CN1750277B - 具有交流回路发光二极管晶粒结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有交流回路发光二极管晶粒结构，利用至少一组的交流微晶粒发光二极管形成于芯片(chip)上，交流微晶粒发光二极管利用晶粒制造工艺制作出两个微小的发光二极管反向正负并联，而可施加交流电，使两发光二极管依正负半波驱动点亮，由于具有交流回路发光二极管正负电压都使用于发光皆具顺向特性，可使发光二极管结构不仅可直接接收交流电使用，同时具备有耐高压及静电击穿保护的功能。

Description

具有交流回路发光二极管晶粒结构

技术领域

本发明涉及一种发光二极管结构，特别是一种具有交流回路发光二极管晶粒结构。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的发光原理是利用半导体固有特性，不同于白炽灯发热的发光原理，所以发光二极管被称为冷光源(coldlight)。发光二极管具有高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低等优点，且不含水银等有害物质，因此现今照明市场对于发光二极管照明寄予极大厚望。

然而，目前发光二极管组件在应用上受到的最大限制，在于其多是仅能接收低压的直流电，而高压或是交流电都可能会使得发光二极管损坏，故，使用上都必须配合直流转换电路才能用于市电系统，低压直流发光二极管组件电压电流特性曲线图1A，正向导通发光，反向低压不发光。而实际上的作法必须将发光二极管组件串并联使用，请参阅图2，将交流电(市电)11利用转换器12降压并转换为直流电后，供给多组串并联使用的发光二极管组件，并且避免反向供电造成发光二极管组件损坏失效，此结构常见于交通信号灯(如红绿灯等)。

但此种结构的问题在于一旦单一发光二极管组件失效或损坏后，将会严重影响回路，造成同一组的发光二极管组件都不亮；要减少此状况，则必须尽量降低串联的发光二极管组件数量，但是相对的，却会使得线路变长，使得损耗变大，往往造成线路末端的电压不足，造成亮度不均匀。

另一方面，目前一般AlInGaN低压直流的发光二极管，组装加工时相当容易因为静电放电(Electric Static Discharge；ESD)的产生，而使得瞬间反向电压升高，因而造成发光二极管击穿的损坏。

针对以上缺陷，目前对应的方式有使用电路组装以及晶粒制造工艺等两个方式来改善。

以电路组装方式来改善，如美国专利第6,547,249号专利，其利用外加一个反向并联的二极管来产生保护电路的作用，防止突然的静电放电或是异常的电流、电压冲击。如美国专利第5,936,599号专利，其利用发光二极管组件反向并联，并配合电感、电容的设计，组装于电路上，虽可获交流点亮及高压特性，尽管利用电路组装的方式可以克服大功率电压损耗等问题，但是因为体积庞大，在应用上受到相当限制。

而以晶粒制造工艺来改善的方式，如美国专利第6,547,249号与台湾专利第574,759号专利，其利用晶粒制造工艺为矩阵结构，配合同向串联或并联组合，因此虽可设计为高压但还是为仅能正向直流点亮，无法直接运用交流电作为电源供应。另外，还提供反向击穿保护组件，使用外加并联一组功率旁路二极管，设计可使用许多组合包括发光二极管正负反接结构，但须建构于次粘着上再并联上主要发光二极管矩阵，作为反向保护功能。申请人(Lumileds)实际上所生产出发光二极管晶粒9，如图1B所示，其等效电路图请参阅图1C，利用发光二极管91并联两个反接的齐纳(Zener)二极管92、93，或是利用线路连接构成回路(见图1D)，此两个实施例的特性曲线图，分别见于图1E、1F。

另外如美国专利第6,635,902号专利，同样利用发光二极管晶粒制造工艺是矩阵结构，但是同向串联组合。此设计虽可耐高压，但缺点还是为正向直流点亮，反向不点亮，制作出的发光二极管组件，仍需要直流高压来驱动点亮。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种具有交流回路发光二极管晶粒结构，可直接运用交流电来作为电力供应，大幅提升发光二极管组件的运用。

因此，为达到上述目的，本发明所公开的具有交流回路发光二极管晶粒结构，其利用至少一组的交流微晶粒发光二极管形成于芯片(chip)上，交流微晶粒发光二极管利用晶粒制造工艺制作出两个微小的发光二极管反向正负并联，而可施加交流电，使发光二极管内微晶粒结构依正负半波驱动点亮，由于具有交流回路发光二极管正负电压都使用于发光皆具有顺向特性，可使发光二极管不仅可直接接收交流电(市电)使用，同时具备有耐高压及静电击穿保护的功能。

而应用上来说，具有交流回路发光二极管晶粒结构可设计为反转或非反转式，且可配合发出同波长或不同波长的光线的阵列形式，提高应用的广度。

附图说明

图1A为常见低压直流的发光二极管的特性曲线图；

图1B--1D为Lumileds公司的二极管结构示意图；

图1E-1F为图1C-1D的特性曲线图；

图2为常见低压直流的发光二极管使用例图；

图3为本发明具有交流回路发光二极管晶粒结构的示意图；

图4A为本发明具有交流回路发光二极管晶粒结构的等效电路图；

图4B为本发明具有交流回路发光二极管晶粒结构的电性特性曲线图；

图5为本发明具有交流回路发光二极管晶粒结构的制造工艺结构图；

图6为本发明具有交流回路发光二极管晶粒结构的制造工艺封装图；

图7为本发明具有交流回路发光二极管晶粒结构的覆晶结构图；

图8为本发明具有交流回路发光二极管晶粒结构的图4A等效电路图的变化例图；

图9A本发明具有交流回路发光二极管晶粒结构的另一实施例；

图9B本发明具有交流回路发光二极管晶粒结构的图9A的变化例图；

图10A、10B为本发明阵列式微晶粒发光二极管芯片驱动示意图；

图11为本发明阵列式微晶粒发光二极管芯片的等效电路图；

图12A-12F为本发明图5的制作流程示意图。

附图标记说明：

11—交流电12—转换器

21—第一微晶粒发光二极管22—第二微晶粒发光二极管

23—第三微晶粒发光二极管24—第四微晶粒发光二极管

25—第五微晶粒发光二极管26—第六微晶粒发光二极管

40—基板41—第一连接垫42—第二连接垫

50—交流微晶粒发光二极管模块51—第一微晶粒发光二极管

52—第二微晶粒发光二极管

60—基板62a、62b-P型发光层63a、63b-N型发光层

64—绝缘层65—导电架桥

66a、66b-P型连接垫67a、67b-N型连接垫

68—胶体69—次粘着71—导线72—凸块

9—发光二极管晶粒91—发光二极管92—齐纳二极管

93—齐纳二极管

具体实施方式

为对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，配合实施例详细说明如下。

根据本发明所公开的具有交流回路发光二极管晶粒结构，其主要设计可直接应用于交流电上的发光二极管芯片(chip)，包括至少一组的交流微晶粒发光二极管50，单一组交流微晶粒发光二极管50如图3所示，包括有第一微晶粒发光二极管51以及第二微晶粒发光二极管52，其主要的等效电路图如图4A所示，第一微晶粒发光二极管21与第二微晶粒发光二极管22反向正负并联，所以当施加交流电时，正波时，第一发光二微晶粒极体单元21驱动而点亮，而当负波时，第二微晶粒发光二极管22驱动点亮。所以，施加交流电时，会使第一微晶粒发光二极管21以及第二微晶粒发光二极管依正负半波驱动点亮。故，其电性曲线图请参阅图4B，不论是正向电压或是反向电压都可以是此一模块点亮驱动，因正负双向均为顺向导通发光特性，所以同时具有击穿保护电路的作用，而可以省去常见技术需要额外设计电路或相关申请美国第6,547,249号专利所述外加于次粘着使用功率旁路二极管组而造成成本增加。

制造工艺结构部分，请参阅图5，于基板(如Al2O3、GaAs、GaP、SiC)61上形成有两不相接的P型发光层62a、62b(例如为氮化铟镓(P-InGaN))，接着在其上分别形成N型发光层63a、63b(例如为氮化铟镓(N-InGaN))，并于P型发光层62a、62b上分别形成有P型连接垫67a、67b，而于N型发光层63a、63b上分别形成有N型连接垫66a、66b，且利用导电架桥65连接P型连接垫67a与N型连接垫66b，并利用绝缘层64防止其短路，最后再使另一导通P型连接垫67b与N型连接垫66a即可。

其主要制作的流程，请参阅图12A-12F，首先提供基板61，基板上61具有定义出来的P型发光层62a、62b与N型发光层63a、63b(见图12A)，接着利用蚀刻等方式，将N型发光层63a、63b去除掉一小部分而露出底下的P型发光层62a、62b(见图12B)，接着涂布一层绝缘层64(见图12C)，其可例如为氧化层，并于P型发光层62a、62b与N型发光层63a、63b上面蚀刻出后续连接垫的位置，并形成连接部(见图12D)，而可供分别形成P型连接垫67a、67b与N型连接垫66a、66b(见图12E)，最后利用导电架桥65连接P型连接垫67a与N型连接垫66b即可(见图12F)。

当然，也可以于上方再覆盖一层胶体68形成封装结构(见图6)，而形成在次粘着(submount)(板)69上，胶体68可例如为散热胶等，次粘着(板)69的表面更可以形成反射层来使光线向外反射。另外，也可以覆晶的方式，利用凸块72形成于次粘着69上，并利用导线71来连接P型连接垫67a与N型连接垫66b，同样也导通P型连接垫67b与N型连接垫66a(图中未示)，而可形成反向正负并联的回路，如图7所示。

另外，上述结构中，也可以在并联一个第三微晶粒发光二极管23，如图8所示，而形成一个不对称的结构。

请参阅图9A，另外一实施例中，将第一微晶粒发光二极管21串联第三微晶粒发光二极管23，而第二微晶粒发光二极管22串联一个第四微晶粒发光二极管24，也可以达到相同目的。或是如图8般变化，在并联第五微晶粒发光二极管25与第六微晶粒发光二极管26，请参阅图9B，同样形成不对称结构，但是，仍具备有相同的功能。且上述各实施例中，微晶粒发光二极管可具备单一波长，或是具有各种波长，而发出不同颜色的光(如R、G、B等)、混色等。

实际运用上，请参阅第10A、10B图，基板40上形成有第一连接垫41以及第二连接垫42，且耦接有多组交流微晶粒发光二极管模块50，每一组交流微晶粒发光二极管模块50包括有第一微晶粒发光二极管51以及第二微晶粒发光二极管52，其设置与图3相同，等效电路图请参阅图11，第一微晶粒发光二极管51与第二微晶粒发光二极管52单元反向正负并联，然后再依序串接在一起。当施加交流电而于正波时，每一交流微晶粒发光二极管模块50中的第一微晶粒发光二极管51会点亮(见第10A图)；而当负波时，交流微晶粒发光二极管模块50中的第二微晶粒发光二极管52会点亮(见第10B图)。且因为交流电的正负波变换频率相当高，人眼并无法分辨出其交错点亮的变化，而可视为持续点亮的状态。且交流电一般说来电压都相当高(110V或是220V等)，即便位于线路末端有一些压降，其降低幅度相对之下会显的相当少，不同于常见技术(电压仅数伏特)，一些变化就会严重影响末端线路的发光二极管的亮度，由于LED的反应速度较快可使用于50-60Hz或其它有正副半波对称(不同频率不同波形)的电源。

虽然本发明以前述的较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作一些更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种具有交流回路发光二极管晶粒模块，其特征在于，包括：

一第一微晶粒发光二极管，具有一第一边、一第一正极及一第一负极，该第一正极与该第一负极配置于该第一边的相对两端；以及

一第二微晶粒发光二极管，具有一第二边、一第二正极及一第二负极，该第二边相对应该第一边，该第二正极与该第一负极相对应并电性连接，而该第二负极与该第一正极相对应并电性连接，该第二微晶粒发光二极管与该第一微晶粒发光二极管设置于一矩形芯片上，而该第一边与该第二边分别与该矩形芯片的边线夹一锐角；

其中，施加一交流电至该第一正极与该第一负极，使该交流微晶粒发光二极管模块依正负半波驱动点亮。

2.如权利要求1所述的具有交流回路发光二极管晶粒模块，其特征在于，该两微晶粒发光二极管具有相同的波长。

3.如权利要求1所述的具有交流回路发光二极管晶粒模块，其特征在于，该两微晶粒发光二极管具有相异的波长。

4.如权利要求1所述的具有交流回路发光二极管晶粒模块，其特征在于，该交流微晶粒发光二极管模块还包括有另一微晶粒发光二极管与所述两微晶粒发光二极管并联。

5.一种具有交流回路发光二极管晶粒结构，其特征在于，包括多个交流微晶粒发光二极管模块、一第一连接垫及一第二连接垫设置于一矩形芯片上，该矩形芯片的表面区分有多个矩形区域，每一该矩形区域对应每一该交流微晶粒发光二极管模块，每一该交流微晶粒发光二极管模块包括有：

一第一微晶粒发光二极管，具有一第一边、一第一正极及一第一负极，该第一正极与该第一负极配置于该第一边的相对两端；以及

一第二微晶粒发光二极管，具有一第二边、一第二正极及一第二负极，该第二边相对应该第一边，该第二正极与该第一负极相对应并电性连接，而该第二负极与该第一正极相对应并电性连接，该第二微晶粒发光二极管与该第一微晶粒发光二极管设置于该矩形芯片上所对应的该矩形区域，而该第一边与该第二边分别与该矩形芯片的边线夹一锐角；

其中，各该交流微晶粒发光二极管模块以相邻且镜射方式设置，且镜射相邻的交流微晶粒发光二极管模块的第一正极彼此之间、第一负极彼此之间、第二正极彼此之间、第二负极彼此之间电性连接，该第一连接垫及该第二连接垫与各该交流微晶粒发光二极管模块电性连接，施加一交流电至该第一连接垫与该第二连接垫，使各该交流微晶粒发光二极管模块依正负半波驱动点亮。

6.如权利要求5所述的具有交流回路发光二极管晶粒结构，其特征在于，该多组交流微晶粒发光二极管模块相互串联。

7.如权利要求5所述的具有交流回路发光二极管晶粒结构，其特征在于，该多组交流微晶粒发光二极管模块相互并联。

8.如权利要求5所述的具有交流回路发光二极管晶粒结构，其特征在于，该多组交流微晶粒发光二极管模块相互混合并联以及串联。

9.如权利要求5所述的具有交流回路发光二极管晶粒结构，其特征在于，该两微晶粒发光二极管具有相同的波长。

10.如权利要求5所述的具有交流回路发光二极管晶粒结构，其特征在于，该两微晶粒发光二极管具有相异的波长。

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