CN1558450A

CN1558450A - 可增加发光作用区面积的发光元件

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Publication number: CN1558450A
Application number: CNA200410002406XA
Authority: CN
Inventors: 林明德; 林三宝; 许荣贵
Original assignee: Opto Tech Corp
Current assignee: Opto Tech Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2004-12-29
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: CN100369275C

Abstract

一种发光元件，尤指一种可增加发光作用区面积以提高发光亮度的发光元件，主要是在一晶粒基板上依序设有一第二磊晶层及至少一第一磊晶层，第一磊晶层上表面设有至少一第一电极，及，复数个可贯穿第一磊晶层并由一电极绝缘层而与第一磊晶层绝缘并电性连接于第二磊晶层的第二电极，其中，第一电极及第二电极相互间格交错排列，另外，在一供电基板上根据第一电极与第二电极位置而设有相对应可个别与第一电极或第二电极贴合电性连接的第一供电电路及第二供电电路，而复数个第一供电电路可电性连接有一第一连通电路，第二供电电路则电性连接有一第二连通电路，由于第一连通电路及第二连通电路是设于供电基板上而非直接设于发光二极管上。

Description

可增加发光作用区面积的发光元件

技术领域

本发明是有关于一种发光元件，尤指一种可增加发光作用区面积以提高发光亮度的发光元件，主要是将一第一连通电路及一第二连通电路设于一供电基板上，而不直接占据发光二极管的发光作用区。

背景技术

发光二极管因为具有体积小、重量轻、低耗电、寿命长等优点，因此广泛使用于电脑周边、通信产品以及其他电子装置中。一般量产的发光二极管，是于一基板上，例如蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)等材料，成长出一具有pn接面的磊晶层，当p型磊晶层及n型磊晶层两侧导入一驱动电压时，可使pn接面因电子—电洞复合而投射出光源。

现有的发光二极管结构，如图1A及图1B所示，是分别为一现有发光二极管元件的构造侧视图及其构造俯视图。如图所示，其主要是于一晶粒基板11上方成长有一第二磊晶层15，而第二磊晶层15可定义有一相对凸起的第一表面153及相对凹陷的第二表面155，其中，第一表面153上形成有一第一磊晶层13，以使第一磊晶层13与第二磊晶层15之间可自然形成有一具有产生投射光源功效的发光作用区(即第一表面153)。第一磊晶层13的部分上表面设有一第一电极17，而第二磊晶层15未设有第一磊晶层13的第二表面155则设有一第二电极19。另外，第一电极17的部分上表面设有一可与外界电路连接的第一焊垫171，第二电极19的上表面则设有一可与外界电路连接的第二焊垫191。于第一电极17及第二电极19导入一顺向偏压的驱动电源时，电流将进入发光作用区153作用，进而产生投射光源。

对于一发光二极管而言，若发光作用区153的作用面积越大，则发光量愈多；而通过发光作用区153的电流愈大，则发光强度也愈大。但是，若通过发光作用区153的电流密度不均匀时，极容易造成部份发光作用区153的电流密度过高，而部分发光作用区135的电流密度则相对过低的现象。当发光作用区153电流密度过高而达到饱和时，不但发光效率会降低，而且也会造成发光作用区153的局部工作温度上升，甚至造成毁损。反之，当部分发光作用区153因电流密度过低时，则因为无法充分发挥其发光效率而造成元件浪费。因此，如何使工作电流均匀通过发光作用区153以增加发光效率，实在是发光二极管在制造上及设计上的一大难题。

而，上述二极管结构，由于第一电极17与第二电极19几何上呈现不对称分布，因此极容易造成电流密度分布不均匀的现象。为避免此种电流密度不均匀的现象，业界提出一种可使工作电流密度均匀分布的发光二极管结构，如图2A及图2B所示，是分别为另一种现有发光二极管的结构俯视图及其沿A-B线的剖面示意图。发光二极管20主要是于一晶粒基板21上表面形成有一第二磊晶层25，第二磊晶层25可定义有复数个相对凸起的第一表面253及相对凹陷的第二表面255，第一表面253及第二表面255相对问格交错排列，其中第一表面253上形成有一第一磊晶层23，而使第一磊晶层23舆第二磊晶层25接面处形成一发光作用区(即第一表面253)。每一第一磊晶层23上表面设有一个第一电极271，而每一第二磊晶层25的第二表面255上表面则设有一个第二电极291，第一电极271及第二电极291两者问同样因为第一表面253及第二表面255的设置位置而相互间格相互交错排列。此外，尚设有一可连通此复数个第一电极271并直接接触第一磊晶层23的第一连通电极273，及，可电性连通此复数个第二电极291并直接接触于第二磊晶层25的第二表面255的第二连通电极293；以使每一个第一电极271之间可电性导通，同理，每一个第二电极291之间亦可电性导通。由于每一个第一电极271及第二电极291是两两问格交错而设立，于几何上相当对称，因此，可有效降低发光作用区253工作电流密度分配不均匀的现象。

虽然，上述发光二极管结构可有效降低工作电流密度于发光作用区253分布不平均的现象，但是，由于第二连通电极293是直接设于第二磊晶层25的第二表面255上，换句话说，必须再凿设有一可以安置第二连通电极293所在位置的部分第二表面255，扩大第二表面255在发光二极管20上所占有的范围，相对减少发光作用区253的作用面积。因此第二连通电极293占用了部分发光作用区253的面积，相对造成了降低出光量及发光亮度的遗憾。

发明内容

为此，如何针对上述现有技术的缺点，以设计出一种新颖的发光元件，不仅可相对增加发光二极管的发光作用区面积以提高发光亮度，又可使工作电流密度均匀分布，由此增长其使用寿命，此即为本发明的发明重点。

本发明的主要目的，在于提供一种可增加发光作用区面积的发光元件，由设置于一供电基板上的第一连通电路及第二连通电路可直接电性连通于发光二极管晶粒上相对应的复数个第一电极及第二电极，以取代原本应设置于发光晶粒上的第一连通电极及第二连通电极，避免第一连通电极及第二连通电极占用发光作用区的面积，进而达成相对增加出光量及发光亮度的功效。

本发明的次要目的，在于提供一种可增加发光作用区面积的发光元件，由将复数个第一电极及第二电极设计为几何对称结构，以均匀分配发光作用区的电流密度，进而提高发光效率并延长产品使用寿命。

本发明的又一目的，在于提供一种可增加发光作用区面积的发光元件，由供电基板上直接设有一依照发光二极管晶粒的第一电极及第二电极几何图形配置的第一供电电路及第二供电电路图样，而达到提高封装密度的目标。

本发明的又一目的，在于提供一种可增加发光作用区面积的发光元件，其打线焊垫的位置是设置于一供电基板上，而非直接在发光二极管晶粒上进行打线程序，此以避免因打线程序而对发光二极管造成遮光效应。

为达成上述目的，本发明提供一种可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其主要构造是包括有：

至少一发光晶粒，每一发光晶粒包括有一晶粒基板，晶粒基板设有一第二磊晶层，第二磊晶层可定义有至少一第一表面及至少一第二表面，第一表面上再形成有一第一磊晶层，第一磊晶层与第二磊晶层之间可自然形成有一发光作用区，第一磊晶层的部分表面设有至少一第一电极，而第二磊晶层的部分表面设有至少一第二电极；及

一供电基板，在其表面可相对于第一电极及该第二电极的位置，分别设有至少一第一供电电路及至少一第二供电电路，而每一第一供电电路可由一第一连通电路而电性连接，每一第二供电电路可由一第二连通电路连接，第一供电电路与相对应的第一电极相互电性连接，而第二供电电路与相对应的第二电极相互电性连接。

其中该供电基板是为一表面绝缘基板。

其中该供电基板是可选择为一氮化硅、氮化铝、炭化硅、氮化镓及其组合式的其中之一所制成。

其中该发光二极管晶粒是采用覆晶封装方式，致使该发光二极管晶粒翻转贴合于该供电基板。

中还包括有一静电放电保护元件，固设于该供电基板上，可分别电性连接于该第一连通电路及该第二供电电路。

其中该静电保护元件可选择为齐纳二极管及萧特基二极管的其中之一。

其中还包括有静电放电保护元件，固设于该供电基板上，可分别电性连接于该第二连通电路及该第一供电电路。

其中该晶粒基板是可选择为一碳化硅、氮化镓、蓝宝石、砷化镓及其组合式的其中之一所制成。

其中该复数个第二电极是可选择为一直线排列、环状排列、交错排列及其组合式的其中之一。

其中该第二电极的侧边设有一电极绝缘层。

其中该第二磊晶层的第二表面是低于第一表面。

其中该第一连通电路上设有至少一第一焊垫，而该第二连通电路上设有至少一第二焊垫。

其中该第一电极与第一供电电路及第二电极与第二供电电路之间尚设有一黏合层。

附图说明

为使审查员对本发明的特征、结构及所达成的功效有进一步的了解与认识，以较佳的实施例及附图详细说明如后，其中：

图1A是现有发光二极管的构造侧视图；

图1B是如图1A所示发光二极管的构造俯视图；

图2A是另一现有发光二极管的构造俯视图；

图2B是如图2A所示发光二极管沿A-B线剖面示意图；

图3A是本发明一较佳实施例的发光二极管构造俯视图；

图3B是如图3A所示实施例沿C-D线的剖面示意图；

图3C是本发明一较佳实施例的供电基板构造俯视图；

图4A是本发明发光二极管晶粒与供电基板组合后的构造俯视图；

图4B是本发明如图4A所示实施例沿E-F线的剖面示意图；

图5A是本发明另一实施例的分解示意图；

图5B是本发明如图5A所示实施例的组合示意图；

图6A是本发明又一实施例的发光二极管晶粒构造俯视图；

图6B是本发明如图6A所示实施例的剖面示意图；

图6C是本发明一较佳实施例的供电基板构造俯视图；

图7A是本发明如图6A及图6C所示实施例组合后的构造俯视图；及

图7B是本发明如图7A所示实施例的剖面示意图。

具体实施方式

首先，请参阅图3A至图3C，是分别为本发明一较佳实施例的构造俯视图、沿C-D线的剖面示意图及供电基板的构造俯视图。如图所示，可增加发光作用区的发光二极管元件主要是由一发光二极管晶粒30及一供电基板41组合而成。其中，发光二极管晶粒30主要是在一晶粒基板31上形成有一第二磊晶层35，而第二磊晶层35可定义有一相对凸起的第一表面353及一相对凹陷的第二表面355，而第一表面353上方再形成有一第一磊晶层33，致使第一磊晶层33与第二磊晶层35之间自然形成有一发光作用区(即第一表面353)。通常，晶粒基板31可由一碳化硅、砷化镓、蓝宝石、氮化镓等材料所组成，而第一磊晶层33及第二磊晶层35可由氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、磷化铟镓(hGaP)、氮化铝镓(AlGaN)等3-5族元素材料所组成。

第一磊晶层33的上表面设有一第一电极331，而于第一电极331的两侧位置分别设有一第二电极351，以使第二电极351接触第二磊晶层35的第二表面355，并由一电极绝缘层37与第一磊晶层33及第一电极331电性绝缘。第一电极331及第二电极351两者相互间格交错，以使作用电流可均匀通过发光作用区353，进而增加发光效率，并且避免局部电流密度过高而毁损发光作用区353。

又，供电基板41上表面相对于发光二极管晶粒30的第一电极331及第二电极351的位置而直接设有至少一第一供电路431及第二供电电路451。另外，尚设有第一连通电路43可电性连接于该第一供电电路431，及第二连通电路45亦可电性连接于每一个第二供电电路451。第一供电电路431及第二供电电路451的数量是相同于第一电极331及第二电极351的数量。其中，供电基板41可选用氮化硅(Si₃N₄)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)、氧化铍(BeO)及覆有介电质材料(SiO₂、TiO₂、Si₃N₄等)的碳化硅(SiC)、硅(Si)、氮化镓(GaN)等绝缘材料。

接绩，请参阅图4A及图4B，是发光二极管晶粒于组合后的构造俯视图，及其沿E-F线的剖面示意图。如图所示，将发光二极管晶粒30予以倒置，并利用一黏合层47分别将其第一电极331及第二电极351贴合相对应的第一供电电路431及第二供电电路451。由于本实施例是由直接设于供电基板41上的第二连通电路45经由复数个第二供电电路451而连接各对应的第二电极351，而不同于现有构造需由一直接设于发光二极管晶粒20的第二连通电极293连接各个第二电极291，可避免第二连通电极293占用发光作用区253的面积，因此可相对增加发光作用区353的面积。另外，黏合层47的材料可选用锡-金(AuSn)、硅-金(AuSi)、锡-铅(PbSn)、锡-银(SnAg)、锡-铟-银(SnhAg)、银胶或锡膏等材料，以使发光作用区353的工作热源更容易由基板41传出。

又，请参阅图5A及图5B，是本发明又一实施例的分解示意图及其组合示意图。如图所示，一供电基板51上表面分别设有一第一连通电路53及第二连通电路55，而第一连通电路53又连设有复数个第一供电电路531，第二连通电路55则连设有复数个第二供电电路551。将复数个发光二极管晶粒30贴合于供电基板51上时，每一个发光二极管晶粒30的第一电极331与第二电极351可分别贴合于相对应的第一供电电路531及第二供电电路551藉此不但可在一供电基板51上设有复数个发光二极管晶粒30，以提高发光亮度。且，若复数个发光二极管晶粒30是选择不同颜色投射光源所组成，例如蓝光、绿光或红光，则亦可整体产生白色光源或全彩光源。

另外，尚可将一静电放电保护元件57，例如齐纳二极管或萧特基二极管，固设于基板51上，并分别将其两电极电性连接于第一连通电路53及第二供电电路551的其中的一或第二连通电路55及第一供电电路531(未显示)的其中之一，即可达到防止因为静电放电效应而造成发光二极管晶粒30意外毁损的疑虑，由此以确保发光晶粒30的正常使用。

由于基板51上的复数个第一供电电路531及第二供电电路551是配合发光二极管晶粒30的第一电极331及第二电极351的数量而设立，因此，可于最小面积的基板51上装设有最多个发光二极管晶粒30，进而提高封装密度而达到使发光元件轻薄短小的目标。

又，请参阅图6A至图6C，是分别为本发明又一实施例的发光二极管晶粒的构造俯视图、剖面视意图及供电基板的构造俯视图。如图所示，发光二极管晶粒60主要构造包含有一晶粒基板61，其上表面设有一第二磊晶层65，第二磊晶层65定义有复数个相对凸起的第一表面653及复数个相对凹陷的第二表面655。每一个第一表面653上设有一个第一磊晶层63，以使每一个第一磊晶层63与第二磊晶层65之间自然形成有一发光作用区(即第一表面653)。每一个第一磊晶层63的上表面设有一第一电极631，而第二磊晶层65的第二表面655则设有复数个第二电极651，以使复数个第一电极631与第二电极651分别间格交错设立。另外，第二电极651的周缘设有一层电极绝缘层67，以避免第二电极651直接接触第一磊晶层63及第一电极631。

供电基板71上方设有一第一连通电路73及第二连通电路75，而第一连通电路73又连设有复数个第一供电电路了31，第二连通电路75则连接有复数个第二供电电路751。其中，该复数个第一电路731及该复数个第二电路751的位置及数量均配合第一电极631及第二电极651的位置及数量而设立。

又，第一连通电路73的适当位置上设有第一焊垫735，第二连通电路75的适当位置上亦设有一第二焊垫755，以提供打线程序的进行。由于第一焊垫735与第二焊垫755是设于供电基板71上，而非直接设于发光二极管晶粒60上，可避免因为打线程序而直接对发光二极管60造成损害，由此以保护发光二极管晶粒60的正常工作。

最后，请参阅图7A及图7B，是如图6A及图6B所示实施例于组合后的构造俯视图及其剖面示意图。如图所示，将发光二极管晶粒60翻转后贴合于供电基板71，以使复数个第一电极631分别连接于相对应的第一供电电路731，而第二电极651则分别连接于相对应的第二供电电路751。

由于第一电极631与第二电极651是相互间格交错设立，而具有对称性，因此每一个发光作用区653的上作电流密度非常均匀。另外，每一个第二电极651是由一个设于供电基板71上的第二连通电路75而导通，因此，不会像现有构造一样，因为需要在发光二极管晶粒20上设有一直接连接各个第二电极291的第二连通电极293相对占用发光作用区235面积的疑虑。

又，虽然上述实施例皆以直线排列的第二电极为说明，但不限于此，当可利用环状排列、交错排列及其他几何对称排列来实施，只要将第一连通电路73及第二连通电路75设于供电基板71上，而非直接设于发光二极管晶粒60上，便可达成增加发光作用面积的功效。

又，虽然在上述各个实施例中，每一个发光二极管晶粒30、60的第二电极351、651皆设计为与第一电极331、631近似或相同的水平高度，但依照本发明的技术特征下，如图2B所示的现有发光二极管晶粒20亦可适用，只需将第二连通电路293设于一供电基板41上即可，同样可达到本发明所欲达成的功效。

又，虽然在上述各个实施例中，供电基板41、51、71是为一绝缘材料所制成，但在不同实施例中，其亦可为一硫化硅、硅、砷化镓等材质所取代，只是在供电基板上再覆以一层绝缘材料即可。

综上所述，当知本发明是有关于一种发光元件，尤指一种可增大发光作用区面积以提高发光亮度的发光元件，可相对增加发光作用区面积，并由此以增加发光效率。故本发明实为一富有新颖性、进步性，及可供产业利用功效的发明，应符合专利申请的各项条件，故依法提请发明专利。

以上所述的，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的中请专利范围内。

Claims

1、一种可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其主要构造是包括有：

2、如权利要求1所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中该供电基板是为一表面绝缘基板。

3、如权利要求2所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中该供电基板是可选择为一氮化硅、氮化铝、炭化硅、氮化镓及其组合式的其中之一所制成。

4、如权利要求1所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中该发光二极管晶粒是采用覆晶封装方式，致使该发光二极管晶粒翻转贴合于该供电基板。

5、如权利要求1所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中还包括有一静电放电保护元件，固设于该供电基板上，可分别电性连接于该第一连通电路及该第二供电电路。

6、如权利要求5所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中该静电保护元件可选择为齐纳二极管及萧特基二极管的其中之一。

7、如权利要求1所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中还包括有静电放电保护元件，固设于该供电基板上，可分别电性连接于该第二连通电路及该第一供电电路。

8、如权利要求1所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中该晶粒基板是可选择为一碳化硅、氮化镓、蓝宝石、砷化镓及其组合式的其中之一所制成。

9、如权利要求1所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中该复数个第二电极是可选择为一直线排列、环状排列、交错排列及其组合式的其中之一。

10、如权利要求1所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中该第二电极的侧边设有一电极绝缘层。

11、如权利要求1所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中该第二磊晶层的第二表面是低于第一表面。

12、如权利要求1所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中该第一连通电路上设有至少一第一焊垫，而该第二连通电路上设有至少一第二焊垫。

13、如权利要求1所述的可增加发光作用区面积的发光元件，其特征在于，其中该第一电极与第一供电电路及第二电极与第二供电电路之间尚设有一黏合层。