TWI285966B - High power AlInGaN based multi-chip light emitting diode - Google Patents

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1285966 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於一種發光二極體（light emitting diodes ; LED)及用以產生並操作該發光二極體的方法。更 特定言之，本發明係關於一種具有提供提高輪出特徵之改 善設計的LED。更特定言之，本發明係關於一種高功率氮 化鋁銦鎵型裝配件，其包括裝配於最佳化反射杯形封裝中 的多高效細長晶片。 【先前技術】 用作指示器的發光二極體（LED)已為人所熟知。為此目 的，LED已廣泛用於家用電子。例如，LED係一般用以指示 已將電源施加於此類裝置：如收音機、電視、視訊記錄器 (video recorders ; VCR)以及相同物。 雖然此類現代LED已證實一般適合於其希望之目的，但 是其擁有減損其總體效率及需求的内在缺陷。例如，此類 現代LED之功率輸出有時達不到所需程度。此限制現代led 在某些應用（例如提供普通照明（如環境照明乃中發揮功能 之能力。更高功率現代LED並非為此類目的提供充分的照 明。 現代LED亦不如所需要那麼有效，從而使㈣於普通照 明之使用不那麼具有吸引力。高功率現代LED更不如標準 LED那麼有效，從而使高功率LED對於某些應用之使用更不 那麼具有吸引力。 對於克服與不充分功率輸出相關的現代LED之限制的嘗 93130.doc 1285966 忒包括使用多LED，其係組合在一起以提供所需照明。然 而，使用多LED比需要的成本昂貴並且内在地增加照明裝 置之尺寸或體積，從而使其不適合於某些應用。 近年來氮化鋁銦鎵型LED因其用作固體光源所獲得的高 電位而文到極大關注，該光源適合於取代傳統白熾及螢光 照明。雖然仍達不到所需效率，但是近十年來現代LED之 效率已有如此大的改善以致其效率現在高於普通鎢燈之效 〇 LED產生單色光。因此，其通常不適合於一般需要白光 的普通照明。然而，藉由將藍色氮化鋁銦鎵LED與黃色磷 光組合，可產生白光。此方法現在廣泛用於製造白色LED。 然而，與普通照明相比，白色lED更廣泛用於液晶顯示 器（LCDs)之者光應用。就此原因而言，製造氮化鋁銦鎵 之成本勝過性能考量。最終需要最佳化成本及性能，因此 LED可與傳統光源競爭。 與LED有關的一問題係其效率可受到裝置本身内所產生 的熱之不良影響。此限制可用以驅動㈣的電源、，從而導 致限制LED之最大輸出光功率，因為可產生的光之數量與 輸入電源約成比例。 由熱引起的較低效率之基本原因係因為LED晶 粒中溫度 的上升。較高操作溫度不僅降低光輸出效率，而且本質上 縮減LED的使用壽命。因為㈣中的熱產生不可避免，所以 科子豕已忒圖藉由改善熱移除速率來減小溫度的上升。完 成此點可藉由將散熱片放置於裝置的作用區域附近，並藉 93130.doc 1285966 由為散熱片選擇高導熱性材料。 另一方法係使用較大裝置尺寸，以便與外部熱接觸的接 觸區域以及總熱容量皆會增加。對於所產生相同的熱量而 - 5，較大裝置將保持低於較小裝置的溫度，從而方便於採 ： 用較咼輸入功率進行操作。當然，輸入功率越高，則輸出 : 光功率將越高。因此，對於較大LED晶片而言，可從單一 . 裝置遞送的總功率會增加並期望節約成本，因為大尺寸裝 置取代數個小尺寸裝置。 現在參考圖1 ’其顯示藍寶石上氮化鋁銦鎵之簡化示馨 Μ圖。藍寶石上氮化鋁銦鎵LED之最常使用的裝置尺寸為 ，30〇x300微米。通常在2〇至3〇毫安及3·5伏特情況下操作 扁置某些現代设計可能具有不同幾何結構，但是側面的 尺寸約類似，即現代LED之二側之間的縱橫比為約丨。此主 要係因為傳統LED封裝之尺寸，其中杯形凹陷係配置用於 要安裝於其中的LED晶片，並具有圓形或正方形之約4〇〇微 米的尺寸。 現在參考圖2,其顯示現代大尺寸（高功率）LED晶片之簡 化示意圖。近年來，此類大尺寸氮化鋁錮鎵型led晶片已 =知輕易可用。該等大尺寸晶片之尺寸為約1〇〇〇父1〇〇〇微 米。通常設計並最佳化大尺寸晶片之實際裝置區域（不包括 焊墊及蝕刻凹陷），以在與較小現代LED類似的電流密度條 · 件下操作，以便在兩種情形下每單位面積之熱產生速率約 · 相同。一般而言，在約250至350毫安及3.5伏特的情況下操 作大尺寸晶片。 93130.doc 1285966 當設計大尺寸裝置時，需要特別注意電流將如何在裝置 中擴展’以便出現最小的電流壅塞。會出現此類電流奎塞， 因為橫向電阻隨晶片尺寸而增加，並因為電流在垂直傳播 之前並非趨於橫向傳播至遠處。當此情況發生時，需要提 供充分的電性接觸分配，以便確保均勻分配本質所有的橫 向電流。實務上，使用數位間指狀物圖案，例如圖2所示的 一圖案。 雖然大尺寸裝置可遞送每裝置較多的輸出功率，但是存 在與大尺寸裝置相關的光擷取問題。當LED產生光時，某 些光輕易地從晶片中逃脫而某些光並不逃脫，取決於光撞 擊在LED與外側媒介之間的介面上之角度。若媒介之折射 的光學指數小於LED材料的光學指數，則當入射角大於臨 界角時，LED内的光將折射回至LED。反射光接著在LED内 彈跳直至其發現一出口或得以吸收。光強度因大量材料中 的光吸收而衰減。 在LED内傳播的光越多並且LED材料之折射率越大，則逃 脫的光越少。因此，需要在光可逃脫LED之任一光透射層 之前’最小化光彈跳的數量及總傳播距離。 現在參考圖3A，隨著裝置尺寸的增加，光趨於更多地彈 跳並因而在逃出裝置之前傳播較長的距離，從而導致增加 光損失。圖3B顯示光在較小裝置中趨於彈跳較少的次數， 從而傳播較短的距離。此對於藍寶石上氮化鋁銦鎵lEd而 吕為一尤其嚴重的問題，因為與例如GaAs及AllnGaP的其他 LED材料相比（對於紅外線及琥珀色之紅色而言），氮化鋁銦 93130.doc 1285966 鎵及藍寶石具有相對較高的折射率。因為氮化鋁銦鎵及藍 寶石之高折射率，所以大部分光實際上在該等二區域中傳 播並從側面逃脫。因此，裝置的橫向尺寸為氮化鋁銦鎵led 之重要考量。 對此問題的補救措施包括將晶片顛倒安裝並提供反射鏡 塗層於磊晶側上，以便將光輸出重新引向基板側。因為藍 寶石的折射率（η=1·7)低於氮化鋁銦鎵之折射率（η=2·5)，所 以藍寶石提供氮化鋁錮鎵LED與媒介（對於大多數環氧樹脂 而言n=l .5)之間良好的折射率匹配。磊晶側上的反射鏡塗層 將光朝基板反射。此設計提供較佳路徑讓光從中逃脫。實 務上，光效率二倍於非倒裝大尺寸LED。然而，製作此裝 置的成本較高，因為不僅需要晶片與最終封裝之間的次載 具，而且需要精確對準來確保晶片接觸墊與次載具之間的 適當電性接觸。迄今尚無跡象表明此類製造可以為高產量 程序。 在圖2所示的裝置中，存在二個關於光擷取的問題。除從 裝置中逃脫而無彈跳的光以外，其餘光在發現出口之前基 本上在磊晶層區域及基板區域中傳播。大多數光從裝置的 側面逃出。在基板區域中傳播的光遭受與以上參考圖3八所 論述相同的問題。亦即，光因大量材料及介面中的光吸收 而衰減。此情況對於兩方向均屬f，即平行及垂直於指狀 物方向。 對於在蟲晶層中傳播的光而言，因大尺寸而損失的光係 僅沿平行於指狀物的方向傳播。因為於撞擊在二側上之前 93130.doc 1285966 光垂直於指狀物傳播的距離短甚多，所以光相對輕易地逃 脫，與其他較長方向相比，其損失會少甚多。 然而，從一側逃出的光可撞擊金屬指狀物，並因而接著 得以吸收。遺憾的係，大多數常用金屬（例如Au*Au型合金） 輕易地吸收藍光譜中的光。 實務上，如圖1及圖2所描述，因為以上詳細論述的問題， 所以ιοο〇χ1〇〇〇微米裝置之光擷取效率僅為3〇〇χ3〇〇微米裝 置之光擷取效率的1/3。因此，即使1〇〇〇χ1〇〇〇微米晶片之 裝置區域比300x300微米晶片大1G倍，輸出功率僅為⑴至 4倍。 同樣地，雖然先前技術已在有限範圍内認識到不充分照 明及較差效率的問題’但是至此建議的解決辦法已不能有 效地提供令人滿意的補救措施。因此，需要提供具有增加 光輸出功率及提高效率之LED。更特定言ί，需要提供具 有較大作用表面的LED，以便提供關於現代㈣的增加亮度 及效率。 【發明内容】 雖然已或將為語法移變性之目的採用功能解釋來說明設 備及方法’但是應清楚理解除非35 usc ιΐ2清楚地閣明， 否則申請專利範圍不應視為必須藉由「構件」《「步驟」 限制之解釋以任一方式加以限制，而係符合由等效物之公 :學說條件下的巾請專利範圍所提供的定義之含意及等效 =^部料，並且在35說112清楚地㈣巾請專利範 _情況下’中請專利範圍應符合35uscu 93130.doc 1285966 等效物。 本發明明確闡述並減輕與先前技術相關的上述缺陷。更 特定言之’本發明包括一種發光二極體晶片，其具有本質 透明基板並具有定義細長幾何結構之縱橫比，以便提供提 兩效率及亮度；以及形成該發光二極體晶片的方法。 從以下說明及圖式將明白本發明之該等及其他優點。應 理解可在中請專利範圍之料内對所顯示及說明的特定結 構進行改變，而不背離本發明之精神。 本發明之範_，可以比以上說明的解說具體實施例廣。 【實施方式】 熟習此項技術者可進行許多改變及修改，而不背離本發 明之精神及範疇。因此，必須理解僅因範例之目的而提出 所解說的具體實施例’而且不應將該具體實施例視為限制 由以下申請專利範圍所定義的本發明。例如，雖然存在以 下提出申請專利範圍之元件係在某一組合中的事實，但是 必須清楚地理解本發明包括較少、較多或不同元件之其2 組合’該等元件即使最初並未在此類組合中加以要求時即 已在上文中得以揭示。 此說明書中用以說明本發明及其各具體實施例的用語不 僅應理解為在其一般定義的含意之意義中，而且根據此說 明書中的特殊定義包括超出一般定義的含意之範嘴的結 構、材料或動作。因此若在此說明書之背景下可將元件理 解為包括一個以上的含意，則必須將申請專利範圍中其使 用理解為對於由說明書及由用語本身支持的所有可能^意 93130.doc 1285966 之一般含意。
因此此說明書將以下申請專利範圍之用語或元件定義為 不僅包括文字上提出的元件之組合，而且包括所有等效結 構、材料或動作，其用以以本質相同方式執行本質相同功 月b來U得本質相同結果。在此意義上因此預期可針對以下 申明專利範圍中的任一元件製作二或多個元件之等效替代 品’或可將單一元件替代申請專利範圍中二或多個元件。 雖然以上說明的元件可用於某些組合中，甚至係最初同樣 要求的組合中，但是應清楚地理解在某些情況下可將要求 的組合之一或多個元件從組合中消除，而且可將要求的組 合引入子組合或其變化中。 /月邊地預期由热習此項技術者觀察、現在瞭解或以後設 想的要求主題之非實質變化，為申請專利範圍之範疇内的 等效變化。因此，將熟習此項技術者現在或以後所瞭解的 明顯替代品定義為在定義的元件之範疇内。
因此應將申請專利範圍理解為包括以上所明確解說並說 明者、概念上等效者、可加以明顯替代者、以及本質上併 入本發明之本質觀念者。 二因此，希望以下結合附圖提出的詳細說明為本發明之目 則較佳具體實施例的說明，巾且不希望該說明僅揭示構造 或利用本發明所用的开》式。說明結合所解說的具體實施例 提出用以構造並操作本發明的步驟之功能及順序。然而應 解藉由亦希！包括在本發明之精神内的不同具體實施 例’可完成相同或等效功能。 93130.doc -12- 1285966 依據一方面，本發明包括用以製造發光二極體（LED)晶片 之方法，該方法包括形成具有定義細長幾何結構的縱橫比 之本質透明基板。更特定言之，本發明包括用以形成高功 率《光-極體BB片之方法，其中該方法包括提供本質透明 基板、形成至少一作用區域於基板上、並切割（例如割割） 基板以形成具有作用區域的至少一發光二極體，該區域具 有大於办1_5比1的縱橫比。 作用區域之縱橫比較佳地大於約_。作用區域之縱橫 比較佳地在約1.5比1與約⑺比丨之間。作用區域之縱橫比較 佳地為約4比卜作用區域之寬度較佳地為約25〇微米，而其 長度較佳地為約1 000微米。 然而熟習此項技術者應瞭解作用區域之各種等效細長結 構同樣適合。例如，另外可由複數個細長結構來定義作用 區域，相互整合形成該等結構以便定義更複雜的組態。採 用細長結構形成的此類複雜組態之一範例為十字形。另一 範例為很像貨車輪之輪輻的通用中心點之複數個輪輻式輻 射’從而一般提供星號之外觀。 較佳地將作用區域配置成在約3·〇伏特與約3·5伏特之間， 以及在約60毫安與約90毫安之間的情況下操作。然而熟習 此項技術者應瞭解各種其他操作參數同樣適合，尤其當由 除氮化铭銦鎵以外的材料來定義作用區域時。 作用區域可視需要相互電性通信來定義網路，以便網路 内的電壓趨於最大化，而不會使透過任一發光二極體晶片 的電流大於預定值。藉由最大化網路内的電壓，可如願提 93130.doc -13- 1285966 高其中的電力傳輸。 。較佳地將一發光二極體裝置形成於各基板上，而且作用 區域較佳地本質上覆蓋各基板之本質整個表面。然而，另 外可將稷數個細長作用區域形成於通用基板上。在此情形 下’作用區域將不會完全覆蓋基板。 然而，可將細長作用區域陣列蝕刻於單一基板上。再例 如，可將十字形或輻射輪輻圖案化作用區域形成於基板上。 在該等二範例中，作用區域將不會本f上覆蓋基板之整個 表面。例如，作用區域將不會覆蓋輻射輪輻之間的區域。 基板較佳地包括選自包括藍寶石、尖晶石、玻璃、Zn〇、 SiC、MgO、GaN、A1N及AlGaN的群組之材料。作用區域 較佳地包括氮化鋁銦鎵。然而熟習此項技術者應瞭解其他 用於基板及/或作用區域的材料同樣適合。 依據一方面，本發明之方法包括形成配合以定義作用區 域的上LED層及下LED層（其類型與上led層相反）；形成上 接觸4a狀物於上LED層上；形成下接觸指狀物於下led層 上’以及形成反射器於作用區域與工替觸指狀物之間，反 射器係配置成反射自作用區域引向下接觸指狀物的光„，使 之離開下接觸指狀物以便提高發光二極體晶片之亮度。較 佳地將反射器形成於作用區域與下接觸指狀物之間的作用 區域上。 反射器可包括介電反射器或金屬反射器。若反射器包括 金屬反射器，則較佳地將透明絕緣體形成於作用區域與下 接觸指狀物之間的作用區域上，以將反射器與作用區域電 93130.doc -14- 1285966 性絕緣。 依據一方面，本發明包括一種發光二極體，其包括本質 透明基板並具有定義細長幾何結構的縱橫比。更特定今之， 本發明包括一種高功率發光二極體晶片，其包括本質透明 基板、形成於基板上的作用區域，並且其中作用區域之縱 橫比大於約1.5比1。 依據一方面，本發明包括高功率發光二極體晶片，其包 括置放於作用區域與下接觸指狀物之間的^反髮曼^該反射 器係配置成反射自作用區域引向下接觸指狀物的光，使之 離開下接觸指狀物以便提高發光二極體晶片之亮度。 依據一方面，本發明包括一種高功率發光二極體燈，其 包括封裝及置放於封裝内的至少一發光二極體晶片。 封裝較佳地 ’熟習此項 封裝較佳地包括四反射側面及一反射底部。 定義一矩形。封裝較佳地定義一正方形。然而 技術者應瞭解封裝另外可定義任一其他所需形狀。例如 封裝另外可以為圓形。 尚功率發光二極體燈較佳地包括複數個發光二極體晶 片。發光二極體晶片可彼此電性串聯、彼此電性並聯、或 彼此組合式串聯及並聯。例如，在具有四發光二極體的高 功率發光二極體燈中，發光二極體對可彼此個別並聯，而 二對（分別作為群組對）則可彼此串聯。 較佳地配置封裝以便將本發明之高功率發光二極體燈併 入照明器產品的製造者，可輕易地選擇所需發光二極體之 電性組態（串聯、並聯或串聯及並聯之組合）。例如，藉由將 93130.doc -15- ^285966 導體焊接至高功率私亦- 關的位置、藉由％trr之所選塾上、藉由選擇開 線、或藉由移動跨接線、藉由燒斷或移除跨接 猎由其他所需方法，可執行此類選擇。 ::率發光二極體燈較佳地包括四發光二極體晶片。較 土 、四發先二極體晶片配置成一般定義—正方形。 列可:=要將發光二極體晶片配置成一般定義其一線性陣 方形之外形Μ發先二極體置放成端對端形式以便定義正 封裝較佳地包括其巾具妓射塗層的至少—凹陷，發 極體即-置放於該凹陷内。—封斤 7^凹陷中具有反射塗層，至少一發光二極體即置放於 :¾内。例如，封裝可包括具有四凹陷的凹陷封裝，各 凹陷中具有反射塗層，一發光二極體即置放於四凹陷之 凹陷内。 ㈣本發明之—方面，封裝包括具有四細長凹陷的凹陷 封裝，各細長凹陷中具有形成於其中的反射塗層，並且一 發光二極體即置放於各細長凹陷内。 、依據本發明之一方面，照、明裝4包括電源及與電源電性 通乜的至少一高功率發光二極體燈。電源可包括（例如）至少 六電池、配置成與壁上插座連接的插頭、或交流電源及直 電源其係耦合成將自交流電源的交流電流轉換成適合 於操作發光二極體的直流電。 本^明k供LED晶片設計’其減輕與現代led晶片 相關的問題（例如較差的效率及不充分的亮度）。晶片具有其 93130.doc -16- 1285966 兩鄰近側面之間的高縱橫比，以便光可從長尺寸側面輕易 地逃脫，從而本質上增強裝置的亮度。LED晶片之細長組 態亦提高散熱，從而使裝置可以較高電流位準操作，以進 步方便其光輸出之增強及其效率之改善。 本發明係解說在圖1至6B中，該等圖描述本發明之目前較 佳具體實施例。 現在參考圖1，其顯示形成於透明藍寶石基板上的現代標 準300x300微米氮化鋁銦鎵LED。此現代裝置包括透明藍寶 石基板11、形成於基板u上的氮化鋁銦鎵磊晶層12、由氮 化鋁銦鎵磊晶層12定義的作用區域13、形成於磊晶層12之 上層上的上或p焊墊14、形成於磊晶層12之下層上的下 焊墊15、以及P電流擴展層16。 現在參考圖2，其顯示形成於透明藍寶石基板上的現代高 功率1000x1000微米氮化鋁銦鎵LEE)。此高功率LED嘗試提 供比圖1所示標準LED亮的LED。因為其較大尺寸，所以數 位間接觸指狀物26、27係用以擴展透過作用層的電流。此 杈大現代裝置包括透明藍寶石基板21、形成於基板21上的 氮化銘銦鎵磊晶層22、由氮化鋁錮鎵磊晶層22定義的作用 區域23、形成於磊晶層22之上層上的上或p指狀物互連 24、以及形成於蠢晶層22之下層上的下或n指狀物互連25。 上或P接觸指狀物26從P指狀物互連24擴展，而下或n接觸 指狀物27類似地從N指狀物互連25擴展。 現在參考圖1及2，當現代晶片之尺寸從3〇〇χ3〇〇微米（圖 1)增加至1000x1000微米（圖2)時，光輸出效率下降約6〇%至 93130.doc -17- 1285966 70°/〇。因此，雖然高功率LED確實提供增加亮度，但是其係 藉由犧牲效率而獲此結果。 見在參考圖3 A及3B，此光輸出效率隨晶片之尺寸的增加 而減小係因為光在逃離裝置之前必須平均傳播的增加路徑 長度在LED之任一層（例如作用層或基板）中傳播的光通常 必須在逃出裝置之前得以反射數次。當然，LED越大，則 路徑越長而且層内及鄰近層之間的介面中存在光吸收的機 會越多。因此，沿如圖3 A所示較長路徑（例如透過較大晶片） 傳播的光’將比沿如圖3B所示較短路徑（例如透過較小晶 片）傳播的光，平均衰減得更多。 現在參考圖4，其顯示具有依據本發明之細長幾何結構的 LED。本發明包括透明藍寶石基板41、形成於基板41上的 氮化鋁錮鎵磊晶層42、由氮化鋁銦鎵磊晶層42定義的作用 區域43、形成於磊晶層42之上層上的上或P焊墊44、形成於 磊晶層42之下層上的下或n焊墊45、從P焊墊44延伸的P接 觸指狀物46、以及從N焊墊45延伸的N接觸指狀物47。 反射塗層48係視需要形成於磊晶層42上（並因此係形成 於作用區域43上）。或者，反射塗層可形成於N接觸指狀物 47上，或另外可形成於磊晶層42與N接觸指狀物47之間。反 射器係配置成將自磊晶層43的光反射回至磊晶層43，從而 使反射光離開N接觸指狀物47。以此方式，反射光可在某其 他位置處（而非在N接觸指狀物47附近）逃出蠢晶層43，從而 貢獻LED之亮度（而非由N接觸指狀物47吸收）。 反射器48可以為介電反射器或金屬反射器。若利用金屬 93130.doc -18- 1285966 反射器，則將絕緣體49形成於反射器48與磊晶層42之間的 蠢晶層42上，以防止不合需要的電流流經反射器48。 依據本發明，藉由在一維上減小晶片尺寸，從而減小作 用區域尺寸及基板尺寸（從而定義細長幾何結構），可減小光 損失。藉由提供反射塗層或反射器於臺地之一側上，以避 免由N接觸指狀物47不合需要地吸收光，可提供光損失之進 一步減小。 因為現已針對現代高功率LED而減小總的裝置區域，所 以可將多LED用以增加功率容量。圖4顯示作為 不範性具體實施例的250x1000微米裝置。熟習此項技術者 應瞭解本發明之其他尺寸及組態同樣適合。 為在操作期間將本發明之電流密度保持為與現代裝置中 的電流密度相同，較佳地將本發明配置成在3〇至3·5伏特及 6〇至90毫安情況下操作（因為本發明之作用區域為約25%的 現代1_X1GGG微米裝置之作用區域）。為產生與現代ι〇〇〇χ
250x1000微米裝置。
單一封裝中，以便產生球形光圖案。
四250x1000微米晶片。將各 卜側光的反射杯形物中。 93130.doc !285966 圖5 A及5B所tf的封裝為單一凹陷杯形物η，其具有以管 ‘或捆盤形式的向上延伸中心塊52。凹陷％適合於接收複 數個（例如四）個別LED晶片57a至別。包括中心塊Μ的封裝 内P側面53及底部54具有反射性，以便提高由LED提供 的光之數量。 /圖6A及6B所示的封裝為多凹陷杯形物61，其具有複數個 形成於八中的獨立凹陷。將各凹陷配置成接收獨立UD晶 片67a至67d。包括側面63及底部64的各凹陷66&至66d之内 部具有反射性。 各f片67a至67(1之個別反射凹陷66a至66d具有優點，因 為在沒有該等凹陷的情況下自晶片的側光可從其側面重新 進入晶片。 見在乡考圖7 ’閃光燈之半示意斷面圖暴員示依據本發明形 成的高功率LED封裝72，其係置放於聚焦光學塗層或反射 器71後面。與彈簧電性接點76、導體77以及開關以配合的 電池75之電連接73，可方便依據現代實務之閃光燈的操作。 依據閃光燈之此示範性具體實施例，LED係由電壓為4 5伏 特的二電池供電。然而熟習此項技術者應暸解閃光燈之各 種其他組態同樣適合。實際上，本發明可應用於各種不同 可攜式（電池操作式）發光應用中。 圖5A至6B所示配置之增加優點為，藉由以上論述的串 聯、並聯或二者之組合式焊接晶片，可改變總封裝之操作 電壓及電流。例如若串聯連接所有4裝置，則操作參數將為 12至14伏特及60至9〇毫安。若並聯連接所有4裝置，則操作 93130.doc -20- 1285966 狀況將變為3至3.5伏特及240至360毫安。若串聯連接2裝置 而且並列連接2裝置，則操作參數將為6至7伏特及12〇至18〇 耄女。此鼓/舌性對電路設計者有用，因為在功率系統應用 中存在不同品要。通常而s ’為減輕電力分配網路或本地 電源供應中的電力損失，與低電壓及高電流相比，更需要 咼電壓及低電流。圖8Α、8Β及8C提供LED之不同電連接的 範例，如以下所論述。 現在參考圖8A，圖5A之LED係彼此電性串聯連接。此LED 組態在高電壓及低電流情況下操作。例如，在此組態中操 作的本發明之LED可在14伏特及90毫安情況下操作。 現在參考圖8B，圖5A之二對LED係彼此電性並聯連接以 提供2x2組態。例如，在此組態中操作的本發明之lED可在 7伏特及180毫安情況下操作。 現在參考圖8C，圖5A之LED係彼此電性並聯連接。例 如，在此組態中操作的本發明之LED可在3·5伏特及36〇毫安 情況下操作。 本發明之優點包括較高的光輸出效率，其係因為本發明 之細長幾何結構及細長晶片之側面上的反射塗層。本發明 提供功率LED裝置裝配件及產生約球形光圖案的封裝，與 現代LED相比，該圖案具有較高的光輸出效率。此外，本 發明提供封裝功率LED中操作電壓及電流之橈性，以方便 電路设計者能最佳化其針對應用之需要的設計。 應瞭解本文說明及圖式中顯示的範例性高功率氮化鋁銦 、豕1夕日曰片务光一極體，僅揭示本發明之目前較佳具體實 93130.doc -21 - 1285966 把例。實際上，可料類具體實施例進行各種修改及增加， 而不背離本發明精神及範，。例如，可預期通用或獨立基 板上的作龍域之各種不同形狀及組態。熟f此項技術者 應瞭解’藉由提供大範圍各種細長結構及/或結構之部分， :形成等效結構、形狀及組態。因此，整個作用區域不必 定義細長幾何結構’而將作用區域之某部分或各部分定義 為一或多個細長幾何結構。 因此’該等及其他修改及增加可能已為熟f此項技術者 所明白’並加以實施來使本發明適應用於各種不同應用。 【圖式簡單說明】 現在藉由參考表示為申請專利範圍中定義的本發明之解 說範例的較佳具體實施例之以上詳細說明，可較佳地瞭解 本發明及其各具體實施例。應清楚地瞭解由申請專利範圍 定義的 現在藉由參考附圖可較佳地形象化本發明，其中相同數 子指相同元件。 圖1為形成於透明藍寶石基板上的典型現代標準（3〇〇χ 300微米）氮化鋁銦鎵led之半示意表示； 圖2為現代高功率（loooxlooo微米）氮化鋁銦鎵lED之半 示思表示’其顯示該發光二極體之數位間接觸指狀物； 圖3 A為側視圖，其顯示光沿較高折射率材料（例如藍寶石 基板或蠢晶LED層）内的長路徑傳播，直至其最終逃入較低 折射率材料（例如空氣）中； 圖3B為側視圖，其顯示光沿較高折射率材料（例如藍寶石 93130.doc -22- 1285966 基板或磊晶LED層）内的短路徑傳播，直至其最終逃入較低 折射率材料（例如空氣）中； 圖4為依據本發明之細長高功率LED的透視圖，該LED具 有高縱橫比並具有形成於其一側面上的反射塗層； 圖5A為平面圖，其顯示置放在具有形成於封裝之内表面 上的反射塗層之凹陷封裝内的四250x1000微米LED之一示 範性配置； 圖5B為沿圖5A之線5B所取的、置放在圖5A之凹陷封裝内 的四250x1000微米LED之示範性配置的斷面側視圖； 圖6A為平面圖，其顯示置放在具有形成於封裝之内表面 上的反射塗層之凹陷封裝内的四250x1000微米LED之另一 示範性配置； 圖6B為沿圖6A之線6B所取的、置放在圖6A之凹陷封裝内 的四250x1000微米LED之示範性配置的斷面側視圖； 圖7為依據本發明形成的閃光燈之半示意斷面圖； 圖8A為置放在圖5A之凹陷封裝内的四LED之示範性配 置，其顯示彼此電性串聯連接的LED ; 圖8B為置放在圖5A之凹陷封裝内的四LED之示範性配 置，其顯示二對彼此電性並聯連接的LED ;以及 圖8C為置放在圖6A之凹陷封裝内的四LED之示範性配 置，其顯示所有四彼此電性並聯連接的LED。 【主要元件符號說明】 11 透明藍寶石基板 12 蠢晶層 93130.doc -23- 作用區域 上或P焊墊 下或N焊墊 P電流擴展層 藍寶石基板 氮化鋁銦鎵磊晶層 作用區域 上或P指狀物互連 下或N指狀物互連 上或P接觸指狀物 下或N接觸指狀物 藍寶石基板 氮化鋁銦鎵磊晶層 作用區域 上或P焊墊 下或N焊墊 P接觸指狀物 N接觸指狀物 反射塗層/反射器 絕緣體 單一凹陷杯形物 中心塊 内部側面 底部 -24- 1285966 56 凹陷 57a-57d 晶片 61 多凹陷杯形物 63 側面 64 底部 66a-66d 凹陷 67a-67d 晶片 71 反射器 72 高功率LED封裝 73 電連接 74 開關 75 電池 76 彈簧電性接點 77 導體 93130.doc -25-

Claims (1)

  1. 月〆修(更：> 正替 ®M1333m專利申請案 中支’^青專利範圍替換本(94年9月） 干^申請專利範圍： V 一種用以製造一發光二極體晶片之方法，該方法包括形 成具有定義一細長幾何結構的一縱橫比之一本質透明基 板0 %· 一種用以形成一發光二極體晶片之方法，該方法包括： 提供一本質透明基板； 形成至少一作用區域於該基板上；以及 切割該基板以形成具有一作用區域的至少一發光二極 體晶片’該區域具有大於1·5比1的一縱橫比。 3·如請求項2之方法，其中該作用區域之該縱橫比大於2比 4·如明求項2之方法，#中該作用區域之該縱橫比係在1·5 比1與10比1之間。 5·如:求項2之方法，其中該作用區域之該縱橫比為々比卜 6·如明求項2之方法，其十該作用區域之寬度為250微米， 而其長度為1〇00微米。 月求員2之方法，其中該作用區域之寬度為200微米， 而其長度為4〇〇微米。 8 · 如請求項2 > t i & 、、万法，其中該作用區域係配置成在3·〇伏特與 、VFi特^間，以及在1〇毫安/Cm2與90毫安/cm2之間的情 /兄下麵作。 w 板上Y 、之方法，其中一發光二極體裝置係形成於該基 /項2之方法’纟中該作用區域本質上覆蓋該基板之 1285966 一表面。 ιι·如請求項2之方法，其中該基板包括選自包括以下 群組之一材料： 、 藍寶石； 尖晶石； 玻璃； Zn〇 ; SiC ； Mg〇 ; GaN ； A1N ;以及 AlGaN 〇 12·如請求項2之方法，其中該作用區域包括氮化鋁銦鎵 (AlInGaN) 〇 13. 如請求項2之方法，其進一步包括： 形成一上LED層及一下1^1)層，其配合以定義該作用區 域； 形成一上接觸指狀物於該上LED層上； 形成一下接觸指狀物於該下LED層上；以及 形成一反射器於該作用區域與該下接觸指狀物之間， 该反射器其係配置成反射自該作用區域引向該下接觸指 狀物的光’使該光離開該下接觸指狀物以便提高該發光 二極體晶片之一亮度。 14. 如請求項2之方法，其進一步包括： 93130-940919.doc 1285966 形成一上LED層及一下LED層，其配合以定義該作用區 域； 形成一上接觸指狀物於該上led層上； 形成一下接觸指狀物於該下LED層上；以及 形成一反射器於該作用區域與該下接觸指狀物之間的 該作用區域上，該反射器其係配置成反射自該作用區域 引向該下接觸指狀物的光，使該光離開該下接觸指狀物 以便同該發光二極體晶片之·亮度。 15. 如請求項2之方法，其進一步包括： 形成一上LED層及一下LED層，其配合以定義該作用 區域； 形成一上接觸指狀物於該上LED層上； 形成一下接觸指狀物於該下LED層上； 形成一透明絕緣體於該作用區域與該下接觸指狀物之 間的該作用區域上；以及 形成一反射器於該透明絕緣體上，該反射器其係配置 成反射自該作用區域引向該下接觸指狀物的光，使該光 離開該下接觸指狀物以便提高該發光二極體晶片之一亮 度。 16. 如請求項2之方法，其進一步包括·· 形成一上LED層及一下LED層，其配合以定義該作用區 域； 形成一上接觸指狀物於該上LED層上； 形成一下接觸指狀物於該下led層上；以及 93130-940919.doc 1285966 形成一反射器於該作用區域與該下接觸指狀物之間的 該作用區域上，該反射ϋ其係8&置成反射自該作用區域 引向該下接觸指狀物的光，使該光離開該下接觸指狀物 以便提高該發光二極體晶片之一亮度，並且該反射器係 由一介電質形成。 17·如凊求項2之方法，其進一步包括： 形成一上LED層及一下LED層，其配合以定義該作用區 域； 形成一上接觸指狀物於該上led層上 形成一下接觸指狀物於該下LED層上； 形成一透明絕緣體於該作用區域與該下接觸指狀物之 間的該作用區域上；以及 形成一反射器於該透明絕緣體上，該反射器其係配置 成反射自該作用區域引向該下接觸指狀物的光，使該光 離開該下接觸指狀物以便提高該發光二極體晶片之一亮 度，並且該反射器係由一金屬形成。 一種發光二極體晶片，其包括一本質透明基板並具有定 義一細長幾何結構之一縱橫比。 义V —種發光二極體晶片，其包括： 一本質透明基板； 一作用區域，其係形成於該基板上；以及 其中該作用區域之一縱橫比大於i .5比1。 20·如請求項19之發光二極體晶片，其中該作用區域之該縱 橫比大於2比1。 93130-940919.doc -4- 1285966 其中該作用區域之該縱 其中該作用區域之該縱 21·如請求項19之發光二極體晶片 橫比係在1.5比1與1〇比1之間。 22·如請求項19之發光二極體晶片 橫比為4比1。 23·如請求項19之發光二極體晶片， 具中該作用區域之寬度 為250微米，而其長度為1〇〇〇微米。 24·如請求項19之發光二極體晶 成在3·0伏特與3.5伏特之間， 的情況下操作。 片，其中該作用區域係配置 以及在60毫安與9〇毫安之間 25. 如請求項19之發光二極體晶片，其中 一發光二極體裝置 係形成於該基板上。 26. 如請求項19之發光二極體晶片，其中該作用區域本質上 覆盡該基板之一表面。 27. 如請求項19之發光二極體晶片’其中該基板包括選自包 括以下材料的群組之一材料： 藍寶石； 尖晶石 ； ΖηΟ ； SiC ； MgO ；GaN ； AIN ;以及 AlGaN 〇28·如請求項19之發光二極體晶片 其中該作用區域包括氮 93l30-940919.doc 1285966 化鋁銦鎵。 29. 如請求項19之發光二極體晶片，其進一步包括： 一上LED層及一下LED層，其配合以定義該作用區域； 一上接觸指狀物，其係形成於該上led層上； 一下接觸指狀物，其係形成於該下LED層上；以及 一反射器，其係置放於該作用區域與該下接觸指狀物 之間’該反射器其係配置成反射自該作用區域引向該下 接觸指狀物的光，使該光離開該下接觸指狀物以便提高 該發光二極體晶片之一亮度。 30. 如請求項19之發光二極體晶片，其進一步包括·· 一上LED層及一下LED層，其配合以定義該作用區域； 一上接觸指狀物，其係形成於該上lEd層上； 一下接觸指狀物’其係形成於該下led層上；以及 一反射器’其係形成於該作用區域與該下接觸指狀物 之間的該作用區域上，該反射器其係配置成反射自該作 用區域引向該下接觸指狀物的光，使該光離開該下接觸 指狀物以便提高該發光二極體晶片之一亮度。 31·如請求項19之發光二極體晶片，其進一步包括·· 一上LED層及一下LED層，其配合以定義該作用區域； 上接觸指狀物，其係形成於該上LEd層上； 一下接觸指狀物，其係形成於該下LED層上； 一透明絕緣體，其係形成於該作用區域與該下接觸指 狀物之間的該作用區域上；以及 一反射器，其係形成於該透明絕緣體上，該反射器其 93130-940919.doc 1285966 係配置成反射自該作用區域引向該下接觸指狀物的光， 使該光離開該下接觸指狀物以便提高該發光二極體晶片 之一亮度。 32·如請求項19之發光二極體晶片，其進一步包括： 一上LED層及一下LED層，其配合以定義該作用區域； 一上接觸指狀物，其係形成於該上led層上； 一下接觸指狀物，其係形成於該下LED層上；以及 一反射器，其係形成於該作用區域與該下接觸指狀物 之間的該作用區域上，該反射器其係配置成反射自該作 用區域引向該下接觸指狀物的光，使該光離開該下接觸 指狀物以便提南該發光二極體晶片之一亮度，並且該反 射器係由一介電質形成。 33.如請求項19之發光二極體晶片，其進一步包括： 一上LED層及一下LED層，其配合以定義該作用區域； 一上接觸指狀物，其係形成於該上LED層上； 一下接觸指狀物，其係形成於該下LED層上； 一透明絕緣體，其係形成於該作用區域與該下接觸指 狀物之間的該作用區域上；以及 一反射器，其係形成於該透明絕緣體上，該反射器其 係配置成反射自該作用區域引向該下接觸指狀物的光， 使該光離開該下接觸指狀物以便提高該發光二極體晶片 之一亮度，並且該反射器係由一金屬形成。 ^4. 一種發光二極體晶片，其包括： 一本質透明基板； 93130-940919.doc Ϊ285966 一作用區域，其係形成於該基板上； 一上LED層及一下LED層，其配合以定義該作用區域； 一上接觸指狀物，其係形成於該上LED層上； 一下接觸指狀物，其係形成於該下LED層上；以及 一反射器，其係置放於該作用區域與該下接觸指狀物 之間，該反射器其係配置成反射自該作用區域引向該下 接觸指狀物的光，使該光離開該下接觸指狀物以便提高 ，發光二極體晶片之一亮度。 一種發光二極體燈，其包括： 一封裝； 至少一發光二極體晶片，其係置放於該封裝内，該或 該等發光二極體包括： 一本質透明基板； 一作用區域，其係形成於該基板上；以及 其中該作用區域之一縱橫比大於。 36·如請求項35之發光二極體燈，直 /、T及封裳包括四反射側 面及一反射底部。 ，其中該封裝定義一矩形。 ’其中該封裝定義一正方形。 ’其中該或該等發光二極體 晶片。 37·如請求項35之發光二極體燈 38·如請求項35之發光二極體燈 39·如請求項35之發光二極體燈 晶片包括複數個發光二極體 4〇. ^請求項35之發光二極體燈，其中該或該等發光二極體 晶片包括複數個彼此電性串聯的發光二極體曰片。 41·如請求項35之發光二極體燈，其中該或該等:光二極體 93130-940919.doc 1285966 晶片包括複數個彼此電性並聯的發光二極體晶片。 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 如响求項35之發光二極體燈，其中該或該等發光二極體 曰曰片包括複數個彼此組合式電性串聯及並聯的發光二極 體晶片。 如明求項35之發光二極體燈，其中該或該等發光二極體 晶片包括四發光二極體晶片。 如明求項35之發光二極體燈，其中該或該等發光二極體 晶片包括配置成一般定義一正方形的四發光二極體晶 如吻求項35之發光二極體燈，其中該或該等發光二極體 晶片包括配置成一般定義其一線性陣列的四發光二極體 晶片。 :請求項35之發光二極體燈，其中該或該等發光二極體 晶片包括彼此電性串聯的四發光二極體晶片。 如請求項35之發光二極體燈，纟中該或該等發光二極體 晶片包括彼此電性並聯的四發光二極體晶片。 如請求項35之發光：極體燈，其中該或該等發光二極體 晶片包括四發光二極體晶片’其係彼此組合式電性串聯 及並聯。 如請求項35之發光二極體燈，其中該或該等發光二極體 晶片包括複數個彼此電性通信的發光二極體以定義—夸 路，以便該網路内的電壓趨於最大化，而不會使透過2 一發光二極體晶片的電流大於一預定值。 如請求項35之發光二極體燈，其中該封裝包括具有其中 93130-940919.doc 1285966 凹陷封裝，該或該等 帶有一反射塗層的至少一凹陷之 發光二極體即置放於該凹陷内。 51·如請求項35之發光二極體燈，1 〃中该封裝包括具有複數 個凹陷之一凹陷封裝，各凹陷中 有一反射塗層，至少 一發光二極體即置放於各凹陷内。 極體燈， 凹陷中具有-反射塗層，-發光 内。 52·如請求項35之發光二 陷之一凹陷封裝，各 極體即置放於各凹陷 其中該封裝包括具有四凹 包括具有四細 一反射塗層， 53.如請求項35之發光二極體燈，其中該封裝 長凹陷之一凹陷封裝，各細長凹陷中具有~ >7發光二極體即置放於各細長凹陷内。 一種照明裝置，其包括： 一電源； 該發光二 一發光二極體燈，其係與該電源電性通信 極體燈包括： 一封裝； 至乂發光一極體晶片，其係置放於該封裝内，該或 該等發光二極體包括： 一本質透明基板； 一作用^域’其係形成於該基板上；以及 其中該作用區域之一縱橫比大於1.5比1。 55·如請求項54之照明裝置，其中該電源包括至少一電池。 56·如請求項54之照明裝置，其中該電源包括配置成與一壁 上插座連接的一插頭。 93130-940919.doc 1285966 57.如請求項54之照明裝置，其中該電源包括一交流電源並 進一步包括一直流電源供應，其係耦合以將自該交流電 源供應的交流電流轉換成適合於操作該等發光二極體的 直流電。 93130-940919.doc -11 -
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