TWI663723B - 發光二極體顯示器及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

一發光二極體顯示器，包含一第一端提供一電流、一第二端接收電流、一第一發光二極體晶片，以及一第二發光二極體晶片。第一發光二極體晶片電性連接第一端與第二端，並發出一第一光線。第二發光二極體晶片電性連接第一端並與第二端電性絕緣，並可以發出一第二光線。其中，電流從第一端流經第一發光二極體晶片到第二端。

Description

發光二極體顯示器及其製作方法
本發明係有關於一包含複數個發光二極體晶片的發光二極體單元，以及一包含發光二極體單元的發光二極體顯示器。
發光二極體(LED)的發光原理是藉由電子在n型半導體與p型半導體之間移動時，能量以光的形式釋放。由於發光二極體的發光原理有別於白熾燈透過加熱燈絲的方式發光，發光二極體也因此被稱作為”冷”光源。除此之外，發光二極體具有較長的使用壽命、較長的保存期限、輕便易使用，以及較低的耗能，因此被認為是照明市場上的一種新光源。發光二極體可以應用於各種項目，例如交通號誌、背光模組、街燈，以及醫療器材，並逐步地取代傳統光源。
第一圖是一傳統的發光裝置100，發光裝置100具有一透明基板10、一半導體疊層12位於透明基板10之上，以及一電極14位於透明基板10之上，其中半導體疊層12包含一第一導電型半導體層120、一主動層122以及一第二導電型半導體層124。
並且，發光裝置100更可以與其他組件結合以形成一發光設備。第二圖顯示一常見的發光裝置，發光裝置具有一次載板20以及位於次載板20之上的電路202與焊墊22，以及一導電結構24藉由次載板20之上的電路202電性連接到發光裝置100的電極14。而發光裝置100則是設置於次載板20之上，並且藉由焊墊22電性連接到位於次載板20上的電路202。次載體20可以是一個導線支架，或是一個符合電路設計並且可以增加散熱的較大尺寸承載基板。
本發明係揭露一發光二極體顯示器，包含一第一端，提供一電流；一第二端，接收電流； 一第一發光二極體晶片，電性連接第一端與第二端，並發出一第一光線；以及一第二發光二極體晶片，電性連接第一端，並與第二端電性絕緣，並發出一第二光線；其中，電流從第一端流經第一發光二極體晶片到第二端。
本發明係揭露一種製造發光二極體顯示器的方法，包含提供一具有一表面的次載板；提供一第一導線與一第二導線；提供一第一發光二極體晶片與一第二發光二極體晶片；設置一第一導電結構電性連接第一發光二極體晶片與第一導線，以及一第二導電結構電性連接第一發光二極體晶片與第二導線；設置一第三導電結構電性連接第二發光二極體晶片與第一導線；切斷第二導電結構；以及設置一第四導電結構於第二發光二極體晶片與第二導線之間。
本說明書所揭露的是關於一發光裝置以及製造發光裝置的方法，為了能對本說明書所揭露的內容有充分的理解，請參考後續的說明書內容以及相關的第3A~6B圖的圖示。
第3A圖為根據本發明一實施例之一發光二極體單元300，發光二極體單元300更具有複數個位於次載板36上的發光二極體晶片30。發光二極體單元300主要是應用於發光二極體顯示器。發光二極體單元300更包含了一個透鏡32密封至少三個發光二極體晶片30，以及第一導線341與第二導線342將發光二極體晶片30連接到電路板或者電源。在一實施例中，波長轉換材料(未繪示於圖中)，例如螢光粉，可以被加入透鏡32內或者設置於透鏡32的表面上，以改變發光二極體晶片30所發出的光線顏色。另一實施例中，螢光粉可以被塗佈在發光二極體晶片30上，或者是被製成螢光粉片(未繪示於圖中)並被設置於一個或多個發光二極體晶片30之上。並且，多個發光二極體晶片30可以個別控制，也就是說，發光二極體單元300可以藉由導通一個發光二極體晶片或者多個發光二極體晶片30以發出光線。除此之外，發光二極體單元300內的發光二極體晶片30被設計為可以發出單一色光或者多種不同的色光。不僅如此，發光二極體晶片30可以發出多個具有相同或者不同主波長(或者峰值)的光線。
第3B-3C圖為根據本發明一實施例之一發光二極體顯示器400，其中複數個發光二極體單元300被排列成陣列，而其電路如第3C圖所示。發光二極體單元300可以根據電極的位置不同，以垂直或者水平的方式設置於電路板38上，並且發光二極體顯示器400內的發光二極體單元300的數量也可以根據不同的需求調整數量。雖然第3B圖中的發光二極體顯示器400是矩形，但也可以是正方形、圓形或者多邊形。除此之外，發光二極體顯示器400具有一個外殼，可以讓發光二極體單元300所發出的光線穿過。外殼可以是平面或者曲面，而外殼相對於發光二極體的光線可以是透明或者可透光的。
第4A圖所示為根據本發明一實施例所揭露位於發光二極體單元300內的發光二極體晶片30，具有一基板301以及一第一導電性半導體層302、一主動層303以及一第二導電性半導體層304依序設置於基板301之上。一第一電極305可以被設置於第二導電性半導體層304之上以形成發光二極體晶片30，而一第二電極(未繪示於圖中)可以被設置於第一導電性半導體層302或者基板301之上。
在一實施例中，更有另一主動層(未繪示於圖中)可以被設置於第二導電性半導體層304之上。主動層303以及另一主動層(未繪示於圖中)可以發出兩個相同或者不同顏色的光線，且主動層303以及另一主動層都是發出非同調性光。
第4B圖顯示根據本發明一實施例之發光二極體單元300中複數個發光二極體晶片30的排列方式。於本實施例中，四個發光二極體晶片30a、30b、30c以及30d設置於一個發光二極體單元300內。四個發光二極體晶片30a、30b、30c以及30d可以被分成兩群，其中三個發光二極體晶片30a、30b與30c被選擇為可以發出不同光線的工作發光二極體，例如紅光、綠光以及藍光。而工作發光二極體晶片30a、30b與30c所發出的不同色光，可以是直接從這些發光二極體晶片的主動層所發出的。在一實施例中，每一個晶片發出第一光線，例如為藍光或者UV光線，部分或全部發光二極體晶片所發出的第一光線可以由不同的波長轉換材料所調整，例如透過塗佈在發光二極體晶片上的螢光粉或者位於發光二極體晶片上的螢光粉片。藉由螢光粉或者螢光粉片吸收工作發光二極體晶片30a、30b及/或30c的第一光線，並發出具有不同於第一光線波長分布的第二光線，例如紅光、綠光以及黃光。而在這實施例中，工作發光二極體晶片30a、30b及30c發出的光線則分別被轉換成為藍光、綠光以及紅光。
在另一實施例中，工作發光二極體晶片30a、30b及30c被選擇以發出單色光，例如藍光，以形成一單色的顯示器。而在另一實施例中，發光二極體晶片30a、30b及30c所發出的光線為同一顏色的光線，並可以被波長轉換材料進一步轉換成不同的色光，例如紅光、綠光或者藍光。
發光二極體晶片30d被設置為備用發光二極體晶片，當工作發光二極體晶片30a、30b及30c其中一個被偵測到處於故障狀態時，備用發光二極體晶片30d可以被啟動發光以取代故障的工作發光二極體晶片，因此發光二極體單元可以維持正常且正確的運作。
第4C-4E圖進一步解釋備用發光二極體晶片如何取代工作發光二極體晶片30a、30b及30c。第4C圖描述一個設置於次載板36上正常作用的發光二極體單元300的電路。一第一工作發光二極體晶片30a連接到第一接線c1-1與第二接線c1-3，而第一接線c1-1具有一延伸部c1-2。
一第二發光二極體晶片30b連接到第三接線c2-1與第四接線c2-3，而延伸部c1-2並未連接到第三接線c2-1，因此延伸部c1-2與第三接線c2-1之間為斷路。第三接線c2-1具有一延伸部c2-2，且延伸部c2-2並未連接到第五接線c3-1，因此延伸部c2-2與第五接線c3-1之間為斷路。第三發光二極體晶片30c連接到第五接線c3-1與第六接線c3-3，且第五接線c3-1具有一延伸部c3-2並未連接到第七接線c4-1，因此延伸部c3-2與第七接線c4-1之間為斷路。備用發光二極體晶片30d則是連接到第七接線c4-1，以及第八接線c4-2。
連接到工作發光二極體晶片30a、30b與30c的第一接線c1-1、第三接線c2-1與第五接線c3-1以並聯的方式連接到第二導線342，連接到工作發光二極體晶片30a、30b與30c的第二接線c1-3、第四接線c2-3與第六接線c3-3以並聯的方式連接到第一導線341，使得工作發光二極體晶片30a、30b與30c彼此之間以並聯的方式電性連接，而第八接線c4-2也以並聯的方式連接到第一導線341。
第4D圖描述形成替代電路的第一個例子。當一個工作發光二極體晶片，例如第一工作發光二極體晶片30a被偵測到處於失效模式，例如短路或者斷路，此時第一工作發光二極體晶片30a的電性連結會被切斷，以維持發光二極體晶片30b與30c的正常運作。接著藉由電性連接第一導線341與第二導線342以備用發光二極體晶片30d取代第一工作發光二極體晶片30a，以維持發光二極體單元300的正常運作。
連接到備用發光二極體晶片30d的第七接線c4-1以及第五接線的延伸部3-2被重新連接到第二導線342，使得備用發光二極體晶片30d可以跟工作發光二極體晶片30b與30c電性連接。
第4E圖描述形成替代電路的第二範例。當一個工作發光二極體晶片(例如第一工作發光二極體晶片30a)被偵測到處於失效模式(例如短路或者斷路)，第一工作發光二極體晶片30a的電性連接會被切斷。此時備用發光二極體晶片30d與第一導線341、第二導線342電性連接以取代第一工作發光二極體晶片30a。
發光二極體晶片30a、30b、30c以及30d的電性連接排列如下所述，第一接線c1-1可被切斷為上部c1-11以及下部c1-12，以切斷第一工作發光二極體晶片30a與第二導線342之間的電性連接。部分第三接線c2-1也可被切斷而成為上部c2-11以及下部c2-12，以切斷第二工作發光二極體晶片30b與第二導線342之間的電性連接，接著第二工作發光二極體晶片30b藉由重新接線的方式連接到第一接線的下部c1-12，而第一接線的延伸部c1-2與第三接線的上部c2-11相連接以電性連接到第二工作發光二極體晶片30b。
部分第五接線c3-1可被切斷而成為上部c3-11以及下部c3-12，以切斷第三工作發光二極體晶片30c與第二導線342之間的電性連接，接著第三工作發光二極體晶片30c藉由重新接線的方式連接到第三接線的下部c2-12，而第三接線的延伸部c2-2與第五接線的上部c3-11相連接以電性連接到第二工作發光二極體晶片30c。
第五接線的延伸部c3-2以及第七接線c4-1重新接線以彼此相連。備用發光二極體晶片30d電性連接到導線342以取代第一工作發光二極體晶片30a，而維持發光二極體單元300的運作，此時下部c1-12、c2-12以及c3-12則以並聯的方式連接到導線342。
在一實施例中，線路都被設置於次載板36之上。這些線路可以藉由重新接線的步驟連接，而重新接線的方法包括了微噴打印(microjet printing)或聚焦離子束(focused ion beam , FIB)的方式修補電路，這些線路也可以利用雷射切斷(laser trimming)或者聚焦離子束(FIB)的方式切斷。
於一實施例中，在發光二極體晶片30 a、30b、30c與30d與電路被設置於次載板36之後，工作發光二極體晶片30 a、30b與30c的故障可以藉由一個偵測裝置(未繪示於圖中)，例如探針卡、光學偵測裝置，進行偵測。
除了形成備用發光二極體30d之電性連接外，備用發光二極體30d發出的色光也需調整到跟工作發光二極體晶片30 a相同以取代工作發光二極體晶片30 a。備用發光二極體30d發出的光線顏色可以藉由調整形成於備用發光二極體30d上的波長轉換材料來改變。
在一實施例中，一橋式整流器可以選擇性地形成於次載板36之上以接受輸入的交流(AC)電流，整流器可以將交流電流整流為直流(DC)電流。也可以選擇性地設置一稽納二極體(zenor diode)，以避免高於發光二極體晶片30 a、30b、30c與30d工作電壓的電壓破壞發光二極體晶片30 a、30b、30c與30d。而稽納二極體的電壓可以設定在一個準位，使得稽納二極體只有在安定器輸入的電壓大於整體電路的額定電壓 (絕對值) 的總和的最大值時，稽納二極體才會運作。
在一實施例中，發光二極體單元300具有複數個備用發光二極體晶片以及複數個工作發光二極體晶片。當第二或者第三工作發光二極體晶片30b與30c都故障的時候，備用發光二極體晶片30d也可以利用前面範例中的方式取代故障的發光二極體晶片，使得發光二極體單元300可以正常且正確的運作。而發光二極體單元300內的備用發光二極體晶片的數量，則是根據工作發光二極體晶片的數量設置。
在一實施例中，可以加入一個或者多個開關於發光二極體晶片與第一導線341之間或發光二極體晶片與第二導線341之間。如此一來，每個發光二極體晶片可以利用對應的開關獨立控制。舉例來說，參考第4E圖，在第二導線342與延伸部c1-2之間設置一開關。這開關也可以被設置於第一導線341與第二接線c1-3之間。如此一來，發光二極體單元300可以藉由控制介於第一導線341(或第二導線342)與發光二極體晶片30a~30c之間的開關來操作，以及當第七接線c4-1與第一接線c1-1被切斷的時候，藉由控制介於第一導線341(或第二導線342)與發光二極體晶片30b~30d之間的開關來操作發光二極體單元300。一個開關可以被設置來控制一個對應的發光二極體晶片，或者當一個開關被設置於一導線以及兩個發光二極體晶片之間的時候，這個開關可以控制兩個連接到這個開關的發光二極體晶片。例如，一個開關有一端連接到第一導線341以及另一端連接到第一工作發光二極體晶片30a以及備用發光二極體晶片30d。當第一工作發光二極體晶片30a正常運作的時候，如第4C圖所示，開關就被用於啟動或者關閉第一工作發光二極體晶片30a。當第一工作發光二極體晶片30a故障的時候，如第4D圖所示，開關就被用於啟動或者關閉備用發光二極體晶片30d。
備用發光二極體晶片，例如二極體晶片30d，位於發光二極體單元內靠近邊緣的位置，例如第4B-4E圖中所示。在另一實施例中，備用發光二極體晶片可以被設置於靠近發光二極體單元中間的位置。除此之外，備用發光二極體可以具有單一發光單位(cell)或者多個發光單位。第5A圖描述一實施例中，複數發光二極體晶片排列於發光二極體單元300’的排列情況示意圖。在這個實施例中，工作發光二極體30a、30b與30c被分成三個群體，並且每一個群體包含至少一個工作發光二極體晶片與一個備用發光二極體晶片，每一個群體內的工作發光二極體晶片與備用發光二極體晶片都被選擇為發出相同的色光。每一個群體裡面的工作發光二極體晶片30a、30b以及30c以及對應的備用發光二極體晶片都被選擇發出不同於其他工作發光二極體晶片的色光，例如紅光、綠光以及藍光。舉例來說，工作發光二極體晶片30a與備用發光二極體晶片30d1被選擇可以發出紅光，工作發光二極體晶片30b與備用發光二極體晶片30d2被選擇可以發出綠光，以及工作發光二極體晶片30c與備用發光二極體晶片30d3被選擇可以發出藍光，而這些不同顏色的光線可以源自於從發光二極體晶片直接發出的光線。在一實施例中，每一個發光二極體晶片可以發出一第一光線，例如藍光或者紫外光。由部份或者全部發光二極體晶片發出的第一光線可以藉由不同的波長轉換材料調整，例如為發光二極體晶片上塗布的螢光粉或者螢光粉片，可以吸收發光二極體晶片發出的第一光線，並發出一第二光線具有一波長組成與第一光線不同，例如紅光、黃光以及綠光。
第5B圖描述發光二極體單元300’內設置於次載板36上的正常運作時的電路。第一組的第一工作發光二極體晶片30a與第一備用發光二極體晶片30d1發出第一色光。第一工作發光二極體晶片30a連接到第一線路d1-1以及第二線路d1-2，而第一備用發光二極體晶片30d1連接到第三線路d2-1以及第四線路d2-2。
第二組的第二工作發光二極體晶片30b與第二備用發光二極體晶片30d2發出第二色光。第二工作發光二極體晶片30b連接到第五線路d3-1以及第六線路d3-2，而第二備用發光二極體晶片30d2連接到第七線路d4-1以及第八線路d4-2。
第三組的第三工作發光二極體晶片30c與第三備用發光二極體晶片30d3發出第三色光。第三工作發光二極體晶片30c連接到第九線路d5-1以及第十線路d5-2，而第三備用發光二極體晶片30d3連接到第十一線路d6-1以及第十二線路d6-2。
第一工作發光二極體晶片30a、第二工作發光二極體晶片30b、第三工作發光二極體晶片30c、第一備用發光二極體晶片30d1、第二備用發光二極體晶片30d2以及第三備用發光二極體晶片30d3彼此藉由第一線路d1-1、第三線路d2-1、第五線路d3-1、第七線路d4-1、第九線路d4-1以及第十一線路d6-1並聯到第一導線341。
第一工作發光二極體晶片30a、第二工作發光二極體晶片30b以及第三工作發光二極體晶片30c彼此藉由第二線路d1-2、第六線路d3-2以及第十線路d5-2並聯到第二導線342，而介於第二導線342與第四線路d2-2、第八線路d4-2以及第十二線路d6-2之間則為開路的狀態。
第5C圖描述形成替代電路的一個例子，當一個工作發光二極體晶片，例如第一組中第一工作發光二極體晶片30a，被偵測到處於失效模式的狀態，此時被設計成第一工作發光二極體晶片30a的電性連結被切斷。與第一備用發光二極體晶片30d1相連的第四線路d2-2重新連接到第二導線，以取代第一工作發光二極體晶片30a進行發光。
在一實施例中，線路設置於次載板36上，並透過重新連接的方始與備用發光二極體相連接。而重新接線的方法包括了微噴打印(microjet printing)或聚焦離子束(focused ion beam , FIB)的方式修補電路，這些線路也可以利用雷射切斷(laser trimming)或者聚焦離子束(FIB)的方式切斷。
當第二或第三工作發光二極體晶片30b、30c其中一個故障的時候，第二或第三備用發光二極體晶片30d2、30d3可以藉由上述範例中所描述的方式取代無法正常工作的工作發光二極體晶片，以維持發光二極體單元300’正常且正確的運作。在一實施例中，每一組都包含多於兩個工作發光二極體晶片或者多於兩個備用發光二極體晶片。
在一實施例中，當第二或第三工作發光二極體晶片30b、30c故障的時候，第二備用發光二極體晶片30d2可以藉由前述範例中的方式取代無法正常工作的工作發光二極體晶片，以維持發光二極體單元300’正常且正確的運作。特別是當第二及第三工作發光二極體晶片30b、30c發出同色或者不同的色光但具有類似的峰值波長時，在第二及/或第三工作發光二極體晶片30b、30c無法正常運作的時候，就會導通第二備用發光二極體晶片30d2以維持維持發光二極體單元300’正常運作。
在一實施例中，第一工作發光二極體晶片30a、第二工作發光二極體晶片30b或者第三工作發光二極體晶片30c的故障可以透過一偵測裝置(未繪示於圖中)，例如例如探針卡、光學偵測裝置，在第一工作發光二極體晶片30a、第二工作發光二極體晶片30b或者第三工作發光二極體晶片30c與電路設置於次載板36之上後進行偵測。
在一實施例中，一橋式整流器可以選擇性的形成於次載板36之上以接受輸入的交流(AC)電流，整流器可以將交流電流整流為直流(DC)電流。也可以選擇性的設置一稽納二極體(zenor diode)，以避免高於發光二極體晶片30 a、30b、30c與30d工作電壓的電壓破壞發光二極體晶片30 a、30b、30c與30d。而稽納二極體的電壓可以設定在一個準位，使得稽納二極體只有在安定器輸入的電壓大於整體電路的額定電壓 (絕對值) 的總和的最大值時，稽納二極體才會運作。
第5D-5E圖為根據本發明的另一實施例。 其中第一工作發光二極體晶片30a藉由第一線路d1c-1連接到第一導線341，並經由第二線路d1c-2 連接到第二導線342。第二工作發光二極體晶片30b藉由第三線路d3c-1連接到第一導線341，並經由第四線路d3c-2 連接到第二導線342。第三工作發光二極體晶片30c藉由第五線路d5c-1連接到第一導線341，並經由第六線路d5c-2 連接到第二導線342，而備用發光二極體晶片30bc經由第七線路d4c-1連接到第一導線341。發光二極體單元300’設計為可發出白光，第一工作發光二極體晶片30a、第二工作發光二極體晶片30b以及第三工作發光二極體晶片30c各自設計為紅光的光源、綠光的光源以及藍光的光源。參考第5E圖，第一螢光粉層p1覆蓋第一工作發光二極體晶片30a、第二螢光粉層p2覆蓋第二工作發光二極體晶片30b以及第三螢光粉層p3覆蓋第三工作發光二極體晶片30c。備用發光二極體晶片30bc則位於第二工作發光二極體晶片30b與第三工作發光二極體晶片30c之間，且同時被第二螢光粉層p2與第三螢光粉層p3所覆蓋。第二工作發光二極體晶片30b、第三工作發光二極體晶片30c以及備用發光二極體晶片30bc為UV光發光二極體以提供紫外光(UV light)，而第二螢光粉層p2覆蓋第二工作發光二極體晶片30b並發出綠光，第三螢光粉層p3覆蓋第三工作發光二極體晶片30c並發出藍光。當第二工作發光二極體晶片30b故障的時候，備用發光二極體晶片30bc經由第四線路d3c-2被連接到第二導線342以提供紫外光，使得第二螢光粉層p2可以藉由吸收紫外光以發出綠光。在另一方面，當第三工作發光二極體晶片30c故障的時候，備用發光二極體晶片30bc經由第六線路d5c-2被連接到第二導線342以提供紫外光，使得第三螢光粉層p3可以藉由吸收紫外光以發出藍光。因此，備用發光二極體晶片30bc在第二工作發光二極體晶片30b單獨故障，或者第三工作發光二極體晶片30c單獨故障，又或者兩個工作發光二極體晶片30b、30c都故障的時候被啟動以提供紫外光。在另一實施例中，備用發光二極體晶片30bc發出一光線並產生一光場，此光場大於第二工作發光二極體晶片30b提供的光場，或是大於第三工作發光二極體晶片30c的光場。舉例來說，備用發光二極體30bc所能提供的光場的面積在一定距離內是第二工作發光二極體晶片30b或是第三工作發光二極體晶片30c所提供的光場面積的兩倍。在另一實施例中，備用發光二極體晶片30bc與第二工作發光二極體晶片30b或是第三工作發光二極體晶片30c相比，在接受同樣的電流輸入下，可以產出較大的光強度。舉例來說，備用發光二極體晶片30bc所產出的每瓦流明(lumen per watt)值比第二工作發光二極體晶片30b或是第三工作發光二極體晶片30c產出的每瓦流明值大兩倍。在另一實施例中，通入備用發光二極體晶片30bc的電流值大於通入第二工作發光二極體晶片30b或是通入第三工作發光二極體晶片30c的電流值。舉例來說，通入備用發光二極體晶片30bc的電流值比通入第二工作發光二極體晶片30b或是通入第三工作發光二極體晶片30c所的電流值多兩倍。
參考第5F圖，第一螢光粉層 p1覆蓋第一工作發光二極體晶片30a以發出紅光，第二螢光粉層 p2覆蓋第二工作發光二極體晶片30b以發出綠光，第三螢光粉層 p3覆蓋第三工作發光二極體晶片30c以發出藍光。備用發光二極體晶片30bc被第四螢光粉層p4所覆蓋，其中第四螢光粉層p4包含有第二螢光粉層 p2或者第三螢光粉層 p3所包含的化學材料。具體來說，第二螢光粉層p2具有發出綠光的螢光粉，第三螢光粉層p3具有發出藍光的螢光粉，而第四螢光粉層p4則具有兩種螢光粉以發出綠光以及藍光。在另一實施例中，第四螢光粉層p4具有第二螢光粉層p2或者第三螢光粉層p3沒有的材料。又在另一實施例中，第四螢光粉層p4與第二螢光粉層p2都具有第一材料，例如包含鎦(Lu)的綠光螢光粉，並且第四螢光粉層p4另外具有一第二螢光粉層p2沒有的第二材料，例如包含鹼土矽酸鹽的藍光螢光粉 。
值得注意的是，螢光粉層p1、p2以及p3的轉換效率相互比較之下大致相同，且發光二極體晶片的發光效率大致相同。因此，白光內紅光、綠光以及藍光的比例可以藉由改變各螢光粉層間的面積比例來控制。第一螢光粉層p1的面積、第二螢光粉層p2的面積、第三螢光粉層p3的面積，以及第四螢光粉層p4的面積可以相同或者相異。舉例來說，第四螢光粉層p4的面積比第二螢光粉層p2的面積大或比第三螢光粉層p3的面積大；或者第四螢光粉層p4的面積比第二螢光粉層p2的面積大也比第三螢光粉層p3的面積大。除此之外，螢光粉層的形成方式也可以是一個薄片附著到發光二極體晶片上，或者是一混合物塗佈到發光二極體晶片上。
第6A圖是本發明一實施例中包含一個多接面(multi-junction)的發光二極體晶片的示意圖。多接面的發光二極體晶片30’具有一個基板401，複數個之磊晶單元C被設置於基板401之上並且暴露一部分基板401的部分上表面4011。每一個磊晶單元C具有一第一導電型半導體層402、一主動層403以及一第二導電型半導體層404依序形成於基板401上。在這實施例中，複數個磊晶單元C可以經由連接線路407彼此電性串聯或者並聯。連接線路407連接一磊晶單元C的第一電極405，以及鄰近的磊晶單元C的第二電極406以形成串聯電路或者並聯電路。在連接線路407下方的可以是空氣或者絕緣層408，而絕緣層408形成於複數個磊晶單元C的部分表面上以及基板401的上表面4011。絕緣層408可以透過化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、濺鍍(Sputter)等類似的方法在形成連接線路407之前形成，以電性隔絕相鄰的複數個磊晶單元C。絕緣層408的材料可以是氧化鋁、氧化矽、氮化鋁、氮化矽、氧化鈦、氧化鉈或者這些材料的組合。
第6B圖是本發明一實施例中，發光二極體單元300’’內多接面 (multi-junction)發光二極體晶片的排列示意圖。在這個實施例中，多接面的發光二極體晶片30’的數量是三的倍數。每一個多接面的發光二極體晶片30’彼此之間並聯，並且被選擇為發出不同的色光，例如紅光、綠光以及藍光。並且由這些多接面的發光二極體晶片30’所發出的光線，可以是原本直接從多接面的發光二極體晶片30’所發出的。在一實施例中，每一個多接面的發光二極體晶片30’可發出一第一光線，例如藍光或者紫外光(UV light)，而由部分或者全部的多接面的發光二極體晶片30’發出的第一光線可以透過不同的波長轉換材料改變，例如，塗佈在發光二極體晶片上的螢光粉或者覆蓋在發光二極體晶片上的螢光粉片會吸收由多接面的發光二極體晶片30’發出的第一光線，並發出具有不同於第一光線波長的光譜的第二光線，例如紅光、黃光以及綠光。
藉由這些具有多接面的發光二極體晶片30’，當其中一個磊晶單元C失效的時候，其他的磊晶單元C可以正常運作以維持發光二極體單元300’’的基本發光功能。在一實施例中，前述部分或者全部的發光二極體晶片可以被具有多接面的發光二極體晶片30’所取代。
第一導電型半導體層302、402以及第二導電型半導體層304、404之間的電性、極性或者摻雜物(dopant)不相同，或者是用來提供電子與電洞的材料不同，其中半導體材料層可以是單一半導體材料層或者複數個半導體材料層，而極性可以是由p型、n型以及i型三種類型的其中兩種所形成。主動層303、403設置於第一導電型半導體層302、402以及第二導電型半導體層304、404之間，以轉換電能為光能。第一導電型半導體層302、402、主動層303、403、第二主動層(未繪示圖中)以及第二導電型半導體層304、404的材料包含了一種或者多種選自於鎵、鋁、銦、砷、磷、氮、矽所組成的群組的元素。具體而言，第一導電型半導體層302、402、主動層303、403、第二主動層(未繪示圖中)以及第二導電型半導體層304、404可以是磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列的材料、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)系列的材料或者是氧化鋅基底(ZnO-based)的材料。
主動層303、403以及第二主動層(未繪示圖中)的結構可以是單層異質結構(single heterostructure； SH)、雙層異質結構(double heterostructure； DH)、雙側雙層異質結構(double-side double heterostructure； DDH)或者複數量子井結構(multi-quantum well； MQW))，主動層303、403以及第二主動層(未繪示圖中)所發出的光線波長還可以透過改變量子井的對數加以調整。
在一實施例中，第一電極305、505、第二電極406以及連接線路407可以是單層或者多層的疊層。第一電極305、505、第二電極406以及連接線路407的材料可以是鉻，鈦，鎳，鉑，銅，金，鋁，銀或者這些材料的合金。
基板301、401可以是成長用的基板或者承載用的基板，而基板301、401的材料可以是導電性基板、絕緣性基板、透明基板或者半透明基板。導電基板的材料可以是金屬、氧化物、氮化物、磷化物、矽化物、矽或者砷化鎵；其中的金屬可以是鍺，其中的氧化物可以是鋁酸鋰、氧化鎂以及氧化鋅，其中的氮化物可以是氮化鎵與氮化鋁，其中的磷化物可以是磷化銦，其中的矽化物可以是碳化矽。透明基板的材料可以選自藍寶石、鋁酸鋰、氧化鋅、氮化鎵、氮化鋁、玻璃、人造聚晶鑽石(CVD diamond)、類鑽碳(diamond-like carbon；DLC)、尖晶石(氧化鎂鋁)、氧化矽或氧化鋰鎵。
緩衝層(未繪示於圖中)可以選擇性地設置於第一導電型半導體層302、402與基板301、401之間，緩衝層位於兩種不同材料系統之間使一個材料系統過渡到一個半導體材料層。例如發光二極體的結構中，緩衝層用來減少兩種材料之間的晶格差異。另一方面，緩衝層可以是單層結構、多層結構、一個具有兩種材料的結構，或者是兩個分開的結構。緩衝層的材料可以是有機材料、無機材料，或者半導體材料。緩衝層更可以具有其他的功能，例如做為反射層、導熱層、導電層、歐姆接觸層、抗變形層、應力緩衝層、結合層、波長轉換層，或者機械固定層。在一實施例中，緩衝層的材料可以是氮化鋁或者氮化鎵，並且緩衝層可以透過濺鍍或者原子層沉積法(atomic layer deposition；ALD)製作。
可以選擇性地形成一個接觸層(未繪示於圖中)在第二導電型半導體層304、404遠離基板301、401的一側。更具體地來說，接觸層可以是光學層、電性層或者同時具有兩種性質。光學層可以改變從主動層303、304或者第二主動層(未繪示於圖中)所發出的光線或輻射特質，其中光學層可以改變頻率、波長、強度、光通量、效率、色溫、演色性、光場、視角等特性。電性層可以改變施加於發光二極體晶片的電阻、電流、電壓值、電壓密度、電壓分布、以及電性層相對應兩側的電容值。接觸層的材料可以是導電性氧化物、透明氧化物、透光度大於50%的氧化物、透光度大於50%的金屬、有機材料、無機材料、螢光材料、陶瓷、半導體材料以及具有摻雜的半導體材料。在某些應用中，接觸層的材料可以是氧化銦鈦、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁或者氧化鋅錫。在一實施例中，接觸層是透明材料時並具有一厚度範圍介於0.005~0.6μm。
值得注意的是，前述實施例中的發光二極體單元可以由三個工作發光二極體晶片組成，而其中每一個工作發光二極體晶片可以發出一選自紅光、藍光以及綠光的光線。或者，發光二極體單元可以包含四個工作發光二極體晶片，而其中每一個工作發光二極體晶片可以發出一選自白光、紅光、藍光以及綠光的光線。所以，發光二極體單元內的一個或者多個備用發光二極體晶片可以發出紅光、藍光、綠光或白光。 除此之外，備用發光二極體晶片發出的光線的波長峰值、光場以及演色性參數可以跟工作發光二極體晶片發出的光線相同或者不同。
發光二極體單元的複數個備用發光二極體晶片可以選擇為發出相同或者不同的色光，除此之外，發光二極體單元內的發光二極體晶片可以經由排列上的設計，使得一個或者多個備用發光二極體晶片被放置在兩個相鄰的工作發光二極體之間。或者，一個或者多個備用發光二極體可以設置於發光二極體單元的邊緣與一工作發光二極體晶片之間。發光二極體單元的光學特性在備用發光二極體晶片啟動的時候會有所改變，舉例來說，當其中一個工作發光二極體晶片被一個備用發光二極體晶片取代的時候，發光二極體單元發出的光線提供的光強度可能在大約5%的範圍內變動。然而，光強度的改變範圍大致小於10%，例如0.2%、3%或者8.1%，並且光強度的改變可以是增加或者減少。不僅如此，在某些實施例中發光二極體單元的演色性、色溫以及光所照射的區域也會改變。在一實施例中，這些特性的變動範圍低於10%，例如7.8%、3.4%或者1.5%，而在另一個實施例中，這些變動則是在介於10%~20%的範圍內。不僅如此，發光二極體單元的光場也可以因為備用發光二極體晶片的使用而改變。
工作發光二極體晶片以及備用發光二極體晶片可以透過相對應的開關來控制，而開關是連接在發光二極體晶片以及第一導線或第二導線之間。覆蓋在工作發光二極體晶片上的螢光粉層，與覆蓋在備用發光二極體晶片上的螢光粉層面積可以相同或者不同。在一實施例中，覆蓋在工作發光二極體晶片上的螢光粉層的面積，與覆蓋在備用發光二極體晶片上的螢光粉層的面積的差異小於覆蓋在工作發光二極體晶片上的螢光粉層面積的50%。不僅如此，放置在工作發光二極體晶片上的螢光粉層材料與放置在對應的備用發光二極體晶片上的螢光粉層材料可以相同或者不同。在另一實施例中，一個備用發光二極體晶片上的螢光粉層材料包含了覆蓋在兩個或者多個工作發光二極體晶片上的螢光粉層內的材料。
縱然上述的圖示與描述是各別對應到特定的實施例，但所描述的各個元件、實施方法、設計原理以及技術理論，都可以一併參考、交換、相互融合使用、基於各種條件排列組合後的應用、各實施例與元件之間的等效應用，除非這些特性彼此之間矛盾、無法匹配，或者難以一併實行。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
10‧‧‧透明基板
12‧‧‧半導體疊層
14、305、405、406‧‧‧電極
20、36‧‧‧次載板
22‧‧‧焊墊
24‧‧‧導電結構
30、30’‧‧‧發光二極體晶片
30a、30b、30c‧‧‧工作發光二極體晶片
30d‧‧‧備用發光二極體晶片
32‧‧‧透鏡
38‧‧‧電路板
100‧‧‧發光裝置
120、302、402‧‧‧第一導電型半導體層
122、303、403‧‧‧主動層
124、304、404‧‧‧第二導電型半導體層
202‧‧‧電路
300、300’‧‧‧發光二極體單元
301、401‧‧‧基板
341、342‧‧‧導線
400‧‧‧發光二極體顯示器
4011‧‧‧上表面
407‧‧‧連接線路
408‧‧‧絕緣層
c1-1、c1-3、c2-1、c2-3、c3-1、c3-3、c4-1、c4-2‧‧‧接線
c1-2、c2-2、c3-2‧‧‧延伸部
c1-11、c2-11、c3-11‧‧‧上部
c1-12、c2-12、c3-12‧‧‧下部
d1-1、d1-2、d2-1、d2-2、d3-1、d3-2、d4-1、d4-2、d5-1、d5-2、d6-1、d6-2、d1c-1、d1c-2、d3c-1、d3c-2、d4c-1、d5c-1、d5c-2‧‧‧線路
p1、p2、p3、p4‧‧‧螢光粉層
C‧‧‧磊晶單元
300、300’‧‧‧發光二極體單元
第1圖為一常見發光裝置的示意圖；
第2圖為一常見發光設備的示意圖；
第3A圖為根據本發明之一實施例的發光二極體單元的示意圖；
第3B-3C圖為根據本發明之一實施例的發光二極體顯示器的示意圖；
第4A圖為根據本發明之一實施例的發光二極體晶片的示意圖；
第4B-4E圖為根據本發明之第一實施例的發光二極體單元內部複數個發光二極體晶片排列的示意圖；
第5A-5F圖為根據本發明之第二實施例的發光二極體單元內部複數個發光二極體晶片排列的示意圖；
第6A圖為根據本發明之一實施例中具有多個接面的發光二極體晶片的示意圖；
第6B圖為根據本發明之第三實施例的發光二極體單元內部複數個發光二極體晶片排列的示意圖；

Claims (10)

  1. 一種發光二極體顯示器，包含：一第一端與一第二端，用以接收電力；一第一發光二極體晶片，電性連接該第一端與該第二端，並發出一第一光線；一第二發光二極體晶片，電性連接該第一端與該第二端，並發出一第二光線；以及一第三發光二極體晶片，包含一第一端點電性連接該第一端，以及一第二端點；其中，該第一發光二極體晶片並未處於故障狀態時該第二端點為浮接；以及其中，該第一發光二極體晶片處於故障狀態時該第二端點電連接該第二端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該第一光線與該第二光線為不同色光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該第三發光二極體晶片發出一第三光線，該第三光線具有一波長峰值不同於該第二光線的波長峰值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該第三發光二極體晶片位於該第一發光二極體晶片與該第二發光二極體晶片之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，更包括一第四發光二極體晶片電性連接該第一端與該第二端並發出一第四光線，該第四光線具有一波長峰值不同於該第一光線的波長峰值，也不同於該第二光線的波長峰值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，更包含一開關位於該第一端與該第一發光二極體晶片之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，更包含一第一螢光粉層覆蓋該第一發光二極體晶片，以及一第二螢光粉層覆蓋該第二發光二極體晶片。
  8. 一種製造發光二極體顯示器的方法，包含：提供一次載板；提供一第一導線與一第二導線於該次載板上；提供一第一發光二極體晶片與一第二發光二極體晶片於該次載板上；電性連接該第一發光二極體晶片與該第一導線以及該第二導線；電性連接該第二發光二極體晶片與該第一導線以及該第二導線；以及提供包含一第一端與一第二端的第三發光二極體晶片於該次載板上，該第一端電性連接該第一導線，該第二端浮接。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之製造方法，更包含設置一第一螢光粉層覆蓋該第一發光二極體晶片，以及設置一第二螢光粉層覆蓋該第二發光二極體晶片。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之製造方法，更包含設置一開關於該第一導線與該第一發光二極體晶片之間。
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