200952202 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光二極體裝置’特別是有關 於一種具保護電路之發光二極體裝置。 【先前技術】 • 目前，交流發光二極體（AC-LED)係採用微晶粒製程 ❹ 技術製作，其係具有一雙向I-V曲線，順向偏壓與逆向偏 壓皆處於發光型態，起始點亮電壓約在100V，市電110V 交流峰值電壓約在158V，此時電流約在2.5mA，藍光晶 粒因此可在交流有效區間操作，因正反向偏壓為導通特 性，也就沒有藍光晶粒常見的靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD)逆向擊穿問題。 因此AC-LED可以用很簡單的線路被驅動在交流市電 AC 110V的環境底下，甚至不需外加任何電阻等消耗性元 件。但因V-I相位相同較屬電阻性元功率消耗，其他應用方 式也可以透過控制導通時間的方式控制led的亮度，故可 使用較高頻率的交流（AC)電源來控制交流發光二極體達到 南免度或應用效率改變。但因發光二極體係由交流（Ac)驅 動’故於驅動期間易有瞬間高電壓（突波）所產生之瞬間大電 流，進而傷害交流發光二極體，造成損壞或壽命縮短。
電壓的產生。因交流發光二極體係為一電壓驅動之發光二 R-C電路以保護過 5 200952202 極體’故可利用R_C電路保護過電壓產生，惟^ 計複雜，不僅增加封裝製程之困難度，亦電路执 裝之成本增加。 ㈣ 再者’另-習知係於封裝製程中，將至少一 納一極體（Zener diodes)反向並聯於發光二極體 齊 極體係為電流驅動，此反向並聯之 光二 免過電流損壞發光二極體之功能，惟其二-; ❹ 流之保遵而無法適用於瞬間大電壓之保護，且Μ型齊電 極體僅保護電流崩潰之部分，故此法對於可雙 之: 流發光二極體（AC-LED)無法達到保護之仙。、作之交 有鑑於習知技藝之各項問題，為 之種t發明人基於多年研究開發與諸多實:經驗，提： == 之據發光二極體裝置，以作為改善上述缺點 【發明内容】 ❹ 路之純供_·保護電 解決過電壓保護困難之問題。 很據本發明之目的，裎 一 ψ , 扣出一種具保護電路之發光二 體裝置’此保護電路包含至少 及一電>1源。上述之發光極體、—保護電3 極體麵—交流發光二極f 此二極體係含至少-具雙向特性之二極體， w特性之n-P-n型齊納二極體或一 具雙向特性之p_n_p型存細_ 體並聯，上述㈣極體。保護電路係與發光二相 上这電壓源係與保護電路之發光二極體搞接，赶 200952202 電壓源係提供-工作電壓予發光二極體及保護電路。上述 具雙向特性之二極體及發光二極體兩者之Ι-ν曲線均為一 雙向對稱之;[-V曲線，兩者之曲線係可相交，此相交處 係定義為一極限電壓值。根據歐姆定律，當電阻為一定值 時’電壓及電流係呈正比且因電阻值之大小而為二定值， 故當工作電壓大於極限電屋值時，則保護電路之電阻小於 .發光二極體之電阻，則流經保護電路之電流係大於流經發 ❺光二極體之電流，反之，工作電壓小於上述之極限電壓值 時，保護電路之電阻大於發光二極體之電阻，則流經該發 光二極體之電流係大於流經保護電路之電流。藉由上述， 多餘之電流係流向保護電路而不流向發光二極體，如此即 可達到保護發光二極體之功效。 本發明更提出一種具保護電路之發光二極體裝置，此 保護電路包含至少一交流發光二極體、一保護電路及一電 壓源。保護電路係係包含一半導體基板，此半導體基板係 包含一 p型摻雜區、一第一 η型摻雜區及一第二n型摻雜 區’ Ρ型摻雜區係設置於第一η型摻雜區及第二η型摻雜 區之間，電壓源係與保護電路及交流發光二極體電性耦 接’電壓源係提供一工作電壓予交流發光二極體及保護電 路’其中’交流發光二極體係分別與第一 η型摻雜區及第 二η型摻雜區電性連接。上述半導體基板及交流發光二極 體均有一雙向對稱之Ιν曲線，且兩者〗_ν曲線係相交，並 定義此相交處為一極限電壓值◊當工作電壓大於極限電壓 值時’則保護電路之電阻小於交流發光二極體之電阻，則 流經保護電路之電流係大於流經交流發光二極體之電流， 200952202 反之，工作電壓小於上述之極限電壓值時，保護電路之電 阻大於交流發光二極體之電阻，則流經交流發光二極體之 電流係大於流經保護電路之電流。 根據本發明之另一目的，再提出一種具保護電路之發 光二極體裝置，此保護電路包含至少一交流發光二極體、 一保護電路及一電壓源。保護電路係包含一半導體基板， 此半導體基板係包含一 η型摻雜區、一第一 p型摻雜區及 一第二Ρ型摻雜區，η型摻雜區係設置於第一ρ型摻雜區 ® 及第二ρ型摻雜區之間，電壓源係與保護電路及交流發光 二極體電性耦接，電壓源係提供一工作電壓予交流發光二 極體及保護電路，其中，交流發光二極體係分別與第一 Ρ 型摻雜區及第二Ρ型摻雜區電性連接。上述半導體基板及 交流發光二極體均有一雙向對稱之I-V曲線，且兩者I-V曲 線係相交，並定義此相交處為一極限電壓值。當工作電壓 大於極限電壓值時，則保護電路之電阻小於交流發光二極 體之電阻，則流經保護電路之電流係大於流經交流發光二 ❹ 極體之電流，反之，工作電壓小於上述之極限電壓值時， 保護電路之電阻大於交流發光二極體之電阻，則流經交流 發光二極體之電流係大於流經保護電路之電流。 综上所述，本發明係提出一種具保護電路之發光二 極體裝置，其特徵在於利用一保護電路與至少一交流發 光二極體並聯，藉由兩者之I-V曲線以定義一極限電壓 值，當工作電壓大於上述之極限電壓值時，則流經保護 電路之電流遠大於流經交流發光二極體之電流，反之， 工作電壓小於上述之極限電壓值時，則流經交流發光二 200952202 極體之電流遠大於流經保護電路之電流。 茲為使貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到 之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例 及配合詳細之說明如後。 【實施方式】 - 以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之 ❹具保護電路之發光二極體裝置，為使便於理解，下述實狗 例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。 睛參閱第1圖，其係為本發明之具保護電路之發光 二極體裝置之第-電路示意圖。圖中，具保護電路之發 光二極體裝置包含至少一發光二極體u、一保護電路 電壓源，其中，發光二極體u係為一交流發光二 極體(AC-LED)’保護電路12係包含至少一具雙向特性之 =極體⑵’此具雙向特性之二極體⑵係為—具雙向特 ❹：之η·”型齊納二極體或為-具雙向特性之p-η-ρ型齊 極體。此保護電路12係與發光二極體u 壓源13係與保護電路12 电 雷壓调η後姐似 發先一極體11電性輕接，此 電壓源13係&供一工作雷厭本双止Λ 路12, 作電壓予發先二極體11及保護電 H ^ 源13係為一交流電壓源。因本發明之 發光二極體11孫各丨1〇^^_ η ^ ^ ^^ ^ ^ 用電壓源13所提供之交流電壓驅 則因過電壓而產生即有過電壓的產生時， 以保護發光二極體η不因過電流而 又因本發明所採用之二極體⑵均具備雙向特性’ 200952202 發先一極體11所串聯之數量與-拣种101 3量係相互匹配，舉例而言，當兩發光二極體= Z搭配一二極體以防止過電壓之損壞，如有體二時等 相同效果者，則不脫離本發明之 等 光第2圖’其係為本發明之具保護電路之發 曲線圏，其中，發光二極體係具有- ❹ ❹ :f，-V曲線。第2圖中，發光二極體之 ： 為一第一對稱曲線21，二極體之I-v曲 =線22。、第-，曲線21係與第二對稱曲線22“: 者之相交處係定義為一極限電壓值Μ。 根據歐姆定律’當電阻為一定值時，電壓及電流係 ^比且因電阻值之大小而為—練，故由第2圖可知， f工作電壓大於極限電壓值23時，包含二極體之保護電 路之電阻係小於發光二極體之電阻，#卫作電壓小於極 限電壓值23時’包含二極體之保護電路之電阻係大於發 光二極體之電阻。當電壓源係提供之工作電壓產生突 波亦即虽電壓源提供之工作電壓大於極限電壓值23 時^因保護電路之電阻小於發光二極體之電阻，故流經 保護電路之電流遠大於流經發光二極體之電流，反之， 當電壓源提供之工作電壓小於極限電壓值23時，因保護 電路之電阻大於發光二極體之電阻，則流經發光二極體 之電流大於流經保護電路之電流。由上述可知，過電壓 產生之多餘的電流係流向保護電路而不流向發光二極 200952202 體，如此即可達到保護發光二極體之功效。因本發明適 用之發光二極體係為一種順向偏壓與逆向偏壓皆處於發 光狀態之發光一極體’故本發明係採用具雙向特性之二 極體，如：p-n-p型齊納二極體或n_p_n型齊納二極體， 如此可配合發光二極體之雙向操作之特性達到雙向保護 之效果。藉由調整發光二極體及二極體相互對應之數 - 量’進而調整第一對稱曲線21及第二對稱曲線22,使兩 對稱曲線相互匹配以產生極限電壓值23。此發光二極體 ◎ 更可搭配其他電子元件已達到更好之保護效果，例如： 此保護電路係與一晶片電阻電性連接以使第一對稱曲線 21趨於平滑，第二對稱曲線22趨於垂直以明確定義極限 電壓值’避免因誤差而產生發光二極體損壞或不作動之 情況，使具保護電路之發光二極體裝置的功效達最佳化。 綜上所述，本發明之特徵在於利用一保護電路與至 少一發光二極體並聯，藉由兩者之曲線以定義一極限 電壓值，當工作電壓大於上述之極限電壓值時，則流經 保護電路之電流遠大於流經該發光二極體之電流，反 之，工作電壓小於上述之極限電壓值時，則流經該發光 一極體之電流遠大於流經保護電路之電流。因本發明僅 使用二極體，故大大的簡化封裝時電路設計之複雜程 度，且發光二極體具雙向特性，故可保護順向偏壓及逆 向偏壓皆處於發光狀態之發光二極體且可減少電路設計 之複雜度。 一嘴參閱第3圖’其係為本發明之具保護電路之發光 極體裝置之第二電路示意圖。圖中，具保護電路之發 11 200952202 光二極體裝置包含至少一交流發光二極體31、一保護電 路及一電壓源33，保護電路32係包含至少一 p_n_p型齊 納二極體321，此p-n-p型齊納二極體321係與交流發光 二極體31並聯’電壓源33係與保護電路32及交流發光 二極體31電性搞接，此電壓源33係提供一工作電壓予 發光二極體31及保護電路32，上述之電壓源33係為一 • 交流電壓源。其中’交流發光二極體31係具有一雙向對 ❺ 稱之Ι-ν曲線’且p-n-p型齊納二極體321亦具有一雙向 對稱之I-V曲線。交流發光二極體31之I-V曲線係與p-n-p 型齊納二極體321之I-V曲線相交，兩者之相交處係定義 為一極限電壓值。當電壓源33係提供之工作電壓產生突 波，意即當電壓源33提供之工作電壓大於極限電壓值 時，流經保護電路32之電流遠大於流經交流發光二極體 3 1之電流，反之，當電壓源33提供之工作電壓小於極限 電壓值時，則流經交流發光二極體31之電流大於流經保 護電路32之電流。藉此可避免過電流損壞交流發光二極 體μ ’達保護交流發光二極體31之功效。請注意，p_n-p 型齊納二極體321係為一種具備雙向特性之齊納二極 體，故其亦可利用一 η-ρ_η型齊納二極體替代以達到相同 功效，其巾’ η·Ρ·η型齊納二極體之作動原理係與ρ 型齊納二極體321雷同，故在此不再贅述。 此保護電路更可-晶片電阻34電性連接以使交流發 先，極體31之lv曲線趨於平滑，ρ_η_ρ型齊納二極體 21之ι·ν曲線趨於垂直以明確定義極限電壓值，避免因 誤差而產生交流發光二極體31損壞或不作動之情況，使 12 200952202 保護電路32的功效達最佳化。 請參閱第4A圖，其係為本發明之具保護電路之發光 二極體裝置之第一實施例示意圖。圖中，印刷電路板41 上係佈線（Layout)—電路411，將複數個交流發光二極體 晶片43及一雙向齊納二極體44設置於此電路411上， 此些交流發光二極體43係反向並聯，而後將雙向齊納二 , 極體44與此些反向並聯之交流發光二極體晶片43電性 連接，此雙向齊納二極體44係可為一 p-n-p齊納二極體 ® 或一 n_p-n齊納二極體。交流發光二極體晶片43係具有 兩電極431，本發明係利用一鍵結（Bonding)技術將至少 一金屬線432之一端打線至此兩電極431，另一端係與印 刷電路板41上之電路411電性連接以傳輸工作電壓予此 些交流發光二極體晶片43。其中，此些反向並聯之交流 發光二極體43係各自封裝（Package)以成一封裝結構 42。請注意，此電路411之作動原理已於上述第1圖、 第2圖及第3圖中說明，故在此不再贅述。 〇 請續參閱第4B圖，其係為本發明之具保護電路之發 光二極體裝置之第二實施例示意圖。圖中，一承載台 (Carrier)45上係佈線（Layout)—電路451，將複數個交流 發光二極體43及一雙向齊納二極體44設置於承載台45 之電路451上，此些交流發光二極體43係反向並聯，而 後將雙向齊納二極體44與此些反向並聯之交流發光二極 體43並聯，此雙向齊納二極體44係可為一 p-n-p齊納二 極體或一 n-p-n齊納二極體。將承載板45、交流發光二 極體43及雙向齊納二極體44封裝為一封裝結構42，而 13 200952202 後將此封裝結構42放置於一印刷電路板(pcb)4 1上。其 中’承載台45上之交流發光二極體晶片43係具有兩電 極431，本發明係利用一鍵結（B〇nding)技術將至少一金 屬線432之一端打線至此兩電極431，另一端係與承載台 45上之電路411電性連接以傳輸工作電壓予此些交流發 光二極體晶片43。請注意，此電路411之作動原理已於 ' 上述第1圖、第2圖及第3圖中說明，故在此不再贅述。 ❹ 請參閱第5A圖及第5B圖，其中，第5A圖係為本 發明之具保護電路之發光二極體裝置之第三實施例之示 意圖，第5B圖係為本發明之具保護電路之發光二極體裝 置之第二實施例之侧視圖。第5A圖中，具保護電路之發 光二極體裝置係包含至少一交流發光二極體晶片52、一 保護電路及一電壓源。交流發光二極體晶片52係具有一 η型電極521及一 p型電極522,交流發光二極體晶片52 係反向並聯，例如：一交流發光二極體晶片52之η型電 極521係與另一交流發光二極體晶片52之ρ型電極522 電性連接且彼此並聯。保護電路係包含一半導體基板 51 ’此半導體基板51係包含一 η型摻雜區511、一第一 摻雜區512及一第二ρ型摻雜區513, η型摻雜區511 係設置於第一 Ρ型摻雜區512及第二Ρ型摻雜區513之 間以形成ρ-η-ρ之介面，故半導體基板52亦具有雙向特 =，電壓源係提供一工作電壓予交流發光二極體2。订 型電極521及Ρ型電極522係分別鍵結（Bonding)—金屬 線523與第一 P型摻雜區512及該第二ρ型摻雜區513 電性連接（如第5B圖所示），如此流經交流發光二極 200952202 片52之電流亦可透過交流發光二極體晶片52in型電 極521、P型電極522及金屬線523流過半導體基板51。 睛注意，此半導體基板係為一 p_n_p之矽基板，此p 之矽基板之功能係與p_n_p型之齊納二極體相同，故其作 動原理已於上述第1圖、第2圖及第3圖中說明，在此 不再贅述。其中’本發明亦可將η型摻雜區511代換為p * 型摻雜區，第一 Ρ型摻雜區512代換為第一 η型摻雜區， ❹ 第二Ρ型摻雜區513代換為第二η型摻雜區以得到一 η-ρ-η之石夕基板，η_ρ_η之石夕基板及ρ_η_ρ型之石夕基板均為 一具雙向特性之梦基板，故代換後兩者功能相同，在此 不再贅述。 請參閱第6Α圖及第6Β圖，第6Α圖係為本發明之 具保護電路之發光二極體裝置之第四實施例之示意圖。 第6Β圖係為本發明之具保護電路之發光二極體裝置之第 四實施例之側視圖。第6Α圖中，具保護電路之發光二極 體裝置係包含至少一交流發光二極體晶片62、一保護電 路及一電壓源。交流發光二極體晶片62係具有一 η型電 極621及一 ρ型電極622，交流發光二極體晶片62係彼 此反向並聯，例如：一交流發光二極體晶片62之η型電 極621係與另一交流發光二極體晶片62之ρ型電極622 電性連接且彼此並聯。保護電路係包含一半導體基板 61，此半導體基板61係包含一 η型掺雜區611、一第一 Ρ型摻雜區612及一第二ρ型摻雜區613,η型摻雜區611 係設置於第一 ρ型摻雜區612及第二ρ型摻雜區613之 間以形成ρ-η-ρ之介面，故半導體基板62亦具有雙向特 15 200952202 Ο
G 性，電壓源係用以提供一工作電壓予交流發光二極體 62。父抓發光二極體62係翻轉鍵結（Bonding)於半導體基 板61上’且n型電極621及p型電極622係分別直接鍵 結於第一 P型摻雜區512及該第二p型摻雜區513上以 達電性連接（如第6B圖所示）之效果，如此流經交流發光 二極體晶片52之電流亦可透過交流發光二極體晶片52 之η型電極621及p型電極622流過半導體基板。請注 意，此半導體基板係為一 ρ_η_ρ之矽基板，此ρ η ρ之矽 基板之功能係與ρ_η_ρ型之齊納二極體相同，故其作動原 理已於上述第1圖、第2圖及第3圖中說明，在此不再 贅述。其中，本發明亦可將η型摻雜區611代換為ρ型 摻雜區，第- ρ型摻雜區612代換為第—η型推雜區， 第二Ρ型摻雜區613代換為第二η型摻雜區以得到一 之石夕基板’上述吵η之石夕基板及PM型之石夕基板 ，為-具雙向特性之⑦基板，故代換後兩者 在此不再贅述。 以上所述僅為舉例性’而非為限制性者。任何未脫 :本發明之精神與範舞’而對其進行之等效修改或變 更’均應包含於後附之申請專利範圍中。 16 200952202 【圖式簡單說明】 第1圖係為本發明之具保護電路之發光二極體裝置 之第一電路之示意圖； 第2圖係為本發明之具保護電路之發光二極體裝置 之I-V曲線圖； 第3圖係為本發明之具保護電路之發光二極體裝置 之第二電路之示意圖；
第4A圖係為本發明之具保護電路之發光二極體裝 之第一實施例之示意圖； 第4B圖係為本發明之具保護電路之發光二極體裝 之第二實施例之示意圖； 4 薏 置 置 第5A圖係為本發明之具保護電路之發光二極體裝 之第三實施例之示意圖； 第5B圖係為本發明之具保護電路之發光二極體裝 之第三實施例之侧視圖； 第6A圖係為本發明之具保護電路之發光二極體裝 之第四實施例之示意圖；以及 第6BB係、為本發明之具保護電路之發光二極體 <第四實施例之側視圖。 17 200952202
【主要元件符號說明】 11 :發光二極體； 12 :保護電路； 121 :具雙向特性之二極 體； 13 :電壓源； 21 :第一對稱曲線； 22 :第二對稱曲線； 23 :極限電壓值； 31 :交流發光二極體； 32 :保護電路； 321 : p-n-p型齊納二極體； 33 :電壓源； 34 :晶片電阻； 41 :印刷電路板； 411 :電路； 42 :封裝結構； 43·交流發光二極體晶片； 431 :電極； 432 :金屬線； 44 :雙向齊納二極體； 45 :承載台； 451 :電路； 51 :半導體基板； 511 : η型摻雜區； 512 :第一 ρ型摻雜區； 513 :第二ρ型摻雜區； 52 :交流發光二極體晶片； 521 : η型電極； 522 : ρ型電極； 5 2 3 :金屬線； 61 :半導體基板； 611 : η型摻雜區； 612 :第一 ρ型掺雜區； 613 :第二ρ型摻雜區； 62 :交流發光二極體晶片； 621 : η型電極；以及 622 : ρ型電極。 18