TW201347601A - 主動式發光二極體模組 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示LED模組，其具有與一LED串聯之一控制MOSFET或其他電晶體。在一實施例中，一MOSFET晶圓接合至一LED晶圓且經單件化以形成具有與單個LED相同之佔據面積的數千個主動式三端子LED模組。不管紅光、綠光及藍光LED之不同的正向電壓，RGB模組可並聯連接且其等之控制電壓以60 Hz或更大(頻率)交錯以產生一單一感知色彩，諸如白色。該等RGB模組可連接於一面板中用於通用照明或一彩色顯示器。一面板中之一單個介電層可囊封所有該等RGB模組，以形成一緊湊且價廉的面板。描述用於一彩色顯示器及一照明面板兩者之不同的定址技術。描述用於減小該LED對輸入電壓之變化之敏感度的不同電路。

Description

主動式發光二極體模組
本發明係關於發光二極體(LED)且特定言之係關於一種含有與LED串聯以控制穿過LED之電流之主動式電路之單晶粒。
LED通常形成為具有陽極端子及陰極端子之晶粒。LED晶粒通常安裝在較大基板上用於熱消散及封裝。基板可含有額外電路，諸如被動式靜電放電裝置。LED晶粒及視需要基板隨後通常封裝，其中封裝具有穩固陽極及陰極引線以焊接至印刷電路板(PCB)。
LED可由電流源控制以達成所要亮度。電流源可為形成在單獨晶粒中之MOSFET或雙極電晶體。電流源及LED通常由導線或PCB連接在一起。
提供與LED晶粒分開之電流源需要額外空間及互連，增加成本。存在其他缺點，包含與組件不匹配之可能性。需要提供一種具有積體電流源驅動器電路之非常緊湊之LED模組。
當驅動多色彩LED時出現額外問題，諸如在彩色顯示器中或為了形成白光源。LED係具有非線性電壓對電流特性之兩端子電裝置。在特定電壓臨限之下，LED係高阻抗。在臨限之上，LED之阻抗低得多。此臨限主要取決於半導體LED之帶隙。帶隙針對特定峰值發射波長選擇。紅光LED具有2eV之量級之帶隙，藍光LED具有3eV之量級之帶隙且綠光LED具有介於2eV至3eV之間之帶隙。由於正向電壓與帶 隙能量直接相關，故紅光、綠光及藍光LED無法簡單並聯連接以輸出所要色彩或光；各色彩之LED必須具有其自身之驅動器電路。用於形成不同色彩之LED之不同材料(例如，GaAs、GaN等)亦影響正向電壓。此外，即使在輸出相同波長之LED內，其等之正向電壓歸因於製程變化而變化，因此甚至連並聯連接相同色彩之LED亦存在問題。提供各LED之單獨驅動器電路及將其互連至LED增加空間及成本。這在試圖使顯示器中之RGB像素之大小最小化時特別有問題。
LED可組織為被動式矩陣可定址陣列。舉例而言，一組LED可與其等連接至列選擇驅動之陰極及其等連接至行資料匯流排之陽極連接。數個此等列可用於形成可藉由列及行定址之較大陣列。透過經定址列-行提供受控電流將在(諸)經定址位置上給(該等)LED通電以諸如針對顯示器中之彩色像素發射所要色彩及強度之光。由於LED之間之互連係非零阻抗，故遍及互連網路之電壓降可無意地使未定址LED組正向偏壓。此偶然正向偏壓將在未定址段中導致過量光，其減小陣列之亮暗對比度。
此問題因面朝下印刷LED之放置而惡化，其中面朝下LED用於反向偏壓瞬時電路抑制。向下LED係與面朝上LED反平行。在簡單定址方案中，僅向上LED旨在發射光。當列未被選擇時，相關LED偏壓為次臨限電壓或可能反向偏壓。反平行向下LED在未選定列被反向偏壓的情況下係有問題的，其使向下LED正向偏壓，導致其等發射光，減小陣列之亮-暗對比度。
可能需要創建在連接為可定址陣列時避免上述問題之整合LED模組。
亦可能需要創建整合LED模組，其中不同色彩之LED可並聯連接以形成高密度之緊湊RGB像素。
亦可能需要創建不同色彩之整合LED模組，其等可在單個面板中 廉價地封裝在一起以產生光用於背光照明、用於通用照明或用於彩色顯示器。
亦可能需要創建多個LED模組之互連及定址方案以形成緊湊光或顯示面板。
與諸如彩色顯示器中之LED之平行及可定址連接相關之問題可藉由使用主動式LED模組而解決。在一實施例中，單個垂直LED模組包含與垂直驅動電晶體(電壓-電流轉換器)串聯之LED。在模組上提供三個端子：正電壓端子、負電壓端子及用於控制穿過LED之電流之控制端子。當控制端子被供應最大值控制信號時，施加至正電壓端子及負電壓端子之電壓之間之差異必須足以將LED通電至其全所要亮度。
控制端子可連接至與LED串聯連接之MOSFET之閘極或源極。添加控制端子使得LED阻抗之臨限非線性被主動而非被動控制。對於跨模組之電力端子提供電壓之LED模組，低阻抗狀態(其中LED正發射光)由施加至控制端子之控制電壓決定。LED之並聯或可定址網路中之此一主動式LED將總是處於高阻抗狀態直至控制信號啟動低阻抗狀態。此主動式阻抗控制減小對正向電路及寄生電壓降及反向電流路徑之敏感度。
在一實例中，紅光、綠光及藍光LED模組在多色彩顯示器之陣列中並聯連接，其中任意組之RGB LED(形成單個像素)可藉由跨三個模組之電壓端子施加相同電壓而定址。各模組之控制端子連接至不同的可變控制電壓以達成像素中之紅光、綠光及藍光LED之所要亮度。控制電壓按60 Hz或更大頻率依序施加使得RGB LED的不同正向電壓不再相關。
在另一實施例中，模組針對白光源而串聯及並聯連接，其中白點藉由紅光、綠光及藍光的相對組合而設定。各色彩的控制電壓及各 色彩的工作週期經設定以達成所要白點。
在其他實施例中，各種電路與LED整合以使LED的亮度對輸入電壓的變化較不敏感。
模組可藉由將LED晶圓接合至驅動器電晶體晶圓而形成，藉此將各LED之端子連接至各驅動器電晶體之端子以形成串聯連接。接合晶圓隨後被單件化以一次性形成數千個模組。在另一實施例中，LED及驅動器電晶體在彼此上方生長為磊晶層或驅動器電晶體可藉由摻雜劑之擴散或植入而形成。模組極為緊湊，因為佔據面積可大致與單個習知LED晶粒相同(例如，0.5 mm2至1 mm2)。
在一實施例中，LED係網版印刷在晶圓上。可印刷LED可形成有介於50 um2至5000 um2之頂部表面積範圍，允許模組具有相同頂部表面積。
在使用數百個中等功率LED之大型照明系統中，為LED之各者提供習知驅動電路可能不可行。對於此等白光源，許多LED通常串聯連接，且高電壓跨串連接。在先前技術中，提供此一高電壓有時需要升壓調節器，增加系統成本。本發明固有地為各LED提供其自身的驅動器，允許甚至不同色彩之許多LED並聯連接使得其等用低壓(例如，5伏特)驅動。為各LED提供其自身之驅動器亦使各LED能被控制以輸出所需亮度，而不管製程變化、亮度隨溫度的改變及亮度隨時間的改變。
各種模組實施例連同適於LED顯示器或白光源之LED模組之各種可定址陣列描述。
在一實施例中，模組之封裝藉由印刷形成。
10‧‧‧三端子發光二極體(LED)模組
12‧‧‧發光二極體(LED)
14‧‧‧調變電晶體
16‧‧‧端子
17‧‧‧端子
18‧‧‧端子
20‧‧‧晶圓
21‧‧‧晶圓
22-22‧‧‧線
23‧‧‧n型磊晶層
24‧‧‧p型磊晶層
26‧‧‧底層
28‧‧‧反射金屬層
30‧‧‧金屬層
32‧‧‧p型汲極井
34‧‧‧n型閘極
36‧‧‧p型源極
38‧‧‧介電層
40‧‧‧第一金屬層
42‧‧‧另一介電層
44‧‧‧額外金屬層
46‧‧‧源極電極層
50‧‧‧生長基板
52‧‧‧發光二極體(LED)層
54‧‧‧電晶體層
56‧‧‧發光二極體(LED)模組
62‧‧‧基板
64‧‧‧金屬導體
66‧‧‧介電層
68‧‧‧反射膜
70‧‧‧第二金屬導體
72‧‧‧介電層
74‧‧‧第三金屬導體
80‧‧‧電路
82‧‧‧「面朝上」發光二極體(LED)
83‧‧‧「面朝下」發光二極體(LED)
84‧‧‧端子
86‧‧‧端子
88‧‧‧MOSFET
90‧‧‧MOSFET
94‧‧‧端子
98‧‧‧發射紅光之發光二極體(LED)
99‧‧‧發射綠光之發光二極體(LED)
100‧‧‧發射藍光之發光二極體(LED)
101‧‧‧p通道MOSFET
102‧‧‧p通道MOSFET
103‧‧‧p通道MOSFET
106‧‧‧導體
108‧‧‧封裝
109‧‧‧發光二極體(LED)模組
110‧‧‧發光二極體(LED)模組
111‧‧‧發光二極體(LED)模組
112‧‧‧導體
114‧‧‧導體
116‧‧‧基板
118‧‧‧導體
120‧‧‧導體
121‧‧‧導體
122‧‧‧導體
124‧‧‧發光二極體(LED)
125‧‧‧p通道MOSFET
130‧‧‧導體
132‧‧‧導體
136‧‧‧導體
138‧‧‧導體
140‧‧‧導體
142‧‧‧導體
144‧‧‧導體
150‧‧‧藍光通道位址匯流排
152‧‧‧藍光X導體
154‧‧‧綠光通道位址匯流排
156‧‧‧綠光X導體
157‧‧‧源極電極
158‧‧‧紅光通道位址匯流排
159‧‧‧陣列
160‧‧‧基板
162‧‧‧導體
164‧‧‧介電層
166‧‧‧紅光模組
167‧‧‧綠光模組
168‧‧‧藍光模組
170‧‧‧凸起源極接觸件
172‧‧‧介電層
173‧‧‧源極
180‧‧‧紅光發光二極體(LED)模組
182‧‧‧綠光發光二極體(LED)模組
184‧‧‧藍光發光二極體(LED)模組
190‧‧‧電阻器
192‧‧‧發光二極體(LED)
194‧‧‧模組晶粒
196‧‧‧可變電阻
198‧‧‧電壓鉗位器/調節器
200‧‧‧電流調節器/限流器
202‧‧‧電壓鉗位器
206‧‧‧電壓鉗位器
210‧‧‧電壓鉗位器
212‧‧‧鉗位器
214‧‧‧限流器
218‧‧‧鉗位器
222‧‧‧電流調節器
226‧‧‧電流源
230‧‧‧電壓源
234‧‧‧串聯電流源
240‧‧‧模組
242‧‧‧模組
244‧‧‧模組
246‧‧‧電路
T1‧‧‧端子
T2‧‧‧端子
T3‧‧‧端子
圖1係根據本發明之一實施例之單個LED模組之示意圖。
圖2係接合至驅動器電晶體晶圓之LED晶圓之小部分之截面圖。
圖3係單個單件化模組之簡化截面圖。
圖4圖解說明取決於LED之位置及所使用之驅動器電晶體之類型而將固定電壓及可變控制電壓施加至圖3中之模組之三個端子之不同方式。
圖5及圖6圖解說明藉由生長磊晶層而形成之LED及驅動器電晶體。
圖7圖解說明封裝之後，諸如面板中之單件化模組晶粒。
圖8圖解說明連接至LED之陽極之PMOS驅動器電晶體。
圖9圖解說明連接至LED之陽極之pnp雙極驅動器電晶體。
圖10圖解說明連接至LED之陽極之NMOS驅動器電晶體。
圖11圖解說明連接至LED之陽極之npn雙極驅動器電晶體。
圖12圖解說明連接至LED之陰極之PMOS驅動器電晶體。
圖13圖解說明連接至LED之陰極之pnp雙極驅動器電晶體。
圖14圖解說明連接至LED之陰極之NMOS驅動器電晶體。
圖15圖解說明連接至LED之陰極之npn雙極驅動器電晶體。
圖16圖解說明用於瞬時電壓抑制之LED之反平行配置。
圖17圖解說明針對彩色顯示器或白光而並聯連接之RGB LED模組。
圖18圖解說明圖17中之RGB LED可如何使用控制電壓排序以形成任意色彩，包含白光。
圖19圖解說明封裝在一起，諸如在彩色顯示器中之單獨RGB LED模組。
圖20圖解說明使用列及行定址之RGB LED模組之可定址網路。
圖21圖解說明RGB LED模組之陣列之定址方案。
圖22圖解說明用於圖21之網路中之RGB LED模組之封裝組態。
圖23圖解說明針對改良之色彩混合之彩色LED模組之Z形配置。
圖24至圖38圖解說明各種兩端子LED模組。
圖24圖解說明與LED串聯用於設定穿過LED之電流之電阻器。
圖25圖解說明與LED串聯用於調整穿過LED之電流之可變電阻器。
圖26圖解說明與LED串聯之電壓鉗位器或調節器。
圖27圖解說明與LED串聯之限流器或調節器。
圖28、圖29及圖30圖解說明跨LED之不同電壓鉗位器。
圖31及圖32圖解說明使用電晶體及電阻器形成之電流調節器及鉗位器。
圖33及圖34圖解說明使用電晶體、電阻器及二極體形成之電流調節器及鉗位器。
圖35圖解說明使用兩個電晶體之電流源。
圖36圖解說明使用兩個電晶體之電壓源。
圖37圖解說明使用兩個電晶體之串聯電流源。
圖38圖解說明針對彩色像素(包含白光像素)並聯連接之兩端子RGB LED模組。
在圖式中相同或類似之元件用相同數字標注。
圖1圖解說明三端子LED模組10中之電路。模組10形成為單件化自晶圓之單個晶粒。模組10含有LED 12及其源極及汲極與LED 12串聯以控制穿過LED 12之電流之PMOS驅動器電晶體14。汲極-源極阻抗增加LED 12之阻抗。因此，總串聯阻抗可藉由調變電晶體14之閘極而控制。以此方式，電晶體14執行可變電阻或切換行為。因而，正向電流可僅在閘極偏壓超過PMOS電晶體開啟臨限的情況下流動。模組10可封裝為僅具有三個端子16、17及18。
如下文所述，單個電晶體、主動式LED之其他組態可行。LED及 電晶體之特定組態及電晶體之特定類型之選擇取決於應用之控制要求或限制。
圖2圖解說明模組10之結構之一實施例。圖2圖解說明兩個晶圓20及21之小部分，其可使用不同材料及技術來形成。
晶圓20係含有數千垂直LED之LED晶圓。對於藍光，材料系統可為AlInGaN，其中化學計量決定峰值發射波長。形成此等LED係眾所周知。藍光LED最終可被磷光體覆蓋以產生任意色彩。LED晶圓20可取而代之使用其他材料系統以達成從綠光至紅光之寬範圍的峰值波長。如眾所周知之，LED可包含多井主動層。晶圓20非常簡化地展示，因為形成LED係習知的。基本上，n型磊晶層23及p型磊晶層24生長在生長基板(例如，藍寶石、SiC或GaAs)上方。光在pn介面上產生。主動層可形成在介面上。生長基板應在高電阻或光吸收的情況下移除。n型磊晶層23亦可薄化。
在一實施例中，LED晶圓20之底部表面塗佈有透明導體層，諸如薄金層，以製作歐姆接觸至層23並散佈電流。各LED部分具有形成端子T1之至少一金屬電極。金屬電極可形成為薄指狀物、星形或其他方式佔據小面積，以不阻擋向下方向的大量光。在另一實施例中，LED晶圓20之底部表面塗佈有反射體層，使得光僅從各單件化LED之側面或頂部發射。
圖2中之底層26代表任意形式之底部導體，包含上述導體。在實例中，底部導體係陰極導體，但是在一些實施例中，底部導體係陽極導體。
LED晶圓20之頂部表面係預備用於接合至晶圓21之底部表面，以形成實質歐姆接觸。在一實施例中，晶圓20之頂部表面係藉由壓力及加熱接合至晶圓21上類似金屬層30之非常平坦的反射金屬層28。在另一實施例中，晶圓20及21之接合表面可藉由Ziptronix Inc.之專有製程 執行，諸如美國專利第7,842,540號所述，其以引用的方式併入本文中。LED晶圓20可具有任何直徑，諸如3至8英寸。施加於LED晶圓20之頂部表面與底部表面之間的適當電壓將導致LED發射光。
頂部晶圓21形成與LED晶圓20中之各LED部分相關之垂直p通道MOSFET。通常將存在形成在一晶圓中之數千LED及MOSFET。晶圓21可使用p型矽基板，其中藉由習知光微影技術形成p型汲極井32、n型閘極34及p型源極36。各汲極井32可具有與模組之單件化邊緣相符之正方形形狀。
晶圓21上方之各種介電層及金屬電極可藉由印刷或藉由使用習知真空腔技術而形成。若使用印刷，諸如網版印刷，介電層38形成為在閘極34及源極36上方具有開口。隨後第一金屬層40使用用於掩蔽之網版而印刷在開口中以接觸閘極34及源極36。第一金屬層40可為含墨金屬(例如，Ni、Ti、Al等)粒子及溶劑。當墨固化時，溶劑蒸發且金屬粒子燒結在一起。另一介電層42印刷為在源極36金屬及閘極34金屬上方具有開口。額外金屬層44(諸如鋁)印刷在源極36金屬上方，隨後係厚的源極電極層46。金屬層可包含障壁層。圖2中之端子T2及T3設計用於下文描述之特定類型之封裝及模組陣列。端子T2及T3取決於應用及封裝而不同地設計。
晶圓21上方之不同介電層及金屬層可在晶圓20及21歐姆接合在一起後形成以避免對導體的損壞。
可印刷LED可形成有介於50 um2至5000 um2之頂部表面積範圍，允許模組具有相同頂部表面積。對於非常小的LED大小，蝕刻係較佳單件化方法。
接合晶圓20及21隨後使用習知技術，諸如蝕刻、鋸割、劃線及斷裂、雷射等單件化。
圖3圖解說明簡化之經單件化LED模組10。在一實施例中，模組 10之大小(佔據面積)為大約0.1 mm2至1 mm2。端子T1展示為佔據模組10之底部表面之小部分以允許光從底部表面逸出。
為了控制圖3之模組10以發射光，假設圖1之組態，正電壓施加至源極端子T3、負電壓施加至陰極端子T1，且閘極-源極電壓(Vgs)超過施加至閘極端子T2之MOSFET臨限。在一實施例中，為了使LED正向偏壓，跨端子T3及T1之電壓差大於2伏特。對於藍光LED 12，所需之電壓差可能大於4伏特。
圖4識別取決於LED之位置及所使用之MOSFET之類型控制LED模組之不同方式。舉例而言，取代藉由控制其閘極電壓而控制MOSFET，閘極電壓可能固定(正)且源極電壓可經控制以達成所要Vgs。LED及電流/電壓控制電晶體之其他組態展示在下文所述之圖8至圖15中。
使用晶圓接合以將LED部分接合至電晶體部分之優點在於可使用用於兩個晶圓之不同材料(例如，Si及GaN)。若LED及電晶體可基於相同材料(例如，GaN或GaAs)，LED層及電晶體層可磊晶生長在相同生長基板上方。在一實施例中，熟知類型之基於GaAs或GaN之電晶體(被稱作高電子遷移率電晶體(HEMT)、異構FET(HFET)、金屬半導體FET(MESFET)或調變摻雜FET(MODFET))在AlInGaP或AlInGaN LED之前或之後生長在生長基板(例如，GaAs、GaN、SiC、藍寶石等)上方，生成藍光至紅光。生長基板可在高電阻或吸收光的情況下移除。
圖5圖解說明其中生長基板50上方生長LED層52，之後係電晶體層53之實例。LED模組56之頂部表面上方之介電層及金屬層可類似於圖2中之該等層。若基板50係導電的(諸如SiC)，則其可保留在模組上。光可取決於材料及應用離開頂部表面、底部表面或側表面。
圖6圖解說明其中生長基板60上方生長LED層52及電晶體層54之實例。生長基板隨後被移除且金屬電極(未展示)形成在LED層52之暴 露表面上方。電晶體上方之介電層及金屬層可類似於圖2中之該等層。光隨後可從相對於電晶體表面之LED層52之底部表面離開。
圖6亦可圖解說明其中電晶體層54生長在基板晶圓上且LED層52隨後生長在電晶體層54上方之實例。電晶體層54因此充當LED層52之生長基板。在一實施例中，生長基板可為用於生長GaN層之習知基板，諸如藍寶石、SiC、GaN、矽等。如上所述，電晶體層54針對FET可為一或多個GaN層。LED層52隨後生長以形成發射藍光之習知基於GaN之異質接面LED。生長基板隨後諸如藉由使用雷射剝離或研磨以暴露電晶體層54而移除。電晶體層54隨後可薄化。在一實施例中，電晶體層54係n型GaN層且在基板移除後，電晶體層54之n型表面隨後經歷習知光微影掩蔽及摻雜製程(例如，藉由擴散或植入)以形成圖2所示的p型閘極區域及n型源極區域。圖2所示之介電層及金屬層隨後可印刷以形成圖2所示之電晶體結構。
在圖6所代表之另一實施例中，電晶體係異質接面型且層54可生長為n型源極層、p型閘極層及n型汲極層。可使用相反導電性。LED層52隨後生長在電晶體層54之頂層上方。在生長基板移除後，半導體層可蝕刻且金屬層可沈積以電接觸電晶體中之不同層。圖2所示之介電層及金屬層隨後可印刷以完成FET結構。其他類型之電晶體可形成為與LED層52整合。形成基於GaN之電晶體係習知的。
所得晶圓隨後被單件化以用低成本形成數千個個別LED模組10。
藉由生長LED層52及電晶體層54以形成整合結構，跨接合障壁(如圖2中)之任意電壓降得以避免且效率改良。製造成本與圖2之接合結構相比亦小得多。
圖7圖解說明經封裝以囊封其且提供用於施加電力及控制信號至模組10之導體之模組10。經囊封模組10可形成其中許多模組囊封在相同面板中之顯示面板之部分。在圖7中，提供基板62，諸如透明塑膠 或玻璃面板，具有用於直接接合至LED模組10之端子T1之金屬導體64。在面板中，可能存在連接至陣列中之不同LED模組之許多導體64或單個導體板可並聯連接LED模組。金屬導體64最終連接至電力端子。來自LED之光可向下發射穿過基板62。金屬導體64可具有用於接合至端子T1之金屬墊。金屬導體64亦可包含透明導體部分。介電層66隨後網版印刷在基板62上方以囊封模組10之側面。介電層66亦可囊封基板62所支撐之其他模組。
模組10可具有在囊封之前形成在其側面上以防止側向光發射之反射膜68，或介電層66可為反射的，諸如白光。若需要，膜68亦可代表介電塗層。或者，來自LED之側光被介電層66向上及向下反射，諸如其中介電層66含有白光二氧化鈦粒子。在此一情況中，基板62可為反射的，因此所有光最終穿過面板之頂部表面離開。
第二金屬導體70形成在MOSFET及介電質66上方以接觸閘極端子T2。介電層72形成在金屬導體70上方，且第三金屬導體74形成在介電層72上方以接觸源極端子T3。在一實施例中，金屬導體64、70及72係可定址LED面板(諸如彩色顯示器或白光源)之窄行及列線。
在多數情況中，介電層66將比介電層72厚得多。薄介電層72適於在導體70及74傳導PMOS電晶體之正電極及控制電壓的情況下將導體70與74分開，因為此兩個導體之間的洩漏不成問題。因此，端子T1應為負電壓端子。端子T2或T3的哪個應為正電壓端子及哪個應為控制端子之選擇取決於應用。通常，頂部導體74之電阻率將低於中間導體70。因而，端子T3之良好選擇將為較高電流正電壓端子。
面板可包含不同色彩之數千個LED模組10，諸如原色紅色、綠色及藍色或其他色彩，諸如黃色及白色。所有LED可為藍光LED，紅色及綠色由紅光及綠光磷光體形成。若面板係待用於通用照明或用作LCD之背光之白光面板，則各LED可為塗佈有增加綠光及紅光分量以 形成白光之磷光體之藍光LED。面板之厚度可為2 mm之量級且可為任意大小。不同LED可連接為任意組態，諸如串聯、並聯或組合以達成所要電壓降及電流。
光可以多種方式從經封裝模組10發射。若電晶體晶圓21對可見光透明，則導體70及74係透明或窄且晶圓20與21之間之接合介面透明，則LED光可發射穿過圖7之定向之頂部表面。透明晶圓21可為SiC或GaN，且電晶體可為熟知的GaN HEMT、MOSFET或MESFET。底部導體64及基板62可為反射的。
或者，光可發射穿過封裝之底部，其中導體64係薄或透明且基板62係透明。晶圓接合介面可為反射性金屬。
或者，所有LED光可透射穿過LED之側壁，隨後向上或向下反射穿過封裝之頂部或底部表面。晶圓接合介面可為反射性金屬。介電層66可為漫射反射的以向上及向下反射光。若光將發射穿過頂部表面，則導體70和74可為窄或透明的。導體64及基板62隨後可為反射的。針對底部表面透射，導體70及74可為反射的，導體64係窄或透明的且基板62係透明的。
在模組(諸如圖3之單晶粒模組)中，控制電晶體可連接為高壓側電晶體或低壓側電晶體，且電晶體可為MOSFET、雙極電晶體或本文所述之任意其他類型之電晶體。所有電晶體類型形成為垂直電晶體。圖8至圖15圖解說明一些可行組態。形成所有垂直電晶體類型係眾所周知。
圖8係與圖1相同。
圖9使用高壓側pnp雙極電晶體作為控制電晶體。
圖10使用高壓側n通道MOSFET作為控制電晶體。
圖11使用高壓側npn雙極電晶體作為控制電晶體。
圖12使用低壓側p通道MOSFET作為控制電晶體。
圖13使用低壓側pnp雙極電晶體作為控制電晶體。
圖14使用低壓側n通道MOSFET作為控制電晶體。
圖15使用低壓側npn雙極電晶體作為控制電晶體。
形成在各單件化LED模組之晶圓21(圖2)中之電路可包含以任意方式互連之多個電晶體及其他組件，諸如電阻器。各LED模組亦可包含與形成在晶圓21中之組件互連之多個LED。接合LED晶圓及「電子器件」晶圓之介面可包含形成LED與電子器件晶圓中之組件之間之多個導電路徑之電極圖案。舉例而言，形成在LED晶圓頂部上之電極圖案可對應於形成在電子器件晶圓底部上用於形成機械接合及提供特定電子互連之電極圖案。黏著劑亦可用於額外機械接合晶圓。
涉及採用薄介電層及薄導體之LED模組之高密度配置之問題可能係複雜的。舉例而言，印刷導電層之間之洩漏會形成可能提高或劣化可控制性之寄生電流路徑。歸因於洩漏的可能寄生電阻在圖16之電路中圖解說明為Rlk1、Rlk2及Rlk3。圖16之電路80可為顯示面板之小部分，其中反平行連接之模組緊密封裝在一起以形成單色彩之像素。
「面朝上」LED 82旨在經控制以發射顯示面板之光且「面朝下」LED 83旨在藉由在高反向瞬態電壓的情況下使端子86及94短路而提供LED 82之反向電壓瞬態保護。在簡單定址方案中，僅LED82旨在被點亮。當一列未被選定時，相關LED(例如，LED 82)偏壓為次臨限或可能反向偏壓。反平行LED(例如，LED 83)在未選定列被反向偏壓的情況下存在問題，其使該等LED正向偏壓，導致其等發射光並減小陣列之亮-暗對比度。
在圖16中，LED 82在閘極控制端子84係低於施加至端子86之正電壓之臨限電壓時發射光，使得MOSFET 88開啟。此時，MOSFET 90及LED 83關閉。電阻Rlk1代表端子84與正電壓端子86之間之洩漏。此洩漏有利，因為其提供p通道MOSFET 88及90兩者之弱上拉， 關閉MOSFET 88及90(且關閉LED 82及83)作為預設、非受控狀態。正電壓端子86與負電壓端子94之間之洩漏(表示為Rlk2)導致功率損耗且因此降低功率效率；但是，Rlk2係高電阻。控制端子84與負電壓端子94之間之洩漏(表示為Rlk3)係MOSFET 88之弱閘極下拉且因此劣化LED 82之可控制性。但是Rlk3導致MOSFET 90之閘極與源極之間之一些追蹤，因此有利於關閉LED 83。
如所見，寄生電阻問題應在高密度應用中予以考慮。寄生電容亦可予以考慮。
圖17圖解說明含有至少三個LED模組之單個封裝中之電路。封裝可為含有可定址LED之陣列之顯示面板。一模組包含發射紅光之LED 98，一模組包含發射綠光之LED 99且一模組包含發射藍光之LED 100。LED 98及99可為磷光體塗佈之藍光LED。類似於圖1及圖2，模組包含p通道MOSFET 101、102及103。封裝包含將源極電連接在一起之導體106(例如，X位址線)及將LED之陰極連接在一起之導體108(X位址線)使得模組並聯連接。各LED被由導體110至112(例如，Y位址線)施加至其各自MOSFET之閘極之單獨控制電壓控制。以此方式，任意色彩之光(包含白光)可由封裝產生。三個模組可形成顯示器中之單色像素或可為白光面板之部分。
積體模組在控制並聯連接之不同色彩之LED時之優點在於模組可具有連接至正電壓及負電壓之兩個共同端子，第三端子每次選擇單個LED。藉由每次僅開啟一個色彩之LED，其正向電壓不影響跨其他LED之電壓。舉例而言，若控制電壓皆同時被拉低，則紅光LED 98之低正向電壓可防止綠光及藍光LED開啟。只要每次僅一個LED色彩活動，則不同正向電壓之間不存在衝突。不同LED色彩之開啟持續時間可在時間上分割(分時多工)，且控制電壓位準可針對主動LED正向電壓而調整。在一實施例中，施加至MOSFET 101至103之閘極之控制電 壓按高於大約60 Hz之頻率依序提供，其中控制電壓之相對工作週期控制所感知之光之色彩。
圖18係單個循環中用於控制來自三個模組之光發射之紅光、綠光及藍光LED 98至100之相對開啟時間之實例。控制電壓可針對各色彩之LED而不同以導致各自LED發射特定預定通量級(例如，標稱最大亮度)，藉此任意總體亮度級及色彩(包含白光或中性光)可藉由控制各循環之絕對開啟時間(針對亮度)及相對開啟時間(針對色彩)而達成。
圖19圖解說明含有三個LED模組109、110及111之封裝108。封裝可為可定址LED之整個面板，且圖19可僅圖解說明面板之一小部分。模組109含有紅光LED，模組110含有綠光LED且模組111含有藍光LED。在圖19之實例中，LED之陰極端子T1由導體114連接在一起、由基板116支撐。來自封裝108之光發射之方向可為參考圖7所述之該等方向之任意者。模組109至111中之電晶體係p通道MOSFET，其中充分低於源極電壓之閘極電壓開啟電晶體及LED。電晶體之閘極由導體118共同連接且電晶體之源極分別被導體120、121及122接觸，延伸至附圖頁面中且延伸出附圖頁面。跨導體114及118之電壓高於LED之任意者之正向電壓。藉由以分時方式個別控制源極電壓，各自電晶體可分別被控制以傳導任意電流以控制RGB色彩之混合。
介電層66及72可與圖7中相同。
或者，圖19中之電晶體之源極可由取代導體120至122之導體連接在一起且閘極被取代共同導體118之導體分別接觸以經由閘極電壓個別控制電晶體。
在一實施例中，圖19之結構代表具有五個端子之單個三模組封裝。在另一實施例中，圖19之結構僅為具有單個基板116之大得多的面板的一部分，其中各彩色像素位置含有三個RGB模組。介電質66可 為囊封面板上之所有模組的單個介電層。列中之像素可藉由跨列(X)導體114及118施加電壓而定址，且經定址之列中之任意像素位置上的個別LED可藉由施加適當控制電壓至行(Y)導體120至122而開啟。行中的許多模組可接收相同控制電壓，但未定址列中的LED則不會開啟。
在許多LED可同時開啟的高功率(>0.1 W/in2)照明應用(包含背光照明LCD)中，增大操作電壓及減小電流對於給定功率是有利的。印刷互連件中之功率損耗與電流之平方成比例；因此，效率可藉由串聯連接多個LED段而增大，其加總為較大電壓但較低電流。圖20圖解說明具有多段串聯連接(行)之並聯RGB LED(列)的照明面板。面板可能大得多。LED 124及p通道MOSFET 125之各組合係以上述任意方式形成之單個模組。
在使用圖20之面板之一實例中，白光形成如下。正電壓(例如，15伏特)施加至導體130且負電壓(例如，接地)施加至導體132。由於LED之任一者的最大正向電壓假設為4伏特且存在串聯的三個LED，故15伏特足以驅動各串。在圖20之實例中，紅光LED在最左一行中，綠光LED在中間一行中，且藍光LED在最右一行中。行中之所有紅光LED由施加至導體136之相同紅光控制電壓控制，行中之所有綠光LED由施加至導體138之相同綠光控制電壓控制且行中之所有藍光LED由施加至導體140之相同藍光控制電壓控制。控制電壓量級可不同以達成穿過各行LED之所要電流。控制電壓按諸如如圖18所示之次序及工作週期施加，以達成所要總體色彩輸出。沿著導體136、138及140之電阻分壓器導致行中之各MOSFET具有相同Vgs。導體132與130之間由高值電阻器形成之另一電阻分壓器確保各列模組在LED關閉時具有跨其之相同電壓，因此行中之所有MOSFET將同時開啟。
來自RGB LED之光將在距離面板之表面幾毫米處混合及/或漫射 面板可用於改進光之均勻度。
取代使用導體130與132之間之電阻分壓器，單獨電壓可施加至X導體130、134、142及144之各者以跨各列施加5伏特。
許多小面板可連接在一起以形成單個大面板。小面板可取決於所要電壓及電流連接為串聯及並聯之任意組合，或各面板可由其自身之電源供應器分別驅動。在一實施例中，面板形成用於通用照明之2x4英尺天花板面板(燈)。
在另一實施例中，圖20之面板可為彩色顯示器。對於彩色顯示器，導體130與132之間之電阻分壓器被免除且每次藉由跨列提供舉例而言5伏特之電壓而對單列模組定址。隨後，控制電壓依序施加至導體136、138及140以產生單色像素之RGB色彩。顯示器可為任意大小。
若圖20之面板將用於通用照明，則無需列定址，且串聯紅光、綠光及藍光LED之行僅藉由施加控制電壓至導體136、138及140以開啟不同MOSFET而以快速分時重複方式定址。對於人眼，色彩混合在一起而無閃爍。每一色彩之開啟時間(串聯之LED之特定數量)或每一色彩之控制電壓可選擇以產生所要之感知色彩(例如，白點)。所發射之色彩可經控制以可供使用者選擇。
對於照明面板(相對於具有可定址像素之彩色顯示器)，個別RGB元素之會聚對於減小未混合色彩之視覺公害很重要。因此，需使個別LED色彩圖案化為常規圖案，其將會聚為特定漫射長度內之所要色彩。其次，對於暖白色，需要比綠光及藍光大得多的紅光功率。具有常規圖案及兩倍於綠光及藍光LED之紅光LED之兩級RGB陣列圖解說明於圖21中。圖21圖解說明用於通用照明之燈中之RGB LED之定址方案。兩級互連將紅光控制導體與綠光及藍光導體分開。藍光及綠光LED之列交替，而紅光LED在各列中介於藍光LED與綠光LED之間。
在圖21中，面板中之所有LED之陰極連接至共同接地導體且所有電晶體(例如，p通道MOSFET)之閘極連接至共同正電壓導體。因此，可控制源極電壓以控制穿過LED之電流。藍光通道位址匯流排150將藍光X導體152耦合至藍光LED之電晶體之源極。綠光通道位址匯流排154將綠光X導體156耦合至綠光LED之電晶體之源極。若藍光及綠光LED使用大致相同之正向電壓，則位址匯流排150及154可連接在一起。紅光通道位址匯流排158寬且耦合至紅光LED之電晶體之源極。因此，由面板輸出之總體色彩由施加至三個位址匯流排150、154及158之電壓及控制電壓之工作週期控制。連接至導體及匯流排之紅光、綠光及藍光LED模組之陣列159佈滿面板。紅光、綠光及藍光LED之數量及類型可選擇以達成面板之最佳效率。
圖22展示圖21之兩級RGB陣列面板之小部分之圖21中之線22-22之鋸齒狀截面圖，其展示一組RGB LED封裝模組。所有介電層及導體層可藉由印刷形成。
在圖22中，基板160可為透明板。支撐在基板160上之接地(或負電壓)導體162連接至紅光模組166、綠光模組167及藍光模組168之陰極端子。導體162可為透明或薄的以允許光發射穿過基板160。介電層164囊封模組166至168之側面。閘極導體166連接至模組166至168中之MOSFET之閘極。固定正電壓(相對於導體162電壓)施加至閘極導體166。介電層168形成在導體166上方。單獨導體152及156(延伸至附圖中且延伸出附圖)連接至藍光模組168及綠光模組167之各自源極電極157以分別控制至藍光及綠光LED之電流。各紅光LED模組具在導體152及156上方延伸之凸起源極接觸件170。介電層172形成在導體152及156上方及介電層168上方。紅光通道位址匯流排158隨後形成在介電層172上方以接觸紅光LED模組166之所有源極173。匯流排158覆蓋RGB LED模組之整個陣列且亦充當反射體。如所見，所得面板具有 兩級控制導體以分別控制至紅光、綠光及藍光LED之電流。如上所述，圖21之陣列中之LED並聯連接且LED之不同色彩以依序方式控制。多個陣列可串聯及並聯連接在一起而以最佳電壓及電流達成具有任意總體亮度之任意大小面板。
在一實施例中，導體152及156之寬度為大約1 mm或更小。LED可產生50 um2至1 mm2之像素大小。對於需要跨面板之均勻光之白光源，RGB色彩僅在面板上方大約1 mm至2 mm之高度上混合。亦可使用漫射板。紅光、綠光及藍光LED可按60 Hz或更大頻率依序通電以避免閃爍。各自工作週期決定面板所發射之總體色彩。
或者，圖22可表示形成彩色顯示器或任意其他應用之單個可控像素之單個、封裝RGB燈。
圖23圖解說明針對改良之色彩混合之紅光、綠光及藍光LED模組之Z形配置。在圖23中，紅光LED模組180之短對角線配置為Z形行。類似地，綠光LED模組182之短對角線配置為Z形行且藍光LED模組184之短對角線配置為Z形行。額外紅光LED模組行可插入綠光行與藍光行之間以增加更大暖度至所得白光。RGB光之Z形針對跨面板之更均勻白光而更好地混合光。至RGB LED模組之連接可與參考圖21及圖22所述相同，因此為簡潔起見不展示。
在一些應用中，將相同色彩之LED模組並聯連接有好處。可能存在任意數量之並聯連接之足部。LED模組串可形成並聯電路之各足部且各足部可包含不同數量之串聯LED模組。單個足部中之LED一起通電且各足部被獨立控制。此技術可用於調整從並聯電路發射之總體亮度(通量)，同時允許LED以最大效率操作，其通常在相對較低電流下獲得。因此，為了達成更高亮度，取代增大穿過LED模組串之電流(其導致較低效率)，具有較少LED之一串LED模組可在最佳電流下通電。分時多工可用於高效獲得任意亮度級。
圖24至圖38圖解說明可形成為晶圓接合模組之兩端子LED模組，或其中被動式或主動式電路磊晶生長在作為LED之相同晶圓上或其中被動式或主動式電路藉由使摻雜物擴散或植入LED晶圓中而形成之不同組態。模組可具有頂部電極及底部電極，其中底部電極係LED之陰極且頂部電極係被動式或主動式電路之電極。設想LED之其他定向。圖24至圖38之電路控制穿過LED之電流及/或藉由減小對輸入電壓變化之敏感度而提供LED之實質均勻照度。
圖24圖解說明在單個模組晶粒194中與LED 192串聯用於調整穿過LED之電流之電阻器190。如圖24，最簡單之V-I轉換器用串聯電阻實現。電阻緩衝LED電壓之變化。對於LED之大輸入電壓及相對較小正向電壓，電流大致等於輸入電壓除以串聯電阻。若輸入電壓比正向LED電壓大得多，則如圖24中，固定電阻可足以減小LED性質之不確定性。對於並聯連接之RGB LED模組，各模組中之串聯電阻可經選擇使得各LED同時被照亮。此防止具有低正向電壓之LED(諸如紅光LED)將跨綠光及藍光LED之電壓鉗位為低於綠光及藍光LED之正向電壓之電壓。串聯電阻下降足夠電壓以防止此鉗位。
對於接近正向LED電壓之輸入電壓，可變電阻196(諸如圖25所示)用在兩端子模組中以調整穿過LED 192之電流。使用可變電阻，此係因為LED之正向電壓隨LED而稍微變化且電阻值之精確度對於達成所需電流很重要。可變電阻可為主動式裝置，包含電晶體。
圖26圖解說明與單個模組中之LED 192串聯或跨單個模組中之LED 192之電壓鉗位器或調節器198。串聯電阻器實現不減小對輸入電壓變化之照度敏感度。為了緩衝電壓源不確定性，可使用圖27所示之電壓鉗位器或調節器198或電流調節器或限流器200。對於足夠大的輸入電壓，照度因此獨立於輸入電壓。
圖28、圖29及圖30圖解說明跨LED之不同電壓鉗位器202、206及 210。電壓鉗位器可由單個二極體(圖28)、串聯之數個二極體(圖29)或齊納(zener)二極體(圖30)實現。二極體鉗位器限制施加至LED之電壓且串聯電阻限制至LED之電流。
電壓鉗位及二極體限制之更穩健方法可使用電晶體實現。圖31圖解說明跨LED之鉗位器212且圖32圖解說明使用電晶體及電阻器形成之限流器214。電晶體提供主動構件以改變串聯電阻及因此減小對輸入電壓之敏感度。圖9之模組可用於藉由在連接在電晶體之基極與負端子之間之半導體材料中形成電阻器而形成圖31之電路。類似地，圖11之模組可用於藉由在連接在電晶體之基極與正端子之間之半導體材料中形成電阻器而形成圖32之電路。
圖24至圖38之電路之不同另一者可使用圖9及圖11之模組藉由在半導體材料中形成額外電路元件及在元件之間形成連接而形成。
圖33圖解說明鉗位器218且圖34圖解說明使用電晶體、電阻器及二極體形成之電流調節器222及鉗位器。
圖35圖解說明使用兩個電晶體之電流源226。若使用更多電晶體，則可達成更好調節。
圖36圖解說明使用兩個電晶體之電壓源230。
圖37圖解說明使用兩個電晶體之串聯電流源234。
圖38圖解說明並聯連接之圖24至圖37之兩端子模組之任意者，其中三個模組240、242、244含有紅光、綠光及藍光LED以在照明面板中形成單個照明元件，諸如用於通用照明或背光照明。電路246針對各色彩之LED設定以發射所要亮度(藉由設定穿過LED之特定電流)同時亦設定跨模組之所要電壓降以允許RGB LED之各者開啟。積體LED模組可並聯以在無其他外部組件的情況下達成均勻照度。在另一實施例中，所有LED為相同色彩，包含具有磷光體塗佈以產生白光之藍光LED。
圖24至圖38之模組之任意者亦可包含與LED串聯以形成三端子模組之圖1至圖23之電晶體控制器。
本文所述之所提出之解決方案將V-I驅動器與LED整合在單個晶粒中。驅動器及LED形成積體電路，其製作在兩個晶圓接合基板或相同基板上。此整合減小LED及至全局系統之互連之固有及寄生不確定性。整合與使用非積體V-I驅動器相比亦極大地減小電路之大小及成本。此允許各LED具有其自身之專用驅動器。
此外，為各LED提供其自身之可控驅動器使各LED能被控制以輸出所要亮度，而不管過程變化、亮度隨溫度的改變及亮度隨時間的改變。
上述實例已使用MOSFET及雙極電晶體；但是本發明之範疇不受電晶體技術的限制。實現可使用CMOS、BiCMOS、BCD或其他積體電路製程形成。亦可使用未展示之額外電晶體技術，諸如JFET、IGBT、閘流電晶體SCR)、三端雙向可控矽元件及其他。
雖然已展示及描述本發明之特定實施例，但是熟習此項技術者應瞭解可進行改變及修改而不脫離本發明之較寬泛態樣，且因此附屬請求項將在其等之範疇內涵蓋落在本發明之真實精神及範疇內之所有此等改變及修改。
10‧‧‧三端子發光二極體(LED)模組
12‧‧‧發光二極體(LED)
14‧‧‧調變電晶體
16‧‧‧端子
17‧‧‧端子
18‧‧‧端子

Claims (35)

  1. 一種照明裝置，其包括：一第一發光二極體(LED)，其具有一第一頂部LED導電表面及一第一底部LED導電表面，該第一LED係一垂直第一LED；及一垂直第一電晶體，其與該第一LED串聯。該第一電晶體具有一第一端子、一第二端子及一第三端子，該第一端子係該第一電晶體之一底部導電表面，該第一電晶體之該底部導電表面係電與機械地接合至該第一頂部LED導電表面，該第一電晶體具有一頂部表面，其中該第二端子及該第三端子形成於該頂部表面上，該接合之第一LED及垂直第一電晶體一起經單件化，使得該第一電晶體之大小實質與該第一LED相同，該第一LED經組態以在一第一電壓施加至該第一底部LED導電表面、第二電壓施加至該第二端子，及一第一控制電壓施加至該第三端子時，發射光。
  2. 如請求項1之裝置，其中該第一電晶體係一FET。
  3. 如請求項2之裝置，其中該第一端子係一汲極端子，該第二端子係一閘極端子，且該第三端子係一源極端子。
  4. 如請求項2之裝置，其中該第一端子係一汲極端子，該第二端子係一閘極端子，且該第三端子係一閘極端子。
  5. 如請求項1之裝置，其中該第一頂部LED導電表面係一陽極，且該第一底部LED導電表面係一陰極。
  6. 如請求項1之裝置，其中該第一頂部LED導電表面係一陰極，且該第一底部LED導電表面係一陽極。
  7. 如請求項1之裝置，其中該第一LED發射一第一色彩之光，該裝置進一步包括：一第二LED，其具有一第二頂部LED導電表面及一第二底部LED導電表面，該第二LED係一垂直第二LED，該第二LED發射一第二色彩之光；及一垂直第二電晶體，其與該第二LED串聯，該第二電晶體具有一第四端子、一第五端子及一第六端子，該第四端子係該第二電晶體之一底部導電表面，該第二電晶體之該底部導電表面係電與機械地接合至該第二頂部LED導電表面，該第二電晶體具有一頂部表面，其中該第五端子及該第六端子形成於該第二電晶體之該頂部表面上，該接合之第二LED及垂直第二電晶體一起經單件化，使得該第二電晶體之大小實質與該第二LED相同，該第二LED經組態以在一第三電壓施加至該第二底部LED導電表面、一第四電壓施加至該第五端子及一第二控制電壓施加至該第六端子時，發射光，該第一底部LED導電表面及該第二底部LED導電表面連接在一起，該第一電晶體之該第二端子及該第二電晶體之該第五端子連接在一起。
  8. 如請求項7之裝置，其中施加該第一控制電壓及該第二控制電壓以分別給該第一LED及該第二LED通電，其中該第一控制電壓及該第二控制電壓係分時多工，以不同時開啟。
  9. 如請求項8之裝置，其中該第一LED在開啟時具有跨其之一第一電壓降，且該第二LED在開啟時具有跨其且與該第一電壓降不同 之一第二電壓降。
  10. 如請求項7之裝置，其中該第一LED發射紅光，且該第二LED發射藍光或綠光之一者。
  11. 如請求項7之裝置，其中該第一LED、該第一電晶體、該第二LED及該第二電晶體係封裝在一起以形成一多色彩發光裝置。
  12. 如請求項7之裝置，進一步包括：一第三LED，其具有一第三頂部LED導電表面及一第三底部LED導電表面，該第三LED係一垂直第三LED，該第三LED發射一第三色彩之光；及一垂直第三電晶體，其與該第三LED串聯。 該第三電晶體具有一第七端子、一第八端子及一第九端子，該第七端子係該第三電晶體之一底部導電表面，該第三電晶體之該底部導電表面係電與機械地接合至該第三頂部LED導電表面，該第三電晶體具有一頂部表面，其中該第八端子及該第九端子形成於該第三電晶體之該頂部表面上，該接合之第三LED及垂直第三電晶體一起經單件化，使得該第三電晶體之大小實質與該第三LED相同，該第三LED經組態以在一第五電壓施加至該第三底部LED導電表面、一第六電壓施加至該第八端子及一第三控制電壓施加至該第九端子時，發射光，該第一底部LED導電表面、該第二底部LED導電表面及該第三底部LED導電表面連接在一起，該第一電晶體之該第二端子、該第二電晶體之該第五端子及該第三電晶體之該第八端子連接在一起。
  13. 如請求項12之裝置，其中施加該第一控制電壓、該第二控制電 壓及該第三控制電壓以分別給該第一LED、該第二LED及該第三LED通電，其中該第一控制電壓、該第二控制電壓及該第三控制電壓係分時多工，以不同時開啟。
  14. 如請求項13之裝置，其中該第一LED在開啟時具有跨其之一第一電壓降，該第二LED在開啟時具有跨其之一第二電壓降，且該第三LED在開啟時具有跨其且與該第一電壓降及該第二電壓降不同之一第三電壓降。
  15. 如請求項12之裝置，其中該第一LED發射紅光，該第二LED發射綠光，且該第三LED發射藍光。
  16. 如請求項12之裝置，其中該第一LED、該第一電晶體、該第二LED、該第二電晶體、該第三LED及該第三電晶體係封裝在一起，以形成一多色彩發光裝置。
  17. 如請求項16之裝置，其中該多色彩發光裝置係封裝在具有一基板之顯示螢幕中，該基板具有連接至該第一底部LED導電表面、該第二底部LED導電表面及該第三底部LED導電表面之導體，其中來自該第一LED、該第二LED及該第三LED之光發射穿過該基板。
  18. 如請求項16之裝置，其中該多色彩發光裝置係封裝在具有一基板之一發光面板中，該基板具有連接至該第一底部LED導電表面、該第二底部LED導電表面及該第三底部LED導電表面之導體，其中來自該第一LED、該第二LED及該第三LED之光發射穿過該基板。
  19. 如請求項12之裝置，其中該第一LED結合該第一電晶體形成一第一模組，該第二LED結合該第二電晶體形成一第二模組，且該第三LED結合該第三電晶體形成一第三模組，該裝置進一步包括：由複數個第一模組、複數個第二模組及複數個第三模組形成 之一陣列。
  20. 如請求項19之裝置，其中該等第一模組串聯連接在兩個電壓之間，該等第二模組串聯連接在該兩個電壓之間，且該等第三模組串聯連接在該兩個電壓之間，且其中該第一控制電壓施加至該等第一模組之各者中之該第一電晶體之該第三端子，該第二控制電壓施加至該等第二模組之各者中之該第二電晶體之該第六端子，且該第三控制電壓施加至該等第三模組之各者中之該第三電晶體之該第九端子。
  21. 如請求項20之裝置，其中至少一第一電阻器串聯連接在該等第一模組之該等第三端子之間，至少一第二電阻器串聯連接在該等第二模組之該等第六模組之間，且至少一第三電阻器串聯連接在該等第三模組之該等第九端子之間，使得由該陣列中之該等第一LED之各者發射之光實質上相同，由該陣列中之該等第二LED之各者發射之光實質上相同，且由該陣列中之該等第三LED之各者發射之光實質上相同。
  22. 如請求項19之裝置，其中該等第一模組輸出紅光，該等第二模組輸出綠光，且該等第三模組輸出藍光，其中該等第一模組之該等第三端子連接至一紅光位址匯流排，該等第二模組之該等第六端子連接至一綠光位址匯流排，且該等第三模組之該等第九端子連接至一藍光位址匯流排，其中該紅光位址匯流排位於該綠光位址匯流排及該藍光位址匯流排之上，且與其等絕緣。
  23. 一種照明裝置，其包括：一GaN電晶體，其磊晶生長在一生長基板上，其中該生長基板已被移除，該電晶體具有一頂部GaN表面及一底部GaN表面，該電晶體係一垂直電晶體；及 一基於GaN之發光二極體(LED)，其磊晶生長在該電晶體之該底部GaN表面上，該LED具有一底部表面；該電晶體在其頂部表面上具有一控制端子及一第一端子，該LED具有電連接至其底部表面之一第二端子，該LED經組態以在一第一電壓施加至該第二端子、一第二電壓施加至該第一端子及一控制電壓施加至該控制端子時發射光。
  24. 如請求項23之裝置，其中該電晶體係一FET。
  25. 如請求項24之裝置，其中鄰接該LED之該電晶體之該底部表面係一汲極，且該電晶體之該頂部表面包括一源極。
  26. 如請求項23之裝置，其中該控制端子接觸該電晶體之一閘極，且其中該第一端子接觸該電晶體之一源極。
  27. 如請求項23之裝置，其中該LED之該第二端子係一陽極端子。
  28. 如請求項23之裝置，其中該LED之該第二端子係一陰極端子。
  29. 一種照明裝置，其包括：一基於GaN之發光二極體(LED)，其磊晶生長在一生長基板上，該LED具有一頂部GaN表面及一底部GaN表面；及一GaN電晶體，其磊晶生長在該LED之該底部GaN表面上，該電晶體係一垂直電晶體；該電晶體在其底部表面上具有一控制端子及一第一端子，該LED具有電連接至其頂部表面之一第二端子，該LED經組態以在一第一電壓施加至該第二端子、一第二電壓施加至該第一端子及一控制電壓施加至該控制端子時發射光。
  30. 如請求項29之裝置，其中該電晶體係一FET。
  31. 如請求項30之裝置，其中鄰接該LED之該電晶體之一頂部表面係一汲極，且該電晶體之該底部表面包括一源極。
  32. 如請求項30之裝置，其中該控制端子接觸該電晶體之一閘極， 且其中該第一端子接觸該電晶體之一源極。
  33. 如請求項29之裝置，其中該LED之該第二端子係一陽極端子。
  34. 如請求項29之裝置，其中該LED之該第二端子係一陰極端子。
  35. 如請求項29之裝置，其中該生長基板已被移除。
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