TWI486093B - 利用區段式ＬＥＤｓ來補償個別區段式ＬＥＤ在光輸出上的製程差異之光源 - Google Patents

利用區段式ＬＥＤｓ來補償個別區段式ＬＥＤ在光輸出上的製程差異之光源 Download PDF

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Description

利用區段式LEDs來補償個別區段式LED在光輸出上的製程差異之光源
本發明與一種光源及其製作方法有關。具體而言，其係關於一種含有複數個區段式LEDs並聯至電力匯流排與控制器的光源及其製作方法。
發光二極體(Light emitting diodes,LEDs)是一種可以將電能轉換成光的重要固態元件類型。這些元件上的改良已使其被用在那些設計來取代傳統白熾光源與螢光光源的燈具中。LED具有極長的壽命，在某些情況下，其將電能轉換成光的效率也較傳統光源高的多。
為了本文討論之目的，文中的LED會被視為具有三層結構，其為一主動層(active layer)夾在其他的兩層之間。當來自外層的電洞與電子在該主動層中結合時該主動層會發出光線。這些電洞與電子係藉由將該LED通以電流而生成。該LED係透過位在頂層上的一電極來供能以及一接觸來提供與底層的電性連接。
LEDs的成本與能量轉換效率是為判定此種新技術將取代傳統光源並被用在高能應用中比例的重要因素。一個LED的轉換效率係被定義成該LED所發出位於光譜中所欲光波段的光能與光源所耗費的電力之間的比例。該所耗費之電力係取決於LED的轉換效率以及那些可直接用來將交流電(AC)轉為直流電(DC)供予LED晶粒電能的電路系統。未轉換成光離開LED的電力會被轉換成熱能而使得LED的溫度上升。散熱問題常常會使得LED得以運作的電力層級受到限制。此外，LED的轉換效率會隨電流的增加而減少。因此當LED為了增加其整體光輸出量而增加電流時，其電能轉換效率亦會跟著降低。再者，LED的壽命亦會因為在高電流環境下運作而減少。
單一的LED光源在許多應用中並不能夠生成足以取代傳統光源的光。一般而言，在可接受的能量轉換效率下，LED每單位區域實際上所能生成的光有其限制在。此限制係由於LED的散熱以及其材料體系的電能轉換效率。因此為了提供較高強度的單一LED光源，勢必採用面積較大的LED晶片(或晶粒)；然而，製作LED所用之製程會使單一LED晶片的大小受到限制。當晶片的尺寸增加時，晶片的良率會下降。因此，一旦晶片尺寸超過預定的大小時，每個LED的成本增加的速度會超過其光輸出增加的速度。
故此，在許多應用中，LED式的光源必須採用多個LEDs來提供所欲的光輸出值。舉例言之，要取代傳統照明應用中所使用的100瓦白熾燈泡約需要25個大小為1 mm2 (平方毫米)的LED。其所需數量會視所欲之色溫(color temperature)以及LED晶片的實際大小而變。
再者，光源一般會含有電源供應器來將115V或240V的交流電力轉換成適合用來驅動LED的直流電平。這類電源供應器的轉換效率在價格上具有競爭力的商品中通常僅為80%或更低，此現象亦降低了光源整體的電轉光轉換效率。為了要提供最大的能量轉換效率，電源供應器之輸出應該要接近交流電源的峰值電壓，且要將光源中經由多種導體傳送之電流降到最低以避免這些導體中的電阻損耗。典型的氮化鎵(GaN)LED需要約3.2-3.6V的驅動電壓。因此從能量轉換的觀點來看，前文所述的25個LEDs光源會建構成一個單一的LED串，其25個LEDs係以串聯方式與來自電源供應器約80伏特的輸出電壓串聯在一起。
然而除了電轉光轉換效率外，還有如光源的成本暨可靠性等因素需加以考量。從可靠性的觀點來看，單一的串聯式LEDs串會是最差的選擇。一般來說，LEDs比較可能會因為開路(open)而非短路(short)而失效。舉例言之，如LED中連接接墊與外部電路的打線(wire-bond)失效。故此，串聯式LED串中如果有單個LED故障將會導致整個光源毀滅性的失效。
從可靠性的觀點來看，在LED的故障機制主因是開路因素的前提下，其內部的LED以並聯方式連接的光源會是最佳的。假使今有單個LED故障而一恆定的電流源被用來驅動並聯式LEDs，則經過其他LEDs的電流會稍微增加，因此這些其他的LEDs會一起補償因其中的一個LED故障所造成的光能損失。可惜的是從能量供應效率的觀點來看，這類設置的效率並不好，且需要具有能夠處理大電流又不會造成顯著傳輸成本的導體。
除了可靠性與能量轉換效率，設計者必須要提供可適用於各個LEDs間光生成效率之差異的設計。LEDs是在晶圓上製造的，其整片晶圓以及晶圓與晶圓之間一定會有些許程度上的不均。如此，對商業上可用的LEDs而言，其LED與LED之間所生成的光量會有顯著的差異。最終光源之光輸出所能允許的差異係由要使其所有光源生成等量的光並具有相同外觀之需求而定。一般而言，如果不進行一些LEDs分類動作來使彼此間的差異變小，這些LEDs間光輸出的差異會大到無法滿足光源製造商之需求。但這些分類流程會增加光源的成本。此外，許多的光源不能採用那些強度未落在製造時LEDs的強度分佈範圍內的LEDs。如此，未在目標範圍內的LEDs的市場較小，其復又增加了位於所欲範圍內的LEDs之成本以及減少了該範圍外的LEDs的價值。
平衡LED可靠性與其供能效率之間的固有問題可透過建構具有複數個組成式光源(component light source)並聯在一起的光源而獲得解決。該每個組成式光源係由複數個LEDs串聯在一起而組成，因此其所使用之驅動電壓比個別的LED大的多。舉例而言，典型的氮化鎵系LED需要約3.2伏特的驅動電壓與0.35安培的電流。要提供約2000流明(lumen)的光源需要驅動25個這類的LEDs。該光源可以並聯五個上述的組成式光源之方式來建構，其每個組成式光源是由五個串聯的LEDs所組成。因此其驅動電壓會改善約5~16伏特。假如其中一個LED因開路而故障，剩餘的4個組成式光源仍然可作用，因此光源可以持續運作，儘管是在較低的亮度下運作。然而由於這些剩餘的LEDs必須讓原本要通過該開路的組成式光源之電流通過，故這些LEDs會被超載20%。如此這些剩餘LEDs之壽命會明顯減短許多。
不幸的是，此設計並未使業界中只採用LED生產線中的一子生產線來製作所有給定的最終光源之作法需求減少。
本發明包含一種光源及其製作方法。該光源含有複數個區段式LEDs(segmented LEDs)以並聯方式連接到一電力匯流排與一控制器。該電力匯流排接受不同數目的該等區段式LEDs，其數目係選成可提供光源預定的光輸出量。該控制器接收交流電力並在該電力匯流排上提供一電力訊號。在本發明一態樣中，每個該區段式LED之特徵在於其驅動電壓值會大於與該等區段式LEDs相同材料體系中所製作出之傳統LED的驅動電壓的三倍。該光源中該等區段式LEDs之數目係選成可補償製程差異所導致在個別區段式LEDs光輸出上的差異。在發明的另一態樣中，連接至該電力匯流排的該等區段式LEDs之數目在該光源組裝後可以變更。
本發明提供其優點之方式將可透過第一圖的參照輕易瞭解，該圖中描繪出一根據本發明的光源實施例。光源20係含有複數個區段式(segmented)LEDs 21與一恆定的直流電源並聯。通過每一該區段式LED的平均電流會由一控制器22來設定，該控制器內含一交流轉直流(AC to DC)的電源轉換器。
區段式LEDs在同樣待審的美國專利申請案第12/208,502號(2008/9/11日提申)中有詳細的討論，在此係併入本文中。下文中亦會有關於一區段式LED的詳細討論。為本討論之目的，須注意每個區段式LED係被定義成一單一的LED晶粒，這些LED晶粒被分成N個相互串聯的區段，其中N>1，且一般介於2～100之間。在作用上，該每一區段皆為一小型LED。每個區段式LED的面積皆會比一個傳統的LED面積小上N倍。故此，雖然每個區段式LED大致上會生成與一個傳統LED相同的光量，但是在相同單位面積的電流密度下其電流是傳統LED的1/N倍。然而在相同的材料體系中，作動一個區段式LED所需的驅動電壓大約與N倍作動一個傳統LED所需的電壓相同。因此須注意該區段式LED大致可以同樣的電能產生與相同尺寸的傳統LED晶片相同的光量，但其所需電流比後者小上N倍，所需電壓大於後者N倍。一個區段式LED可以看作是由N個較小的LED晶片串聯的LED串，其每一者皆約為傳統LED晶片尺寸的1/N倍。然而該區段式LED所生成的光量僅為由N個傳統LEDs串聯而成之組成式光源(component light source)的1/N倍。結果，原來需要25個傳統LEDs連接成5個並聯的組成式光源(每個組成式光源由五個串聯的傳統LED組成)的光源設計，現在需要用25個並聯的區段式LEDs。因此，每個區段式LED僅會佔1/25的光輸出量。故此，光源20的輸出可以藉由增加或移除個別區段式LEDs來微調。
相反地，採用傳統串聯式的LED串之均等光源的光輸出無法藉由簡單地加入或減去一單一的LED之方式來微調。由於加入或減去一個LED會改變原先LED串中的驅動電壓，故改變一串聯式之LED組成串中的LED數目有其困難存在。故此，每個組成串皆需要獨立的電源，此舉會增加光源的成本。為避免上述情形，所有的LED組成串皆需要進行修改，亦因此會需要新增或移除5個LEDs。同樣地，在電力軌(power rail)中增加或移除一整個串聯式LED串會改變其整體光輸出達5個LEDs或20%的量。故此，那些採用由N個傳統LED串聯所組成的組成串之設計會被受限在需一次加入或替換N個LEDs。此特性限制了整體設計透過改變設計中傳統LEDs數目之方式可達到的微調程度。
原則上，傳統的光源設計能採用1/N尺寸的習知LED，使得一次加入或移除N個LEDs之作法可提供與本發明相同程度上的微調性。然而，這類設計會含有N倍的LEDs數量，無疑增加了製作成本。
上述本發明之實施例係建立在一區段式LED的基礎上。現在請參照第二圖與第三圖，其描繪了本發明可採用的一區段式LED光源。第二圖為區段式LED 60的頂視圖，而第三圖為以第二圖所示延切線2-2的區段式LED 60之截面圖。圖中區段式LED 60含有兩個區段64與65；然而，在下面的討論中閱者將瞭解到從本發明之教示中將可構思出具有更多區段的光源設計。區段式LED 60可建構自同樣的三層式LED結構，其層結構係在一藍寶石基板51上長成。n層52係成長在一基板51上，而之後主動層55與p層53長在該n層52上。
區段64與65係為一延伸穿過層52至基板51處的隔離溝槽66所分隔，因此在電性上隔絕了64與65兩區段。隔離溝槽66上含有一平台67，其僅部分伸入層52中。隔離溝槽66的壁部會為一絕緣層57所覆蓋，該絕緣層57上含有一開口區域58來形成一電性接觸以接往與各區段有關聯的層52部位。絕緣層57可用任何讓絕緣層不受孔洞缺陷影響的材料來形成。舉例言之，SiNx、SiOx、或其他一般半導體元件製作中常用的介電薄膜等皆可用來作為絕緣材料。其他的材料可能還包含了聚酰亞胺(polyimide)、苯環丁烯(Benzocyclobutene,BCB)、旋塗式玻璃(spin-on-glass)或是半導體業界中元件平坦化製程慣用的材料。
如68與69所示，區段式LED 60的兩端亦具有相同的溝槽結構。一串聯電極59設置在該隔離溝槽66中使得電極59會穿過絕緣層57上的開口58與層52接觸。電極59亦會與相鄰區段中的ITO層(氧化銦錫層)56產生電性接觸。故此，當經由電極61與62來提供電力時，區段64與65會串聯。如此區段式LED 60會在傳統LED的兩倍電壓及一半電流的環境下運作。
在本發明一態樣中，絕緣層57會如第三圖57a所示一般在電極59與61下方延伸。由於電極59為不透明者，其會擋住電極59正下方主動層55部位所生成的光。就此考量，須注意圖式中所示的層厚度並非是按比例繪製。在實作中，層53之厚度遠比層52之厚度來的小，亦比電極59或61一般寬度小上許多。因此，電極59會擋住大部分其下方所生成的光。故此，由於大部分電流所生成的光都散失了(在多次反射的過程中為不透明的金屬所吸收)，故通過電極59下方層55的電流實質上是浪費掉了。該絕緣層的延伸部位57a擋住了電流使無法流經此層55結構的浪費區域，因此改善了光源的整體效率。同樣的問題亦發生在電極61部位，因此絕緣層亦會延伸至該電極61下方處。
在第二圖與第三圖所示的實施例中，電極59會延伸涵蓋整個區段式LED 60的寬度。如上述註明者，由於電極59下方生成的光會為電極59所遮擋並吸收，電極59下方的區段65部位是為非生產性、會損失光的區域。此設計會導致光轉換效率的減少並降低LED晶粒表面的使用率，故需提供額外的晶粒主動區面積來補償損失的面積，進而增加了光源的成本。現在請參照第四圖與第五圖，其描繪了本發明另一種可採用的區段式LED實施例。第四圖為區段式LED 70的頂視圖，而第五圖則為以第四圖延切線5-5所作之區段式LED 70的截面圖。以第四圖所示切線2’-2’所作之區段式LED 70的截面圖大致與第二圖所示者相同，除了其中的電極59為電極78所取代以及第四圖中所示之n電極71與p電極72較窄外。故此，圖式中省略該截面圖。
區段式LED 70與區段式LED 60的差別在於原本較寬的互連電極59已為複數個串聯電極如電極78與79所取代。這些電極可能僅有5-10微米寬且相隔約150微米，故此這些電極覆蓋在區段65上的區域會比電極59所覆蓋者小得多。故此，在此種設計下上述所討論效率上的損失實質上會減少。此外，n電極72與p電極71已被一較窄的電極所取代，該窄電極含有兩較寬的接墊71’與72’以與外部的電路系統打線接合(wire bonding)。在一較佳實施例中，串聯電極彼此間分隔的距離比電極寬度大五倍以上，使得這些串聯電極所覆蓋之區域會遠小於分隔式LED中被連接區段的寬度。
發明中所需的串聯電極數目係視ITO層56的導電率而定，一定要有足夠的串聯電極來確保電流平均地分佈在ITO層56上。串聯電極的寬度係根據通過區段之間的電流總量來決定。故此，其寬度係取決與所使用的導體、這些導體的厚度以及串聯電極的數目。在未被一串聯層覆蓋的區段65區域中，隔離溝槽77並不需要絕緣層，故使其底下的LED結構可接收到電能並生成有用的光線。
在ITO層56的表面設置上併入一些較窄的金屬電極將能夠改善ITO層56上的電流分佈。現在請參照第六圖，其為一區段式LED 75的頂視圖，該區段式LED 75中含有可加強電流在該ITO層上分佈的金屬電極。電極73會連接至p電極71以及區段間的串聯電極。由於該等金屬電極的傳導率遠大於該ITO層，故此這些極薄的電極可提高電流分佈，而不擋到過多下層結構所生成的光。在本發明一態樣中，其為電極擋住之區域小於20%的光發射區域，其中尤以小於10%的光發射區域為佳。
一較薄的n電極73’可選擇性地整合在裸露的n層上來加強該n層上電流的分佈。這類電極不會擋到所生成的光，故電極73’比之電極73可覆蓋較大的面積。
本發明之串聯電極係可藉由在一設置在分隔各個區段的這些隔絕溝槽上的絕緣接墊上沉積任何合適的導體之方式來形成。這類絕緣接墊如圖中171所示。應注意串聯電極可以金屬或ITO(氧化銦錫)材質來進行製作。ITO具有透明度較高的優點，其形成之串聯電極所擋住的光較少。然而ITO的電阻較大，故需要較大的覆蓋面積。
相較於傳統的LEDs，由於區段式LEDs係以較高的電壓運作，故在生成相同的光量的情況下區段式LEDs所需的驅動電流較小。如此，在一區段式LED上串聯一開關元件實質上不會改變該區段式LED的效率，因為電能會在該開關元件中發散。現在請參照第七圖，其描繪了根據本發明實施例一光源態樣。光源80係以複數個由控制器82供能的區段式LEDs 81構成。每個區段式LED皆會透過一受控制器82控制的開關元件84連接至一電力軌。控制器82可採用該開關元件以形成短路(short)之方式移除一故障的區段式LED。此外，控制器82可藉由致動一或多個開關元件來增加或減少光源80的亮度。儘管圖中所表示者為機械性質的開關，閱者將瞭解任何在導通狀態下阻抗夠低的開關類型皆可為本發明所採用，其中包含電晶體或其他可與控制器整合作為一單一驅動IC的半導體類元件。
如上述所註明者，在本發明中採用區段式LED的一重要優點在於可在遠高於習知LED的電位勢運作環境下提供光源，同時又可將該光源分散成足量的組成光源以補償各個組成光源間光生成量的變異性。
此處假設一光源由數個具有製程變異σ的個別LEDs所構成。如上述所註明者，此一變異係導因於其上製作LEDs的各個晶圓間的差異以及任何給定的生產運作中晶圓與晶圓間的差異。舉例而言，LED與LED間光輸出的差異可能約略呈一標準差為σ的高斯分佈，儘管該些LEDs輸出精確的分佈形式在下述的討論中並不重要。
一般而言，最終的光源必須符合光源與光源間光輸出差異相關以及每一光源內部光強度之均勻度相關的設計規格。設計公差會確保該等光源是可以互換的。此即所製造出之不同光源的光輸出對光源之觀察者而言在外表與強度上是無法區分的。
現在請參照第八圖，其描繪出一根據本發明另一實施例之光源90。此處假設可適用於不同光源數目的兩電力軌92與93之間並聯有M個組成式光源91。上述M之數值係選定為使該M個組成式光源平均而言可生成光源設計規格中所明訂之期望的光輸出。假設每個組成式光源平均的光輸出皆小於設計公差中所明訂之光輸出差異。在此狀況下，吾人可擴充具有該M個組成式光源的光源並測量其光輸出。假如測量出的輸出值過高，則移除一或多個其中的組成式光源以達到設計規格內的光源輸出。假如測量出的輸出值過低，則在該光源中加入一或多個額外的組成式光源。
在先前技術中，組成式光源是為多個串聯的傳統LEDs串，使得每個組成式光源皆可在可有效提供的電位勢下運作。此處假設一光源係設計成可提供2000流明(lumen)的光(約等於一個100瓦特的白熾燈光)。傳統能產生80流明的LEDs可在良率與晶粒尺寸之間作出良好的妥協。因此電力軌之間會採用25個這類的LEDs，或是五個這類串聯的LED串。因此，每個組成式光源會生成約20%的目標光輸出量，而移除或增加一個這類的LED串會造成該光源光輸出量上20%的改變，此光量變化會超出這類光源所允許的一般設計公差。故此，上述LEDs必須與每個串聯的LED串搭配以確保每個LED串之光輸出間的差異小到可以保證五條LED串會提供設計公差範圍內的目標輸出。對廉價的光源而言，這些LED在分類(binning)與搭配(matching)上的成本是很可觀的。
在另一種作法中，控制器94可為每個光源編程以提供或多或少的電流到電力軌，因而補償了各個LEDs間在光輸出上的差異。這類程序需要測量每個光源的光輸出量並改變電流來達至所欲之結果。控制器必須含有一個可變的輸出電流源以及明訂所需正確電流參數的儲存單元。這類光源所需的控制器會比那些採用25個區段式LEDs的光源以及藉由在電力軌中增加或移除區段式LEDs來進行調整的光源所需的一般控制器花費更多的成本。
第八圖中所示的配置亦可用來建構出一交流的LED光源，其光源內部個別的組成式光源會直接由一已被全波整流電橋(rectifier bridge)整流的交流電源來供能，以在根本上提供可在每個組成式光源間施加的直流電壓。該些組成式光源係由M個串聯式LED串所組成，其中每一LED串含有N個區段式LEDs，使得LED接點的總數(M×N)乘以一般傳統LED的運作電壓(Vf )會約略等於交流電壓整流後的峰值電壓(Vpk )。一般而言，有時候為了要在LED未開啟、其電壓小於開啟電壓時過載該些LEDs，上述的M×N×Vf 值會設定成稍微小於Vpk 值以給予補償。或者，亦可在LED關閉期間(OFF)並聯一大型電容(一般需要是電解質類型的電容，以在這類應用所需的高電壓環境下提供高電容值)，透過使LED放電之方式來開啟該些LED。上述作法已是為人熟知的概念，但卻牽涉到使用昂貴、低壽命、會增加光源成本並減少其壽命的電容。現在請參照第九圖，其描繪出根據本發明實施例一交流光源。光源100與上述參照第八圖所討論的光源90類似，其電力軌92與93間連接有數目可變的組成式光源，所選定的光源數目須能提供位於設計公差範圍內所欲之光輸出。光源100與光源90的差異之處在於控制器104會在電力軌92與93間提供交流輸出電壓，且其中半數的組成式光源(即101,102...)在兩電力軌間係以反向的方式連接。在交流電源訊號每半次的循環中，一半的組成式光源會生成光(ON)，而其他半數則會關閉(OFF)。此方法的確會用到兩倍的LEDs數量，但卻節省了整體成本並降低加入整流二極體的複雜度。
在本發明一態樣中，控制器104含有一具有固定主副線圈比例的變壓器。這類實施例從成本的觀點來看特別有吸引力。然而，施加在電力軌上的輸出電壓訊號會受到變壓器製程中的變異性影響。於此，藉由改變製作期間電力軌間所連接的組成式光源數目，其光源可調整來提供一不受控制器104中差異影響之標準輸出，故此發明態樣提供之光源所需的成本比那些需要可變輸出控制器來補償製程差異之光源的成本還要低。
上述的光源係取決於調整那些在製作期間連接到電力軌上的組成式光源數目，以補償各組成式光源間光輸出的差異，或是負責致能這些組成式光源之控制器的輸出差異。在本發明一態樣中，組成式光源的數目會經由下列流程來調整：首先從一具有M個組成式光源的光源開始，其中數目M選定成會使得該光源具有正確的組成式光源數目或是會具有一兩個不需要提供設計光輸出的額外組成光源。光源在組裝後會進行測試。這些光源可能會有正確的光輸出，亦有可能光輸出過高。如果測試出其光輸出過高，則其中一電力軌之中的聯結106會藉由雷射消蝕法(laser ablation)或是類似的製程來中斷以使其中一組成式光源在一般運作期間不會受到供能。本發明光源中可具有多個這類的聯結106以移除一個以上的光源。
此方法以納入一兩個額外的組成式光源為代價來提供一可完全自動化的組裝流程。假如這些組成式光源是區段式LEDs，該成本基本上與一兩個額外的LED晶粒成本相同，這樣成本上的增加在許多應用中是可以接受的。
應注意即便是在區段式LED的例子中LED仍需進行一些分類(binning)的動作以提供較佳的光源均勻性。具有多個LEDs的光源之實體尺寸有可能會大到讓使用者察覺到因其上LEDs光輸出的不同所引起的局部性光源不均。一般而言，由製程變異所引起在光強度上的差異會大於光源中所允許的最大變異。這類光源中的變異會發生在單一晶圓上或是生產線上的晶圓與晶圓之間。故此，LEDs須按相同的光輸出來分類以確保觀察者在觀看時任何所給定分類中的所有LED足夠均勻一致。
此處我們用σm 來代表一光源中可允許的區段式LED最大差異。此即，光源的區段式LEDs須具有介於I±σm 所定義的強度範圍內的強度。一般來說，製程差異的特徵在於σ>σm 。因此，該等區段式LEDs會被分成數個非重疊的分類群(“bins”)，其中每個分類群皆有一平均光強度的特徵。此處吾人假設一流程中含有兩個平均強度分別為I1 與I2 特徵的分類群。用於製作光源之該等區段式LEDs的最小數目M會設定成使得MI1 等於(M+1)I2 。一般而言，每個分類群內的差異值約為10%。
舉例言之。今假設有一2000流明的光源以每個區段式LED標稱為80流明的區段式LEDs來建構。如果多片晶圓上的區段式LEDs的範圍介於70～90流明之間，則這些區段式LEDs會被分成四個分類(bins)，第一是具有70～75流明光輸出的區段式LEDs，其他則分別為具有75～80流明光輸出的區段式LEDs、具有80～85流明光輸出的區段式LEDs以及具有85～90流明光輸出的區段式LEDs。目標光源可以藉由採用29個第一分類的區段式LEDs來建構，或是採用26個第二分類的區段式LEDs、23個第三分類的區段式LEDs或是25個第四分類的區段式LEDs來建構。由於電力軌能容納不同數目的區段式LEDs，其每個對光源之選擇皆可採用相同的電路載體與設置，基本上製程中所有的區段式LEDs皆可採用。此外，其光源於製造後不需進行量測與修整即可符合設計規格。然而發明中進行這類的測量與修整可進一步減少最終光源與光源間的差異性。
如上所述，本發明中較佳的組成式光源為區段式LEDs。一般來說，為了要有效地傳送電能到並聯的組成式光源中，這些組成式光源須在實質上大於單一接點式LED的電壓下運作，其對氮化鎵(GaN)系的LED而言一般為3.2伏特。本發明一實施例中會採用具有五個區段的區段式LEDs來提供16伏特驅動電壓的組成式光源。然而，驅動電壓至少是單一接點式LED的三倍之組成式光源在吾人所討論的材料體系中更能被有利地採用。
上述本發明實施例已提供來說明本發明多種態樣。然而，閱者將能瞭解到其中表示本發明各種特定實施例的多種不同態樣可以組合來提供本發明其他的實施例。此外，本發明多種的態樣修改從前文描述與隨附圖式之參照中將變得益加明顯。據此，本發明之範疇會僅由下列的申請專利範圍來限定。
20．．．光源
21．．．區段式LED
22．．．控制器
51．．．基板
52．．．n層
53．．．p層
55．．．主動層
56．．．ITO層
57．．．絕緣層
57a．．．延伸部位
58．．．開口區域
59．．．電極
60．．．區段式LED
61．．．電極
62．．．電極
64．．．區段
65．．．區段
66~69．．．隔離溝槽
70．．．區段式LED
71．．．n電極
71’．．．接墊
72．．．p電極
72’．．．接墊
73．．．電極
73’．．．電極
75．．．區域式LED
77．．．隔離溝槽
78．．．電極
79．．．電極
80．．．光源
81．．．區段式LED
82．．．控制器
84．．．開關元件
90．．．光源
91‧‧‧光源
92‧‧‧電力軌
93‧‧‧電力軌
94‧‧‧控制器
100‧‧‧光源
101‧‧‧組成式光源
102‧‧‧組成式光源
104‧‧‧控制器
106‧‧‧聯結
171‧‧‧接墊
第一圖為根據本發明一光源之實施例；
第二圖為區段式LED 60之頂視圖；
第三圖係第二圖所示延切線2-2之區段式LED 60之截面圖；
第四圖為區段式LED 70之頂視圖，其表示出以互連電極組連接之相鄰區段中較窄的p電極與n電極；
第五圖為第四圖延切線5-5之區段式LED 70之截面圖；
第六圖為含有金屬電極之區段式LED 75的頂視圖，其可增強ITO層上的電流分佈；
第七圖描繪出根據本發明實施例光源中的其中一種態樣；
第八圖描繪出一根據本發明另一實施例之光源；及
第九圖描繪出一根據本發明另一實施例之交流光源。
20．．．光源
21．．．區段式LEDs
22．．．控制器

Claims (15)

  1. 一種光源模組，其包括：複數個區段式發光二極體，其並聯至一電力匯流排，該匯流排接受不同數目的區段式發光二極體，該數目係選來讓該光源模組提供預先定義之光輸出；及一控制器，其接收交流電力並在該電力匯流排上提供一電力訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中每一該區段式發光二極體之特徵在於其驅動電壓值會大於與該區段式發光二極體相同材料體系所製作出之傳統發光二極體的驅動電壓的三倍。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中每一該區段式發光二極體會生成在預先定義之強度範圍的光，該強度範圍小於該等區段式發光二極體所生成的平均光強度的10%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該電力匯流排含有一可打斷的聯結來中斷其中一該等區段式發光二極體與該電力匯流排之連接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光源模組，其中該可打斷的聯結包含一可藉由雷射消蝕法移除的導體區域。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該電力匯流排含有一開關元件來中斷其中一該等區段式發光二極體以回應來自該控制器的指令。
  7. 一種製作光源的方法，其包括：提供一具有第一電力軌與第二電力軌的基板；提供一控制器來在該第一電力軌與第二電力軌上生成電力訊號；及在該第一電力軌與第二電力軌之間並聯連接M個區段式發光二極體；當為該電力訊號所供能時，每一該區段式發光二極體會生成強度在一第一預定強度範圍內的光。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之製作光源的方法，更包含測量來自該光源的光輸出，若該被測量的光輸出與一目標光輸出不同，則改變連接到該等電力軌的該等區段式發光二極體之數目。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之製作光源的方法，其中一個該等區段式發光二極體會中斷與其中一個該等電力軌之連接。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之製作光源的方法，其中一個該等區段式發光二極體會藉由打斷其中一個該等電力軌中的連結來中斷。
  11. 一種製作具有大致相同的目標輸出強度之複數個光源的方法，該方法包括：根據該等區段式發光二極體所測量出之光強度將該等區段式發光二極體分類成群組，每一該等群組之特徵在於其平均光源強度與該群組中光強度之分佈；製作具有該目標強度之第一光源與第二光源，該第一光源與第二光源包含：一第一基板，其具有第一電力軌與第二電力軌；一控制器，其在該第一電力軌與第二電力軌上生成一電力訊號；及來自一個該等群組的複數個區段式發光二極體，係並聯連接在該第一電力軌與第二電力軌之間，該等區段式發光二極體會生成強度大致為該目標輸出強度的一集體光輸；其中該第一光源包含複數個來自與該第二光源不同群組的區段式發光二極體，且其中該第一光源中該等區段式發光二極體之數目與該第二光源中該等區段式發光二極體之數目不同。
  12. 一光源模組，其包括：一基板；一光發射結構，包含：一第一導電型之第一半導體層，其沉積在該 基板上；一主動層，係位於該第一半導體層上；及一與該第一導電型相反導電型之第二半導體層，位於該主動層上；一屏障，將該光發射結構分成彼此相互電性隔離的第一區段與第二區段；一串聯電極，其連接該第一區段內的該第一半導體層與該第二區段內的該第二半導體層；一第一電力接觸件，其電性連接至該第一區段中的該第二半導體層；及一第二電力接觸件，其電性連接至該第二區段中的該第一半導體層，其中當該第一電力接觸件與該第二電力接觸間有電位差時該第一區段與第二區段會生成光；其中該串聯電極包含複數個分隔的導體橫跨在該屏障上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之光源模組，其中該第二半導體層包含一p型半導體，且其中該光源模組更包含一透明電極位在該第二半導體層上以及複數個電流分佈電極在該透明電極上延伸以將電流分佈到該透明電極的不同部位，該電流分佈電極與該串聯電極電性連接。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之光源模組，其中該電流 分佈電極在該第二半導體層上所覆蓋之面積小於該第二半導體層的20%。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之光源模組，其中該等分隔的導體之特徵在於其垂直該屏障方向上的導體寬度，其中該等分隔的導體係彼此相隔一段大於該導體寬度五倍的距離。
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