见的发光装置,发光装置具有一次载板20以及位于次载板20之上的电路202与焊垫22,以及一导电结构24通过次载板20之上的电路202电连接到发光装置100的电极14。而发光装置100则是设置于次载板20之上,并且通过焊垫22电连接到位于次载板20上的电路202。次载体20可以是一个导线支架,或是一个符合电路设计并且可以增加散热的较大尺寸承载基板。
发明内容
本发明揭露一发光二极管显示器,包含一第一端,提供一电流;一第二端,接收电流;一第一发光二极管芯片,电连接第一端与第二端,并发出一第一光线;以及一第二发光二极管芯片,电连接第一端,并与第二端电性绝缘,并发出一第二光线;其中,电流从第一端流经第一发光二极管芯片到第二端。
本发明揭露一种制造发光二极管显示器的方法,包含提供一具有一表面的次载板;提供一第一导线与一第二导线;提供一第一发光二极管芯片与一第二发光二极管芯片;设置一第一导电结构电连接第一发光二极管芯片与第一导线,以及一第二导电结构电连接第一发光二极管芯片与第二导线;设置一第三导电结构电连接第二发光二极管芯片与第一导线;切断第二导电结构;以及设置一第四导电结构于第二发光二极管芯片与第二导线之间。
附图说明
图1为一常见发光装置的示意图;
图2为一常见发光设备的示意图;
图3A为本发明的一实施例的发光二极管单元的示意图;
图3B-图3C为本发明的一实施例的发光二极管显示器的示意图;
图4A为本发明的一实施例的发光二极管芯片的示意图;
图4B-图4E为本发明的第一实施例的发光二极管单元内部多个发光二极管芯片排列的示意图;
图5A-图5F为本发明的第二实施例的发光二极管单元内部多个发光二极管芯片排列的示意图;
图6A为本发明的一实施例中具有多个接面的发光二极管芯片的示意图;
图6B为本发明的第三实施例的发光二极管单元内部多个发光二极管芯片排列的示意图;
符号说明
透明基板10;
半导体叠层12;
电极14、305、405、406;
次载板20、36;
焊垫22;
导电结构24;
发光二极管芯片30、30’;
工作发光二极管芯片30a、30b、30c;
备用发光二极管芯片30d;
透镜32;
电路板38;
发光装置100;
第一导电型半导体层120、302、402;
主动层122、303、403;
第二导电型半导体层124、304、404;
电路202;
发光二极管单元300、300’;
基板301、401;
导线341、342;
发光二极管显示器400;
上表面4011;
连接线路407;
绝缘层408;
接线c1-1、c1-3、c2-1、c2-3、c3-1、c3-3、c4-1、c4-2;
延伸部c1-2、c2-2、c3-2;
上部c1-11、c2-11、c3-11;
下部c1-12、c2-12、c3-12;
线路d1-1、d1-2、d2-1、d2-2、d3-1、d3-2、d4-1、d4-2、d5-1、d5-2、
d6-1、d6-2、d1c-1、d1c-2、d3c-1、d3c-2、d4c-1、d5c-1、d5c-2;
荧光粉层p1、p2、p3、p4;
外延单元C;
发光二极管单元300、300’;
具体实施方式
本说明书所揭露的是关于一发光装置以及制造发光装置的方法,为了能对本说明书所揭露的内容有充分的理解,请参考后续的说明书内容以及相关的图3A~图6B的图示。
图3A为根据本发明一实施例的一发光二极管单元300,发光二极管单元300还具有多个位于次载板36上的发光二极管芯片30。发光二极管单元300主要是应用于发光二极管显示器。发光二极管单元300还包含了一个透镜32密封至少三个发光二极管芯片30,以及第一导线341与第二导线342将发光二极管芯片30连接到电路板或者电源。在一实施例中,波长转换材料(未绘示于图中),例如荧光粉,可以被加入透镜32内或者设置于透镜32的表面上,以改变发光二极管芯片30所发出的光线颜色。另一实施例中,荧光粉可以被涂布在发光二极管芯片30上,或者是被制成荧光粉片(未绘示于图中)并被设置于一个或多个发光二极管芯片30之上。并且,多个发光二极管芯片30可以个别控制,也就是说,发光二极管单元300可以通过导通一个发光二极管芯片或者多个发光二极管芯片30以发出光线。除此之外,发光二极管单元300内的发光二极管芯片30被设计为可以发出单一色光或者多种不同的色光。不仅如此,发光二极管芯片30可以发出多个具有相同或者不同主波长(或者峰值)的光线。
图3B-图3C为根据本发明一实施例的一发光二极管显示器400,其中多个发光二极管单元300被排列成阵列,而其电路如图3C所示。发光二极管单元300可以根据电极的位置不同,以垂直或者水平的方式设置于电路板38上,并且发光二极管显示器400内的发光二极管单元300的数量也可以根据不同的需求调整数量。虽然图3B中的发光二极管显示器400是矩形,但也可以是正方形、圆形或者多边形。除此之外,发光二极管显示器400具有一个外壳,可以让发光二极管单元300所发出的光线穿过。外壳可以是平面或者曲面,而外壳相对于发光二极管的光线可以是透明或者可透光的。
图4A所示为根据本发明一实施例所揭露位于发光二极管单元300内的发光二极管芯片30,具有一基板301以及一第一导电性半导体层302、一主动层303以及一第二导电性半导体层304依序设置于基板301之上。一第一电极305可以被设置于第二导电性半导体层304之上以形成发光二极管芯片30,而一第二电极(未绘示于图中)可以被设置于第一导电性半导体层302或者基板301之上。
在一实施例中,还有另一主动层(未绘示于图中)可以被设置于第二导电性半导体层304之上。主动层303以及另一主动层(未绘示于图中)可以发出两个相同或者不同颜色的光线,且主动层303以及另一主动层都是发出非同调性光。
图4B显示根据本发明一实施例的发光二极管单元300中多个发光二极管芯片30的排列方式。在本实施例中,四个发光二极管芯片30a、30b、30c以及30d设置于一个发光二极管单元300内。四个发光二极管芯片30a、30b、30c以及30d可以被分成两群,其中三个发光二极管芯片30a、30b与30c被选择为可以发出不同光线的工作发光二极管,例如红光、绿光以及蓝光。而工作发光二极管芯片30a、30b与30c所发出的不同色光,可以是直接从这些发光二极管芯片的主动层所发出的。在一实施例中,每一个芯片发出第一光线,例如为蓝光或者UV光线,部分或全部发光二极管芯片所发出的第一光线可以由不同的波长转换材料所调整,例如通过涂布在发光二极管芯片上的荧光粉或者位于发光二极管芯片上的荧光粉片。通过荧光粉或者荧光粉片吸收工作发光二极管芯片30a、30b及/或30c的第一光线,并发出具有不同于第一光线波长分布的第二光线,例如红光、绿光以及黄光。而在这实施例中,工作发光二极管芯片30a、30b及30c发出的光线则分别被转换成为蓝光、绿光以及红光。
在另一实施例中,工作发光二极管芯片30a、30b及30c被选择以发出单色光,例如蓝光,以形成一单色的显示器。而在另一实施例中,发光二极管芯片30a、30b及30c所发出的光线为同一颜色的光线,并可以被波长转换材料进一步转换成不同的色光,例如红光、绿光或者蓝光。
发光二极管芯片30d被设置为备用发光二极管芯片,当工作发光二极管芯片30a、30b及30c其中一个被侦测到处于故障状态时,备用发光二极管芯片30d可以被启动发光以取代故障的工作发光二极管芯片,因此发光二极管单元可以维持正常且正确的运作。
图4C-图4E进一步解释备用发光二极管芯片如何取代工作发光二极管芯片30a、30b及30c。图4C描述一个设置于次载板36上正常作用的发光二极管单元300的电路。一第一工作发光二极管芯片30a连接到第一接线c1-1与第二接线c1-3,而第一接线c1-1具有一延伸部c1-2。
一第二发光二极管芯片30b连接到第三接线c2-1与第四接线c2-3,而延伸部c1-2并未连接到第三接线c2-1,因此延伸部c1-2与第三接线c2-1之间为断路。第三接线c2-1具有一延伸部c2-2,且延伸部c2-2并未连接到第五接线c3-1,因此延伸部c2-2与第五接线c3-1之间为断路。第三发光二极管芯片30c连接到第五接线c3-1与第六接线c3-3,且第五接线c3-1具有一延伸部c3-2并未连接到第七接线c4-1,因此延伸部c3-2与第七接线c4-1之间为断路。备用发光二极管芯片30d则是连接到第七接线c4-1,以及第八接线c4-2。
连接到工作发光二极管芯片30a、30b与30c的第一接线c1-1、第三接线c2-1与第五接线c3-1以并联的方式连接到第二导线342,连接到工作发光二极管芯片30a、30b与30c的第二接线c1-3、第四接线c2-3与第六接线c3-3以并联的方式连接到第一导线341,使得工作发光二极管芯片30a、30b与30c彼此之间以并联的方式电连接,而第八接线c4-2也以并联的方式连接到第一导线341。
图4D描述形成替代电路的第一个例子。当一个工作发光二极管芯片,例如第一工作发光二极管芯片30a被侦测到处于失效模式,例如短路或者断路,此时第一工作发光二极管芯片30a的电性连结会被切断,以维持发光二极管芯片30b与30c的正常运作。接着通过电连接第一导线341与第二导线342以备用发光二极管芯片30d取代第一工作发光二极管芯片30a,以维持发光二极管单元300的正常运作。
连接到备用发光二极管芯片30d的第七接线c4-1以及第五接线的延伸部3-2被重新连接到第二导线342,使得备用发光二极管芯片30d可以跟工作发光二极管芯片30b与30c电连接。
图4E描述形成替代电路的第二范例。当一个工作发光二极管芯片(例如第一工作发光二极管芯片30a)被侦测到处于失效模式(例如短路或者断路),第一工作发光二极管芯片30a的电连接会被切断。此时备用发光二极管芯片30d与第一导线341、第二导线342电连接以取代第一工作发光二极管芯片30a。
发光二极管芯片30a、30b、30c以及30d的电连接排列如下所述,第一接线c1-1可被切断为上部c1-11以及下部c1-12,以切断第一工作发光二极管芯片30a与第二导线342之间的电连接。部分第三接线c2-1也可被切断而成为上部c2-11以及下部c2-12,以切断第二工作发光二极管芯片30b与第二导线342之间的电连接,接着第二工作发光二极管芯片30b通过重新接线的方式连接到第一接线的下部c1-12,而第一接线的延伸部c1-2与第三接线的上部c2-11相连接以电连接到第二工作发光二极管芯片30b。
部分第五接线c3-1可被切断而成为上部c3-11以及下部c3-12,以切断第三工作发光二极管芯片30c与第二导线342之间的电连接,接着第三工作发光二极管芯片30c通过重新接线的方式连接到第三接线的下部c2-12,而第三接线的延伸部c2-2与第五接线的上部c3-11相连接以电连接到第二工作发光二极管芯片30c。
第五接线的延伸部c3-2以及第七接线c4-1重新接线以彼此相连。备用发光二极管芯片30d电连接到导线342以取代第一工作发光二极管芯片30a,而维持发光二极管单元300的运作,此时下部c1-12、c2-12以及c3-12则以并联的方式连接到导线342。
在一实施例中,线路都被设置于次载板36之上。这些线路可以通过重新接线的步骤连接,而重新接线的方法包括了微喷打印(microjet printing)或聚焦离子束(focusedion beam,FIB)的方式修补电路,这些线路也可以利用激光切断(laser trimming)或者聚焦离子束(FIB)的方式切断。
在一实施例中,在发光二极管芯片30a、30b、30c与30d与电路被设置于次载板36之后,工作发光二极管芯片30a、30b与30c的故障可以通过一个侦测装置(未绘示于图中),例如探针卡、光学侦测装置,进行侦测。
除了形成备用发光二极管30d的电连接外,备用发光二极管30d发出的色光也需调整到跟工作发光二极管芯片30a相同以取代工作发光二极管芯片30a。备用发光二极管30d发出的光线颜色可以通过调整形成于备用发光二极管30d上的波长转换材料来改变。
在一实施例中,一桥式整流器可以选择性地形成于次载板36之上以接受输入的交流(AC)电流,整流器可以将交流电流整流为直流(DC)电流。也可以选择性地设置一稽纳二极管(zenor diode),以避免高于发光二极管芯片30a、30b、30c与30d工作电压的电压破坏发光二极管芯片30a、30b、30c与30d。而稽纳二极管的电压可以设定在一个准位,使得稽纳二极管只有在安定器输入的电压大于整体电路的额定电压(绝对值)的总和的最大值时,稽纳二极管才会运作。
在一实施例中,发光二极管单元300具有多个备用发光二极管芯片以及多个工作发光二极管芯片。当第二或者第三工作发光二极管芯片30b与30c都故障的时候,备用发光二极管芯片30d也可以利用前面范例中的方式取代故障的发光二极管芯片,使得发光二极管单元300可以正常且正确的运作。而发光二极管单元300内的备用发光二极管芯片的数量,则是根据工作发光二极管芯片的数量设置。
在一实施例中,可以加入一个或者多个开关于发光二极管芯片与第一导线341之间或发光二极管芯片与第二导线341之间。如此一来,每个发光二极管芯片可以利用对应的开关独立控制。举例来说,参考图4E,在第二导线342与延伸部c1-2之间设置一开关。这开关也可以被设置于第一导线341与第二接线c1-3之间。如此一来,发光二极管单元300可以通过控制介于第一导线341(或第二导线342)与发光二极管芯片30a~30c之间的开关来操作,以及当第七接线c4-1与第一接线c1-1被切断的时候,通过控制介于第一导线341(或第二导线342)与发光二极管芯片30b~30d之间的开关来操作发光二极管单元300。一个开关可以被设置来控制一个对应的发光二极管芯片,或者当一个开关被设置于一导线以及两个发光二极管芯片之间的时候,这个开关可以控制两个连接到这个开关的发光二极管芯片。例如,一个开关有一端连接到第一导线341以及另一端连接到第一工作发光二极管芯片30a以及备用发光二极管芯片30d。当第一工作发光二极管芯片30a正常运作的时候,如图4C所示,开关就被用于启动或者关闭第一工作发光二极管芯片30a。当第一工作发光二极管芯片30a故障的时候,如图4D所示,开关就被用于启动或者关闭备用发光二极管芯片30d。
备用发光二极管芯片,例如二极管芯片30d,位于发光二极管单元内靠近边缘的位置,例如图4B-图4E中所示。在另一实施例中,备用发光二极管芯片可以被设置于靠近发光二极管单元中间的位置。除此之外,备用发光二极管可以具有单一发光单位(cell)或者多个发光单位。图5A描述一实施例中,多发光二极管芯片排列于发光二极管单元300’的排列情况示意图。在这个实施例中,工作发光二极管30a、30b与30c被分成三个群体,并且每一个群体包含至少一个工作发光二极管芯片与一个备用发光二极管芯片,每一个群体内的工作发光二极管芯片与备用发光二极管芯片都被选择为发出相同的色光。每一个群体里面的工作发光二极管芯片30a、30b以及30c以及对应的备用发光二极管芯片都被选择发出不同于其他工作发光二极管芯片的色光,例如红光、绿光以及蓝光。举例来说,工作发光二极管芯片30a与备用发光二极管芯片30d1被选择可以发出红光,工作发光二极管芯片30b与备用发光二极管芯片30d2被选择可以发出绿光,以及工作发光二极管芯片30c与备用发光二极管芯片30d3被选择可以发出蓝光,而这些不同颜色的光线可以源自于从发光二极管芯片直接发出的光线。在一实施例中,每一个发光二极管芯片可以发出一第一光线,例如蓝光或者紫外光。由部分或者全部发光二极管芯片发出的第一光线可以通过不同的波长转换材料调整,例如为发光二极管芯片上涂布的荧光粉或者荧光粉片,可以吸收发光二极管芯片发出的第一光线,并发出一第二光线具有一波长组成与第一光线不同,例如红光、黄光以及绿光。
图5B描述发光二极管单元300’内设置于次载板36上的正常运作时的电路。第一组的第一工作发光二极管芯片30a与第一备用发光二极管芯片30d1发出第一色光。第一工作发光二极管芯片30a连接到第一线路d1-1以及第二线路d1-2,而第一备用发光二极管芯片30d1连接到第三线路d2-1以及第四线路d2-2。
第二组的第二工作发光二极管芯片30b与第二备用发光二极管芯片30d2发出第二色光。第二工作发光二极管芯片30b连接到第五线路d3-1以及第六线路d3-2,而第二备用发光二极管芯片30d2连接到第七线路d4-1以及第八线路d4-2。
第三组的第三工作发光二极管芯片30c与第三备用发光二极管芯片30d3发出第三色光。第三工作发光二极管芯片30c连接到第九线路d5-1以及第十线路d5-2,而第三备用发光二极管芯片30d3连接到第十一线路d6-1以及第十二线路d6-2。
第一工作发光二极管芯片30a、第二工作发光二极管芯片30b、第三工作发光二极管芯片30c、第一备用发光二极管芯片30d1、第二备用发光二极管芯片30d2以及第三备用发光二极管芯片30d3彼此通过第一线路d1-1、第三线路d2-1、第五线路d3-1、第七线路d4-1、第九线路d4-1以及第十一线路d6-1并联到第一导线341。
第一工作发光二极管芯片30a、第二工作发光二极管芯片30b以及第三工作发光二极管芯片30c彼此通过第二线路d1-2、第六线路d3-2以及第十线路d5-2并联到第二导线342,而介于第二导线342与第四线路d2-2、第八线路d4-2以及第十二线路d6-2之间则为开路的状态。
图5C描述形成替代电路的一个例子,当一个工作发光二极管芯片,例如第一组中第一工作发光二极管芯片30a,被侦测到处于失效模式的状态,此时被设计成第一工作发光二极管芯片30a的电性连结被切断。与第一备用发光二极管芯片30d1相连的第四线路d2-2重新连接到第二导线,以取代第一工作发光二极管芯片30a进行发光。
在一实施例中,线路设置于次载板36上,并通过重新连接的方式与备用发光二极管相连接。而重新接线的方法包括了微喷打印(microjet printing)或聚焦离子束(focused ion beam,FIB)的方式修补电路,这些线路也可以利用激光切断(lasertrimming)或者聚焦离子束(FIB)的方式切断。
当第二或第三工作发光二极管芯片30b、30c其中一个故障的时候,第二或第三备用发光二极管芯片30d2、30d3可以通过上述范例中所描述的方式取代无法正常工作的工作发光二极管芯片,以维持发光二极管单元300’正常且正确的运作。在一实施例中,每一组都包含多于两个工作发光二极管芯片或者多于两个备用发光二极管芯片。
在一实施例中,当第二或第三工作发光二极管芯片30b、30c故障的时候,第二备用发光二极管芯片30d2可以通过前述范例中的方式取代无法正常工作的工作发光二极管芯片,以维持发光二极管单元300’正常且正确的运作。特别是当第二及第三工作发光二极管芯片30b、30c发出同色或者不同的色光但具有类似的峰值波长时,在第二及/或第三工作发光二极管芯片30b、30c无法正常运作的时候,就会导通第二备用发光二极管芯片30d2以维持发光二极管单元300’正常运作。
在一实施例中,第一工作发光二极管芯片30a、第二工作发光二极管芯片30b或者第三工作发光二极管芯片30c的故障可以通过一侦测装置(未绘示于图中),例如探针卡、光学侦测装置,在第一工作发光二极管芯片30a、第二工作发光二极管芯片30b或者第三工作发光二极管芯片30c与电路设置于次载板36之上后进行侦测。
在一实施例中,一桥式整流器可以选择性的形成于次载板36之上以接受输入的交流(AC)电流,整流器可以将交流电流整流为直流(DC)电流。也可以选择性的设置一稽纳二极管(zenor diode),以避免高于发光二极管芯片30a、30b、30c与30d工作电压的电压破坏发光二极管芯片30a、30b、30c与30d。而稽纳二极管的电压可以设定在一个准位,使得稽纳二极管只有在安定器输入的电压大于整体电路的额定电压(绝对值)的总和的最大值时,稽纳二极管才会运作。
图5D-图5E为根据本发明的另一实施例。其中第一工作发光二极管芯片30a通过第一线路d1c-1连接到第一导线341,并经由第二线路d1c-2连接到第二导线342。第二工作发光二极管芯片30b通过第三线路d3c-1连接到第一导线341,并经由第四线路d3c-2连接到第二导线342。第三工作发光二极管芯片30c通过第五线路d5c-1连接到第一导线341,并经由第六线路d5c-2连接到第二导线342,而备用发光二极管芯片30bc经由第七线路d4c-1连接到第一导线341。发光二极管单元300’设计为可发出白光,第一工作发光二极管芯片30a、第二工作发光二极管芯片30b以及第三工作发光二极管芯片30c各自设计为红光的光源、绿光的光源以及蓝光的光源。参考图5E,第一荧光粉层p1覆盖第一工作发光二极管芯片30a、第二荧光粉层p2覆盖第二工作发光二极管芯片30b以及第三荧光粉层p3覆盖第三工作发光二极管芯片30c。备用发光二极管芯片30bc则位于第二工作发光二极管芯片30b与第三工作发光二极管芯片30c之间,且同时被第二荧光粉层p2与第三荧光粉层p3所覆盖。第二工作发光二极管芯片30b、第三工作发光二极管芯片30c以及备用发光二极管芯片30bc为UV光发光二极管以提供紫外光(UV light),而第二荧光粉层p2覆盖第二工作发光二极管芯片30b并发出绿光,第三荧光粉层p3覆盖第三工作发光二极管芯片30c并发出蓝光。当第二工作发光二极管芯片30b故障的时候,备用发光二极管芯片30bc经由第四线路d3c-2被连接到第二导线342以提供紫外光,使得第二荧光粉层p2可以通过吸收紫外光以发出绿光。在另一方面,当第三工作发光二极管芯片30c故障的时候,备用发光二极管芯片30bc经由第六线路d5c-2被连接到第二导线342以提供紫外光,使得第三荧光粉层p3可以通过吸收紫外光以发出蓝光。因此,备用发光二极管芯片30bc在第二工作发光二极管芯片30b单独故障,或者第三工作发光二极管芯片30c单独故障,又或者两个工作发光二极管芯片30b、30c都故障的时候被启动以提供紫外光。在另一实施例中,备用发光二极管芯片30bc发出一光线并产生一光场,此光场大于第二工作发光二极管芯片30b提供的光场,或是大于第三工作发光二极管芯片30c的光场。举例来说,备用发光二极管30bc所能提供的光场的面积在一定距离内是第二工作发光二极管芯片30b或是第三工作发光二极管芯片30c所提供的光场面积的两倍。在另一实施例中,备用发光二极管芯片30bc与第二工作发光二极管芯片30b或是第三工作发光二极管芯片30c相比,在接受同样的电流输入下,可以产出较大的光强度。举例来说,备用发光二极管芯片30bc所产出的每瓦流明(lumen per watt)值比第二工作发光二极管芯片30b或是第三工作发光二极管芯片30c产出的每瓦流明值大两倍。在另一实施例中,通入备用发光二极管芯片30bc的电流值大于通入第二工作发光二极管芯片30b或是通入第三工作发光二极管芯片30c的电流值。举例来说,通入备用发光二极管芯片30bc的电流值比通入第二工作发光二极管芯片30b或是通入第三工作发光二极管芯片30c所的电流值多两倍。
参考图5F,第一荧光粉层p1覆盖第一工作发光二极管芯片30a以发出红光,第二荧光粉层p2覆盖第二工作发光二极管芯片30b以发出绿光,第三荧光粉层p3覆盖第三工作发光二极管芯片30c以发出蓝光。备用发光二极管芯片30bc被第四荧光粉层p4所覆盖,其中第四荧光粉层p4包含有第二荧光粉层p2或者第三荧光粉层p3所包含的化学材料。具体来说,第二荧光粉层p2具有发出绿光的荧光粉,第三荧光粉层p3具有发出蓝光的荧光粉,而第四荧光粉层p4则具有两种荧光粉以发出绿光以及蓝光。在另一实施例中,第四荧光粉层p4具有第二荧光粉层p2或者第三荧光粉层p3没有的材料。又在另一实施例中,第四荧光粉层p4与第二荧光粉层p2都具有第一材料,例如包含镏(Lu)的绿光荧光粉,并且第四荧光粉层p4另外具有一第二荧光粉层p2没有的第二材料,例如包含碱土硅酸盐的蓝光荧光粉。
值得注意的是,荧光粉层p1、p2以及p3的转换效率相互比较之下大致相同,且发光二极管芯片的发光效率大致相同。因此,白光内红光、绿光以及蓝光的比例可以通过改变各荧光粉层间的面积比例来控制。第一荧光粉层p1的面积、第二荧光粉层p2的面积、第三荧光粉层p3的面积,以及第四荧光粉层p4的面积可以相同或者相异。举例来说,第四荧光粉层p4的面积比第二荧光粉层p2的面积大或比第三荧光粉层p3的面积大;或者第四荧光粉层p4的面积比第二荧光粉层p2的面积大也比第三荧光粉层p3的面积大。除此之外,荧光粉层的形成方式也可以是一个薄片附着到发光二极管芯片上,或者是一混合物涂布到发光二极管芯片上。
图6A是本发明一实施例中包含一个多接面(multi-junction)的发光二极管芯片的示意图。多接面的发光二极管芯片30’具有一个基板401,多个的外延单元C被设置于基板401之上并且暴露一部分基板401的部分上表面4011。每一个外延单元C具有一第一导电型半导体层402、一主动层403以及一第二导电型半导体层404依序形成于基板401上。在这实施例中,多个外延单元C可以经由连接线路407彼此电性串联或者并联。连接线路407连接一外延单元C的第一电极405,以及邻近的外延单元C的第二电极406以形成串联电路或者并联电路。在连接线路407下方的可以是空气或者绝缘层408,而绝缘层408形成于多个外延单元C的部分表面上以及基板401的上表面4011。绝缘层408可以通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、溅镀(Sputter)等类似的方法在形成连接线路407之前形成,以电性隔绝相邻的多个外延单元C。绝缘层408的材料可以是氧化铝、氧化硅、氮化铝、氮化硅、氧化钛、氧化铊或者这些材料的组合。
图6B是本发明一实施例中,发光二极管单元300”内多接面(multi-junction)发光二极管芯片的排列示意图。在这个实施例中,多接面的发光二极管芯片30’的数量是三的倍数。每一个多接面的发光二极管芯片30’彼此之间并联,并且被选择为发出不同的色光,例如红光、绿光以及蓝光。并且由这些多接面的发光二极管芯片30’所发出的光线,可以是原本直接从多接面的发光二极管芯片30’所发出的。在一实施例中,每一个多接面的发光二极管芯片30’可发出一第一光线,例如蓝光或者紫外光(UV light),而由部分或者全部的多接面的发光二极管芯片30’发出的第一光线可以通过不同的波长转换材料改变,例如,涂布在发光二极管芯片上的荧光粉或者覆盖在发光二极管芯片上的荧光粉片会吸收由多接面的发光二极管芯片30’发出的第一光线,并发出具有不同于第一光线波长的光谱的第二光线,例如红光、黄光以及绿光。
通过这些具有多接面的发光二极管芯片30’,当其中一个外延单元C失效的时候,其他的外延单元C可以正常运作以维持发光二极管单元300”的基本发光功能。在一实施例中,前述部分或者全部的发光二极管芯片可以被具有多接面的发光二极管芯片30’所取代。
第一导电型半导体层302、402以及第二导电型半导体层304、404之间的电性、极性或者掺杂物(dopant)不相同,或者是用来提供电子与空穴的材料不同,其中半导体材料层可以是单一半导体材料层或者多个半导体材料层,而极性可以是由p型、n型以及i型三种类型的其中两种所形成。主动层303、403设置于第一导电型半导体层302、402以及第二导电型半导体层304、404之间,以转换电能为光能。第一导电型半导体层302、402、主动层303、403、第二主动层(未绘示图中)以及第二导电型半导体层304、404的材料包含了一种或者多种选自于镓、铝、铟、砷、磷、氮、硅所组成的群组的元素。具体而言,第一导电型半导体层302、402、主动层303、403、第二主动层(未绘示图中)以及第二导电型半导体层304、404可以是磷化铝镓铟(AlGaInP)系列的材料、氮化铝镓铟(AlGaInN)系列的材料或者是氧化锌基底(ZnO-based)的材料。
主动层303、403以及第二主动层(未绘示图中)的结构可以是单层异质结构(single heterostructure;SH)、双层异质结构(double heterostructure;DH)、双侧双层异质结构(double-side double heterostructure;DDH)或者多量子阱结构(multi-quantum well;MQW)),主动层303、403以及第二主动层(未绘示图中)所发出的光线波长还可以通过改变量子阱的对数加以调整。
在一实施例中,第一电极305、505、第二电极406以及连接线路407可以是单层或者多层的叠层。第一电极305、505、第二电极406以及连接线路407的材料可以是铬,钛,镍,铂,铜,金,铝,银或者这些材料的合金。
基板301、401可以是成长用的基板或者承载用的基板,而基板301、401的材料可以是导电性基板、绝缘性基板、透明基板或者半透明基板。导电基板的材料可以是金属、氧化物、氮化物、磷化物、硅化物、硅或者砷化镓;其中的金属可以是锗,其中的氧化物可以是铝酸锂、氧化镁以及氧化锌,其中的氮化物可以是氮化镓与氮化铝,其中的磷化物可以是磷化铟,其中的硅化物可以是碳化硅。透明基板的材料可以选自蓝宝石、铝酸锂、氧化锌、氮化镓、氮化铝、玻璃、人造聚晶钻石(CVD diamond)、类钻碳(diamond-like carbon;DLC)、尖晶石(氧化镁铝)、氧化硅或氧化锂镓。
缓冲层(未绘示于图中)可以选择性地设置于第一导电型半导体层302、402与基板301、401之间,缓冲层位于两种不同材料系统之间使一个材料系统过渡到一个半导体材料层。例如发光二极管的结构中,缓冲层用来减少两种材料之间的晶格差异。另一方面,缓冲层可以是单层结构、多层结构、一个具有两种材料的结构,或者是两个分开的结构。缓冲层的材料可以是有机材料、无机材料,或者半导体材料。缓冲层还可以具有其他的功能,例如做为反射层、导热层、导电层、欧姆接触层、抗变形层、应力缓冲层、结合层、波长转换层,或者机械固定层。在一实施例中,缓冲层的材料可以是氮化铝或者氮化镓,并且缓冲层可以通过溅镀或者原子层沉积法(atomic layer deposition;ALD)制作。
可以选择性地形成一个接触层(未绘示于图中)在第二导电型半导体层304、404远离基板301、401的一侧。更具体地来说,接触层可以是光学层、电性层或者同时具有两种性质。光学层可以改变从主动层303、304或者第二主动层(未绘示于图中)所发出的光线或辐射特质,其中光学层可以改变频率、波长、强度、光通量、效率、色温、演色性、光场、视角等特性。电性层可以改变施加于发光二极管芯片的电阻、电流、电压值、电压密度、电压分布、以及电性层相对应两侧的电容值。接触层的材料可以是导电性氧化物、透明氧化物、透光度大于50%的氧化物、透光度大于50%的金属、有机材料、无机材料、荧光材料、陶瓷、半导体材料以及具有掺杂的半导体材料。在某些应用中,接触层的材料可以是氧化铟钛、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化铟锌、氧化锌铝或者氧化锌锡。在一实施例中,接触层是透明材料时并具有一厚度范围介于0.005~0.6μm。
值得注意的是,前述实施例中的发光二极管单元可以由三个工作发光二极管芯片组成,而其中每一个工作发光二极管芯片可以发出一选自红光、蓝光以及绿光的光线。或者,发光二极管单元可以包含四个工作发光二极管芯片,而其中每一个工作发光二极管芯片可以发出一选自白光、红光、蓝光以及绿光的光线。所以,发光二极管单元内的一个或者多个备用发光二极管芯片可以发出红光、蓝光、绿光或白光。除此之外,备用发光二极管芯片发出的光线的波长峰值、光场以及演色性参数可以跟工作发光二极管芯片发出的光线相同或者不同。
发光二极管单元的多个备用发光二极管芯片可以选择为发出相同或者不同的色光,除此之外,发光二极管单元内的发光二极管芯片可以经由排列上的设计,使得一个或者多个备用发光二极管芯片被放置在两个相邻的工作发光二极管之间。或者,一个或者多个备用发光二极管可以设置于发光二极管单元的边缘与一工作发光二极管芯片之间。发光二极管单元的光学特性在备用发光二极管芯片启动的时候会有所改变,举例来说,当其中一个工作发光二极管芯片被一个备用发光二极管芯片取代的时候,发光二极管单元发出的光线提供的光强度可能在大约5%的范围内变动。然而,光强度的改变范围大致小于10%,例如0.2%、3%或者8.1%,并且光强度的改变可以是增加或者减少。不仅如此,在某些实施例中发光二极管单元的演色性、色温以及光所照射的区域也会改变。在一实施例中,这些特性的变动范围低于10%,例如7.8%、3.4%或者1.5%,而在另一个实施例中,这些变动则是在介于10%~20%的范围内。不仅如此,发光二极管单元的光场也可以因为备用发光二极管芯片的使用而改变。
工作发光二极管芯片以及备用发光二极管芯片可以通过相对应的开关来控制,而开关是连接在发光二极管芯片以及第一导线或第二导线之间。覆盖在工作发光二极管芯片上的荧光粉层,与覆盖在备用发光二极管芯片上的荧光粉层面积可以相同或者不同。在一实施例中,覆盖在工作发光二极管芯片上的荧光粉层的面积,与覆盖在备用发光二极管芯片上的荧光粉层的面积的差异小于覆盖在工作发光二极管芯片上的荧光粉层面积的50%。不仅如此,放置在工作发光二极管芯片上的荧光粉层材料与放置在对应的备用发光二极管芯片上的荧光粉层材料可以相同或者不同。在另一实施例中,一个备用发光二极管芯片上的荧光粉层材料包含了覆盖在两个或者多个工作发光二极管芯片上的荧光粉层内的材料。
纵然上述的图示与描述是各别对应到特定的实施例,但所描述的各个元件、实施方法、设计原理以及技术理论,都可以一并参考、交换、相互融合使用、基于各种条件排列组合后的应用、各实施例与元件之间的等效应用,除非这些特性彼此之间矛盾、无法匹配,或者难以一并实行。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点,其目的在于使熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,不能以之限定本发明的专利范围,即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰,仍应涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一发光二极管显示器,包含:
第一端与第二端,用以接收电力,
第一发光二极管芯片,电连接该第一端与该第二端,并发出第一光线;
第二发光二极管芯片,电连接该第一端与该第二端,并发出第二光线;
第三发光二极管芯片,电连接该第一端与该第二端,并发出第三光线;以及
第四发光二极管芯片,包含第一端点电连接该第一端,以及第二端点;
其中,该第一发光二极管芯片并未处于故障状态时该第二端点为电浮置;以及
其中,该第一发光二极管芯片处于故障状态时该第二端点电连接该第二端,以发出第四光线。
2.如权利要求1所述的显示器,其中该第一光线与该第二光线为不同色光。
3.如权利要求1所述的显示器,其中该第三光线具有波长峰值不同于该第二光线的波长峰值。
4.如权利要求1所述的显示器,其中该第三发光二极管芯片位于该第一发光二极管芯片与该第二发光二极管芯片之间。
5.如权利要求1所述的显示器,其中该第四光线具有波长峰值不同于该第二光线的波长峰值,也不同于该第三光线的波长峰值。
6.如权利要求1所述的显示器,还包含开关,位于该第一端与该第一发光二极管芯片之间。
7.如权利要求1所述的显示器,还包含第一荧光粉层,覆盖该第一发光二极管芯片,以及第二荧光粉层,覆盖该第二发光二极管芯片。
8.一种制造发光二极管显示器的方法,包含:
提供次载板;
提供第一导线与第二导线于该次载板之上;
提供第一发光二极管芯片、第二发光二极管芯片与第三发光二极管芯片于该次载板之上;
电连接该第一发光二极管芯片与该第一导线,以及该第二导线;
电连接该第二发光二极管芯片与该第一导线,以及该第二导线;
电连接该第三发光二极管芯片与该第一导线,以及该第二导线;以及
提供包含第一端与第二端的第四发光二极管芯片于该次载板之上,该第一端电连接该第一导线,以及该第二端为电浮置。
9.如权利要求8所述的方法,还包含设置第一荧光粉层覆盖该第一发光二极管芯片,以及设置第二荧光粉层覆盖该第二发光二极管芯片。
10.如权利要求8所述的方法,还包含设置开关于该第一导线与该第一发光二极管芯片之间。
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Legal Events
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GR01 | Patent grant | ||
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