DE112006002702T5 - Lichtemittierende Anordnung mit gruppierten lichtemittierenden Zellen - Google Patents

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Abstract

Lichtemittierende Anordnung, umfassend:
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.

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 Zellenblock 1200a und 1200b, die jeweils mehrere in Reihe geschaltete lichtemittierende Zellen auf einem Substrat 1000 aufweisen. Der erste und der zweite lichtemittierende Zellenblock 1200a und 1200b sind in zwei Linien von beiden Elektroden 1600a und 1600b in verschiedenen Richtungen gruppiert, d. h. umgekehrt parallel geschaltet. Wie in 2 gezeigt, umfasst eine andere herkömmliche lichtemittierende Anordnung für Wechselstrom eine Brückengleichrichtschaltung mit einem lichtemittierenden Zellenblock 1200 und vier Dioden 1400.
  • 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 Zellenblock 1200a und 1200b abwechselnd ein- bzw. ausgeschaltet. Da in einer solchen herkömmlichen umgekehrt parallelen lichtemittierenden Anordnung immer nur einer des ersten und des zweiten lichtemittierenden Zellenblocks 1200a und 1200b 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 Zellenblöcke 1200 so geschaltet, dass die Leuchteffizienz pro Einheit Fläche verbessert wird. Es wird jedoch bei einer solchen herkömmlichen lichtemittierenden Anordnung eine umgekehrte Spannung an die Dioden 1400 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.
  • 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 vorzugsweise 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 bis 7 sind Ansichten eines Verfahrens zum Herstellen der lichtemittierenden Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 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.
  • Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachfolgend offengelegte Ausführungsform beschränkt, sondern kann in anderen Formen implementiert werden. Die vorliegende Ausführungsform wird lediglich für Anschauungszwecke und für ein vollständiges Verständnis des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung für Fachleute angegeben. In allen Zeichnungen werden gleiche Elemente durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet.
  • 3 ist eine Draufsicht einer lichtemittierenden Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung und 4 ist ein Ersatzschaltbild von 3.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst die lichtemittierende Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Substrat 100, einen lichtemittierenden Zellenblock 140, eine Brückengleichrichtschaltung 120 und Leitungen 260. Der lichtemittierende Zellenblock 140 ist auf dem Substrat 100 vorgesehen, und umfasst mehrere in Reihe geschaltete lichtemittierende Zellen 141. Die Brückengleichrichtschaltung 120 ist auf dem Substrat 100 vorgesehen und umfasst mehrere Dioden 121, die einen Umgebungsteil des lichtemittierenden Zellenblocks 140 umgeben. Der lichtemittierende Zellenblock 140 und die Brückengleichrichtschaltung 120 sind durch die Leitungen 260 verbunden. Zu diesem Zeitpunkt kann die lichtemittierende Anordnung ferner Elektroden 160 umfassen, um externen Strom an die Brückengleichrichtschaltung 120 anzulegen und einen durch die Brückengleichrichtschaltung 120 zu Gleichstrom gleichgerichteten normalen Anwendungsstrom an den lichtemittierenden Zellenblock 140 anzulegen.
  • Der lichtemittierende Zellenblock 140 umfasst mehrere lichtemittierende Zellen 141 als hauptsächliche lichtemittierende Quelle zum Emittieren von Licht, wenn externer Strom daran angelegt wird. Vorzugsweise wird der lichtemittierende Zellenblock 140 in einer ungefähr zentralen Region des Substrats 100 gebildet, um die Luminanz der lichtemittierenden Anordnung zu vergrößern. Ferner betragen Breite und Länge jeder lichtemittierenden Zelle 141 etwa 50 bis 500 μm.
  • Die mehreren Dioden 121 bilden eine Brückengleichrichtschaltung 120 zum Gleichrichten von Wechselstrom, der von außerhalb angelegt wird, um über eine Normalanwendungs-Sinuswelle zu verfügen. Als die mehreren Dioden 121 können Leuchtdioden und auch allgemeine Dioden verwendet werden.
  • Die mehreren Dioden 121 sind zwischen jeweiligen Knoten der Brückengleichrichtschaltung 120 vorgesehen. Das heißt, die Brückengleichrichtschaltung 120 umfasst einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Diodenblock 120a, 120b, 120c und 120d, die jeweils ein Satz der Dioden 121 sind. Zu diesem Zeitpunkt hat die Brückengleichrichtschaltung 120, da sie Lichtemission von zwei der vier Diodenblöcke erlaubt, weniger Einfluß auf die Luminanz der gesamten lichtemittierenden Anordnung als der lichtemittierende Zellenblock 140. Die Größe jeder Diode 121 wird folglich auf 80% oder weniger der der lichtemittierenden Zelle 141 eingestellt, so dass eine große Anzahl der lichtemittierenden Zellen 141 auf dem Substrat 100 gebildet werden kann, dessen Größe begrenzt ist, und die Vergrößerung der Anzahl der lichtemittierenden Zellen 141 verbessert die Luminanz der gesamten lichtemittierenden Anordnung. Da die Brückengleichrichtschaltung 120 eine geringere Lichtmenge als der lichtemittierende Zellenblock 140 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 Zellen 141 ist, wie zum Beispiel ungefähr 100 bis 130% oder so ähnlich der Anzahl der lichtemittierenden Zellen 141, kann der Durchbruch der Diode 121 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 Diode 121 relativ klein gehalten wird, die richtige Lichtemissionseffizienz der lichtemittierenden Anordnung aufrechterhalten werden. Wenn jedoch die Anzahl der Dioden 121 zuviel größer als die der lichtemittierenden Zellen 141 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 Dioden 121 nicht 200% der der lichtemittierenden Zellen 141 übersteigt.
  • Die Leitungen 260, die zum Verbinden der lichtemittierenden Zellen 141 und der Dioden 121 dienen, werden im allgemeinen aus Al oder Au gebildet. Zu diesem Zeitpunkt können die Leitungen 260 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 und 4, einem Ersatzschaltbild für 3, besprochen.
  • Wenn in der lichtemittierenden Anordnung, die die Brückengleichrichtschaltung 120 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, externer Wechselstrom an die erste und dritte Elektrode 160a und 160c unter den vier Elektroden 160 angelegt wird, befinden sich der zweite und der dritte Diodenblock 120b und 120c in einem eingeschalteten Zustand und der erste und der vierte Diodenblock 120a und 120d in einem ausgeschalteten Zustand, wenn eine Spannung in Durchlaßrichtung angelegt wird. Da der erste Diodenblock 120a mit Bezug auf einen an die erste Elektrode 160a angelegten Strom in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird, fließt der Strom nicht durch den ersten Diodenblock, sonder fließt durch den zweiten Diodenblock 120b. Da der vierte Diodenblock 120d mit Bezug auf einen durch den zweiten Diodenblock 120b fließenden Strom in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird, fließt der Strom ferner durch den lichtemittierenden Zellenblock 140. Danach fließt der an den lichtemittierenden Zellenblock 140 angelegte Strom heraus zu dem dritten Diodenblock 120c.
  • Wenn die an die erste und dritte Elektrode 160a und 160c angelegte Spannung eine umgekehrte Spannung ist, befinden sich der erste und der vierte Diodenblock 120a und 120d in einem eingeschalteten Zustand und der zweite und der dritte Diodenblock 120b und 120c befinden sich in einem ausgeschalteten Zustand. Somit fließt der angelegte Strom nicht durch den dritten Diodenblock 120c, sondern fließt durch den vierten Diodenblock 120d. Da der zweite Diodenblock 120b mit Bezug auf den durch den vierten Diodenblock 120d fließenden Strom in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird, fließt der Strom durch die zweite Elektrode 160b und durch den lichtemittierenden Zellenblock 140. Danach fließt der Strom heraus zu dem ersten Diodenblock 120a.
  • Das heißt, der erste und der dritte Diodenblock 120b und 120c 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 Diodenblock 120a und 120d 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 bis 7 besprochen. Als erstes wird eine (nicht gezeigte) undotierte GaN-Schicht als Pufferschicht auf dem Substrat 100 gebildet. Eine n-Halbleiterschicht 200, eine aktive Schicht 120 und eine p-Halbleiterschicht 240 werden sequentiell auf der Pufferschicht (5) kristallgewachsen. Zu diesem Zeitpunkt kann ferner auf der p-Halbleiterschicht 240 eine (nicht gezeigte) transparente Elektrodenschicht gebildet werden. Die jeweiligen Schichten werden durch verschiedene Ablagerungs verfahren 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 Substrat 100 wird durch Entfernen von Teilen der p-Halbleiterschicht 240, der aktiven Schicht 220 und der n-Halbleiterschicht 200 durch einen Ätzprozeß unter Verwendung der Maske als Ätzmaske freigelegt. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Maske aus Fotoresist und die lichtemittierenden Zellen 141, die jeweils die Breite und Länge von 50 bis 500 μm aufweisen, werden in der zentralen Region des Substrats 100 gebildet. Zusätzlich werden die die lichtemittierenden Zellen 141 umgebenden Dioden 121 in der Form eines Quadrats oder Rechtecks gebildet, wobei die Größe jeder Diode 121 80% oder weniger der der lichtemittierenden Zelle 141 beträgt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Dioden 121 so gebildet, dass ihre Anzahl größer als die der lichtemittierenden Zellen 141 ist, und zwar vorzugsweise 100 bis 200% der der lichtemittierenden Zellen 141 beträgt. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Dioden so gebildet werden, dass ihre Anzahl angesichts der Luminanz einer lichtemittierenden Einrichtung im Vergleich zu Verlusten 120 bis 130% der der lichtemittierenden Zellen 141 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 Schicht 220 so geätzt, dass die n-Halbleiterschicht 200 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 Substrats 100 kann unter Verwendung einer ersten Maske ausgeführt werden, und dann kann ein zweiter Ätzprozeß des Freilegens vorbestimmter Regionen der p-Halbleiterschicht 240 und der aktiven Schicht 220 unter Verwendung einer zweiten Maske ausgeführt werden, um so die n-Halbleiterschicht 200 freizulegen.
  • Nach dem Entfernen der Maske werden auf der freigelegten n-Halbleiterschicht 200 (nicht gezeigte) n-Elektroden gebildet und auf der p-Halbleiterschicht 240 (nicht gezeigte) p-Elektroden gebildet.
  • Danach wird die in 3 gezeigte lichtemittierende Anordnung durch Verbinden der n-Elektroden an der n-Halbleiterschicht 200 mit den p-Elektroden der angrenzenden p-Halbleiterschicht 240 durch Leitungen 260 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-Halbleiterschicht 240 gebildet werden, die p-Halbleiterschicht 240 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 Dioden 121 auf demselben Substrat 100 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 Zellen 141 und die Dioden 121 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 licht emittierende Anordnung kann jedoch gemäß der Verwendung von lichtemittierenden Anordnungen und der Zweckmäßigkeit der Herstellung in verschiedenen Formen hergestellt werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das Recht der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern wird durch die Ansprüche definiert. Ferner ist für Fachleute erkennbar, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, die in den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung fallen.
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Anordnung. Die 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. Bei der Herstellung einer lichtemittierenden Anordnung für Wechselstrom mit einer darin eingebauten Brückengleichrichtschaltung kann die vorliegende Erfindung eine lichtemittierende Anordnung schaffen, die die Zuverlässigkeit und Luminanz der lichtemittierenden Anordnung verbessern kann, indem die Größe von Dioden der Brückengleichrichtschaltung auf eine bestimmte Größe eingestellt und ihre Anzahl gesteuert wird.

Claims (9)

  1. Lichtemittierende Anordnung, umfassend: 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.
  2. Lichtemittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der mehreren Dioden 100 bis 200% der der lichtemittierenden Zellen in dem lichtemittierenden Zellenblock beträgt.
  3. Lichtemittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der mehreren Dioden 100 bis 130% der der lichtemittierenden Zellen in dem lichtemittierenden Zellenblock beträgt.
  4. Lichtemittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Größe jeder Diode 80% oder weniger der der lichtemittierenden Zelle beträgt.
  5. Lichtemittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei der lichtemittierende Zellenblock und die Brückengleichrichtschaltung auf demselben Substrat gebildet werden.
  6. Lichtemittierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zu den mehreren Dioden mindestens eine Leuchtdiode gehört.
  7. Lichtemittierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die in der Brückengleichrichtschaltung enthaltenen mehreren Dioden so gruppiert werden, dass sie den lichtemittierenden Zellenblock umgeben.
  8. Lichtemittierende Anordnung nach Anspruch 7, wobei mindestens zwei Elektroden, die jeden der Knoten bilden, innerhalb der Gruppe der mehreren Dioden positioniert sind.
  9. Lichtemittierende Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die gesamte Form der lichtemittierenden Anordnung ein Viereck ist.
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