TWI419353B - 發光元件 - Google Patents

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TWI419353B
TWI419353B TW095147024A TW95147024A TWI419353B TW I419353 B TWI419353 B TW I419353B TW 095147024 A TW095147024 A TW 095147024A TW 95147024 A TW95147024 A TW 95147024A TW I419353 B TWI419353 B TW I419353B
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Chung Hoon Lee
Gundula Roth
Walter Tews
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Seoul Semiconductor Co Ltd
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Description

發光元件
本發明是關於一種發光元件(light emitting device，LED)且本發明特別是關於一種包括至少一個發光二極體(light－emitting diode)以及磷光體(phosphor)之發光元件，前述磷光體含銅且轉換自一發光二極體所產生之光的波長。
已用於電子元件之發光二極體(LED)最近用於汽車以及照明產品。由於發光元件具有優異的電特性以及機械特性，因此預期會增加對發光元件之需求。由於這個關係，增加對使用白光LED作為螢光燈以及白熾燈之替代物之關注。
在LED技術中，有提議各種方式來實現白光之解決方案。通常，實現白光LED技術，為將磷光體散佈於發光二極體周圍，且混合一部分自發光二極體之原發射(primary emission)以及由磷光體轉換波長之二次發射。舉例而言，世界專利公告號WO 98/05078以及WO 98/12757揭露白光發光二極體，其包括能夠發射450 mn至490 mn之峰值波長(peak wavelength)的藍光發光二極體以及自藍光發光二極體吸收光且(大部分)發射黃光之YAG(yttrium－aluminum－garnet)群組材料，黃光可具有不同於所吸收光之波長的波長。
然而，在此種普通白光LED中，色溫(color temperature)範圍較窄在約6000 K與約8000 K之間，且演色指數(color rendering index，CRI)較低，其為約60至約75，而只能提供冷藍白光。因此，難以製造具有所要色彩座標(color coordination)或色溫之白光LED，且特別是對實現類似於可見日光之光存在限制。
此外，使用濕敏(humidity－sensitive)磷光體之白光LED具有在水、蒸氣或極性溶劑中不穩定發光的性質，且此不穩定性可引起白光LED之發光性質的變化。
通常，用於全面照明之發光元件包括在個別製程中製造之多個封裝白光LED、安裝有白光LED之印刷電路板、保護電路及/或AC/DC反相器，其連接至白光LED，而LED經由形成於印刷電路板上之電路圖案彼此連接。
然而，為了製造根據先前技術之具有上述結構以用於全面照明之發光元件，存在為應對大量構件逐一執行金屬佈線製程以使得處理步驟之數目增加且複雜的問題。由於處理步驟之數目增加，不良率(fraction defective)亦增加，故因此妨礙大量生產。此外，可能因為某種衝擊(shock)而使金屬佈線變成開路(open circuit)，導致發光構件之操作被停止的狀況發生。此外，因為發光構件之各別封裝的串聯陣列會擴大佔用的空間，而有使用於全面照明之發光元件的尺寸顯著變大之缺點。
本發明之目標為提供一種波長轉換發光元件，其具有約2000 K至約8000 K或約10000 K之高色溫範圍以及超過90之CRI。
本發明之另一目標為提供一種波長轉換發光元件，其可容易地提供所要色彩座標或色溫。
本發明之進一步目標為提供一種具有改良發光性質且亦具有相對於水、濕度以及其他極性溶劑之改良穩定性的發光元件。
本發明之又一目標為提供一種發光元件，其能夠應用於諸如家用器具、立體聲、電信產品之電子元件，但亦用於各種顯示器、汽車、醫療儀器、量測儀器及照明產品。
本發明之又一目標為提供一種發光元件，其藉由以晶圓級串聯連接多個發光單元而以家用AC電源發射白光。
本發明提供一種發光元件，包括至少一個發光二極體，其能夠產生在預定波長範圍中之光；以及一種包括化合物之磷光體，所述化合物包括銅－鹼土金屬基(copper－alkaline earth metal based)之無機混合晶體(inorganic mixed crystals)且由稀土元素(rare earths)活化，所述磷光體被放置於發光二極體周圍，以吸收部分自發光二極體發射之光且發射不同於所吸收光之波長的光。
由稀土元素活化之前述化合物包括以式1表示之以銅－鹼土(copper－alkaline－earth)為主的混合矽酸鹽(silicate)：式1 a(M'O)．b(M"O)．c(M'"X)．d(M'"2 O)．e(M""2 O3 )．f(M'""o Op )．g(SiO2 )．h(M"""x Oy )其中M'為Cu；M"為自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd以及Mn組成之群中的至少一或多個二價元素；M'"為自由Li、Na、K、Rb、Cs、Au以及Ag組成之群中的至少一或多個單價元素；M""為自由B、Al、Ga以及In組成之群中的至少一或多個元素；M'""為自由Ge、V、Nb、Ta、W、Mo、Ti、Zr以及Hf組成之群中的至少一或多個元素；M"""為自由Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb以及Lu組成之群中的至少一或多個元素；X為自由F、Cl、Br以及I組成之群的至少一或多個元素； 1x2；以及
由稀土元素活化之前述化合物包括以式2表示之以銅－鹼土為主之混合晶體鍺酸鹽(germanate)及/或鍺酸鹽－矽酸鹽(germanate－silicate)：式2 a(M'O)．b(M"2 O)．c(M"X)．d(GeO2 )．e(M'"O)．f(M""2 O3 )．g(M'""o Op )．h(M"""x Oy )其中M'為Cu；M"為自由Li、Na、K、Rb、Cs、Au以及Ag組成之群中的至少一或多個單價元素；M'"為自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd以及Mn組成之群中的至少一或多個二價元素；M""為自由Sc、Y、B、Al、Ga、In以及La組成之群中的至少一或多個三價元素；M'""為自由Si、Ti、Zr、Mn、V、Nd、Ta、W、Mo、Hf以及Nb組成之群中的至少一或多個元素；M"""為自由Bi、Sn、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy以及Tb組成之群中的至少一或多個元素；X為自由F、Cl、Br以及I組成之群中的至少一或多個元素；及 1x2；以及
以鈉－鹼土為主之混合晶體之鍶的濃度較佳小於0.4 Mol/Mol磷光體。
所述化合物轉換一或多個在300至400 nm範圍內之紫外輻射(ultraviolet radiation)及/或在380 nm至500 nm範圍內之藍光輻射以產生高演色指數Ra>90之光譜可見區(visible region)中的光。化合物在LED中用作單一磷光體及/或多個單一磷光體之混合物以實現具有高達Ra>90之演色性的白光。磷光體安置於側面、頂面或底面中的一者上或與膏(paste)或密封材料(sealing material)混合。
本發明是以封裝中之發光二極體與磷光體的組合為特徵。就此而論，所述封裝具有安裝於由反射器形成之基板(reflector－formed substrate)上的至少一個發光二極體，其中磷光體配置於發光二極體周圍。基板上之發光二極體以及磷光體用密封材料來密封。磷光體均勻分佈於密封材料內。
所述封裝包括用於散發自上述發光二極體所產生之熱量的一種散熱片(heat sink)，而磷光體配置於發光二極體周圍，且所述封裝適用於高功率(high power)。
所述發光二極體可以具有垂直結構、水平結構以及覆晶結構，且包括在單一基板上彼此串聯或並聯連接之多個發光單元(light emitting cells)。此時，發光單元為垂直型、水平型以及覆晶型，且更包括用於將整流功率(rectified power)施加至彼此串聯連接之發光單元的整流橋單元(rectifying bridge unit)。具有串聯連接之多個發光單元的發光單元塊(blocks)可在基板上反向並聯(reverse parallel)連接。
下文將參看隨附圖式詳細描述本發明之較佳實施例。然而，本發明不限於所述實施例而是可實施為若干不同形式。僅為說明起見且為所屬技術領域中具有通常知識者完整理解本發明之範疇而提供所述實施例。貫穿圖式，類似組件由類似元件符號來指定。
圖1展示與本發明一致之晶片型封裝發光元件之一部分之說明性實施例的側視橫截面圖。
晶片型(chip－type)封裝發光元件可包括至少一個發光二極體以及磷光物質(phosphorescent substance)。電極圖案5可形成於基板1之兩側上。發射一次光(primary light)之發光二極體6可安裝於其中一個電極圖案5上。發光二極體6可經由導電膏(electrically conductive paste)9安裝於電極圖案5上。發光二極體6之電極可經由導電線2連接至另一側之電極圖案5。
發光二極體可發射具有寬範圍(wide range)波長之光，例如，從紫外光至可見光。在與本發明一致之一實施例中，可使用UV發光二極體及/或藍光發光二極體。以下將詳細描述所述發光二極體。
磷光體(亦即，磷光物質)3可置放於發光二極體6之頂面以及側面上。磷光體3將自發光二極體6之一次光的波長轉換為另一波長或其他波長。在與本發明一致之一實施例中，光在轉換後處於可見光範圍。此外，可在混合磷光體3與硬化樹脂(例如，環氧樹脂或矽樹脂)之後將磷光體3塗覆至發光二極體6。亦可在混合磷光體3與導電膏9之後將包括磷光體3之硬化樹脂塗覆至發光二極體6之底部。
安裝於基板1上之發光二極體6可用硬化樹脂來密封。磷光體3可以預定厚度置放於發光二極體6之頂面以及側面上。在製造期間，磷光體3亦可分佈於硬化模製部(molding portion)中。在美國專利案第6,482,664號中描述這種製造方法，而本發明以全文引用之方式引用這件美國專利。
而且，磷光體3可包括摻雜銅之化合物。下文將詳細描述這種化合物以及包括這種化合物之磷光體。磷光體3較佳包括稀土元素成份且與單一化合物或多個單一化合物選擇性地混合。單一化合物可具有(例如)自約440 nm至約500 nm、自約500 nm至約590 nm或自約580 nm至約700 nm之發射峰值(emission peak)。磷光體3可包括一或多個單一磷光體，磷光體可具有如上文所舉例說明之發射峰值。
關於晶片型發光元件40，外部功率經由電極圖案5供應至發光二極體6。藉此當發光二極體6自電源接收功率時發光二極體可發射一次光。一次光隨後可刺激磷光體3且磷光體3可將一次光轉換為具有較長波長之光(二次光)。自發光二極體6之一次光以及自磷光體3之二次光經漫射且混合在一起以使得可自晶片型發光元件發射可見光譜中之預定色彩的光。在與本發明一致之一實施例中，具有不同發射峰值之一個以上的發光二極體可安裝在一起。此外，若適當調整磷光體之混合比，則可提供特定色彩座標(color coordination)。
如上所述，若適當控制發光二極體6以及包括於磷光體3中之化合物，則可提供所要色溫或特定色彩座標。具體而言，寬範圍之色溫，例如，自約2000 K至約8000 K、或約10000 K及/或大於約90之演色指數。因此，與本發明一致之發光元件可用於諸如家用器具、立體聲、電信元件之電子元件及用於內部/外部訂製(custom)顯示器。與本發明一致之發光元件亦可用於汽車以及照明產品，因為與本發明一致之發光元件將類似色溫以及CRI提供至可見光。
圖2展示與本發明一致之頂部型(top－type)封裝發光元件之一部分之第二說明性實施例的側視橫截面圖。
與本發明一致之頂部型封裝發光元件50(參見圖1中之元件符號40)可具有與圖1之晶片型封裝發光元件40類似的結構。頂部型封裝元件可具有反射器(reflector)31，這種反射器31可將自發光二極體6之光反射至所要方向。
本實施例使用具有化合物之磷光體3，其中化合物包括由稀土元素活化之銅－鹼土金屬基之混合晶體化合物。下文將詳細解釋所述磷光體3。
在頂部型封裝發光元件50中，可安裝一個以上之發光二極體。此等發光二極體各自可具有彼此不同之峰值波長。磷光體3可包括具有不同發射峰值之多個單一化合物。可調節此多個化合物中的每一者的比例。此磷光體可被塗覆至發光二極體及/或均一分佈於反射器31之硬化樹脂模製部10中。
在與本發明一致之一實施例中，圖1或圖2之發光元件可包括金屬基板1，金屬基板1可具有良好導熱性。此發光元件可容易地散逸自發光二極體之熱量。因此，可製造用於高功率之發光元件。若在金屬基板之下方提供散熱器(未圖示)，則可更有效地散逸自發光二極體之熱量。
圖3展示與本發明一致之燈型(lamp－type)封裝發光元件之一部分之第三說明性實施例的側視橫截面圖。
燈型發光元件60可具有一對引線51、52，且二極體固持器(holder)53可形成於其中一個引線之末端。二極體固持器53可為杯形，且至少一個發光二極體6可安裝於二極體固持器53內部。當於二極體固持器53中提供若干發光二極體時，其中每個發光二極體可具有彼此不同之峰值波長(peak wavelength)。發光二極體6之電極可由(例如)導電線2連接至引線52。
可混合於環氧樹脂54中的規則體積之磷光體3可被提供於二極體固持器53內。如下文將更完整解釋，磷光體3可包括由稀土元素活化之銅-鹼土金屬基的成份。
下文將詳細解釋磷光體3。
此外，二極體固持器53可包括發光二極體6且磷光體3可用諸如環氧樹脂或矽樹脂之硬化材料來密封。
在與本發明一致之一實施例中，燈型封裝發光元件60可具有一對以上之電極對引線。
圖4以及圖5展示與本發明一致的用於高功率之發光元件之一部分之第四說明性實施例的示意性橫截面圖。
對於高功率發光元件70而言，散熱片(heat sink)71可提供於發光元件的外殼(housing)73內部，且其可部分地曝露至外部。一對引線框架74可自外殼73突出。至少一個發光二極體可安裝於散熱片71上，且發光二極體6之電極以及另一引線框架74可經由導電線連接。磷光體3可置放於發光二極體6之頂面以及側面上。
圖5展示與本發明一致之高功率發光元件80之一部分之另一說明性實施例的側視橫截面圖。高功率發光元件80可具有外殼63，其可含有：發光二極體6、7；配置於發光二極體6、7之頂面以及側面上的磷光體3；一或多個散熱片61、62；以及一或多個引線框架64。引線框架64可自一個功率供應器(power supplier)接收功率且可自外殼63突 出。
在圖4以及圖5之高功率發光元件70、80中，可將磷光體3添加至膏(paste)，而前述膏可被提供於散熱器61、62與發光元件6、7之間。透鏡則可與外殼63、73組合。
在與本發明一致之高功率發光元件70、80中，可選擇性地使用一或多個發光二極體6、7且可視發光二極體而定來調節磷光體。如下文將更完整解釋，磷光體可包括稀土元素以及摻雜銅之成份。
與本發明一致之高功率發光元件可具有散熱器(未圖示)及/或散熱片61、62。當發光二極體藉由接收高功率來操作時，此發光元件可容易地散逸自發光二極體6、7之熱量。在強制循環系統中空氣或風扇可用於冷卻散熱器。
與本發明一致之發光元件不限於上文所述之結構，且可視發光二極體之特性、磷光體、光之波長以及應用來修改結構。此外，可添加新部件至結構。
下文將詳細解釋根據本發明之實施例如上構成的發光構件(element)。
圖6展示與本發明一致之發光二極體之一部分之第一變形例的側視橫截面圖。
參看圖6，發光二極體6包括：基板110、依序層壓於基板110上之緩衝層120、N型半導體層130、活性層140以及P型半導體層150、形成於N型半導體層130的一個藉由移除P型半導體層150以及部分活性層140而曝露出來的曝露區域(exposed region)上的N型焊墊(bonding pad)180、形成於P型半導體層150上之歐姆接觸層160以及形成於歐姆接觸層160上之P型焊墊170。
較佳地，基板110根據形成於基板頂部之半導體層的特性由Al2 O3 、SiC、ZnO、Si、GaAs、GaP、LiAl2 03 、BN、AlN以及GaN中的任一者製成。此實施例為了晶體成長而使用藍寶石基板110。
緩衝層120是一層為了用來減小晶體成長後在基板110與隨後層之間的晶格失配(mismatch)，且含有半導體材料GaN。緩衝層120可視基板110之材料而定具有絕緣層、半絕緣層以及導電層。N型半導體層130為產生電子之層且包含N型化合物半導體層以及N型覆蓋層。此時，摻雜有N型雜質之GaN用於N型化合物半導體層。P型半導體層150為產生電洞之層且包含P型覆蓋層以及P型化合物半導體層。此時，摻雜有P型雜質之AlGaN用於P型化合物半導體層。
活性層140為一層形成有預定帶隙(band gap)以及量子井之區域，以使電子以及電洞再組合。活性層140含有InGaN。此外，歸因於電子以及電洞之組合而產生的發射光的波長視構成活性層140之材料種類而改變。因此，較佳地，視目標波長而控制含於活性層140中之半導體材料。
N型以及P型焊墊180、170是用於將發光二極體6電連接至外部導線(參見圖1中之元件符號2)的金屬焊墊，且可經形成以具有層壓式Ti/Au之結構。此外，上述歐姆接觸層160執行將電壓輸入經由P型焊墊170均一地傳輸至P型半導體層150的功能。透明電極ITO用作歐姆接觸層160。
下文將簡短地描述製造上述水平發光二極體之方法。
借助於晶體成長於藍寶石基板110上依序形成緩衝層120、N型半導體層130、活性層140以及P型半導體層150。可進一步於P型半導體層150上形成歐姆接觸層160。各層是藉由用於沉積上述材料之各種沉積以及磊晶方法來形成，所述方法包括金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束磊晶法(MBE)、氫化物氣相磊晶法(HVPE)及其類似方法。
此後，執行使用遮罩(mask)之光蝕刻製程(photo etching process)，以敞露部分N型半導體層130。換言之，經由使用遮罩作為蝕刻遮罩之蝕刻製程移除部分P型半導體層150、活性層140以及N型半導體層130，可曝露部分N型半導體層130。
在移除遮罩之後，N型焊墊180形成於N型半導體層130之曝露部分上且P型焊墊170形成於P型半導體層150之歐姆接觸層160上。因此，可製造在水平表面上具有N型以及P型焊墊180、170之水平發光二極體。
下文將描述垂直發光二極體。下文將省略與上述水平發光二極體之描述重複的描述。
圖7展示與本發明一致之垂直發光元件之一部分之第二變形例的側視橫截面圖。
參看圖7，在垂直發光二極體中，P型焊墊170、歐姆接觸層160、P型半導體層150、活性層140以及N型半導體層130、N型焊墊180被依序層壓於結構中。換言之，與上述水平發光二極體相比較，P型焊墊170以及N型焊墊180分別地形成於發光二極體之下部(lower portion)以及上部(upper portion)上。
經由垂直發光二極體之製造製程，緩衝層120、N型半導體層130、活性層140、P型半導體層150、歐姆接觸層160以及P型焊墊170被形成於基板110上。此後，將主基板(未圖示)接合至P型焊墊170，且隨後移除緩衝層120以及N型半導體層130以下之基板，以曝露N型半導體130。N型焊墊180形成於N型半導體層130之曝露部分上且得以製造垂直發光二極體。
下文將給出覆晶型(flip chip－type)發光二極體之描述。下文之描述中省略以上已解釋之部分。
圖8為展示根據本發明之第三修改之覆晶型發光二極體的橫截面圖。
如圖8中所示，覆晶型發光二極體包括：子支架基板(sub－mount substrate)200，其上具有第一外部焊墊210以及第二外部焊墊220；以及水平發光二極體，其中歐姆接觸層160以及N型半導體層130分別經由第一金屬凸塊(bump)190以及第二金屬凸塊195連接至第一外部焊墊210以及第二外部焊墊220。覆晶型發光二極體之光傳輸方向與垂直發光二極體相反。子支架基板200可由高度反射材料製成以使得可完全反射輻射至基板之光。
下文描述發光構件，發光構件具有以晶圓級(wafer level)彼此串聯或並聯連接之多個水平、垂直或覆晶型發光單元，使其甚至可用AC功率來操作。第一個為水平發光構件，其未被分離成單個單元但以晶圓級連接至單元使得其可用AC功率來操作。在下文之描述中，省略上文所解釋之部分。
圖9以及圖10為與本發明一致之水平AC驅動發光二極體之一部分之第四變形例的側視橫截面圖。
參看圖9以及圖10，本發明之水平AC驅動發光二極體具有彼此串聯連接之多個水平發光單元100－1至100－n。亦即，發光二極體包括多個水平發光單元100，其中鄰近水平發光單元100－1至100－n之N型半導體層130以及P型半導體層150電連接，N型焊墊180形成於位於發光構件之一個末端處之發光單元100－n的N型半導體層130上，且P型焊墊170形成於位於發光構件之另一末端處之發光單元100－1的P型半導體層150上。
鄰近水平發光單元100－1至100－n之N型半導體層130以及P型半導體層150使用預定金屬線101電彼此連接。此外，在本發明中，多個水平發光單元100－1至100－n可經串聯連接以由所供應AC電壓來驅動為有效的。在本變形例中，串聯或並聯連接之發光單元100的數目可視用於驅動單個發光單元100之電壓/電流以及施加至發光二極體以用於照明之AC驅動電壓而大大地改變。較佳地，串聯連接10至1000個單元，且更佳地，串聯連接30至70個單元為有效的。舉例而言，在以220 V AC電壓驅動的過程中，藉由串聯連接各自在特定電流時以3.3 V電壓操作之66或67個單元發光單元100而製造發光二極體。此外，在以110 V AC電壓驅動的過程中，藉由串聯連接各自在特定電流時以3.3 V的電壓操作之33或34個單元發光單元100而製造發光二極體。
如圖9以及圖10中所示，在具有串聯連接之第一至第n發光單元100－1至100－n的發光二極體中，P型焊墊170形成於第一發光單元100－1之P型半導體層150上，且第一發光單元100－1之N型半導體層130以及第二發光單元100－2之P型半導體層150經由第一導線101－1連接。此外，第二發光單元100－2之N型半導體層130以及第三發光單元(未圖示)之P型半導體層經由第二導線101－2連接。第(n－2)發光單元(未圖示)之N型半導體層(未圖示)以及第(n－1)發光單元100－n－1之P型半導體層150經由第(n－2)導線101－n－2連接，且第(n－1)發光單元100－n－1之N型半導體層130以及第n發光單元100－n之P型半導體層150經由第(n－1)導線101－n－1連接。此外，N型焊墊180形成於第n發光單元100－n之N型半導體層150上。此時，於各別半導體層上形成金屬電極之焊墊，以使這些焊墊經由佈線連接。
本變形例中之基板110可為其上可製造多個發光二極體的基板。因此，如圖9以及圖10所示由“A”指定之帶意指用於獨立地切割多個二極體之切割帶(cutting zone)。
此外，在上述發光二極體中，可於相同基板上形成用於整流外部AC電壓之第一至第四二極體(未圖示)。第一至第四二極體以整流橋形式配置。在第一至第四二極體之中的整流節點可連接至各別發光單元100之N型或P型焊墊，其中所述發光單元100彼此串聯連接。第一至第四二極體可用於發光單元。
下文將簡短地描述製造具有串聯連接之上述發光單元之發光二極體的方法。
借助於晶體成長依序於基板110上形成緩衝層120、N型半導體層130、活性層140以及P型半導體層150。歐姆接觸層160可進一步形成於P型半導體層150上。
N型半導體層130之一部分為敞露的且每一發光單元100經由預定圖案化製程絕緣。在圖案化製程中，將光阻塗覆於整個結構上且形成具有預定敞露區域之光阻遮罩(未圖示)。預定區域意指在發光單元100與對應於待敞露之N型半導體層130之部分的區域間的區域。使用光阻遮罩來執行蝕刻製程。P型半導體層150、活性層140以及部分N型半導體層130經蝕刻以使得N型半導體層130之部分可為敞露的。藉由連續執行蝕刻製程，每一發光單元100為絕緣的。
另外，藉由執行多個圖案化製程可敞露N型半導體層130之一部分，且每一發光單元100為絕緣的。亦即，如圖9中所示，N型半導體層130之一部分藉由部分地蝕刻P型半導體層150、活性層140以及N型半導體層130而為曝露的，且發光單元100中的每一者藉由經由一額外製程蝕刻P型半導體層150、活性層140、N型半導體層130以及緩衝層120而電絕緣。此外，如圖10中所示，當緩衝層120由絕緣層製時，每一發光單元100可藉由僅執行蝕刻至N型半導體層130而電性絕緣。用於圖案化製程中之蝕刻製程可為濕式蝕刻製程或乾式蝕刻製程。在此實施例中，使用電漿執行乾式蝕刻製程的效率高。
藉由使用等同於上述製造過程之過程，可共同形成用於整流橋之二極體。易於瞭解用於整流橋之二極體可經由典型半導體製造過程來形成。
此後，用於電連接鄰近發光單元100－1至100－n之N型半導體層130以及P型半導體層150的導電線100－1至100－n經由諸如橋製程(bridge process)或階梯覆蓋(step coverage)之預定製程而形成。導電線101－1至101－n由導電材料以及摻雜有金屬或雜質之矽氧化合物形成。
上述橋製程亦被稱為空橋製程(air bridge process)。空橋製程為：使用光製程將光阻溶液塗覆至待彼此連接之發光單元之間；且顯影敞露部分焊墊區域的光阻圖案，其為安置於半導體層上之金屬電極；且首先經由諸如以如金屬之材料的真空氣相沉積方法於其上形成一薄膜；且將包括金(Au)之導電材料經由諸如電鍍或金屬氣相沉積之方法，再次塗覆於其上達一預定厚度。此後，當由諸如溶劑之溶液移除光阻圖案時，移除導電材料以下之所有部分且空間中僅形成由橋形成之導電材料。
此外，階梯覆蓋製程在發光單元之間電連接至彼此。階梯覆蓋製程為：使用光製程將光阻溶液塗覆至待連接至彼此之發光單元之間；且顯影敞露焊墊區域之一部分的光阻圖案，其為安置於半導體層上之金屬電極；且將包括金(Au)之導電材料經由諸如電鍍或金屬氣相沉積之方法再次塗覆於其上達一預定厚度。
製造本發明之發光二極體的上述方法僅為特定實施例且本發明不限於此。可視二極體之特性以及製程之便利性而定來修改或添加各種製程以及製造方法。
下文解釋AC可操作(AC－operable)式垂直發光元件。在下文之解釋中，省略上文所解釋之部分。
參看圖11至圖13，以橫截面圖展示根據本發明之第五變形例的AC可操作式垂直發光二極體。
如圖11至圖13中，AC可操作式垂直發光二極體包括：在其上圖案化有多個導電接觸層320之支架基板310、其中有形成於各別導電接觸層上之P型焊墊170的多個發光單元300，；以及用於連接導電接觸層與垂直發光單元之導電線301。
經由AC可操作式垂直發光二極體之製造過程，參看圖11，將垂直發光單元300之P型焊墊170接合至支架基板310之導電接觸層320。
形成於支架基板310上之導電接觸層320可以用於串聯連接發光單元300之各種陣列來配置。易於瞭解導電接觸層320形成多達所要之數目發光單元300且在一個方向上之寬度寬於發光單元300中的每一者的寬度。此外，每一導電接觸層320電性地且實體地分離。
此時，由於在此變形例中導電接觸層320形成於支架基板310上，因此支架基板310上之導電接觸層320可用作P型焊墊170而無需在發光單元300上形成P型焊墊170。此外，儘管在此變形例中將P型焊墊170接合至支架基板310，但可將N型焊墊180接合至支架基板310。此時，可不形成N型焊墊180。
此處，導電膏用於將發光單元300之P型焊墊170接合至支架基板310上之導電接觸層320。易於瞭解可使用其他各種接合方法來進行接合。此時，如圖11中所示，發光單元300對準導電接觸層320之一側，而曝露導電接觸層320之另一側的一部分。
此後，發光單元300之P型焊墊接合至其之導電接觸層320使用導電線301電連接至鄰近發光單元300之N型焊墊180。因此，發光單元300之N型焊墊180經由導電接觸層320以及導電線301連接至一發光單元300之P型焊墊170以使得多個發光單元300串聯連接。
參看圖12，說明用於製造根據本發明之變形之AC可操作式垂直發光二極體的方法，但本發明並不限於此。
將各自具有形成於N型半導體層130與P型半導體層150之間的活性層140以及分別形成於N型半導體層130與P型半導體層150上之焊墊180及170的多個垂直發光單元300接合至支架基板310。
由Al2 O3 、SiC、ZnO、Si、GaAs、GaP、LiAl2 O3 、BN、AlN以及GaN中的至少一種製成的基板；由樹脂、塑膠等製成之絕緣基板或具有極佳導熱性之基板可用作支架基板310。若使用導電基板，則使用上面形成有絕緣層之基板。
此後，使用預定膏(未圖示)將發光單元300接合至支架基板310。此時，發光單元300之P型焊墊170接合至支架基板310。易於瞭解可使用各種接合方法來接合兩者。儘管在此變形例中將P型焊墊170接合至支架基板310，但可將N型焊墊180接合至支架基板310。
下一步，經由預定蝕刻製程部分地蝕刻N型焊墊180、N型半導體層130、活性層140以及P型半導體層150以使得可曝露部分P型焊墊170。以此方式達成在發光單元200之下部處曝露部分P型焊墊170的組態，如圖12中所示。鄰近發光單元300之電極經由預定導線形成製程來連接。亦即，一個發光單元300之P型焊墊170的曝露部分以及鄰近於其之另一發光單元300的N型焊墊180經由導電線301而連接。此時，用於電連接鄰近發光單元300之N型焊墊180以及P型焊墊170的導電線301經由諸如橋製程或階梯覆蓋之預定製程而形成。
額外外部端電極(未圖示)形成於位於本變形例之發光二極體之一末端處之發光單元300的P型焊墊170以及位於其另一末端處之發光單元300的N型焊墊180中的每一者上以使得可自外部輸入預定功率。
參看圖13，說明用於製造根據本發明之AC可操作式垂直發光二極體的方法。
如先前變形例中所述，將垂直發光單元300接合至支架基板310，且P型焊墊170之一部分隨後經由預定蝕刻製程而曝露。
此後，用於防止與隨後佈線短路之預定絕緣薄膜302形成於在P型焊墊170之曝露部分與鄰近於其之發光單元300之間的支架基板310上。隨後，使用預定金屬佈線製程經由導電線301連接鄰近發光單元300之電極。此絕緣薄膜302以及導電線301可經由印刷製程或經由預定氣相沉積、圖案化以及蝕刻製程來形成。
發光二極體之製造不限於上述過程。在無需對發光單元執行蝕刻製程的情況下，可於基板上形成具有比發光單元之寬度大之寬度的電極圖案，且隨後可將發光單元接合至電極圖案。儘管在此變形例中將P型焊墊接合至基板，但可將N型焊墊接合至基板。
上述變形例本身不為限制性的而是可在其間進行轉換。換言之，可進一步添加多個半導體層以形成半導體層。為了將鄰近發光單元連接至彼此，鄰近發光單元藉由形成額外絕緣薄膜而電絕緣，且每一電極隨後經曝露以使用預定導線連接鄰近發光單元。
下文中將解釋AC可操作式覆晶型發光二極體。在下文之描述中，省略上文已解釋之部分。
圖14以及圖15為展示根據本發明之第六變形例之AC可操作式覆晶型發光二極體的橫截面圖。
如圖14以及圖15中可見，AC可操作式覆晶型發光二極體具有排列於基板110上之多個發光單元。第一金屬凸塊190被形成於水平發光單元中的每一者的歐姆接觸層160上而第二金屬凸塊195被形成於N型半導體層上。
上面排列有水平發光單元之基板110安裝於下部子支架基板400上。
子支架基板400由介電薄膜410覆蓋，在介電薄膜410上形成有多個導電線430，其中於各別相對末端處提供第一接合線(bonding wire)440以及第二接合線450。
子支架基板400可由各種導電以及導熱材料製成，如由諸如SiC、Si、Ge、SiGe、AlN等之金屬所舉例說明之。對於介電薄膜410而言，其可由允許電流以1μm或更小位準流動之所有介電材料製成。或者，可使用不允許電流流動之絕緣材料。介電薄膜410可形成於多層結構中。在此實施例中，介電薄膜410由選自由SiO2 、MgO、SiN以及其之組合所組成之群中的一者製成。
下文描述用於製造具有上文提及之覆晶結構之發光二極體的子支架基板的方法。
首先，將子支架基板400圖案化以如圖14中所示在其上形成凹凸形狀(embossed shape)。介電薄膜410形成於凹凸表面上。當子支架基板400之材料不導電時，可不形成介電薄膜410。在此實施例中，子支架基板由導電性優良之金屬材料製成以改良其導熱性。因此，提供介電薄膜410以充當良好絕緣體。
下一步，將導電線430圖案化以連接鄰近於介電薄膜410之發光單元的第一金屬凸塊以及第二金屬凸塊190、195。就此而言，可借助於預定遮罩圖案使用網板印花方法或氣相沉積製程來形成導電線430。隨後，將發光單元接合至子支架基板400上以提供發光二極體。
或者，如圖15中所示，導電線430可形成於表面未經凹凸而平坦之子支架基板400上，繼之以將發光單元接合至子支架基板400上以提供發光二極體。
如上所提及之AC可操作式發光二極體可串聯或並聯連接至彼此且其中可具有整流電路。
下文將參看諸圖解釋存在於AC可操作式發光二極體內部之發光單元的電連接關係。
圖16至圖19為說明在AC可操作式發光二極體內之發光單元之電連接(electrical connection)的概念性視圖。
在發光二極體6中，如圖16中所示，串聯連接多個發光單元100、300，其中在其相對末端處分別提供第一外部連接焊墊以及第二外部連接焊墊510、520。具有如上所述之水平、垂直或覆晶結構的發光單元可串聯連接至晶圓上。當將約60 Hz之AC電壓施加至發光二極體時，正電壓(＋)允許發光單元100、300串聯以發射光，而負電壓(－)不允許光發射。然而，電壓以預定Hz頻率連續自正改變為負且反之亦然，使得肉眼感覺到光為連續發射的。
參看圖17，各自具有多個串聯連接之發光單元100以及300的至少兩個發光單元塊(blocks)1000a以及1000b在第一外部連接焊墊與第二外部連接焊墊510、520之間反向並聯連接至彼此。發光單元塊之數目大於2。隨後，較佳地，在第一單元塊以及第二單元塊1000a以及1000b內之發光單元100以及300的各別數目相同以便最小化發光二極體6之亮度變化。
下文將解釋如上構造之根據本發明之發光構件的操作。若將正(＋)電壓施加至第一外部連接焊墊510且將負(－)電壓施加至第二外部連接焊墊520，則第二發光單元塊1000b發射光。
其間，若將負(－)電壓施加至第一外部連接焊墊510且將正(＋)電壓施加至第二外部連接焊墊520，則第一發光單元塊1000a發射光。換言之，由於即使將外部AC功率施加至發光二極體而第一發光單元塊以及第二發光單元塊1000a以及1000b交替發射光，因此有可能使用甚至以AC電源之發光二極體。
另外，有可能製造包括用於特定整流操作之額外橋單元的發光二極體。
參看圖18以及圖19，此實施例之發光二極體包括串聯連接之多個發光單元100以及300、用於將預定電流施加至發光單元100以及300之整流橋單元530；以及第一外部連接焊墊以及第二外部連接焊墊510以及520，其連接至整流橋單元530。
在此實施例中，多個發光單元100以及300不直接電連接至外部電源而是經由連接至第一外部連接焊墊以及第二外部連接焊墊510以及520的整流橋單元530。整流橋單元530包括經由橋而連接之第一至第四二極體D1、D2、D3以及D4。因此，在整流橋單元530中，當施加正電壓時電流經由以正向配置之橋二極體D1以及D3施加至串聯連接之發光單元100以及300，而當施加負電壓時電流經由以反向配置之橋二極體D2以及D4施加至串聯連接之發光單元100以及300。因此，發光單元連續發射光而不管電源是否為AC電源。
可如圖18中所示在串聯之多個發光單元100、300外部提供整流橋單元530。或者，可如圖19中所示在整流橋單元530之內部構造串聯之多個發光單元100、300。
又，可添加各種功能電路二極體。舉例而言，用於防止漣波之RC濾波器可額外用於發光二極體中。
下文將詳細解釋在發光二極體之頂面以及側面上的發光材料。
為了達成此等以及其他目標，如本文中所體現及廣泛描述，用於紫外光或可見光激發之發光材料含有自矽酸鹽或鍺酸鹽之基本家族的銅－鹼土混合晶體。
通常，所屬技術領域中具有通常知識者熟知銅活化或共活化之硫化磷光體，且其在商業上用於陰極射線管。發射綠光之ZnS：Cu、Al(其中銅用作活化劑且Al用作共活化劑)在CRT應用中非常重要。
在鋅－硫化磷光體中，可視活化劑與共活化劑之濃度相對比而定將發光材料分類為五種(van Gool,W.,Philips Res.Rept.Suppl.,3,1,1961)。此處，發光中心由深層施體或深層受體或由最鄰近位點處之相關性形成(由Auspice of Phosphor Research Society,CRC Press New York,1998,S.238編輯之Phosphor Handbook)。
在“Keith H.Butler,The Pennsylvania State University Press,1980,S.281”中描述了由銅活化之正磷酸鹽(Wamnaker,W.L.以及Spier,H.L.,JECS 109(1962),109)以及所有由銅活化之焦磷酸鹽、鋁矽酸鹽、矽酸鹽以及三聚磷酸鹽。然而，此種磷光體僅可用於短波UV激發。由於此種磷光體之不穩定化學性質以及溫度特性，其不可用於螢光燈中。
尚未描述由諸如Eu2＋ 、Ce3＋ 以及其他之稀土離子活化、在以氧為主之化合物中作為主晶格成份之銅離子的影響。應預期到作為主晶格成份之銅併入影響關於改良發光強度以及發射最大值之所要移位、色點以及發射光譜形狀以及晶格之穩定的較佳發光光學性質。
作為主晶格(host lattice)成份之銅離子的影響會顯示對於高於360 nm之激發波長的改良發光性質。在此波長範圍中，因為其電子組態之能階，離子都不會顯示自身的輻射傳送(radiation transfers)，而不錯失任何種類之激發輻射。
摻雜有銅之發光材料與在主晶格中不具有此種成份之發光材料相比，顯示改良之發射強度。此外，摻雜有銅之發光材料的所要效應展示發射波長至更高或更低能量的移位(shifting)。對於含銅化合物而言，此等離子在最廣意義上不作為活化劑起反應。然而，此等離子之使用導致對晶體場分裂以及共價之影響。
含銅物質的製備歸因於在還原氣氛中此等離子之氧化可能性而為複雜的。對於需要還原氣氛之摻雜有銅之化合物的製備而言，特殊製備製程為必需的。
視取代離子而定，整體移位發射特性展示對晶體場中之銅的影響。在Eu活化鋁酸鹽及/或矽酸鹽中用Cu取代Sr或Ba之狀況下，歸因於與Ba以及Sr離子半徑相比Cu之離子半徑更小，應將發射最大值移位至更長波長。以此方式導致在活化劑離子環境中之更強晶體場(field)。
歸因於與更大鹼土離子相比作為離子電荷以及離子半徑之商數的銅之更高離子電位，銅離子可吸引較鹼土離子更強之鄰近氧離子。因此由銅對較大鹼土離子Ca、Sr以及Ba之取代亦導致在活化劑離子環境中之更強晶體場。因此，可影響發射頻帶之形狀，發射峰值至更長波長之移位在頻帶發射之發射曲線的加寬部分中進行連接。另外，應有可能藉由離子銅之取代來增加發射強度。通常，發射峰值至更長以及更短波長之移位在LED照明場中為所要的。此處，有必要實現微調以獲得用於所要色點以及用於光學元件更好亮度之特殊波長。藉由使用陽離子銅，應有可能達成此微調。
已知一些發光材料以及磷光體在水、空氣濕度、水蒸氣或極性溶劑中不穩定。舉例而言，具有尖晶石結構之鋁酸鹽或具有正交以及鎂黃長石結構之矽酸鹽展示歸因於高鹼度對水、空氣濕度、水蒸氣或極性溶劑之程度不同的高靈敏度。然而，因為更高共價以及更低鹼度，主晶格中之銅併入在取代具有高鹼度之陽離子時應可改良發光材料相對於水、空氣濕度以及極性溶劑之此特性。
發光材料包含一個或一個以上之式1中表示之矽酸鹽、式2中表示之鍺酸鹽或鍺酸鹽－矽酸鹽的化合物組成：式1 a(M'O)．b(M"O)．c(M'"X)．d(M'"2 O)．e(M""2 O3 )．f(M'""o Op )．g(SiO2 )．h(M"""x Oy )以及式2 a(M'O)．b(M"2 O)．c(M"X)．d(GeO2 )．e(M'"O)．f(M""2 O3 )．g(M'""o Op )．h(M"""x Oy )。
其間，含銅混合晶體用作轉換器以用於自發光元件內之一或多個單一主要構件的在300 nm至400 nm範圍內之一次長波紫外輻射及/或在380 nm至500 nm範圍內之藍光輻射以產生在高達高演色指數Ra>90之光譜可見區中的光。且，特徵為磷光體之含銅混合晶體在LED中用作單一磷光體及/或用於具有不同已知磷光體之磷光體混合物中以實現高達高演色性>90之演色性的白光。
實例1：
如下根據式1之以銅－鹼土為主之混合晶體矽酸鹽展示如表3中所示之高發光強度：式1 a(M'O)．b(M"O)．c(M'"X)．d(M'"2 O)．e(M""2 O3 )．f(M'""o Op )．g(SiO2 )．h(M"""x Oy )其中M'為Cu；M"為自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd以及Mn組成之群中的至少一或多個二價元素；M'"為自由Li、Na、K、Rb、Cs、Au以及Ag組成之群中的至少一或多個單價元素；M""為自由B、Al、Ga以及In組成之群中的至少一或多個元素；M'""為自由Ge、V、Nb、Ta、W、Mo、Ti、Zr以及Hf組成之群中的至少一或多個元素；M"""為自由Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb以及Lu組成之群中的至少一或多個元素；X為自由F、Cl、Br以及I組成之群中的至少一或多個元素； 1x2；以及
製備實例：
具有下式之磷光體的製備：Cu0.05 Sr1.7 Ca0.25 SiO4 ：Eu起始材料：CuO、BaCO3 、ZnO、MgO、SiO2 、Eu2 O3 及/或其之任何組合。
以非常純之氧化物以及碳酸鹽形式之起始材料已與少量助熔劑(NH4 Cl)一起以化學計量比混合。在第一步驟中，在惰性氣體氣氛(N2 、H2 、Ar或稀有氣體)中以1,200℃在氧化鋁坩堝中燃燒混合物2至4小時。在預燒之後，材料將經再次研磨。在第二步驟中，將在弱還原氣氛中以1,200℃在氧化鋁坩堝中燃燒混合物額外2小時。此後，材料將經研磨、清洗、乾燥及篩選。發光材料具有592 nm之發射最大值(emission manimum)。
具有下式之發光材料的製備：具有下式之磷光體的製備：Cu0.2 Ba2 Zn0.2 Mg0.6 Si2 O7 ：Eu起始材料：CuO、BaCO3 、ZnO、MgO、SiO2 、Eu2 O3 及/或其之任何組合。
以非常純之氧化物以及碳酸鹽形式之起始材料已與少量助熔劑(NH4 Cl)一起以化學計量比混合。在第一步驟中，在惰性氣體氣氛中以1,100℃在氧化鋁坩堝中燃燒混合物1至2小時。在預燃之後，材料將經再次研磨。在第二步驟中，將在弱還原氣氛中以1,235℃在氧化鋁坩堝中燃燒混合物2小時。此後，材料將經研磨、清洗、乾燥及篩選。發光材料具有467 nm之發射最大值。
表3中展示獲得之關於由稀土元素活化之含銅矽酸鹽混合晶體的結果。
表3：在450 nm激發波長下，由長波(long wave)紫外線及/或由可見光激發之一些銅－鹼土矽酸鹽混合晶體的光學性質以及發光密度(%)
實例2
以下式之具有鹼土鍺酸鹽及/或鍺酸鹽－矽酸鹽之含銅混合晶體展示較不含銅化合物的更好發光強度(表4)：a(M'O)．b(M"2 O)．c(M"X)．d(GeO2 )．e(M'"O)．f(M""2 O3 )．g(M'""o Op )．h(M"""x Oy )其中M'為Cu；M"為自由Li、Na、K、Rb、Cs、Au以及Ag組成之群中的至少一或多個單價元素；M'"為自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd以及Mn組成之群中的至少一或多個二價元素；M""為自由Sc、Y、B、Al、Ga、In以及La組成之群中的至少一或多個三價元素；M'""為自由Si、Ti、Zr、Mn、V、Nd、Nb、Ta、W、Mo以及Hf組成之群中的至少一或多個元素；M"""為自由Bi、Sn、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy以及Tb組成之群中的至少一或多個元素；X為自由F、Cl、Br以及I組成之群中的至少一或多個元素； 1x2；以及
具有下式之磷光體的製備：Cu0.46 Sr0.54 Ge0.6 Si0.4 O3 ：Mn起始材料：CuO、SrCO3 、GeO2 、SiO2 、MnCO3 及/或其之任何組合。
以氧化物以及碳酸鹽形式之起始材料已與少量助熔劑(NH4 Cl)一起以化學計量比混合。在第一步驟中，在含氧氣氛中以1,100℃在氧化鋁坩堝中燃燒混合物2小時。在預燃之後，材料將經再次研磨。在第二步驟中，將在含氧氣氛中以1,180℃在氧化鋁坩堝中再次燃燒混合物4小時。此後，材料將經研磨、清洗、乾燥及篩選。磷光體具有以658 nm之發射最大值。
在表5中展示獲得之關於自由鍺酸鹽或鍺酸鹽－矽酸鹽組成之群之含銅鹼土混合晶體的結果。
關於考慮中之一些化合物的性質變化，藉由引入Cu可達成以下物理－化學變化：
如表6中所示，由含銅磷光體之晶格參數的輕微變化所引起，可觀察到發射光譜之輕微變化。通常出現至更短波長之0.5 nm至1.0 nm的移位。
此等變化之結果為相對於水之靈敏度的變化。含銅化合物之水穩定性明顯高於不含銅化合物之水穩定性。(表8)
表8：在85℃且在100%濕度下之含銅以及不含銅化合物的與時間相關之相對強度。
如表7以及表8中所示，此藉由減小溶解製程中鹼土離子之遷移率來引起。此意謂速率且由此所溶解之陽離子數目變得更低，從而導致更低水解以及更高水穩定性。
本發明提供一種具有改良發光性質且亦具有相對於水、濕度以及其他極性溶劑之改良穩定性之根據本發明的含銅磷光體。
此外，在發光元件內之磷光體與另一磷光體混合以使得具有自約2000 K至約8000 K或約10000 K之高相關色溫範圍以及高達90以上之CRI。
另外，在本發明中，可提供所要色溫或特定色彩座標。
藉由使用如上之磷光體，此發光元件能夠應用於移動電話、筆記型電腦以及諸如立體聲、電信產品之電子元件，但亦用於定製顯示鍵盤以及背光應用。此外，其可應用於汽車、醫療儀器、量測儀器以及照明產品。
1．．．基板
2．．．導電線
3．．．磷光體
5．．．電極圖案
6．．．發光二極體
7．．．發光二極體
9．．．導電膏
10．．．硬化樹脂模製部
31．．．反射器
40．．．晶片型發光元件
50．．．頂部型封裝發光元件
51．．．引線
52．．．引線
53．．．二極體固持器
60．．．燈型封裝發光元件
61．．．散熱片
62．．．散熱片
63．．．外殼
64．．．引線框架
70．．．高功率發光元件
71．．．散熱片
73．．．外殼
74．．．引線框架
80．．．高功率發光元件
100．．．水平發光單元
110．．．基板
120．．．緩衝層
130．．．N型半導體層
140．．．活性層
150．．．P型半導體層
160．．．歐姆接觸層
170．．．P型焊墊
180．．．N型焊墊
190．．．第一金屬凸塊
195．．．第二金屬凸塊
200．．．子支架基板
210．．．第一外部焊墊
220．．．第二外部焊墊
100－1．．．水平發光單元
100－2．．．第二發光單元
100－n．．．第n發光單元
100－n－1．．．第(n－1)發光單元
101－1．．．導電線
101－2．．．第二導線
101－n．．．導電線
300．．．發光單元
301．．．導電線
302．．．絕緣薄膜
310．．．支架基板
320．．．導電接觸層
400．．．子支架基板
410．．．介電薄膜
430．．．導電線
440．．．第一接合線
450．．．第二接合線
510．．．第一外部連接焊墊
520．．．第二外部連接焊墊
530．．．整流橋單元
1000a．．．發光單元塊
1000b．．．發光單元塊
D1．．．二極體
D2．．．二極體
D3．．．二極體
D4．．．二極體
圖1展示與本發明一致之晶片型封裝發光元件之一部分之說明性實施例的側視橫截面圖。
圖2展示與本發明一致之頂部型封裝發光元件之一部分之第二說明性實施例的側視橫截面圖。
圖3展示與本發明一致之燈型封裝發光元件之一部分之第三說明性實施例的側視橫截面圖。
圖4以及圖5展示與本發明一致的用於高功率之發光元件之一部分之第四說明性實施例的示意性橫截面圖。
圖6為展示根據本發明之第一變形例之水平發光二極體的橫截面圖。
圖7為展示根據本發明之第二變形例之垂直發光二極體的橫截面圖。
圖8為展示根據本發明之第三變形例之覆晶型發光二極體的橫截面圖。
圖9以及圖10為展示根據本發明之第四變形例之AC可操作式水平發光二極體的橫截面圖。
圖11至圖13為展示根據本發明之第五變形例之AC可操作式垂直發光二極體的橫截面圖。
圖14以及圖15為展示根據本發明之第六變形例之AC可操作式覆晶型發光二極體的橫截面圖。
圖16至圖19為展示存在於AC可操作發光二極體內之發光單元(cell)之電連接關係的概念性視圖。
1．．．基板
2．．．導電線
3．．．磷光體
5．．．電極圖案
6．．．發光二極體
9．．．導電膏
10．．．硬化樹脂模製部
40．．．晶片型發光元件

Claims (13)

  1. 一種發光元件，包括：至少一發光二極體，其能夠產生在第一波長範圍中之光，該至少一發光二極體包括在單一生長基板上彼此串聯連接的多個發光單元；以及一磷光體，包括一化合物，該化合物包括銅以及鹼土金屬作為主晶格成份且由稀土元素及/或其他發光離子活化，該磷光體被放置於該發光二極體周圍，以吸收部分自該發光二極體發射之光且發射不同於所吸收的光之波長的光，其中彼此串聯連接的該些發光單元安置在用於將整流功率施加至該些發光單元的一整流橋內，且該整流橋與該些發光單元一起安置在該單一生長基板上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該化合物包括式1表示的以銅-鹼土為主之混合晶體矽酸鹽(silicate)式1：a(M'O)．b(M"O)．c(M'"X)．d(M'"2 O)．e(M""2 O3 )．f(M'''''o Op )．g(SiO2 )．h(M''''''x Oy )其中M'為Cu；M"為自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd以及Mn組成之群中的至少一或多個二價元素；M'"為自由Li、Na、K、Rb、Cs、Au以及Ag組成之群中的至少一或多個單價元素； M""為自由B、Al、Ga以及In組成之群中的至少一或多個元素；M'''"為自由Ge、V、Nb、Ta、W、Mo、Ti、Zr以及Hf組成之群中的至少一或多個元素；M"""為自由Bi、Sn、Sb、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb以及Lu組成之群中的至少一或多個元素；X為自由F、Cl、Br以及I組成之群中的至少一或多個元素；0<a2；0<b8；0c4；0d2；0e2；0f2；0g10；0<h5；1o2；1p5；1x2；以及1y5。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該化合物包括式2表示的以銅-鹼土為主之混合晶體鍺酸鹽及/或鍺酸鹽-矽酸鹽 式2：a(M'O)．b(M"2 O)．c(M"X)．d(GeO2 )．e(M'''O)．f(M''''2 O3)．g(M'''''o Op )．h(M''''''x Oy )其中M'為Cu；M"為自由Li、Na、K、Rb、Cs、Au以及Ag組成之群中的至少一或多個單價元素；M'"為自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd以及Mn組成之群中的至少一或多個二價元素；M""為自由Sc、Y、B、Al、Ga、In以及La組成之群中的至少一或多個三價元素；M'""為自由Si、Ti、Zr、Mn、V、Nd、Nb、Ta、W、Mo以及Hf組成之群中的至少一或多個元素；M"""為自由Bi、Sn、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy以及Tb組成之群中的至少一或多個元素；X為自由F、Cl、Br以及I組成之群中的至少一或多個元素；以及0<a2；0b2；0c10；0<d10；0e14；0f14；0g10；0h2； 1o2；1p5；1x2；以及1y5。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中鍶(Sr)之濃度小於0.4 Mol/Mol磷光體。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之發光元件，其中該化合物轉換一或多個在300nm至400nm範圍內之紫外輻射及/或在380nm至500nm範圍內之藍光輻射，以產生高演色指數Ra>90之光譜可見區中的光。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之發光元件，其中該化合物在LED中用作單一磷光體及/或多個單一磷光體之混合物以實現具有Ra>90之演色性的白光。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該磷光體置於該至少一發光二極體之頂面、側面、底面中的至少一者上或與膏或密封材料混合。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該至少一發光二極體以及該磷光體被容納於一封裝中。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件，其中該封裝具有安裝於由反射器形成之一基板上的該至少一個發光二極體，其中該磷光體配置於該發光二極體周圍。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件，其中該至少一發光二極體以及該磷光體是用一模製部來密封。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中該 磷光體分佈於該模製部中。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件，其中該封裝包括一散熱片，用於散發自該發光二極體產生之熱量，而該磷光體配置於該發光二極體周圍，且該封裝適用於高功率。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該些發光單元具有選自由垂直結構、水平結構、覆晶結構及其組合所組成之一種結構。
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