TW574759B - Multi-chip semiconductor LED assembly - Google Patents

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TW574759B
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TW
Taiwan
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light
patent application
diodes
circuit structure
emitting diode
Prior art date
Application number
TW91110310A
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English (en)
Inventor
Jerome Chandra Bhat
Daniel A Steigerwald
Reena Khare
Original Assignee
Lumileds Lighting Llc
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Description

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發明範疇 本發明相關於半導體發光裝置，更特別相關於安裝在一 共用副安裝上的多重發光裝置。 發明背景 已知將發光二極體（LED)加以控制能，例如，產生各種不 同顏色，控制開關時序，或控制亮度等級。在（包括具有三種 主要顏色-紅(R)、綠（G)、藍（B)的LED)裝置中，使三個LED的 電流有所不同，幾乎可產生可見光譜中任何色彩。因此，例 如在彩色顯示器中即優先選擇使用它們，此外，因為它們用 以取代傳統光源（如燈泡）的潛力，能產生白光（由R、〇及3零 組件所組成）的裝置對它們特別感興趣。 相關的進步包括以下成就：Mueller等人在美國專利第 6,016,038及6，150,774號中’揭tjt 一種用於LED發光組件的脈衝 寬度調變電流控制，其中各電流控制單元係可獨特地定址， 並可在一電腦網路上接收照明彩色資訊。由微處理器控制 LED (例如藉由脈衝寬度調變信號）以改變所產生光線的亮度 或顏色，因此該LED組件可提供複雜、預先設計的光圖案； 惟LED為個別地封裝，及驅動邏輯的位置又與LED分開，而 導致佔據空間的結構。
Mizutani等人在曰本專利第JP7235624號中揭示一種LED燈， 其中由透明樹脂形成一封裝，及一反轉LED裝置的電極直接 接合在傳導路徑上，引至該封裝的外部。惟此方法依賴數個 個別線結合的產生，因此未能消弭LED系統失敗的第一來源 ，即線結合的崩潰。 • 4 -本纸張尺度適用中國國家棵準(CNS) A4規格(210X297公釐) 574759 A7 B7 五、發明説明（2 ) 最後，Liu等人在美國專利第5,886,401號中揭示一種LED互 連封裝，其中將LED置於實質上透明的基板上，具有與接觸 墊的接觸表面；一聚合物薄膜重疊在接觸表面且具有通孔 開口； 一實質上透明的支撐環繞LED及基板；及金屬物重疊 在聚合物薄膜並經由通孔開口延伸，用以互連接觸墊。說明 所揭示安裝在一共用副安裝上的LED的陣列，惟用以控制 LED的切換電路係位於LED封裝外部，又會造成佔據空間的 結構。 有幾處地區標出想要加以改良，考慮空間因素，想要較高 密度LED架構，例如在電路板上將LED裝置與其他電路元件 加以整合的應用。較高密度亦有利於建構高功率應用，較高 密度容許產生更小的LED組件，其更像理想的光源點，藉此 ，產生次光學（即運用發出光線）將更簡單更便宜。 根據本發明，將數個LED安裝在一共用副安裝上，並藉由 副安裝上的電路結構連接。副安裝最好是矽，具有金屬軌跡 並可能地藉由積體電路製造技術，直接在副安裝上/中形成 邏輯電路結構。 本發明一些實例利用由週期表第III欄元素(如A卜Ga或In)， 及第V欄元件（如N或P)所產生的複合半導體LED。全部接觸 墊皆在這些裝置的同側，常稱此反轉架構為正反器設計。例 如藉由焊接接觸墊至副安裝中i成的電路結構，而將裝置 安裝在副安裝，在此架構中，導引LED裝置的透明基板離開 副安裝，使所產生的光能經基板無阻礙地逃離，一些實例可 將基板移除。這些反轉設計與標準的線接合設計更能增強 -5- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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574759 A7 B7 五、發明説明（3 ) 光的抽取，在共用副安裝上將LED連接至金屬軌跡，減少電 路結構的最大故障情況，即線接合的崩潰。 一些實例中，副安裝上的電路結構以並聯、串聯，或合併 並聯及串聯以連接LED。以串聯方式連接LED提供改良的運 用，因AlInGaN LED的一般操作電壓係在2.4-4 V (伏特）體制下 ，反之，驅動電路結構在許多應用中係以不同的電壓操作。 例如，在汽車中，以12 V電池驅動電路，建構一裝置（串聯連 接3或4個LED)，在由標準12 V汽車電池驅動下，在要求的電 壓範圍中操作全部LED。 一些實例可包括一切換開關，其可在串聯與並聯間切換 LED的编合。此架構的運用，係利用電路結構的改變而能調 整裝置以不同輸入電路操作。 一些實例包括在同副安裝上發出多種不同波長的LED，包 括三種主要顏色-紅綠藍LED的實例能發出白光，具可能應用 以取代一般白熱燈泡，在彩色顯示器中亦可使用此類彩色 LED。包括能發出如紫外線及具有420奈米及470奈米藍光的 LED的實例，在牙醫中發現有用的應用，其中使用它們矯正 用以填補的某些材料。 在一些實例中，在副安裝中形成的電路結構包括一二極 體，以LED反轉方向操作，此架構提供優瞬間電壓抑制（TVS) ，並藉此防止靜電釋出（ESD)，gJUll氮化材料電路故障的首要 原因。 在一些實例中，副安裝包括一光感裝置，其接收發射光線 及控制單元的一部分。光感裝置測量發射光線的強度，如發 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂 574759 A7 B7 五、發明説明（4 ) 現強度偏離極小值，控制單元即調整至LED的電流。此實例 說出LED在時間上，其發光在強度上顯現明顯下滑趨勢，而 導致如在彩色顯示器應用中有不想要的彩度偏移，或在交 通燈號應用中，脫離指定的強度範圍。 附圖簡單說明 圖1說明具有一藍寶石（sapphire)基板之先前III氮化物發光裝 置技藝。 圖2說明具有一 SiC基板之先前III氮化物發光裝置技藝。 圖3說明最大前送電流作為接合至周圍熱電阻之功能。 圖4說明LED抽取效率作為p電子吸收之功能。 圖5說明在先前發光裝置技藝中被陷阱捕獲之光線。 圖6a-b各別說明安裝在副安裝上之LED之正視及剖面圖。 圖7說明安裝在副安裝上之LED之正視圖。 圖8說明安裝在副安裝上之LED之正視圖。 圖9說明安裝在副安裝上之LED之正視圖。 圖10a-b各別說明安裝在副安裝上之LED之正視及剖面圖。 圖1 la-b說明圖10a-b中實例之剖面圖。 圖12a-b各別說明LED及副安裝之正視圖。 圖13a-c說明另一實例及光線之對應路徑。 圖14說明GaN/SiC反轉LED之抽取效率作為SiC吸收係數之功 厶匕《 〜 月匕。 __ 圖15說明一具有超級基板之反轉錐體之實例。 圖16說明副安裝另一實例。 圖17a-b說明多重串聯互連發光結構，圖17a說明結構之正 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 訂 k 574759 A7 B7 五、發明説明（5 ) 視圖，圖17b說明對應示意圖。 圖18說明連接至副安裝之多重串聯互連發光結構。 圖19說明製造III氮化物LED之流程圖。 圖20說明將III氮化物LED連接至副安裝之流程圖。 圖21說明複數個LED安裝在一連接至電路結構之共用副安 裝上。 圖22以側面圖說明安裝在共用副安裝上之反轉LED。 圖23以側面圖說明安裝在共用副安裝上之反轉LED及標準 LED ° 圖24a，24b及24c根據本發明說明不同電路結構連接LED。 圖25說明包括相同波長LED群組之電路結構。 圖26說明包括LED之電路結構，尚包含切換。 圖27a至27d說明包括功率分路二極體之電路結構。 圖28a及28b說明包含光感二極體及控制單元之電路結構。 圖29說明控制發光強度之方法。 圖30說明包含電流分配及控制單元之電路結構。 附圖詳細說明 首先，對應至專利申請中的揭露，將詳細說明至少一 LED 的反轉III氮化物LED及副安裝。本申請文第二部分會利用數 個安裝在共用副安裝上的反轉III-V LED，詳細說明其他的實 例。 ^
反轉III氮化物LED LED操作的一基本限制條件為最大結合溫度，最大接合溫 度Tjmax即LED在其某些部分或其外殼發生崩潰或故障的p-η接 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）
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5區域的/皿度。當進行封裝環氧基或透鏡的玻璃轉型溫度 時常發生此崩潰，而造成透明度喪失及此材料的永久性熔 解。以此限制所設立丁』·臟周圍而引發的溫度Δη可表示為（假 設功率轉換效率《100%，今日m氮化物裝置即為如此）： △丁j = Tjmax—Ta= ImaxVf0j.a (1) 八中Ta為周圍溫度，imax為取大操作電流，為在該電流的前 送黾壓’及為從p-n接合至周圍的熱電阻。插入vf —簡化 表示式，並重寫成：
Imax = Δ Tj/[ 0j.a (V〇+ Imax R^) ] (2) 其中Vo為開啟電壓（約為m氮化物半導體帶隙電壓），及艮為 裝置的電串聯電阻，將Jmax解出為·· W = [ ΔTj/(Rs0j.a) + (½ Vq/Rs) 2] 1/2-~ι/2 ν〇/ι^ (3) 在圖3中畫出公式3，在ν〇=2·5 v(對應至波長λ〜5〇〇邮的一能 源帶隙）及Tj_ = 13〇t的情形下，用以使1及呌3的值有所不同 。逆些參數值的範圍與〜丨mm2的晶粒大小有連貫，並與熱移 除設計良好的系統有連貫性❶由圖3中圖表所判定艮及㊀^間 的重要性等級掌控此應用。惟圖3中大部分情形裡，在熱電 阻中減广宂/W比在串聯電阻中下落一〜㈣更有效增：
Imax (及藉此光輸出）。因串聯電阻由有限接觸電阻及實際摻 =位準導出，而很難減少至獨斷低位準，藉此，明顯可見熱 私阻為增加Imax的重要手段，而員將其最小化至最大光產 生能力。 藉由在接合溫度上的限制使Imax固定，而以公式4說明最大 光產生能力： 裝 訂
線 -9 - 574759 A7 B7 五、發明説明（
Lmax= r|Imax (4) 其中Lmax為以瓦特表示的最大光輸出，及巧為乙^^以贾八表示 的坡度效率。坡度效率與外部量子效率成比例，如 η 〜Wxt = TiintCext， (5) 其中Tlim為内部量子效率，及cext為LED光抽取效率，藉此，以 固疋王動區域效率（T]int),藉由最大化抽取效率而得到最大光 產生能力。 由於LED晶粒的串聯電阻與熱電阻皆與接合面積成反比例 ，而可增加晶粒大小以增加imax。遞增晶粒幾何獨斷地在發 光系統中，達到LED封裝主要及次要光學大小及功率消散能 力的實際限制。取而代之，應選擇晶粒大小以充分利用LED 封裝所提供的可容許功率消散。一般系統中，即如H〇flei^ 人在電子學著作（Electronics Letters) 34 , 1 (1998)中所說明，接 合至周圍的熱電阻約為〜60t/W，可由快速計算求出LED封 裝功率消散的上限《假設40°C的周圍溫度及130^wTj_，最 大輸入功率則為（130-40)/60 = 1.5 W，最大輸入功率可寫成
Pmax = Imax Vf = If (V〇+ = Jmax (V〇+ ⑹ 其中Jmax係以A/cm2為單位的最大前送電流密度，Ps係以Q_cm2 為單位的晶粒串聯電阻率，及八脱係晶粒面積（以cm2為單位） 。為求有效及具成本效率的操作，需要合理的高前送電流密 度，50A/cm2為一合適的前送電适_密度。對35〇χ35()μπι2的裝置 而言，一般的串聯電阻為〜3〇ω，對應類&Ps〜4xl0-2Qcm2的 裝置電阻。假設公式6此相同電阻，具Jmax=5〇 ^〇1112及Vq：=2.5 v (對應至波長的一把源π隙，即人〜500 nm),為達成封裝所容 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公羡) 574759
午的最大輸入功率，所需晶粒面積為6 7 χ l〇·3 ,或〜8⑻X 8⑻μχη2。同功率位準上較小的裝置將導致前送電壓增加，並 藉此在相同電流時降低效率，同理，較小的裝置將因增加的 晶粒熱電阻而在較高溫度運作。 因ρ型III氮化物層的高電阻率緣故，LED設計使金屬物沿ρ 型層以提供p側電流分布，因此，因絕緣基板，n側電流分布 必須經由η型III氮化物層發生。這些層通常為〜2μηι (微米）厚 ，具〜10。Ω-cm電阻率。為顧及一般裝置電阻率極其微小部 分，藉由η型層電流分布所需的距離應保持少於〜2〇〇 μιη。因 此’大於400 X 400 μιη2的裝置需要多重11電極指針插入ρ電極， 以將裝置電阻保持低的狀態。如上所述，對高光產生力的裝 置必須是大的，如>400x400 μιη2,因此這些裝置應執行插入η 電極設計。對反轉結構而言，由於η&ρ電極必須在連接至副 士裝上保持電隔離’此設計具有相當的牽動關係。 對反轉設計而言，為改良抽取效率，使用高度反射電極金 屬極具重要性。圖4說明與傳統（磊晶向上）裝置相較之上，一 反轉晶粒設計的LED抽取效率對ρ電極吸收的關係。圖4中所 緣的抽取效率由LED晶粒結構（1 X 1 mm2)的光學射線軌跡製·模 所決定，並包括全部LED材料所測量的光學性質雖然傳統 裝置（非反轉式）使用藍寶石基板，所有以模型製成的反轉裝 置皆使用藍寶石超基板。界定靈極吸收(X軸）為，假設在感 興趣波長上，接近ρ電極的III氣化物蟲晶碎層内，從一均等 性光源點照明，每一經過所吸收的光百分比。ρ電極為光抽 取的主要因數，因其幾乎完全橫跨主動面積而延伸，以提供 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝 訂
574759 A7 B7 五、發明説明（9 一致的電流注入至p-n接合，此外，在藍寶石❼〜丨幻與瓜氮化 物磊晶層（η〜2.4)間的折射指數差異，導致由主動區域所產 生光的大部分，在藍寶石/III氮化物介面上成為全然内部反 射。在此波導引中所捕捉的光量為〜_c〇s((1 8/2 4)·ι) = (從主動 區域均等發射）所產生全部光的66%。如圖5所示，將光捕捉 並沿裝置水平地將其朝晶粒側邊導引，雖然圖5說明傳統（蟲 晶向上）結構，但不管晶粒為磊晶向上或反轉，波導引效應 皆存在。惟，因藉由ρ電極的吸收，大部分波導引光在逸出 裝置前皆漏失掉。因此緣故，如圖4所繪資料所示，抽取效 率對ρ電極吸收極為敏感《由於在逸出前在ρ電極經過的數目 極大，這在大面積(如> 400 X 400 μπι2)晶粒特別重要。η電極亦 為光學漏失機構，但因其覆蓋較少裝置面積而顯得較不重 要。 圖4所示射線軌跡模製結果，建議具池及/或Au電極的反轉 晶粒設計提供從38至47% (λ == 505 nm)的抽取效率。具有半透 明NiAu電極的傳統蟲晶向裝置具有一 43%的抽取效率，因此 ，在一反轉裝置上的Ni及/或Aup電極，相對於傳統設計，並 未提供明顯改良的抽取效率。惟對一 Ag ρ電極而言，反轉晶 粒顯示在抽取效率中有超過傳統裝置的--1·7χ增益，如圖4 中所闡明，為在先前技藝裝置之外提供增加的光抽取，在反 轉裝置中的ρ電極吸收應少於2ϋ，最好ρ電極吸收係少於25% 。雖然圖4所繪為505 nm的情形，不拘波長，抽取效率對ρ電極 吸收的趨勢是真實的。亦很重要指出，雖然反射率為主要考 量，但接觸電阻亦為主要考量，在ρ電極中差的接觸電阻能 -12- 本纸張尺度適用t g S家料(CNS) A4規格(210X297公釐) "" ---- 574759
導致一裝置具有過高串聯電阻，並藉此減少如由公式3所說 明的光產生能力。對350 χ 350 μπι2裝置而言，一般串聯電阻為 〜30 Ω ’對應至類似4 X 10·2 Qcm2的裝置電阻率。ρ接觸電阻率 應遠小於此，以極小化其對串聯電阻的貢獻。在本裝置中， Ρ特定接觸電阻率最好小於1〇·2 Q cm2。 在製造過程中，合併低光學吸收及低接觸電阻率難以達 成III氮化物裝置。例如，Ag作成好的ρ型歐姆接觸並極具反 射性’但難以附著在III氮化物層，且難以在潮濕環境中磁化 至電子植入而導致毁滅性的裝置故障。A1具合理反射性，但 對ρ型III氮化物材料並未製造好的歐姆接觸，雖然其他元素 金屬係良好吸收（在可見波長體制中每一經過有〉25%吸收率） 。一可能的解決方法係使用一多層接觸，其包括一極薄半透 明歐姆接觸與一作為電流分布層的厚反射層連接，在歐姆 層與反射層間包括一可選擇的障蔽層。P型多層接觸的一例 為Au/NiOx/Al，此金屬體系的一般厚度為3〇/1〇〇/15〇〇 a (埃），同 理，一合適的η型GaN多層接觸為具30/1500 A—般厚度的銻/銘。 由於ρ電極反射率為抽取效率中一重大因數，在製造的設 計中不許妥協，即使由不透明的薄片金屬難以執行反轉m氮 化物LED的晶圓上測試，此類測試的方法不許要求將ρ電極 的反射性質降級。例如，在ρ電極中插入開口或半透明區域 ，以在晶圓上測試期間容許光造逸出，只會藉由有效減少 ρ電極反射率而使成品裝置效率降級。應使用其他不會妥協ρ 接觸反射率的方法。 本揭露說明大面積(如> 400 X 400 μηι2)高功率LED ,其在增加 -13· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂
線 574759 A7 B7 五、發明説明（U ) 光抽取的同時，藉由減少從p-n接合至燈封裝的熱電阻而具 有最大光產生能力。本裝置使用一反轉結構執行一低電阻 率、不透明、高度反射的p電極，以達成此目的，在圖6a七中 說明第一實例。 圖6b所示剖面圖中，裝置包括III氮化物磊晶異相結構η型 及未摻雜層11及ρ型層12,各與一主動區域13接觸。III氮化物 層11可選擇連接至一透明超基板10，超基板10可為沈積III氮 化物層的生長基板。圖6a中LED晶粒底部的正視圖中，裝置 的大面積(> 400 X 400 μπι2)要求η電極22 “指形物”插入ρ電極金 屬20，以遍及裝置一致性分布電流。在大面積裝置要求此一 電極配置以提供一低串聯電阻（以克服低傳導性III氮化物層） ，及藉此提供公式3中所指定高的最大驅動電流。藉此，大 面積裝置要求插入η電極配置，用以極大化整體光產生能力 。將裝置反轉致使可經透明超基板10以及側壁取得光，及藉 由使用高度反射厚ρ電極金屬20提供好的抽取效率。如上述 ，ρ電極的反射性如此，俾使其在LED發射波長的吸收率為每 一經過少於25%。電極金屬經由互連60連接至副安裝基板50 的副安裝電極52，操作期間當提供一熱路徑用以從LED移除 熱的同時，在LED與副安裝間互連執行電連接。雖然所述實 例論及焊劑，但互連亦可以元素金屬、金屬合金、半導體金 屬合金、焊劑、熱及電傳導糊HI合成物（如環氧基）、LED 晶粒與副安裝間不同金屬間的共晶體接合（如Pd-In-Pd)，金螺 旋柱隆起或焊接隆起。 互連係經由傳導介面41，54連接至LED及副安裝，使用焊 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂
線 d作為互連時，傳導介面即為可潤濕金屬。應用製程首先決 疋互連的厚度及面積，可應用技術為網版印刷方法，其中施 2糊劑以在副安裝晶圓或LED上選取面#，其他技術尚包括 私鍍、射出及回流。對使用焊劑作為互連的實例而言，最後 的互連厚度及面積係由焊劑量，與LED晶粒上的可潤濕金屬 41及曰彳t裝上的可潤濕金屬54所決定。經由潤濕金屬定圖案 ，或經由LED晶粒所提#定圖案絕緣介質被動層心中的通孔 ’以界疋LED上可’焊接面積。絕緣介質被動層犯在卩及打電極 門作為私隔離層，並由於焊接層41皆橫跨^及η電極延伸而需 要匕°心裝上的可烊接面積同樣亦由將可焊接金屬％定圖 案而界^，另—實例中，金屬54的可潤濕面積可藉由已定圖 錢緣介質層而界定。可將第二組的可焊接金屬㈣在副安 裝背面沈積，用以連接至封裝，可選擇直接在副安裝背面沈 積-合適焊齋！。因LED與副安裝間任何待填補材料的敎傳導 性皆極低，如<2.0 W/mK，接合至封裝熱電阻大部分由晶粒/ 副安裝焊劑接合，及副安裝材料與幾何學加以掌控。假設在 P包極產生熱，單面泥，並忽視薄層與副安裝封裝焊劑接合 的熱電阻’則可將接合至封裝熱電阻寫成·· %P= (ts/ps+ tsm/psm) /As，（不計絕緣介質） ⑺ 其中ts及tsm為厚度，ps&psm各別為焊劑及副安裝的熱傳導性， 及As為焊劑的整個剖面面積^公式6所示，焊劑'面積^控 制熱電阻，因此想要以焊劑覆蓋LED晶粒的整個表面，但因 LED的]3及!1電極區域須電隔離而不可能如此做，而且^及^可 焊接金屬間此間隙的寬度必須顧及晶粒連接至副安裝的容 -15- 本纸泵尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） A7 B7
五、發明説明（13 ) 忍力。即使如此，圖6a中的實例提供〜85%的焊劑覆蓋率（界 定為可焊接金屬面積41對ρ電極面積2〇的比率）。 圖6a-b所示另一實例中，包括一薄片反射器，其包括p電極 20的一部分，並在n電極22部分以上延伸。在n電極與薄片反 射器這些區域間形成一金屬夾層絕緣介質，金屬夾層絕緣 介夤在這些區域中於11與？電極間提供電隔離。η電極的其他 部分並未由絕緣介質覆蓋，以容許電連接至副安裝。與圖 b所示實例（藉由向上反射此光）比較，此實例減少led金屬中 經由間隙向下漏失光線。 以高於焊劑合金固態溫度的溫度將焊劑置於一回流爐時 即執行LED與副安裝間的互連。在回流期間，毛細管作用力 及表面張力具有將可焊接金屬面積與焊劑薄片對正的趨向 。此容許LED晶粒對副安裝晶圓作某些自行再對正，可經由 使用一快速晶粒附著機器而運用此自行再對正，容許人們 在最初晶粒附著準確性在速度上取得平衡。進一步分解各口 及η焊接薄片成多重薄片可改良自行再對正，圖了中，以實例13 ，明ρ及η·焊接塾41以g己對出現，焊接薄片間的間隙由晶粒附 著機器決定焊接薄片間的間隙。雖然圖㈣實例在y方向具 顯著自行再對正特性，但圖7的實例則在乂及^方向具有良好 的自行再對正特性。 〃 圖8中，另一賓 ，另一實例說明可焊接i屬4丨作為相等面
潤濕面積成比例，而發生一致性潤濕。 使用由相等面積組成 寺面積的焊接 上可焊接金屬 -16- 574759 A7 B7 五、發明説明（14 的可/閏濕金屬圖案可達成一致性的潤濕，一致性的潤濕防 止LED晶粒在回流及後續冷卻期間有彎曲的情形。維持一平 面LED附製程意即LED晶粒較少遭受故障機構，如p-n接合不 足’其可在LED晶粒部分極接近副安裝上金屬化面積的情形 中出現。非彎曲LED晶粒定向亦提供至LED燈或系統中其他 光學零組件的改良式光耦合。 圖9中，另一實例說明將η區域可焊接金屬改變成焊接隆起 墊，簡化晶圓製造過程係由於在η焊接墊附近不再需要ρ 電極間的隔離，因此消除對絕緣介質被動層42的需要。焊接 隆起製造為工業標準實作，經由設立良好的製造技術可提 供在η電極的焊劑連接。 在另一實例中，圖l〇a及l〇b中各別所示正視圖及剖面圖， 由隆起焊接墊提供整個焊劑附著介面。為求極小化熱電阻， 在極小化最後焊劑厚度的同時，將隆起數目極大化以增加 最後剖面焊劑接合面積。由焊接隆起形式的科技現狀指定 隆起數目，焊接隆起形式係在一指定隆起直徑的焊接隆起 間距上加上限制，通常100 μιη直徑隆起的間距為2〇〇。對一 1 mm2晶粒而言，五列1〇〇 μιη直徑隆起是可行的。圖咖中，一 列為η墊有兩個隆起，11電極的指狀物限制沿著p電極金屬的 隆起列數目為四，此設計中，將焊接面積剖面維持成ρ電極 面積的至少15°/。。藉由擴大個別降起所需小通孔之外的可潤 濕金屬表面積，可增加焊接面積覆蓋率。例如，雖然副安裝 上的焊接隆起仍為ρ電極為4x4陣列加上η電極二的形式，如 圖8所示，在LED晶粒上的可潤濕金屬圖案則可由棒狀組成。 -17- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 裝 ir m\ k 574759 A7 _____ B7 五、發明説明（15 ) 圖11a及lib說明此實例的剖面圖，圖lla說明在LED晶粒上焊 接塾41的定圖案絕緣介質42内包括通孔的實例，同理，一定 圖案絕緣介質53亦具有副安裝上焊接墊54的通孔。圖Ub所示 實例中，將LED晶粒上的可焊接金屬41製成大於焊接隆起， 以容許焊劑散開且潤濕面積更大於其個別直徑所提供者。 廷導致焊接面積覆蓋率超過圖lla中個別隆起總數的焊接面 積覆盍率，亦有效減少焊接厚度。這些效應皆減少焊劑接合 的熱電阻，及容許將led晶粒驅動至較高電流密度，用以增 加光輸出。 如圖12a-b所示，除了隆起外，尚可將焊劑形成獨斷的形狀 ，以與LED上的可潤濕金屬圖案匹配，以提供對副安裝具優 良熱接觸的裝置。圖12a說明LED底部的正視圖，將可焊接金 屬41在p電極20及η電極22金屬上定圖案，界定回流期間焊接 潤濕面積，或者可藉由如圖6-8所示的絕緣介質被動層42界定 潤濕面積。圖12b說明副安裝的正視圖，雖然水平副安裝幾 何學為獨斷的，但所示為六角形設計。副安裝包括一基板5〇 (如矽），可包括一可選擇絕緣介質層51 (如二氧化矽），以在 LED0曰粒與副安裝基板間作為電隔離。或者可將副安裝基板 以電連接至LED晶粒，以與製至副安裝基板的電子電路整合 。提供金屬52 (如Ag或A1)作為反射器以從LED晶粒向下發出 光，以及作為線接合。提供金屬中的裂縫，用以在接合之 後以電隔離LED晶粒P&n區域。將可焊接金屬54在線接合金 屬52頂部定圖案，以界定回流期間焊接潤濕面積，這些圖案 與LED晶粒上可焊接金屬41圖案匹配。至於LED晶粒，可藉由 -18· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 裝 ij •I 4 574759 A7 ____ B7 五、發明説明（16) 圖10b所示絕緣介質被動層53界定副安裝上的潤濕面積。將 焊接材料60沈積在副安裝可焊接金屬54上，或者將焊接材料 60沈積在LED晶粒上，焊接邊緣可從可焊接金屬圖案54邊緣 稍往後退。對焊接佈局(由潤濕面積41及54與焊接圖案6〇所界 定）的控制，係依賴焊接應用製程，最好在回流之後，儘可 能以焊劑多覆蓋p電極2〇。圖I2a-b的潤濕面積以焊劑對p電極 20提供〜66%的覆蓋率，雖然圖12&七的焊接佈局包括棒形，.但 當然可使用獨斷圖案，及容許進一步增加P電極焊接面積覆蓋 率。 在LED與副安裝間一合適互連可容許將LED最大操作溫度 增加至超過130°C(即一般最大等級），當互連在大於i3〇°c的溫 度熱穩定時即為如此。因此在焊劑的情形，對此介面會想要 使用高溫焊劑，如95/5 Pb/Sn、AuSn、AuSi及AlSi。高溫互連提 供LED最大接合溫度，及在最大驅動電流提供顯著的增加， 並藉此提高光產生能力。 在文干劑回流期間’維持p電極的完整很重要，即層的反射 性及接觸電阻不許因可焊接金屬層或焊劑本身的存在而惡 化。藉由P電極與可焊接金屬層間的金屬混雜，或藉由如解 薄片等緊力感應效應可引起此類惡化。為此緣故，須在p電 極與可焊接金屬間提供障蔽層，合適的障蔽層包括，但不限 於，Ni、Cr、Cu及 Ti。 對大LED晶粒尺寸而言，LED晶粒、副安裝及外殼間熱擴 散係數（CTE)的差異，在熱週期壓力條件下，LED/副安裝附著 介面上可引起疲乏及致命的故障。大薄片焊劑連接設計.比 -19· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) " ------ 574759
較小薄片（或棒狀，或隆起）更可能發生CTE問題，因此，較小 k接形狀可為連接大型led晶粒最好的方法，較焊接薄片或 較高焊接隆可在led與副安裝間提供更佳相容性，減少故障 的風險。在極小化熱電阻與發生CTE問題間在此取得最佳平 衡’造成一已知LED晶粒大小最優焊劑連接設計。對一 1 mm2 大小的晶粒及15%焊接面積覆蓋率而言，焊接厚度可小如2〇 μιη’而不會在溫度週期壓力條件期間引起故障。 可藉由在III氮化物異相結構的其中一個介面上提供一結 構性表面’而增加LED的光抽取，此結構性可為隨意或有條 理的。在圖13a-c中將此說明，圖13a說明使用一藍寶石超基板 的反轉裝置，藍寶石超基板與III氮化物磊晶層間的大折射指 數匹配失當（η〜0·6)，造成由主動區域產生的大部分光，在藍 f石/III氮化物磊晶矽層上成為完全向内反射，並將此光捕 捉並沿裝置朝晶粒側邊水平導引；惟在ιη氮化物磊晶矽層及 電極存在許多漏失機構，大部分波導引光在逸出裝置前即 失去。在圖13b中，為了分散來自III氮化物層的光，將in氮化 物異相結構與藍寶石超基板間的介面加以結構化，此減少 在異相結構内的最小光子路徑長度，並減少内部吸收效應， 藉此改良光抽取。藉由將III氮化物異相結構底表面，或異相 結構内其中一個介面上結構化，可達成類似的效應，可將多 重介面加以合併結構化，以進一步增加光抽取。 另一實例中，藉由提供一反轉晶粒配置而改良光抽取，該 配置包括一高折射指數(HRI)(n>1.8)超基板，其比藍寶石（n〜 1·8)更具有與III氮化物層（η〜2.4)匹配的較接近指數。與III氮 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
裝 tr 4 574759 A7 B7 五、發明説明（18 ) 化物層匹配的較接近指數填補光產生區域，而容許將更多 光♦禹合至厚超基板，並容許在III氮化物磊晶層内及周圍存在 的許多漏失機構其中之一吸收光前，光先逸入周圍。圖l3c 說明此類實例，其中使用一Sic超基板，Sic的折射指數為〜26 ，比藍寶石更接近地與GaN匹配。藉此，存在極小的完全内 部反射可能性’結果在III氮化物層内未形成波導引，幾乎全 部由主動區域產生的光皆耦合至基板，並具有經由五個裸 露超基板表面其中之一逸出的高可能性。即使使用一 11111超 基板，藉由將至少一 III氮化物異相結構加以結構化，可在增 加光抽取中進一步的改良。 為了導出一 HRI超基板的完整優點，超基板必須幾乎是具 極小吸收的透明，藉此，（對SiC而言）超基板應為輕度摻雜或 絲毫未摻雜，及生長方法應提供超基板相對性無摻雜，以提 供LED裝置極低漏失的光學視窗。對6H SiC而言，當電阻率 大於0.5 μαη時，即通常為此情形。圖14中將SiC内的吸收漏失 效應加以量化，其中將抽取效率（使用藍寶石超基板裝置常 規化）纟會製成在SiC超基板内分配漏失（吸收係數，以cm·!為單 位）函數，由LED裝置結構射線軌跡模製而得到這些結果。將
SiC的三種不同厚度加以說明，對〜1〇〇 厚度的超基板而 言，吸收係數應小於3 cm·1，對較厚的基板，吸收係數應較低 。如為無漏失的SiC超基板，抽取效率則超過本發明裝置内 —丨· 先前實例的1.2 X。 許多HRI超基板皆適合用以改良ΙΠ氮化物LED的光抽取效 率，除了 SiC在其許多不同的聚合型式（2H、4H、6H、c·及a-軸 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) ·； 裝 訂
線 574759 A7 B7 五、發明説明（19 ) 兩者、3C等）外，亦可使用其他如ZnS、ZnSe、YAG或ZnO的材 料。HRI超基板可作為III氮化物磊晶矽層的生長基板，或藉 由接合或一第二生長步驟連接至III氮化物磊晶矽層。 可藉由在III氮化物磊晶矽層内或其上之外，在HRI超基板 的至少一面，提供一光隨意化表面而對抽取效率得到重大 益處。藉由鋸開在裝置側壁自然提供此類表面，例如，或可 藉由如蚀刻等其他方法達成，亦如Krames等人在Appl. Phys.
Lett. 75, 2365-2367頁所述，可將超基板作成形狀以提供改良抽 取效率。一此類形狀為反梯形設計，俾使超基板的頂表面具 有大於其底表面的表面積，在圖15中說明此實例。 副安裝可提供功能性及影響效能，因其在從LED移除熱的 熱路徑中，副安裝材料應具有高熱傳導性，合適的材料包括
Si、A1N、或BeO。副安裝應為相對地薄，以減少熱電阻，例如 ，一 Si副安裝應少於250 μηι。Si因其好的熱傳導性（〜100 W/mK) ，及用於整合電子學的能力，實為吸引人的副安裝材料。副 安裝可在LED與封裝間提供電隔離，如此，在副安裝的頂表 面至封裝鉛板需要陽極及陰極兩種連接，或者，如果封裝的 電隔離為非必要，及如果副安裝具傳導性，可經由副安裝至 封裝接觸一電極，之後從副安裝至對面的鉛板只需一互連。 副安裝的頂表面金屬應為可線接合，亦具反射性，以改變向 下移動的光以高效率向上。因此，Ag及A1為副安裝的頂表面 —- 金屬的合適選擇。 副安裝的形狀，以及在副安裝之上反射金屬的反射性，可 藉由影響LED外表來源尺寸，衝擊LED發光系統的光學。大 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 574759 A7
邵分的LED需要—反射器杯狀物，以將從晶粒主要水平發射 的光向上改變方向，並在有用的發射圖案内。此反射器杯狀 物必眉越大’主要及任何次要透鏡必然也越大。由於光學成 入斤而材科量成正比，有必要將反射器杯狀物半徑極小 化。因，接合連接所需的額外空間，將副安裝計人有效地增 t" LED印粒的尺寸，一般線接合公差要求〜400 μηι材料在LED 晶粒外延伸用以可靠線接合。將副安裝晶圓切成小塊，在相 鄰LED晶粒間亦需要〜则㈣空間，這些公差造成在咖晶粒 尺寸中一重大且有效的增加，例如，一 1 χ 1 mm2LED晶粒將需 要一 1·8 X U _2面積使用副安裝的矩形幾何形狀。此副安裝 的最大極限為一等於（uVuV/2 = 2llm_對角線，其對反 射器杯狀物在直徑上有較低的限制。或者，如副安裝的形狀 為碟形，副安裝的最大極限則僅為u _，藉此，碟形副安 裝容許反射器杯狀物直徑大大減少。因圓形切割可能難以 製造，所以最好是其他接近圓碟的幾何形狀，例如，可藉由 多道鋸（三道取代二道）製造六角形副安裝，及最好是方形或 矩形副安裝，圖16中說明這些觀念。副安裝頂上的反射金屬 應儘可能具反射性，俾不在大於LED晶粒的副安裝平面上產 生貫體來源，大於LED晶粒的實體來源將在led發光圖案上 具有害效應，並需要更大的光學加以校正。 如圖6b、％及12b所示的副安&容許在led内具電子功能 性，如Antle等人在美國專利第5,941，501號所述，ΙΠ氮化物裝置 易受靜電釋出（ESD)損壞影響，及可藉由以電連接至LED的功 率分路元件加以保護。對本裝置而言，為一體成型的ESD保 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) •丨 裝 訂
線 574759 A7 B7 五、發明説明（21 ) 護，可以電路結構嵌入矽副安裝，在此情形中，保護電路（如 齊納（Zenei*)二極體）係與LED晶粒以並聯方式連接。或者，背 對背Zener二極體可製成與LED晶粒並聯，以容許藉由交流電 電力供應驅動LED，其他電子裝置亦可包括在副安裝之内， 如用以監控光輸出的光偵測器，或用以監控電流及/或電壓 的電阻器。這些裝置將容許一體成型系統提供封閉迴路饋 回控制，用以維持持續的光輸出操作。 如圖17a所示，根據在單一結構上多重串聯發光二極體， 一副安裝提供一 LED，組件具有四個串聯LED，其經由蝕刻 電隔離，以移除III氮化物材料而在這些LED間形成一溝槽80 。蝕刻至少在未摻雜III氮化物層上進行，由在副安裝（未示） 上佈局的金屬軌跡81提供電互連，設計焊接金屬，俾使二極 體經焊接以電連接至副安裝金屬軌跡。所形成的裝置可由 圖17b所示電子電路代表，藉此，此裝置比具有相同主動接合 面積的傳統LED，以4x電壓，及少4x電流操作。例如，一 1 mm2 傳統III氮化物LED可以3.0 V及350 mA操作，如圖17a所示，此分 解成四個串聯LED的相同主動接合面積，提供裝置以12.0 V及 87.5 mA操作。此較高電壓，較低電流操作對LED的電子驅動 電路要求較少，事實上，電子驅動電路以較高壓可以較高效 率運作，而改良LED發光系統的整體效率。此實例（單一式裝 置）優於傳統串聯連接個別LED晶粒的方法；傳統方法中，因 晶粒連接機器所需的公差而增加LED晶粒佔據的全部面積， 這非所願地增加全部LED的光學來源尺寸，並要求增加LED 系統中後續的光學尺寸。較佳實例中，二極體可藉由用於電 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ·； 裝 訂
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隔離的溝槽蝕刻所容許的間隔儘可能緊密一起，溝槽寬产 可如數微米般小，俾使實例中二極體的封裝密度可極^: 圖18所示，將四個lmm2LED晶粒係單一地製造，及共用一單 -超基板及副安裝，副安裝上的金屬執跡_電連接串聯的 四個LED。雖然各！ mm2 LED常規上以3 v操作，但圖财四個 串聯LED模組係以12V操作，副安裝設計成六角形，以減少模 組的有效光學來源尺·寸。軌跡金屬81亦用以線接合外部連接 ，並由反射金屬（如銀或鋁）組成。 藉由在接近高度反射P電極放置主動區域層，尚可改良光 抽取效率。將主動區域的中央由反射p電極引起材料（〜 内大約光的奇數多重四分波長時，往下及往上移動光的建 設性干擾造成一發射圖案，其優先在往下方向發出功率。此 增強係接近正常至m氮化物/超基板的方向，而非易受完全 内部反射回III氮化物系晶石夕層内的影響β或者，藉由將主動 區域稍微移近（或移開）Ρ電極反射器，使共振情形稍作解頻， 而最好將全部方向的整體流動率的光抽取改良最優化。對 大部分應用中的最大效率而言，主動區域與ρ電極的距離應 約為一四分波長。 圖19說明製造LED晶粒的製程流程圖，步驟91中，在一生 長基板上沈積一 III氮化物異相結構；步驟92中，對in氮化物 異相結構施加接觸，如必要可蝕刻。雖然n接觸以電連 接η型層’但ρ接觸為非傳導性，並以電連接至ρ型層。在選擇 性步驟93及94中，至少在各別將η接觸插入ρ接觸及施加一薄 片反射器的區域中，在η接觸上施加一金屬夾層絕緣介質。 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 剩 裝 訂
線 574759 A7 B7 五、發明説明（23 ) 步驟95中，施加一可選擇障蔽層以保護接觸及反射器以隔離 焊劑；步驟96中，施加可焊接金屬；步騾97中，將可焊接金 屬定圖案；步驟98中，施加絕緣介質以界定可焊接面積，步 驟99中，將絕緣介質定圖案。LED晶粒可在步驟97或步驟99後 連接至副安裝。 圖20說明用以連接LED至副安裝的製程流程圖，步驟100中 ，將焊劑施至副安裝晶圓；步驟101中，在LED晶粒與副安裝 間形成接合。在可選擇步驟102中，將待填補材料分配至LED 晶粒與副安裝之間；步驟1〇3中，分開副安裝晶圓；步驟104 中，將晶粒與副安裝連接至封裝。 或者，步驟105取代步騾100、101及102而完成，步驟105中， 施加焊劑至LED ;步驟106中，在LED晶粒與副安裝晶圓間形 成接合；可選擇步驟107中，將待填補材料分配至LED晶粒與 副安裝之間。 更多實例 圖21根據本發明以方塊圖說明一 LED裝置，在一共用副安 裝200上安裝LED 204-1至204-n，並將其耦合至副安裝200上或 其内部形成的電路結構208。LED 204-1至204-n可屬任何架構 (標準或反轉），及屬任何波長。如共用副安裝200為一矽晶片 ，則可使用傳統積體電路製造技術，在副安裝上形成任何形 式的電路結構208。電路結構208可僅包括金屬（如A1或Cu合金） 軌跡，或合併主動或被動電路結構。
圖22以側面圖說明另一實例，此實例包括兩反轉LED 212-1 及212-2，但通常可包括複數個LED 212-1至212-n，例如LED -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 Μ : k 574759 A7 ___B7 五、發明説明（24 ) 212-1至212-n可屬III氮化物形式。此合成物包括（但不限於）GaN 、AlGaN、AIN、GalnN、AlGalnN、InN、GalnAsN 及 GalnPN。一般 基板材料為藍寶石、SiC或III氮化物，因在這些基板上易於成 核及生長高品質III氮化物結晶。如先前段落中所詳細說明， 在這些反轉裝置中，係在裝置的同側形成p&n接觸墊21(^後 續步驟中，可將接觸墊210藉由焊接球214焊接至電路結構208 ，耦合接觸墊210至電路結構208的其他方法，包括形成一超 晋波接合，或形成一共晶接合，或在接觸墊21〇與電路結構 208間施以傳導性環氧基或糊劑，從LED與接觸塾相對的那側 經由基板耦合所產生的光。 通常在藍寶石、碳化矽或III氮化物上形成ΙΠ氮化物led， 此類基板上生長的III氮化物很昂貴，而材料工業技術仍在其 初期，相對地，矽很便宜且矽裝置及技術皆受到充分了解。 因此使用矽作為反轉LED 212-1至212-n的副安裝，為本發明一 有利實例，其容許利用傳統積體電路製造技術，以形成碎共 用副安裝上多樣化的控制電路結構。 在相同共用副安裝上具有LED及其控制電路結構，產生一 小型發光裝置，其具有優於先前架構的特點。其極有利於空 間有限的應用，如顯示器中，或在小型光源中。所達成的高 元件密度亦有利於高功率照明應用，裝置小型化使其更緊 密組合成理光源點，藉此次光学利用所發出光）較簡單而 能以較便宜方法製造。同時亦已減少線接合至LED的需要， 最後’ LED與其控制邏輯的整合產生“智慧LED”，其為單色气 多色光的小型化，可控制及可程式化來源。 -27- 本纸張尺度適财S @準(CNS) A4規格(210X297公釐) " " --^_ 574759 A7 _____B7__._ 五、發明説明（25) 圖23說明另一實例，其中將反轉LED 216-1及標準LED 220-1 合併安裝在共用副安裝200上。在相關實例中，可包括一組 反轉 LED 216-1 至 216-n及標準 LED 220-1 至 220-m，反轉 LED 216-1 至216-n及標準LED 220-1至220-n皆可為III氮化物形式，或其他 任何能發出任何波長的形式。 圖24a-c說明一些併用不同電路結構的實例，圖24a說明LED 204-1至204-n並聯耦合，圖24b說明LED 204-1至204-n串聯耦合， 以串聯方式連接LED提供改良其運用。一般III氮化物LED (如 AlInGaN LED)的操作電壓係在2.4-4 V體制中，反之，在許多應 用中，驅動電路結構係以不同電壓操作。例如，在汽車中， 以12 V電池驅動電路，雖然由標準12 V汽車電池驅動，但將 串聯連接3或4個LED的電路結構建構之後，將在要求的電壓 範圍内操作各LED。最後圖24c說明LED 204-1至204-n合併串聯 及並聯方式轉合。 圖25說明另一實例，相同波長二極體205-1至205-i能以第一 波長發光，相同波長二極體206-1至260-j能以第二波長發光， 及相同波長二極體207-1至207-k能以第三波長發光。此處Γ、j 及k為任意整數，圖25說明的屬i=j=k= 3的例子，相同波長二 極體205-1至205-i，206-1至260-j及207-1至207-k可合併串聯及並 聯加以耦合，在某些實例中，此三波長可對應至三主色，紅 、綠及藍。此實例可發出白光_1可用作LED燈。在廣大數目 應用中，白光製成LED燈具有取代白熱燈泡的潛力；紅、綠 及藍LED亦可用彩色顯示器中。 另一實例中，可使用至少二LED，其具有在藍及紫外線光 -28- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 574759 A7 B7 五、發明説明（26 ) 譜體制中的不同波長，例如用以填補的治療材料的牙科應 用。更特別地，兩組LED安裝在一共用副安裝上，以約420奈 米及約470奈米的波長操作，可證明在牙科應用上非常有用。 在其他應用中可使用具有其他合併波長及利用較大量的 波長的實例。 圖26說明另一實例，其中可藉由開關224-1及224-2改變電路 結構208，開關224-1及224-2可包括如電晶體及其他整合至矽 副安裝的其他零組件。在所說明的開關224-1及224-2設定中， LED 204-1至204-4係以串聯耦合，如果開關224-1及224-2皆改變 設定，則LED 204-1至204-4耦合變成並聯。此特點可有利於在 不同操作電壓及電力供應間用以轉換裝置。 對全部實例而言，電路結構208的主動電路結構部分可在 共用副安裝200上建構一可程式化閘陣列，其可為場效或光 罩可程式化。 圖27a、b、c及d說明副安裝200上或之内形成的電路結構208 的其他實例，包括至少一反偏向功率分路二極體228，耦合 至相對於LED 204-1至204-n極性的相反極性中。此架構提供好 的暫態電壓壓抑（TVS)及防禦靜電釋出（ESD)，兩者皆為導致 電路故障的原因，例如在安裝LED裝置或電力突波期間發生。 圖27a說明一實例，其中副安裝具有用以整合ESD保護的電 路結構。此實例包括一 LED智慧電路，以合併串聯及並聯的 一 _ 方式耦合，串聯耦合的至少一功率分路二極體228-1至228-p， 如齊納（Zener)二極體，可與智慧電路LED 204-1至204-n並聯耦 合，此二極體具有與智慧電路LED 204-1至204-n相反的極性。 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 574759 A7 B7 五、發明説明（27 ) 此處η及p為正整數，所需_聯耦合Zener二極體數目可由比較 LED 204-1至204-n電路的操作電壓與功率分路二極體208-1的崩 潰電壓而計算出。 圖27b說明另一實例，功率分路二極體229小1及229-1-2可以 串聯耦合，其極性互相相反，它們可為Zener二極體。配對的 功率分路二極體229-1-1及229-1-2至229-M及229-Γ-2可形成組件 227-1至227-r，其以串聯耦合。此處r為正整數，串聯耦合的組 件227-1至227-r然後可與LED 204-1至204-n的智慧電路並聯，以 提供ESD保護。圖27a中功率分路二極體228-1及228-p的電路， 及圖27b的229-1·1及229-Γ-2可設計成具有高於LED 204-1至204-n 正常操作電壓的崩潰電壓。Antle等人在美國專利第5,941，501， 及Maeda等人在歐洲專利第EP 1 020 935 A2號皆對功率分路電 路設計的詳細例子加以說明，以引用方式併入本文。 圖27c說明一實例，其具有（合併串聯及並聯耦合的）LED 204-1至204-n的智慧電路，其中LED 204-1至204-n個別地具有暫 態電壓壓抑電路。此例中，TVS電路包括功率分路二極體228-1及228-n，以對應LED 204-1至204-n。例如功率分路二極體可 為與LED 204-1至204-n並聯耦合的Zener二極體，其具有與LED 204·1至204-n相反的極性。
圖27d說明一實例，其具有（合併串聯及並聯耦合的）LED 204-1至204·η的智慧電路，其中LED 204-1至204-n個別地具有不 _ 丨丨__ 同形式的暫態電壓壓抑電路。此例中，TVS電路包括功率分 路二極體229-M及229小2，各別地對應LED 204-1至204-n，形成 組件227-1至229-n-l及229-Π-2，形成組件227-n。例如229-1-1至 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） #! 裝 訂
574759 A7 B7 五、發明説明（28 ) 229-Π-2功率分路二極體可為Zener二極體，組件227-1至227-n可 個別地與對應LED 204-1至204-n並聯耦合，以提供ESD保護， 避免交流電電力供應引起的過度電壓。Antle等人在美國專利 第5,941，501，及Maeda等人在歐洲專利第EP 1 020 935 A2號皆對 功率分路電路設計的詳細例子加以說明，以引用方式併入 本文。 圖28a、28b及30說明數個實例，其包括電路機構208中的邏 輯元件，電路機構208在共用副安裝200上或之中形成。圖28a 說明包括一光感二極體232的實例，其在共用副安裝200中形 成’將其設定位置以接收LED 204-1所發出光的部分，光感二 極體232可耦合至一控制電路240。 圖28b說明另一實例，其包括一光感二極體232在LED 204-1 之下在共用副安裝200中形成，俾使它經由主動區或的側面 及與它相鄰的半導體層（即所謂台地側壁），接收由LED 204-1 所發出光的部分，光感二極體232可耦合至一控制電路240。 圖29說明操作上述兩實例的方法：光感二極體232測量發 出光的強度，如發現強度以超過一許可公差偏離名義值，控 制單元240則改變送至LED 204-1的電流，可在副安裝2〇〇上任 何位置形成一電源電極242及一接地電極243。
在相關實例中，可在副安裝200上包括一組LED 204-1至204-η ’實例中尚可包括一組光感二肆，例如可個別在該組lED 204-1至204-n之下。光感二極體可監控由對應led發出的光， 光感二極體亦耦合至控制單元240，其可分開地調整由LED 204-1至204-n所接收的電流。可以連續方式或週期性地執行發 • 31 - 本紙張尺度適用巾@ S家標準(CNS) A视格(21G X 297公釐) '
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574759 A7 B7 五、發明説明（29 ) 出光強度的測量及調整。 這些實例所陳明的問題，即個別LED隨著時間經過表現出 發出光強度有顯著且不同程度的減弱。這顯著的減弱可導
致顯示器應用中不想要的顏色偏差，本實例可調整個別LED 204-1至204-n所接收的電流，俾使彩度，即所發出光線内不同 波長光的強度，保留在某些預設公差或範圍内。 個別LED強度的顯著減弱的另一可能結果為，由LED 204-1 至204-n所發出光整體強度可脫離指定的強度範圍，例如在交 通燈號應用中則會有問題。本實例可調整個別LED 204-1至 204-n所接收的電流，俾使彩度，即所發出光線内不同波長光 的強度，保留在某些預設公差或範圍内。
Fowler等人在美國專利第5,461，425號說明一控制電路及光感 裝置的特別實例，用以產生一相關光強度的信號，在此以引 用方式併入本文。另一控制電路則已由Wychulis等人在美國 專利第4,983,884號說明，以引用方式併入本文。 圖30說明另一實例，以電路圖說明一已知振盪器電路，其 耦合至LED 204-1及204-2，惟根據本發明，係在LED 204-1及 204-2的副安裝上形成振盪器電路。電阻器250、254及258、npn 電晶體262、pnp電晶體266，及電容器270形成電路208，其為一 振盪器電路。在一實例中，此振盪器電路只可驅動或“選通” LED 204-1 (略去虛線及LED 204-2);另一實例中，它可驅動 一 _ LED 204-1及204-2兩者（包括虛線及LED 204-2)，在接觸點274與 278間供應電壓V。 此藝中已知其他許多振盪器，本例應視為一可能例子，熟 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂

Claims (1)

  1. 574759 A B c D 第091110310號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(92年8月) 六、申請專利範圍 1. 一種發光裝置，包括： 至少一發光二極體，位於一共用副安裝上；及 電路結構，位於該共用副安裝上，其中該至少一發光 二極體耦合至該電路結構。 2. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該至少一發光二 極體包括複數個發光二極體。 3·如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該共用副安裝為 一半導體材料；及使用積體電路製造技術在該共用副安 裝上形成該電路結構之一部分。 4. 如申請專利範圍第3項之發光裝置，其中該共用副安裝為 石夕。 5. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該至少一發光二 極體包括反轉發光二極體，其中該反轉發光二極體包括： 一基板，具一側面； 一 η摻雜半導體層，重疊該基板而形成，具有至少一第 一接觸墊； 一主動層，重疊該η摻雜層而形成；及 一 ρ掺雜半導體層，重疊該主動層而形成，具有至少一 第二接觸墊，其中該至少一第一接觸墊及至少一第二接 觸墊係位於該基板之側面，其中該接觸墊與該電路結構 間的耦合係焊球、超音波接合、共晶接合、傳導環氧樹 脂、傳導糊。 6. 如申請專利範圍第5項之發光裝置，其中該至少一發光二 極體包括反轉III-V發光二極體，其中該η摻雜半導體層、 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210Χ 297公釐)
    574759 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 該主動層及該p摻雜半導體層包括至少一III群組元素及至 少一 V群組元素。 7. 如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該複數個發光二 極體包括： 反轉發光二極體；及 非反轉發光二極體，其中非反轉發光二極體包括： 一電導基板，耦合至該電路結構； 一 η掺雜半導體層，重疊該基板而形成； 一主動層，重疊該η掺雜層而形成； 一 ρ掺雜半導體層，重疊該主動層而形成，具有一接 觸墊；及 一線結合，耦合該ρ掺雜半導體層與該電路結構。 8. 如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該複數個發光二 極體包括： 反轉發光二極體；及 非反轉發光二極體，其中非反轉發光二極體包括： 一電導基板，耦合至該電路結構； 一 ρ掺雜半導體層，重疊該基板而形成； 一主動層，重疊該ρ掺雜層而形成； 一 η摻雜半導體層，重疊該主動層而形成，具有一接 觸墊；及 I 一線結合，耦合該η摻雜半導體層與該電路結構。 j 9·如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該電路結構以並 聯方式耦合複數個發光二極體中之數個。 I -2- 1 .___ 本紙羅尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 574759
    10·如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該電路結構以串 聯方式耦合複數個發光二極體中之數個。 U.如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該電路結構合併 並聯與串聯之方式耦合複數個發光二極體中之數個。 12.如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該複數個發光二 極體包括複數個相同波長二極體，其中該相同波長二極 體可以相同波長發光。 3_如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該複數個發光二 極體可以不同波長發光。 14·如申請專利範圍第2項之發光裝置，包括·· 一第一發光二極體，可發出紅光； 一第二發光二極體，可發出綠光；及 一第三發光二極體，可發出藍光。 15·如申請專利範圍第2項之發光裝置，包括： 一第一發光二極體，可發出波長約420奈米之光線； 一第二發光二極體，可發出波長約470奈米之光線。 16. 如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該複數個電路結 構包括： 切換組件，在該共用副安裝上形成，耦合至該複數 個發光二極體，可在以申聯及並聯方式耦合該複數個發 光二極體中之數個間切換該電路結構。 17. 如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該複數個發光二 極體具有極性及操作電壓，該極性導向一共用方向，其 中該電路結構包括： ' -3 - X 297公釐） 574759 A B c D 正¾修補 月 六、申請專利範圍 一副電路結構，.以合併串聯與並聯之方式耦合該複數 個發光二極體中之數個，具有一操作電壓；及 至少一功率分路二極體，具有極性及崩潰電壓，在該 共用副安裝上形成，其中該至少一功率分路二極體以並 聯方式耦合至該複數個發光二極體中之數個之副電路結 構，其具有與該複數個發光二極體之共用極性相反之極 性，其中該至少一功率分路二極體之崩潰電壓大於該複 數個發光二極體之副電路結構之操作電壓。 18. 如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該複數個發光二 極體具有極性及操作電壓，該極性導向一共用方向，其 中該電路結構包括： 一副電路結構，以合併申聯與並聯之方式耦合該複數 個發光二極體中之數個，具有一操作電壓；及 複數個功率分路二極體，具有極性及崩潰電壓，在該 共用副安裝上形成，其中該複數個功率分路二極體中之 數個以串聯方式耦合，其中以率聯方式耦合之該複數個 功率分路二極體中之數個，以並聯方式耦合至該複數個 發光二極體中之數個之副電路結構，其具有與該複數個 發光二極體之共用極性相反之極性，其中以串聯方式耦 合之該複數個功率分路二極體中之數個之崩潰電壓大於 該複數個發光二極體之副電路結構之操作電壓。 19. 如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該複數個發光二 極體具有操作電壓，其中該電路結構包括： 一副電路結構，以合併_聯與並聯之方式耦合該複數 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 574759 A BCD 正充•修補 六、申請專利範圍 個發光二極體中之數個，該副電路結構具有一操作電壓 :及 兩個功率分路二極體，該功率分路二極體具有極性及 崩潰電壓，在該共用副安裝上形成，其中該兩個功率分 路二極體以串聯方式耦合，具有互相相反極性，其中以 串聯耦合之兩個功率分路二極體並聯至該複數個發光二 極體中之副電路結構，其中以_聯耦合之兩個功率分路 二極體之崩潰電壓大於該複數個發光二極體之副電路結 構之操作電壓。 20. 如申請專利範圍第2項之發光裝置，其中該複數個發光二 極體具有操作電壓，其中該電路結構包括： 一副電路結構，以合併串聯與並聯之方式耦合該複數 個發光二極體中之數個，該副電路結構具有一操作電壓 :及 複數個功率分路二極體，形成複數個配對，該功率分 路二極體具有極性及崩潰電壓，在該共用副安裝上形成 ，其中個別形成該功率分路二極體在各配對中具互相相 反極性，該配對功率分路二極體中之數個以串聯方式耦 合，其中以串聯方式耦合之複數個功率分路二極體配對 並聯至該複數個發光二極體之副電路結構，其中以串聯 耦合之複數個功率分路二極體配對之崩潰電壓大於該複 數個發光二極體之副電路結構之操作電壓。 21. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該至少一發光二 極體具有極性及操作電壓，其中該電路結構尚包括： -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 574759
    至少一功率分路二極體，具有極性及崩潰電壓，在該 共用副安裝上形成，其中該至少一功率分路二極體中之 土少一個以並聯方式耦合至該至少一發光二極體中之至 少一個，其中該至少一功率分路二極體中之至少一個之 崩潰電壓大於該至少一發光二極體之操作電壓。 •如申睛專利範圍第1項之發光裝置，其中該電路結構包括： 複數個功率分路二極體，形成至少一配對，該功率分 路二極體具有極性及崩潰電壓，在該共用副安裝上形成 ’·其中形成該功率分路二極體個別在該至少一配對中具 互相相反極性，其中該功率分路二極體之至少一配對中 义至少一個以並聯方式耦合至該至少一發光二極體，其 中該至少一功率分路二極體中之至少一配對中之至少一 個之崩潰電壓大於該至少一發光二極體中至少一個之操 作電壓。 23·如申請專利範圍第i項之發光裝置，其中該電路結構包括·· 一邏輯電路，在該共用副安裝上形成。 24. 如申請專利範圍第丨項之發光裝置，其中該電路結構包括： 至少一光感裝置，在該共用副安裝上形成，用以接收 由該至少一發光二極體所發出之一部分光；及 一控制電路，在該共用副安裝上形成，耦合至該至少 光感裝置，並耦合至該至少一發光二極體，用以根據 由該至少一光感裝置所接收光線對至該至少一發光二極 體之電流加以控制。 25. 如申請專利範圍第24項之發光裝置，其中該至少一光感 本紙m种國时鮮(CNS) A视格(21GX 297公釐) 574759
    裝置包括一光感二極體。 26.如中請專利範圍第24項之發光裝置，其中該至少一光感 裝置包括一光感電晶體。 27’如申請專利範圍第％項之發光裝置，其中該至少一發光 二極體具有侧面，其中在該共用副安裝之内或之上形成 邊至少一光感裝置，至少部分在該至少一發光二極體之 下，用以接收由該至少一發光二極體之側面所發出之部 分光線。 28.如中請專利範圍第24項之發光裝置，其中該至少一發光 二極體中之至少一個位於該至少一光感裝置中之至少一 個，其中該至少一光感裝置只感測位於其上之該至少一 發光二極體中之至少一個所發出之光線。 29·如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該電路包括一振 盈器電路’在該共用基板上形成，耦合至該至少一發光 二極體。 30· 一種產生具控制強度之光之方法，包括·· 由位於一共用副安裝上之至少一發光二極體產生至少 —光線； 由該共用副安裝上形成之至少一光感裝置偵測該至少 —光線之部分；及 由該共用副安裝上之控制電路控制該至少一發光二極 體’以控制所產生之該至少一光線之強度。 31· ~種產生具控制強度之光之方法，包括： 由位於一共用副安裝上之複數個發光二極體產生複數 用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董）
    574759 A8 B8 C8 D8 修正補充 六、申請專利範圍 個光線； 由複數個光感裝置偵測該複數個光線之部分，其中在 該共用副安裝上，在該複數個發光二極體中之一以下， 开> 成該複數個光感裝置中之至少一個；及 由該共用副安裝上之控制電路提供一控制信號，至該 至少一發光二極體，以控制所產生之該至少一光線之強 度。 32. —種產生具控制彩度之光之方法，包括·· 由複數個發光二極體產生複數個光線，具有複數個波 長且位於一共用副安裝上； 由複數個光感裝置偵測該複數個光線之部分，其中在 該共用副安裝上，在該複數個發光二極體中之一以下， 形成該複數個光感裝置中之至少一個；及 由該共用副安裝上之控制電路控制該複數個發光二極 體’以控制所產生之該至少一光線之彩度。 33· —種製造發光裝置之方法，包括： 形成一共用副安裝； 在該共用副安裝上形成電路結構；及 由反轉發光二極體與非反轉發光二極體組成之群組中 選取至少一發光二極體，將其耦合至該電路結構。 34·如申請專利範圍第33項之方法，其中該至少一發光二極 體與該電路結構耦合由焊接完成。 -8 - 尽紙豫尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 >< 297公釐) 574759 第091110310號專利申請案 中文圖式替換頁（92年8月） 年t月/>日吵 補充 ^^鮮翁 -
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