DE112006002702B4 - Lichtemittierende Anordnung für Wechselstrom mit darin gebildeter Brückengleichrichschaltung und gruppierten lichtemittierenden Zellen - Google Patents
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Abstract
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Anordnung für Wechselstrom und insbesondere eine lichtemittierende Anordnung für Wechselstrom mit einer darin gebildeten Brückengleichrichtschaltung.
- Stand der Technik
- Wie in
1 gezeigt, umfasst eine herkömmliche lichtemittierende Anordnung für Wechselstrom einen ersten und einen zweiten lichtemittierenden Zellenblock1200a und1200b , die jeweils mehrere in Reihe geschaltete lichtemittierende Zellen auf einem Substrat1000 aufweisen. Der erste und der zweite lichtemittierende Zellenblock1200a und1200b sind in zwei Linien von beiden Elektroden1600a und1500b in verschiedenen Richtungen gruppiert, d. h. umgekehrt parallel geschaltet. Wie in2 gezeigt, umfasst eine andere herkömmliche lichtemittierende Anordnung für Wechselstrom eine Brückengleichrichtschaltung mit einem lichtemittierenden Zellenblock1200 und vier Dioden1400 . - Die in
1 gezeigte herkömmliche umgekehrt parallele lichtemittierende Anordnung umfasst keine Gleichrichtschaltung. Wenn eine Wechselspannung an die lichtemittierende Anordnung angelegt wird, werden der erste und der zweite lichtemittierende Zellenblock1200a und1200b abwechselnd ein- bzw. ausgeschaltet. Da in einer solchen herkömmlichen umgekehrt parallelen lichtemittierenden Anordnung immer nur einer des ersten und des zweiten lichtemittierenden Zellenblocks1200a und1200b eingeschaltet ist, besteht ein Problem dahingehend, dass die Leuchteffizienz pro Einheit Fläche gering ist. - Bei der in
2 gezeigten herkömmlichen lichtemittierenden Anordnung sind die Brückengleichrichtschaltung und die lichtemittierenden Zellenblöcke1200 so geschaltet, daß die Leuchteffizienz pro Einheit Fläche verbessert wird. Es wird jedoch bei einer solchen herkömmlichen lichtemittierenden Anordnung eine umgekehrte Spannung an die Dioden1400 der Brückengleichrichtschaltung angelegt. Wenn insbesondere eine übermäßige Spannung daran angelegt wird, besteht ein Problem dahingehend, daß die herkömmliche lichtemittierende Anordnung durch die übermäßige Spannung beschädigt und somit nicht betrieben wird. - Dokument
DE 101 03 422 A1 offenbart Lichtquellen auf Halbleiterbasis für höhere Spannungen und höhere Leistungen, für Gleichstrom und für Wechselstrom. Die Lichtquellen umfassen eine Mehrzahl LEDs, die bei Wechselstrom über eine Brückenschaltung miteinander verschaltet werden, um die Mehrzahl LEDs unmittelbar mit Wechselstrom zu betreiben. - Offenlegung
- Technisches Problem
- Die vorliegende Erfindung soll die obigen Probleme im Stand der Technik lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer lichtemittierenden Anordnung, die eine Brückengleichrichtschaltung aufweist, die die Betriebszuverlässigkeit und/oder die Luminanz effektiv verbessern kann, indem Größe und/oder Anzahl der in der Brückengleichrichtschaltung vorgesehenen Dioden gesteuert wird.
- Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer lichtemittierenden Anordnung, die eine Brückengleichrichtschaltung aufweist, die die Betriebszuverlässigkeit und/oder die Luminanz verbessern kann, indem die Größe von Dioden eingestellt und die Anzahl der Dioden unter der eingestellten Größe gesteuert wird.
- Technische Lösung
- Eine lichtemittierende Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen lichtemittierenden Zellenblock mit mehreren lichtemittierenden Zellen; und eine mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des lichtemittierenden Zellenblocks verbundene Brückengleichrichtschaltung, wobei die Brückengleichrichtschaltung mehrere Dioden zwischen Knoten enthält.
- Die Anzahl der mehreren Dioden beträgt 100 bis 200% der der lichtemittierenden Zellen in dem lichtemittierenden Zellenblock und bevorzugt 100 bis 130% davon.
- Die Größe jeder Diode beträgt vorzugsweise 80% oder weniger der der lichtemittierenden Zelle.
- Der lichtemittierende Zellenblock und die Brückengleichrichtschaltung werden vorzugsweise auf demselben Substrat gebildet.
- Zu den mehreren Dioden gehört vorzugsweise mindestens eine Leuchtdiode.
- Die in der Brückengleichrichtschaltung enthaltenen mehreren Dioden werden vorzugsweise so gruppiert, dass sie den lichtemittierenden Zellenblock umgeben. Bevorzugt werden mindestens zwei Elektroden, die jeden der Knoten darstellen, innerhalb der Gruppe der mehreren Dioden positioniert.
- Vorzugsweise ist die gesamte Form der lichtemittierenden Anordnung ein Viereck.
- Vorteilhafte Effekte
- Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei der Herstellung einer lichtemittierenden Anordnung für Wechselstrom die Betriebszuverlässigkeit und die Luminanz der lichtemittierenden Anordnung für Wechselstrom durch Steuern von Größe und Anzahl der in einer Brückengleichrichtschaltung vorgesehenen Dioden verbessert werden. Luminanz und Zuverlässigkeit der lichtemittierenden Anordnung können ferner durch Einstellen der Größe von Dioden auf weniger als eine bestimmte Größe und Steuern der Anzahl der Dioden stark verbessert werden.
- Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Konzeptansicht einer herkömmlichen umgekehrt parallelen lichtemittierenden Anordnung. -
2 ist eine Konzeptansicht einer herkömmlichen lichtemittierenden Anordnung mit einer darin gebildeten Brückengleichrichtschaltung. -
3 ist eine Draufsicht einer lichtemittierenden Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. -
4 ist ein Ersatzschaltbild der lichtemittierenden Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. -
5 bis7 sind Ansichten eines Verfahrens zum Herstellen der lichtemittierenden Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. - Erläuterung von Bezugszahlen für in den Zeichnungen gezeigte Hauptteile
- Bezugszeichenliste
-
- 100
- Substrat
- 120
- Brückengleichrichtschaltung
- 121
- Diode
- 140
- Lichtemittierender Zellenblock
- 141
- Lichtemittierende Zelle
- 160
- Elektrode
- 200
- n-Halbleiterschicht
- 220
- Aktive Schicht
- 240
- p-Halbleiterschicht
- 260
- Leitung
- Beste Art
- Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- In allen Zeichnungen werden gleiche Elemente durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet.
-
3 ist eine Draufsicht einer lichtemittierenden Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung und4 ist ein Ersatzschaltbild von3 . - Wie in
3 gezeigt, umfasst die lichtemittierende Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Substrat100 , einen lichtemittierenden Zellenblock140 , eine Brückengleichrichtschaltung120 und Leitungen260 . Der lichtemittierende Zellenblock140 ist auf dem Substrat100 vorgesehen und umfasst mehrere in Reihe geschaltete lichtemittierende Zellen141 . Die Brückengleichrichtschaltung120 ist auf dem Substrat100 vorgesehen und umfasst mehrere Dioden121 , die einen Umgebungsteil des lichtemittierenden Zellenblocks140 umgeben. Der lichtemittierende Zellenblock140 und die Brückengleichrichtschaltung120 sind durch die Leitungen260 verbunden. Zu diesem Zeitpunkt kann die lichtemittierende Anordnung ferner Elektroden160 umfassen, um externen Strom an die Brückengleichrichtschaltung120 anzulegen und einen durch die Brückengleichrichtschaltung120 zu Gleichstrom gleichgerichteten normalen Anwendungsstrom an den lichtemittierenden Zellenblock140 anzulegen. - Der lichtemittierende Zellenblock
140 umfasst mehrere lichtemittierende Zellen141 als hauptsächliche lichtemittierende Quelle zum Emittieren von Licht, wenn externer Strom daran angelegt wird. Vorzugsweise wird der lichtemittierende Zellenblock140 in einer ungefähr zentralen Region des Substrats100 gebildet, um die Luminanz der lichtemittierenden Anordnung zu vergrößern. Ferner betragen Breite und Länge jeder lichtemittierenden Zelle141 etwa 50 bis 500 μm. - Die mehreren Dioden
121 bilden eine Brückengleichrichtschaltung120 zum Gleichrichten von Wechselstrom, der von außerhalb angelegt wird, um über eine Normalanwendungs-Sinuswelle zu verfügen. Als die mehreren Dioden121 können Leuchtdioden und auch allgemeine Dioden verwendet werden. - Die mehreren Dioden
121 sind zwischen jeweiligen Knoten der Brückengleichrichtschaltung120 vorgesehen. Das heißt, die Brückengleichrichtschaltung120 umfasst einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Diodenblock120a ,120b ,120c und120d , die jeweils ein Satz der Dioden121 sind. Zu diesem Zeitpunkt hat die Brückengleichrichtschaltung120 , da sie Lichtemission von zwei der vier Diodenblöcke erlaubt, weniger Einfluß auf die Luminanz der gesamten lichtemittierenden Anordnung als der lichtemittierende Zellenblock140 . Die Größe jeder Diode121 wird folglich auf 80% oder weniger der der lichtemittierenden Zelle141 eingestellt, so dass eine große Anzahl der lichtemittierenden Zellen141 auf dem Substrat100 gebildet werden kann, dessen Größe begrenzt ist, und die Vergrößerung der Anzahl der lichtemittierenden Zellen141 verbessert die Luminanz der gesamten lichtemittierenden Anordnung. Da die Brückengleichrichtschaltung120 eine geringere Lichtmenge als der lichtemittierende Zellenblock140 aufweist, aber immer Licht von zwei der vier Diodenblöcke emittiert, kann ferner die Luminanz der lichtemittierenden Anordnung verbessert werden. - Wenn die Anzahl der Dioden
121 größer als die der lichtemittierenden Zellen141 ist, wie zum Beispiel ungefähr 100 bis 130% oder so ähnlich der Anzahl der lichtemittierenden Zellen141 , kann der Durchbruch der Diode121 effektiv verhindert werden, wenn eine umgekehrte Vorspannung an die lichtemittierende Anordnung angelegt wird. Da der Einfluß auf die gesamte Lichtemissionseffizienz relativ klein ist, kann gleichzeitig, obwohl die Größe jeder Diode121 relativ klein gehalten wird, die richtige Lichtemissionseffizienz der lichtemittierenden Anordnung aufrechterhalten werden. Wenn jedoch die Anzahl der Dioden121 zuviel größer als die der lichtemittierenden Zellen141 ist, kann die Lichtemissionseffizienz der lichtemittierenden Anordnung reduziert werden, und der Stromverbrauch kann durch übermäßige Zunahme der Ansteuerspannung für die lichtemittierende Zelle vergrößert werden. Somit wird bevorzugt, dass die Anzahl der Dioden121 nicht 200% der der lichtemittierenden Zellen141 übersteigt. - Die Leitungen
260 , die zum Verbinden der lichtemittierenden Zellen141 und der Dioden121 dienen, werden im allgemeinen aus Al oder Au gebildet. Zu diesem Zeitpunkt können die Leitungen260 durch einen Brückenprozeß, einen Stufenabdeckungsprozeß, einen allgemeinen Drahtbondprozeß oder dergleichen gebildet werden. - Im Folgenden wird die Funktionsweise der so konfigurierten lichtemittierenden Anordnung mit Bezug auf
3 und4 , einem Ersatzschaltbild für3 , besprochen. - Wenn in der lichtemittierenden Anordnung, die die Brückengleichrichtschaltung
120 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, externer Wechselstrom an die erste und dritte Elektrode160a und160c unter den vier Elektroden160 angelegt wird, befinden sich der zweite und der dritte Diodenblock120b und120c in einem eingeschalteten Zustand und der erste und der vierte Diodenblock120a und120d in einem ausgeschalteten Zustand, wenn eine Spannung in Durchlaßrichtung angelegt wird. Da der erste Diodenblock120a mit Bezug auf einen an die erste Elektrode160a angelegten Strom in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird, fließt der Strom nicht durch den ersten Diodenblock, sonder fließt durch den zweiten Diodenblock120b . Da der vierte Diodenblock120d mit Bezug auf einen durch den zweiten Diodenblock120b fließenden Strom in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird, fließt der Strom ferner durch den lichtemittierenden Zellenblock140 . Danach fließt der an den lichtemittierenden Zellenblock140 angelegte Strom heraus zu dem dritten Diodenblock120c . - Wenn die an die erste und dritte Elektrode
160a und160c angelegte Spannung eine umgekehrte Spannung ist, befinden sich der erste und der vierte Diodenblock120a und120d in einem eingeschalteten Zustand und der zweite und der dritte Diodenblock120b und120c befinden sich in einem ausgeschalteten Zustand. Somit fließt der angelegte Strom nicht durch den dritten Diodenblock120c , sondern fließt durch den vierten Diodenblock120d . Da der zweite Diodenblock120b mit Bezug auf den durch den vierten Diodenblock120d fließenden Strom in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird, fließt der Strom durch die zweite Elektrode160b und durch den lichtemittierenden Zellenblock140 . Danach fließt der Strom heraus zu dem ersten Diodenblock120a . - Das heißt, der erste und der dritte Diodenblock
120b und120c sind eingeschaltet, um zu verhindern, dass eine umgekehrte Spannung durch diese fließt, wenn eine Spannung in Durchlaßrichtung angelegt wird, während der erste und der vierte Diodenblock120a und120d eingeschaltet sind, um eine umgekehrte Spannung in eine Spannung in Durchlaßrichtung umzusetzen, wenn die umgekehrte Spannung angelegt wird. Folglich wird die extern angelegte Wechselspannung vollwellengleichgerichtet. - Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Anordnung mit der oben erwähnten Struktur mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- Ein Verfahren zur Herstellung der oben erwähnten lichtemittierenden Anordnung wird nachfolgend mit Bezug auf
5 bis7 besprochen. Als erstes wird eine (nicht gezeigte) undotierte GaN-Schicht als Pufferschicht auf dem Substrat100 gebildet. Eine n-Halbleiterschicht200 , eine aktive Schicht120 und eine p-Halbleiterschicht240 werden sequentiell auf der Pufferschicht (5 ) kristallgewachsen. Zu diesem Zeitpunkt kann ferner auf der p-Halbleiterschicht240 eine (nicht gezeigte) transparente Elektrodenschicht gebildet werden. Die jeweiligen Schichten werden durch verschiedene Ablagerungsverfahren zum Ablagern der oben erwähnten Materialien gebildet. - Danach werden die jeweiligen Zellen durch Ausführen eines Fotoätzprozesses unter Verwendung einer Maske dergestalt, dass das Substrat
100 freigelegt wird, (6 ), elektrisch voneinander isoliert. Das heißt, das Substrat100 wird durch Entfernen von Teilen der p-Halbleiterschicht240 , der aktiven Schicht220 und der n-Halbleiterschicht200 durch einen Ätzprozeß unter Verwendung der Maske als Ätzmaske freigelegt. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Maske aus Fotoresist und die lichtemittierenden Zellen141 , die jeweils die Breite und Länge von 50 bis 500 μm aufweisen, werden in der zentralen Region des Substrats100 gebildet. Zusätzlich werden die die lichtemittierenden Zellen141 umgebenden Dioden121 in der Form eines Quadrats oder Rechtecks gebildet, wobei die Größe jeder Diode121 80% oder weniger der der lichtemittierenden Zelle141 beträgt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Dioden121 so gebildet, dass ihre Anzahl größer als die der lichtemittierenden Zellen141 ist, und zwar vorzugsweise 100 bis 200% der der lichtemittierenden Zellen141 beträgt. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Dioden so gebildet werden, dass ihre Anzahl angesichts der Luminanz einer lichtemittierenden Einrichtung im Vergleich zu Verlusten120 bis 130% der der lichtemittierenden Zellen141 beträgt. - In der Zwischenzeit kann ein Naß- oder Trockenätzprozeß als der Ätzprozeß ausgeführt werden. Vorzugsweise wird bei dieser Ausführungsform eine plasmaunterstützte Trockenätzung ausgeführt.
- Nach dem Ausführen des Prozesses werden die p-Halbleiterschicht
240 und die aktive Schicht220 so geätzt, dass die n-Halbleiterschicht200 für jede lichtemittierende Zelle freigelegt wird. Obwohl der Ätzprozeß wie oben beschrieben unter Verwendung einer einzigen Maske ausgeführt werden kann, können Ätzprozesse auch unter Verwendung von untereinander unterschiedlichen Masken ausgeführt werden. Das heißt, ein erster Ätzprozeß des Freilegens des Substrats100 kann unter Verwendung einer ersten Maske ausgeführt werden, und dann kann ein zweiter Ätzprozeß des Freilegens vorbestimmter Regionen der p-Halbleiterschicht240 und der aktiven Schicht220 unter Verwendung einer zweiten Maske ausgeführt werden, um so die n-Halbleiterschicht200 freizulegen. - Nach dem Entfernen der Maske werden auf der freigelegten n-Halbleiterschicht
200 (nicht gezeigte) n-Elektroden gebildet und auf der p-Halbleiterschicht240 (nicht gezeigte) p-Elektroden gebildet. - Danach wird die in
3 gezeigte lichtemittierende Anordnung durch Verbinden der n-Elektroden an der n-Halbleiterschicht200 mit den p-Elektroden der angrenzenden p-Halbleiterschicht240 durch Leitungen260 unter Verwendung eines vorbestimmten Brücken- oder Stufenabdeckungsprozesses oder dergleichen (7 ) fertiggestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird, falls transparente Elektroden als die p-Elektroden auf der p-Halbleiterschicht240 gebildet werden, die p-Halbleiterschicht240 durch Ätzen eines Teil der transparenten Elektrode durch einen Fotoprozeß freigelegt, und es kann eine (nicht gezeigte) p-Bondkontaktstelle gebildet werden. - Art für Erfindung
- Obwohl oben dargestellt wurde, dass die lichtemittierenden Zellen
141 und die Dioden121 auf demselben Substrat100 gebildet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weise modifiziert werden. Zum Beispiel kann eine lichtemittierende Anordnung durch Anbringung von separat hergestellten Einheitselementen an einem Substrat hergestellt werden. Obwohl in der lichtemittierenden Anordnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die lichtemittierenden Zellen141 und die Dioden121 auf einem viereckigen Substrat gebildet werden und die gesamte Form der lichtemittierenden Anordnung ein Viereck ist, ist die vorliegende Erfindung ferner nicht darauf beschränkt, sondern kann ein Rhombus sein. Die lichtemittierende Anordnung kann jedoch gemäß der Verwendung von lichtemittierenden Anordnungen und der Zweckmäßigkeit der Herstellung in verschiedenen Formen hergestellt werden.
Claims (8)
- Lichtemittierende Anordnung, umfassend: einen lichtemittierenden Zellenblock (
140 ) mit mehreren lichtemittierenden Zellen (141 ); und eine mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des lichtemittierenden Zellenblocks (140 ) verbundene Brückengleichrichtschaltung (120 ), wobei die Brückengleichrichtschaltung (120 ) mehrere Dioden (121 ) zwischen Knoten enthält, wobei die Anzahl der mehreren Dioden100 bis 200% der lichtemittierenden Zellen (141 ) in dem lichtemittierenden Zellenblock (140 ) beträgt. - Lichtemittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der mehreren Dioden (
121 ) 100 bis 130% der lichtemittierenden Zellen (141 ) in dem lichtemittierenden Zellenblock (140 ) beträgt. - Lichtemittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Größe jeder Diode (
121 ) 80% oder weniger der lichtemittierenden Zelle (141 ) beträgt. - Lichtemittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei der lichtemittierende Zellenblock (
140 ) und die Brückengleichrichtschaltung (120 ) auf demselben Substrat (100 ) gebildet werden. - Lichtemittierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zu den mehreren Dioden (
121 ) mindestens eine Leuchtdiode gehört. - Lichtemittierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die in der Brückengleichrichtschaltung (
120 ) enthaltenen mehreren Dioden (121 ) so gruppiert werden, dass sie den lichtemittierenden Zellenblock (140 ) umgeben. - Lichtemittierende Anordnung nach Anspruch 6, wobei mindestens zwei Elektroden (
160 ), die jeden der Knoten bilden, innerhalb der Gruppe der mehreren Dioden (121 ) positioniert sind. - Lichtemittierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die gesamte Form der lichtemittierenden Anordnung ein Viereck ist.
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