TW201031977A - A display apparatus having an array-type light-emitting device - Google Patents

Description

201031977 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一陣列式發光元件及其顯示裝置。 【先前技術】 藍光發光二極體之出現使得發光二極體光源應用於照 明領域之目標不再遙不可及。照明光源不外乎白光光源， 目前成熟之技術包括以紅光、藍光、綠光發光二極體混光 以形成白光；另一成熟技術包括以藍光發光二極體搭配黃 色螢光粉膠體封裝形成白光。 【發明内容】 本發明提出一新穎之發光二極體晶粒結構以及顯示裝 置以廣泛應用於各式光源。 本發明之一方面在提供一具有陣列式發光元件之顯示 裝置。所述之顯示裝置具有複數個晝素，包含一背光模組、 一液晶模組形成於背光模組之上、一彩色濾光模組形成於 液晶模組之上、以及一控制模組，用以控制所述之背光模 組及所述之液晶模組。所述之背光模組包含一發光元件用 以提供所述之顯示裝置所需之光源；所述之彩色濾光模 組，包含複數個濾光區塊分別對應於所述之顯示裝置之複 數個畫素，且所述之複數個濾光區塊至少包含一第一濾、光 區塊用以過濾除了具有第一光譜之第一光綠以外之光線， 以及一透光區塊，實質上不具有濾光功能。依本發明之一 實施例’所述之發光元件包含一第一發光單元發出一具有 201031977 第一光譜之第一光線、一第二發光單元發出一具有相異於 第一光譜之第二光譜之第二光線、以及一電路連接單元以 一連接形式使第一發光單元及第二發光單元電性連接，使 得顯示装置於一電源驅動顯示時，第一發光單元及第二發 光單元依一預定時脈交互點亮。 【實施方式】 第1圖揭示一符合本發明之發光二極體晶粒11〇之上 ⑩ 視圖，包含一 2乘2之發光陣列。發光二極體晶粒u〇包 含發光單元R1、發光單元R2、發光單元R3、以及發光單 凡R4彼此絶緣地形成於一成長基板U1上，並與該成長基 板電性絶緣、一電路層118以一連接形式使發光單元〜 R4電性連接、波長轉換層117]、117_2、117_3、及117_4 分別對應形成於發光單元Rl、R2、R3、及R4之上。請同 時參考第3圖’揭示第1圖之電路示意圖，其中，電路層 118之連接形式係使得發光單元ri及R3為串聯連接，發 0 光單元R2及R4為串聯連接，串聯之發光單元R1及r3 與串聯之發光單元R2及R4則為反向並聯（anti-parallel)連 接，並共同連接至一電源裝置之二端，所述之電源裝置可 為一交流式（Alternating Current; AC)電源。 第2圖為第1圖依AA’剖面線所示之結構示意圖，發 光單元R1及R3係共同形成於基板上，並且以一溝渠隔開 以彼此電性絕緣，發光單元R1及R3各包含一第一接觸層 112磊晶成長於成長基板U1之上、一發光疊層H3，係由 一具有第一導電型之第一束缚層1131(claddinglayer)、一 活性層1132(activelayer)、以及一具有第二導電型之第二 201031977 束缚層1133依續磊晶成長於第一接觸層112之上、一第二 接觸層114形成於第二束缚層1133之上、一第一電極 形成於第一接觸層112之上、一第二電極115形成於第一 接觸層114上、以及波長轉換層117-1及波長轉換層ιΐ7 3 對應地形成於發光單元尺丨及R3之第二接觸層ιι4之上。 電路層118係延伸自發光單元R1之第一電極ιΐ6上至發光 單元R3之第二電極115上，使得發光單元幻及们形成 串聯連接。相同地，如第i圖所示，發光單元R2之第二電 極115藉由電路層118串聯連接至發光單元R4之第一電極 116 ;並且’發光單元R1之第二電極115與發光單元r2 之第-電極。m藉由電路層118共同連接至交流式電源之 正極，發光早tgR3之第一電極116與發光單元R4之第二

電極115 #由電路層118共同連接至交流式電源之負極， 以形成反向並聯之電路結構。於本發明之另一實施例，發 光二極體晶粒11G更包含—電齡散層（未繪示)形成於第 =接觸層114及第二電極115之間，以使電流分散於發光 =極體晶粒11G表面’其中，所述之電流分制具有低於 第二接觸層114之電阻值(resistivity)。 如第2圖所示，發光二極體晶粒110更包含一絶緣層 119形成於電路層118與發光單iIUAR3缝以及電路 層118與基板111之間以防止發光單元R1或R3因電路層 118而發生短路現象。相同地，發光單SR1〜R4具有相似 之結構’即發光單it R1〜R4具有相同之發光叠層結構，因 此可發出具有㈣光譜之光線，並且形成於其上之各所述 之波長轉換層可為不同之波長轉換材料，以因應需求使各 201031977 =:單 結構直接塗佈於第二接觸層114 ==係為-層狀 粒之-部份，且第二電極115突出===晶 波長轉換層_、，、/===

材料選自於藍色螢光粉、黃色螢光粉、綠色螢光粉、 螢光粉、魏鋅、德鑛鋅、m _化物、m族坤化色 以及III族氮化物所組成之材料群組。所述之藍色螢 指能將入射至螢光粉之光線轉換為藍光之螢光粉；其^諸 如黃色螢光粉、綠色螢光粉、及紅色螢光粉亦具有類似之 意義。各榮光粉材料及其組成係屬該領域之習知技蓺，不 在此贅述。 如第3圖所示，發光元件101包含如第1圖或第2圖 所示之發光二極體晶粒110 ’以及一交流式電源連接至發 光二極體晶粒110。下表例示發光單元R1〜R4及其對應之 波長轉換層117-1、117-2、117-3、及117-4之材料組合， 其中，發光單元R1〜R4係發出波長範圍大約介於 410~430nm左右之近紫外光(near UV)或波長範圍大約介於 440〜480nm之藍光，並分別經過波長轉換層117-1、117_2、 117-3、及117-4轉換成各種顏色之光線，以混合形成白光。

117-4 [表一]各波長轉換層材質之實施例 R1-R4 波長轉換層之材質 發光波長 117-1 117-2 117-3 201031977

如上表之實施例一，波長轉換層nn、117_2、117_3、 及117-4之材質分別包含黃色、红色、μ色、綠色榮光粉。 於交流電源週期波之正向半週期，發光單元Rl及们受驅 動發出波長範圍大約介於41G〜43Qnm左右之近紫外光分 別經具有黃色g光粉之波長轉換層117]及具有藍色鸯光 私之波長轉換層117-3轉換後發出波長範圍大約介於 570 595nm之黃光及波長範圍大約介於44〇〜之藍 光；於交流電源週期波之負向半週期，發光單元贮及如 =驅動發出之425麵近紫外光，分別經具有紅色螢光粉之

^長轉換層117_2及具有綠色螢光粉之波長轉換層Π7·4 ，換發出波長範圍大約介於_〜㈣峨之紅光及波長 ^約介於5GG〜56Gnm之、縣’並與正向半週期所發出之黃 光及藍光混合形成白光。於本發明之另一實施例，所述之 波長轉換層亦可選擇性地僅形成於部份之發光單元Rl〜 R4之上，如表一之實施例五。由於發光二極體晶粒I〗。 ^交流頻率分區驅動發光’且各波長轉換靠分別塗佈七 對應之發光單元上，因此可有效降低各波長轉換層產生不 =要之二次轉換所造成之光損失。其中，所述之交流頻 可為60Hz或装位叙礙盎。 201031977 為了提高元件之散熱效果，可將第2圖之發光二極體 晶粒110之成長基板111移除，並將一支持基板121以一 非單晶相接合層123接合至第一接觸層112，形成如第4 圖所示之實施例’並且’如支持基板121為不透光時，可 於第一接觸層112與非單晶相接合層123之間形成一反射 層122以避免光線被支持基板121吸收。 第5圖揭示一符合本發明之發光元件5〇1，包含一具有 4乘4發光陣列之發光二極體晶粒51〇,以及一電源裝置電 ❹ 性連接至發光二極體晶粒之二端。發光二極體晶粒510包 含發光單元R1、發光單元R2、發光單元R3、以及發光單 元R4彼此絶緣地形成於一成長基板511上，並與該成長基 板電性絶緣，其中發光單元R1〜R4各為串聯之1乘4發光 陣列，一電路層518以一連接形式使發光單元R1〜R4電 性連接’波長轉換層517-1、517-2、517-3、及517-4分別 對應形成於發光單元Rl、R2、R3、及R4上。其中，電路 層518之連接形式係使得發光單元R1及R3為串聯連接， ❿ 發光單元R2及R4為串聯連接，串聯之發光單元R1及R3 /、串聯之發光單元R2及R4則為反向並聯（anti_parauei)連 接，並共同連接至電源裝置52〇之二端。電源裝置52〇可 為一交流式（Alternating Current; AC)電源。由於發光二極體 晶粒510係依交流頻率分區驅動發光，且各波長轉換層僅 分別塗佈於對應之發光單元上，因此可有效降低各波長轉 換層產生不必要之二次轉換所造成之光損失。 上，各實施例之發光二極體晶粒具有一具有一面積小 於5mm2或小於2mm2以方便封裝於一封裝體内或形成於一 201031977 具有電路之載板上，較佳為具有一符合商用規格之尺寸， 例如 12mil 乘 12mU、25mil 乘 25mU、45mil 乘 45mil、或 55mil 乘 55mil 等。 第6圖揭示依本發明之一顯示裝置。顯示裝置600具 有複數個畫素，包含一背光模組601、一第一偏光模組6〇2 形成於背光模組601上、一薄膜電晶體模組603形成於第 一偏光模組602上、一液晶模組604形成於薄膜電晶體模 組603上、一第二偏光模組605形成於液晶模組604上、 ❿一彩色濾光模組606形成於第二偏光模組605上、以及一 控制模組607，包含一控制電路用以控制顯示裝置6〇〇之 上述模組。其中’背光模組601更包含一發光元件61〇用 以提供顯示裝置600所需之光源。發光元件61〇可為各式 光源或相同於本發明先前所提及之實施例之發光二極體晶 粒110以及如表一之各實施例四所示之波長轉換層 117-1〜117_4之材質分配。舉表一之實施例四為例，即波長 轉換層1Π_1、11?_2、ln_3、及m_4之材質分別包含紅 ❹ 色、、綠色、藍色、綠色螢光粉。於交流電源週期波之正向 半，期’發光單元幻及R3受驅動發出之近紫 外光，分別經具有紅色螢光粉之波長轉換層117_丨及具有 ^色螢光粉之波長轉換層117_3轉換後發出波長範圍大約 誌於600〜650nm之紅光及波長範圍大約介於440〜48〇nm之 ，光^於交流電源週期波之負向半週期，發光單元尺2及 4文驅動發出波長範圍大約介於410〜430nm之近紫外 =，經具有綠色螢光粉之波長轉換層117-2及117_4轉換 <發出波長範圍大約介於·〜56Gnm之綠光。液晶模組6〇3 201031977 包含複數個液晶區塊分別對應於顯示裝置6〇〇之所述之複 數個畫素。彩色渡光模組606包含複數個紅色渡光區塊R 用以過濾波長範圍介於600〜650nm之紅色光線以外之光 線、複數個藍色濾光區塊B用以過濾波長範圍介於 440〜480nm之藍色光線以外之光線、以及複數個透光區塊 =，係實質上對於可見光透明，亦即不具有濾光功能。由於 责光源所發出之紅、藍、及綠光係依交流電源之時脈6〇Hz 交互點亮，即紅光及藍光係於交流電源週期波之正向半週 ® 期期間受驅動發光，並分別於彩色濾、光模纟且606之紅色遽 光區塊R及藍色濾光區塊B發出紅光及藍光；綠光係於交 流電源週期波之負正向半週期期間受驅動單獨發光，因此 可於彩色濾光模組606之透光區塊C直接出光，勿須安排 綠色濾光區塊於彩色濾光模組606上。其中，透光區塊c 包含具有透光之材質或為一空隙。紅色濾光區塊R、藍色 濾光區塊B、以及透光區塊C係具有實質上相同之寬度、 面積、及/或體積。關於顯示裝置600其他未詳述或未述及 ⑩ 之部份則係屬此領域之習知技藝，不在此贅述。 上述之諸實施例，其中，所述之第一接觸層、第一束 缚層、第二束缚層、第二接觸層、以及活性層之材料係包 含 III-V 族化合物 AlxInyGa(i_x-y)N ’ 其中 ’ 〇<P，; p、q、 x、y均為正數；（p+q) ; (χ+y) si。所述之第一摻雜 質為η型摻雜質，例如Si，或者是p型摻雜質，例如Mg 或Zn;所述之第二摻雜質為具有與第一摻雜質相異導電型 之摻雜質。所述之電流分散層包含透明金屬氧化物，例如 為氧化銦錫(ITO)、金屬 '或金屬合金。所述之成長基板例 11 201031977 如為包括至少一種透明材料或絶緣材質選自於嫠寶石、碳 化矽、氮化鎵、以及氮化鋁所組成之群組。所述之支持基 被例如為包括透明材料選自於磷化鎵、藍寶石、碳化矽、 氣化鎵、以及氮化銘所組成之群組；或例如為包括導熱材 料選自於鑽石、類鑽碳（DLC)、氧化鋅、金、銀、鋁等 金屬材質所組成之群組。所述之非單晶相接合層包含至少 —種材料選自於金屬氧化物、非金屬氧化物、高分子聚合 鲁 物、金屬、或金屬合金所組成之群組。 本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用 以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易 知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示依本發明第一實施例之發光二極體晶粒上視圖； 第2圖顯示依本發明第一實施例之發光二極體晶粒剖面結構 圖； ® 3圖顯示依本發明第一實施例所形成之發光元件電路圖及 時脈圖； f 4圖顯示依本發明第二實施例之發光二極體晶粒剖面結構 圖； ^ 5圖顯示依本發明第三實施例之發光二極體晶粒上視圖； 6圖顯示依本發明之顯示裝置之一實施例。 【主要元件符號說明】 、501 :發光元件； 110、410、510、610 :發光二極體晶粒； 12 111 :成長基板； 112 :第一接觸層； 113 :發光層； 1131 :第一導電型束缚層； 1132 :活性層； 1133 :第二導電型束缚層； 114 :第二接觸層； 115 :第二電極； 116 :第一電極； 117-1 :第一波長轉換層； 117-2 :第二波長轉換層； 117-3 :第三波長轉換層； 117_4 :第四波長轉換層； 118、518 :導電層； 121 :支持基板； 122 :反射層； 123 :非單晶相接合層； 320、520 :交流式電源； 600 :顯示裝置； 601 :背光源模組； 602 :第一偏光模組； 603 :薄膜電晶體模組； 6 04 .液晶模組， 605 :第二偏光模組； 606 :彩色濾光模組； 201031977 607 :控制模組； AA，：剖面線； B .藍色遽光區塊， C :透光區塊； R :紅色濾光區塊；

Rl、R2、R3、R4 :發光單元。

Claims (1)

1. 201031977 七、申請專利範圍： 1. Φ -種顯示裝置，具有複數個晝素，該顯示裝 · -背光模組’包含-發光元件用以提供 1 2 · 光雄之第-光碰之第ιί"發解元發出~相異於第-光.曰之第—u第—桃、以及—電路 Si 接ΪΪ:發光單元及該第二發光單=餅 光源，其中，該發技件包含—第—發光單元=所= 第一光譜之第一光線、一餘-%- 赞出一具有 連 該顯示裝置H魏軸科，該第—發二 二發光單元依一預定時脈交互點亮； 及h第 -液晶歡，包含魏她晶區齡卿 之該複數個晝素； 不裝置 -彩色濾、光额，包含魏_紐塊 裝置之該複触畫素’各該她鶴舰驗 1、光區制以過濾除了具有第—光譜之第—光線以外之 先線’以及-透光區塊，不具有濾光功能；以及 曰^ Γ模⑦2 ~~控制電路用以控制該背光模組及該液 晶模組。 15 1 . 如申請專職圍第1顧述之顯稀置，其找發光元件更 包3第—發光單疋發出—具有—第三光譜之第三光線， 其中’該第—光譜相異於該第三光譜。 2 . 如申請專利細第1項所述之顯示裝置，其中該發光元件包 含一發光二極體晶粒。 201031977 4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該發光二極體 晶粒包含一基板，且該第一發光單元、該第二發光單元、 及該第三發光單元係同時形成於該基板上。 5. 如申請專利範圍第4項所述之顯示裝置，其中該基板為一單 晶結構，該些發光單元為一氮化物蟲晶結構蟲晶成長於該 基板上。 ® 6·如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該發光二極體 晶粒之面積小於5mm2。 7. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該發光二極體 晶粒之面積小於2mm2。 8. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該第一光譜包 含410〜430nm或440〜480nm之波長範圍。 9·如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該第二光譜包 含波長範圍440〜480nm、500〜560nm、570〜595nm、及 600〜650nm所組成之群組。 10.如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，其中該第三光譜包 含波長範圍440〜480nm、500〜560nm、570~595nm、及 600〜650nm所組成之群組。 16 201031977 u.如申請專利範圍第1頊所述之顯示裝置，其中誃連接形弋勺 含反向並聯。 如申請專利範圍第i項所述之顚示裝置，其中該電源為一交 流式電源。 a如申料鄕圍第2_述之顯示較，其中該連接形式使 魏第二發林元及該第三發料元為㈣連接，以及使 ❸ 得該第一發光單元及該第二發光單元為反向並聯。 如U利範圍第丨項所述之顯示裝置’其中各該複數個遽 光區塊及各該透光區塊具有實質上相狀寬度、面積、及/ 或體積。 ❿ 17