TWI726085B - 發光二極體之驅動器 - Google Patents
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Abstract
一種驅動器，用以驅動一發光元件，包含有一整流電路、一電流驅動電路，以及一保護電路。整流電路包含一整流二極體，用以接收一交流輸入電源並轉換成一直流電源，直流電源包含一直流電流及一直流電壓。電流驅動電路包含一定電流單元，其中整流電路、電流驅動電路與發光元件三者串聯，電流驅動電路用以限制直流電流之大小以驅動發光元件。保護電路包含一保護單元，其中，保護電路跨接電流驅動電路與發光元件，當直流電壓大於一定值時，直流電流流向保護電路；其中，整流二極體、定電流單元和保護單元共用一基底。
Description
本申請關於發光二極體之驅動器，尤 關於一種具有保護單元的發光二極體之驅動器。
近年來，因為良好的電光轉換效率以及較小的產品體積，發光二極體（light-emitting diode）已經漸漸地取代陰極燈管或是鎢絲，作為背光或是照明系統的光源。只是，因為發光二極體的電壓電流特性（約3伏特，直流電驅動），一般市電的交流輸入電源並無法直接驅動發光二極體，而是需要一電源轉換器，將交流輸入電源轉換成適當的直流電源。
照明用電往往占用市電供電非常大的部分。因此針對照明所用的電源轉換器，法規上除了要求有非常低的轉換損失之外，還必須提供有良好的功率因數（功率因數介於0到1之間）。一電子裝置的功率因數愈靠近1，表示該電子裝置越接近電阻式負載。
第1圖為習知的照明系統10，其中有橋式整流器12、功率因數校正器（power factor corrector）14、LED驅動電路16、以及一LED 18。功率因數校正器14可以是一個升壓電路（booster），LED驅動電路16可以是一降壓電路（buck converter）。但是，如升壓電路或是降壓電路般的切換式電源轉換器，不但需要用到體積龐大且昂貴的電感元件，整個系統架構也需要使用非常多的電子零件。因此，採用切換式電源轉換器的照明系統，因其生產成本高昂比較沒有市場競爭力。
實施例揭露一種驅動器，用以驅動一發光元件，包含有一整流電路以及一電流驅動電路。整流電路包含一整流二極體，電連接至一交流輸入電源，用以產生一直流電源，跨於一直流電源線與一接地線之間。電流驅動電路包含一定電流源。該定電流源與該發光元件串接於直流電源線與接地線之間。該定電流源可提供一定電流，驅動該發光元件。整流二極體與定電流源，共同形成於一單一半導體晶片上。
實施例揭露一種驅動器，用以驅動一發光元件，包含有一整流電路、一電流驅動電路，以及一保護電路。整流電路包含一整流二極體，用以接收一交流輸入電源並轉換成一直流電源，整流電路與該發光元件串聯，直流電源用以提供一直流電流及一直流電壓。電流驅動電路包含一定電流單元，其中整流電路、電流驅動電路與發光元件三者串聯，電流驅動電路用以限制直流電流之大小以驅動發光元件。保護電路包含一保護單元，其中，保護電路跨接電流驅動電路與發光元件，並與整流電路串聯，當直流電壓大於一定值時，直流電流流向保護電路；其中，整流二極體、定電流單元和保護單元，共同形成於一半導體晶片上。
在本說明書中，相同的符號除另有說明外通常表示具有相同或是類似之結構、功能、原理的元件，且為業界具有一般知識能力者可以依據本說明書之教導而推知。為說明書之簡潔度考量，相同之符號的元件將不再重述。
在本申請的一實施例中，整個LED照明系統具有簡潔的電路設計，主要元件僅有封裝有一單一半導體晶片（chip）的一積體電路、兩個電容、以及當作光源的一LED。實施例中的LED照明系統可以不需要連接額外的電感元件。因此，LED照明系統之電路成本將會相當的低。此外，實施例中的LED照明系統也提供了相當優良的功率因數，可以符合大多數規範的要求。
第2圖顯示一依據本申請一實施例的LED驅動器60，其可用來驅動LED 18。LED 18可以是一高壓LED，由許多微型LED（micro LED）串連在一起所構成。舉例來說，在一個實施例中，每個微型LED的正向電壓約3.4伏特，而LED 18由10多個微LED串聯而成，其等效正向電壓Vef-led
（forward voltage）約50V。
LED驅動器60大致有三部份。連接到交流輸入電源(AC-source)的第一部份是橋式整流器62。第二部份是填谷電路（valley-fill circuit）64，做為一功率因數校正器，可以改善整個LED驅動器60的功率因數。第三部份有兩個高電子遷移率場效電晶體（high electron mobility transistor, HEMT）T1與T2，作為電流驅動電路66。高電子遷移率場效電晶體 T1與T2可以各自作為一定電流源使用或是並聯後作為一可以提供更大電流數值的定電流源。以高電子遷移率場效電晶體 T1為例，當其汲源電壓（drain-to-source voltage, VDS
）足夠大時，汲源電流（drain-to-source current, IDS
），也就是從汲極流到源極的電流，將大約是一常數，幾乎不隨VDS
而變化關，高電子遷移率場效電晶體 T1大致提供一定電流，用以驅動LED 18。
橋式整流器62包含有四個整流二極體DB1-DB4。以下將說明，這四個整流二極體可以都是蕭特基二極體（Schottky Barrier Diode；SBD）。橋式整流器62將交流輸入電源整流，用以產生直流電源，跨於直流電源線VDD與接地線GND之間。其中，交流輸入電源包含交流電壓VAC-IN
，而直流電源包含直流電流IDC-IN
與直流電壓VDC-IN
。舉例來說，交流輸入電源可以是一般110V或220V的交流市電。
填谷電路64電連接於直流電源線VDD與接地線GND之間，包含有三個二極體DVF1-DVF3與電容C1、C2。二極體DVF1-DVF3逆向串接於直流電源線VDD與接地線GND之間。在此實施例中，電容C1與C2的電容值大約相等，但本申請不限於此。理論上，電容C1與C2的電容電壓VC1與VC2大約可以被充電到直流電壓VDC-IN
之電壓峰值VPEAK
的一半（0.5*VPEAK
）。而當交流電壓VAC-IN
的絕對值低於0.5*VPEAK
時，電容C1與C2可以對直流電源線VDD與接地線GND放電。只要電容C1與C2夠大，填谷電路64可以使直流電壓VDC-IN
的最小值大約等於0.5VPEAK
，提供足夠的直流電壓VDC-IN
使LED 18持續發光。
高電子遷移率場效電晶體 T1與T2都是耗盡模式（depletion mode）電晶體，意味著他們的臨界電壓(threshold voltage，VTH)都是負值。每個高電子遷移率場效電晶體都具有一閘極（gate）以及二通道極，而這二通道極一般又稱為源極（source）與汲極（drain）。每個高電子遷移率場效電晶體 T1與T2的閘極（gate）與源極（source）相互短路。以高電子遷移率場效電晶體 T1為例，當其汲源電壓（drain-to-source voltage, VDS
）足夠大時，汲源電流（drain-to-source current, IDS
），也就是從汲極流到源極的電流，將大約是一常數，幾乎與VDS
無關。所以，不論高電子遷移率場效電晶體 T1或T2，都可以大約當作一定電流源，提供穩定的一定電流來驅動LED 18，使LED 18的發光強度維持一定，不會有閃爍問題。在第2圖中，高電子遷移率場效電晶體 T1驅動LED 18，兩者一起作為負載（load），串接在直流電源線VDD與接地線GND之間。第2圖以虛線67連接了高電子遷移率場效電晶體 T2與LED 18，表示高電子遷移率場效電晶體 T2可以選擇性地聯合高電子遷移率場效電晶體 T1一同驅動LED 18，稍後將細部說明。
第3圖顯示交流輸入電源的交流電壓VAC-IN
隨時間變化的電壓波形72、沒有填谷電路64時的直流電源的直流電壓VDC-IN
隨時間變化之電壓波形74、以及有填谷電路64時的直流電源的直流電壓VDC-IN
隨時間變化的電壓波形76。舉例來說，交流輸入電壓VAC-IN
是220VAC，為一正弦波，如同第3圖所示。電壓波形74表示為沒有填谷電路64時的虛擬結果。如果沒有填谷電路64，橋式整流器62將提供簡單的全波整流，所以會將電壓波形72中電壓值為負的部分，轉變成正，如同電壓波形74所示。填谷電路64會將電壓波形74中之波谷填入，或是使電壓波形74中之波谷不再那麼的深，如同電壓波形76所示。為了敘述上的方便，以下說明有時將採用電壓波形74來講解事件發生的時序。舉例來說，電壓波形74到達波峰時，代表電壓波形72（交流輸入電壓VAC-IN
）到達波峰或是波谷時。
時段TP1從電壓波形74大於等於電壓波形76開始，直到電壓波形74隨時間上升直至峰值VPEAK
結束。在時段TP1中，LED 18發光的電能將直接來自交流輸入電源，所以直流電壓VDC-IN
的電壓波形76等於電壓波形74。此時，一旦直流電壓VDC-IN
大於電容電壓VC1與VC2兩者的和，電容C1與C2將會被交流輸入電源所充電。當電壓波形74達峰值VPEAK
時，電容電壓VC1與VC2大約都會是0.5VPEAK
。
時段TP2從電壓波形74由達到峰值VPEAK
開始，直到電壓波形74下降至一半峰值（1/2VPEAK
）為止。在時段TP2中，電壓波形74隨時間開始下降，而LED 18發光的電能將直接來自交流輸入電源，所以電壓波形76等於電壓波形74。因為電容C1與C2沒有充放電，電容電壓VC1與VC2都將維持在0.5VPEAK
。
時段TP3從電壓波形74低於0.5VPEAK
後開始，大約就是電壓波形74之波谷出現的時間。在時段TP3內，電容C1會透過二極體DVF3放電，來供電給高電子遷移率場效電晶體 T1與LED 18。類似的，電容C2會透過二極體DVF1放電，一樣供電給高電子遷移率場效電晶體 T1與LED 18。電容電壓VC1與VC2將隨著時間降低，降低的速度視電容C1與C2的電容值而定。時段TP3終止於電壓波形74從波谷反彈後而高於電容電壓VC1或VC2時。之後由另一個時段TP1接續。如同第3圖之電壓波形76所示，只要電容C1與C2夠大，直流電源就可能提供足夠的直流電壓VDC-IN
使LED 18持續發光。
只要電容C1與C2夠大，填谷電路64所達到的功率因數，可以符合大多數國家的功率因數要求。
在一實施例中，第2圖中的整流二極體DB1-DB4、二極體DVF1-DVF3、以及高電子遷移率場效電晶體 T1與T2，都共同形成於一單一半導體晶片上。第4A圖顯示一半導體晶片80上之一金屬層104之圖案，並標示第2圖中的二極體與高電子遷移率場效電晶體在半導體晶片80上的相對位置。半導體晶片80可以是一以氮化鎵為導通通道材料（GaN-based）的單晶微波積體電路（monolithic microwave integrated circuit；MMIC）。在第4A圖中，每個二極體的元件結構大約都相類似，都是一蕭特基二極體，而高電子遷移率場效電晶體 T1與T2的元件結構也相類似。第5圖顯示了，第4A圖中之高電子遷移率場效電晶體 T1沿著線ST-ST的晶片剖面圖；第6圖顯示了，第4A圖中之二極體DVF3沿著線SD-SD的晶片剖面圖。圖中其他的二極體與高電子遷移率場效電晶體之元件結構可以類推而得知。
第5圖的例子中，矽基底92上之緩衝層94可以是摻雜有碳（C-doped）的本質（intrinsic）GaN。通道層96可以是本質（intrinsic）GaN，其上形成有一高價帶間隙（high-bandgap）層98，其材料可為本質之AlGaN。蓋層100可以是本質GaN。蓋層100、高價帶間隙層98與通道層96被圖案化而成為一平台區95（mesa）。二維電子雲（2D-electron gas）可以形成於通道層96內鄰接於高價帶間隙層98的量子井（quantum well），作為導電通道。圖案化（patterned）的金屬層102的材料可以是鈦、鋁或是這兩種材料的疊層。在第5圖中，金屬層102在平台區95的上方形成兩個金屬片（metal strips）102a、102b，分別跟平台區95形成兩個歐姆接觸（ohmic contact），使得金屬片102a、102b分別作為高電子遷移率場效電晶體 T1的源極與汲極。金屬層104的材料可以是鈦、金或是這兩種材料的疊層。舉例來說，由下而上，金屬層104有一鎳層（Ni）、一銅層（Cu）以及一鉑層（Pt），其中鉑層可以增加稍後形成之護層105彼此之間的粘著度（adhesion），防止在焊墊製程時產生剝離的問題。在其他實施例中，金屬層104也可以是鎳層(Ni）、金層(Au）以及鉑層(Pt）的疊層，或者鎳層(Ni）、金層(Au）以及鈦層(Ti）的疊層。在第5圖中，圖案化之金屬層104形成了金屬片104a、104b與104c。金屬片104b接觸了平台區95的中央上方，形成一蕭特基接觸（schottky contact），作為高電子遷移率場效電晶體 T1的閘極。第5圖中的104a與104c分別接觸了102a、102b，提供高電子遷移率場效電晶體 T1的源極與汲極到其他電子元件的電性連接。請同時參考第5圖與第4A圖，可以發現高電子遷移率場效電晶體 T1的閘極（金屬片104b），透過金屬層104，短路到金屬片104a，也短路到高電子遷移率場效電晶體 T1的源極。第5圖的右部分則顯示了高電子遷移率場效電晶體 T1的等效電路圖。金屬層104上方有護層105，其材料可以是氮氧化矽（silicon oxinitride，SiON）。護層105被圖案化，用來形成封裝時所需要的焊墊（bonding pad）。舉例來說，第5圖中，左半邊護層105沒有蓋住的部分，可以焊接至低電壓接腳VSS（稍後將解釋）之焊線（bonding wire）；而右半邊護層105沒有蓋住的部分，可以焊接至驅動接腳D1（稍後將解釋）之焊線。
為簡潔之緣故，第6圖與第5圖相同或類似之部分不再累述。第6圖中，金屬層102在平台區95的上方形成兩個金屬片102c、102d，圖案化之金屬層104則形成了金屬片104d、104e與104f。與第5圖相類似的，金屬片104e可作為一高電子遷移率場效電晶體的閘極。雖然金屬片102d可以作為一高電子遷移率場效電晶體的一源極，但金屬片102d上沒有接觸到金屬層104。在另一實施例中，金屬片102d可以省略而不形成。金屬片104f接觸平台區95的一部分上表面與一側壁，形成另一個蕭特基接觸，可以作為一蕭特基二極體，其陰極等效上短路到第6圖之高電子遷移率場效電晶體的源極。請同時參考第6圖與第4A圖。金屬片104e，透過金屬層104，短路到金屬片104f，其為蕭特基二極體之陽極。第6圖之右部分顯示了左半部之等效電路連接圖，電路行為上等效為一個二極體。第6圖之右部分同時顯示一特別之二極體符號120，來代表第6圖中的等效電路。二極體符號120也使用於第2圖中，表示整流二極體DB1-DB4與二極體DVF1-DVF3，每個都是由一高電子遷移率場效電晶體與一蕭特基二極體所複合而成的二極體。
第4B圖顯示將半導體晶片80封裝後的一積體電路130，其只有8個接腳（pin），分別是：高電壓接腳VCC、校正接腳PF1與PF2、低電壓接腳VSS、交流輸入接腳AC+與AC-、驅動接腳D1與D2。請參閱第4A圖，其中也顯示了每個接腳，透過焊線（bonding wire），電性短路到由金屬層104圖案化後所形成的金屬片，而這些金屬片也提供了半導體晶片80中電子元件相對應的輸入或輸出端點相互連接。舉例來說，驅動接腳D1電連接到高電子遷移率場效電晶體 T1的汲極，校正接腳PF1電連接到二極體DVF3的陰極。
第7圖顯示依據本申請所實施的一照明系統200。積體電路130固定在印刷電路板202上。透過印刷電路202上的金屬線，電容C1電連接於高電壓接腳VCC與校正接腳]PF1之間，電容C2電連接於低電壓接腳VSS與校正接腳PF2之間，LED 18電連接於高電壓接腳VCC與驅動接腳D1之間，交流輸入接腳AC+與AC-電連接到交流輸入電源(交流電壓VAC-IN
)。透過先前的解說可以了解，第7圖之照明系統200很簡潔的，僅僅用了4個電子零件（兩個電容C1與C2、積體電路130與LED 18），就實現了第2圖中的LED驅動器60。沒有昂貴且體積龐大的電感元件，照明系統200成本得以降低，且整個產品體積也可以縮小。
第7圖中，積體電路130的驅動接腳D2（電連接到高電子遷移率場效電晶體 T2的汲極），可以視交流電壓VAC-IN
不同，而決定是否電連接至LED 18。換言之，積體電路130可以選擇性地用單一個高電子遷移率場效電晶體（T1），或是用兩個高電子遷移率場效電晶體（T1與T2）並聯來驅動LED 18發光。舉例來說，假定積體電路130中的高電子遷移率場效電晶體 T1與T2元件大小都一樣，各別可提供大約一樣的1u單位定電流。當第7圖的照明系統200運用於交流輸入電源為110VAC時，可以選用正向電壓（forward voltage）為50V的LED作為LED 18，並且連接驅動接腳D1以及D2一起到LED 18，LED 18此時所消耗的功率約2u*50（=100u）。而當第7圖的照明系統200運用於交流輸入電源為220VAC時，可以選用正向電壓為100V的LED作為LED 18，並且單單連接驅動接腳D1到LED 18，並保持驅動接腳D2浮動空接，LED 18此時所消耗的功率約1u*100（=100u）。如此，儘管交流輸入電源的交流電壓VAC-IN
不一樣，只要選用正向電壓不同的LED，LED 18消耗的功率可以大約相同（都大約是100u），那照明系統200所產生的照明亮度就大約也會是相同。換言之，積體電路130不只是適用於220VAC的交流輸入電源，也可適用於110VAC的交流輸入電源。這對於照明系統200的製造商而言是非常方便的，可以節省照明系統200的零件庫存管理成本。
在第2圖中，電流驅動電路66連接於LED 18與接地線GND之間，但本申請並不限於此。第8圖顯示另一依據本申請所實施的LED驅動器300，用來驅動LED 18。在第8圖中，電流驅動電路302具有高電子遷移率場效電晶體 T3與T4， 高電子遷移率場效電晶體 T3與T4的汲極一起電連接到直流電源線VDD，LED 18電連接於接地線GND與電流驅動電路302之間。第9A圖顯示一半導體晶片310上之金屬層140的圖案，並標示第8圖中的二極體與高電子遷移率場效電晶體的相對位置。第5圖也可代表第9A圖中之高電子遷移率場效電晶體 T3沿著線ST-ST的晶片剖面圖；第6圖也可代表第9A圖中之二極體DVF3沿著線SD-SD的晶片剖面圖。第9B圖顯示將半導體晶片310封裝後的一積體電路320，其只有8個接腳（pin），分別是：高電壓接腳VCC、校正接腳PF1與PF2、低電壓接腳VSS、交流輸入接腳AC+與AC-、驅動接腳S1與S2。第10圖顯示依據本申請所實施的另一照明系統330，其實現了第8圖中的LED驅動器300。第8、9A、9B與10圖，可以參照先前第2、4A、4B與7圖以及相關之解說，而得知其原理、操作、以及優點，為簡潔故，不再累述。
如同第11圖之實施例所示，額外的一穩壓電容19可以與LED 18並聯。穩壓電容19可以降低LED 18的跨壓VLED之變化，甚至增加LED 18在交流輸入電源之一週期時間內的工作週期（duty cycle）或發光時間，減少LED 18閃爍（flickering）的可能性。
第4A圖中的圖案僅僅是作為一個例子，本申請並不限於此。第12圖顯示另一半導體晶片上之一金屬層104之圖案。第12圖大致類似於第4A圖，為簡潔之緣故，彼此相同或類似之部分不再累述。在第4A圖中，位於每個二極體中間位置的一閘極，都只有透過一個圖案化後金屬層104的一上臂ARM1連接到其陽極（譬如第6圖中的金屬片104f）；位於每個高電子遷移率場效電晶體中間位置的一閘極，也都是透過一個圖案化後金屬層104的一上臂ARM2連接到其源極（譬如第5圖中的金屬片104a）。然而，在第12圖中，如同例示之閘區域GG，每個二極體中間位置的閘極，透過圖案化後金屬層104的上下兩臂ART與ARB連接到其陽極；而位於每個高電子遷移率場效電晶體中間位置的一閘極，也都是透過圖案化後金屬層104的上下兩臂連接到其源極。與第4A圖之設計相較之下，第12圖中的二極體的上下兩臂結構在製作上比較對稱，在顯影、曝光、磊晶、蝕刻等製程的過程中比較不易被上下兩臂之間的結構壓縮空間，（上下兩臂的）寬度會比較一致、結構比較不易有破損或者變形；而第4A圖的結構因為僅有單臂，在製作時容易在製作其他部分時容易造成整個臂寬度不一致的情況，而這種情況也容易導致大電流或者大電壓的聚集而造成崩潰。因此第12圖的上下兩臂的結構因為整個結構寬度較為一致，也不易受到其他結構影響而變形，使得第12圖的結構具有較高的崩潰電壓耐受能力。
第5圖與第6圖中的剖面圖也並非用來限制本申請的權利範圍。舉例來說，如第13圖顯示第4A圖中之二極體DVF3沿著線SD-SD依據另一種實施例之晶片剖面圖。第13圖與第6圖，為簡潔之緣故，彼此相同或類似之部分不再累述。與第6圖不同的，第13圖中的金屬片104e與蓋層100之間夾有一絕緣層103，其材料譬如說是氧化矽。絕緣層103的存在也可以增強二極體的崩潰電壓耐受能力。
第14圖顯示用來製作第13圖中之二極體的流程圖。步驟140先形成平台區。舉例來說，先在緩衝層94上分別形成通道層96、高價帶間隙層98、與蓋層100。然後以感應式耦合電漿蝕刻等方式圖案化這三層而完成平台區95。步驟142形成歐姆接觸。舉例來說，分別沉積鈦/鋁/鈦/金做為金屬層102，之後對金屬層102圖案化，形成金屬片102a、102b等。步驟144形成絕緣層103。舉例來說，先沉積一二氧化矽層，然後將其圖案化，剩下的二氧化矽層便成為絕緣層103。步驟146形成蕭特基接觸與圖案化。舉例來說，步驟146先依序沉積鎳/金/鉑作為金屬層104，然後對金屬層104圖案化形成金屬片104a、104b、104c等。金屬層104與金屬層102之間為歐姆接觸，但金屬層104與平台區95之間則為蕭特基接觸。步驟148形成護層105，並對之圖案化，以形成焊墊開孔。當然，第14圖的流程圖也適用於製作第12圖中的高電子遷移率場效電晶體。而藉由適當的調整，第14圖中的流程圖，也可以用來製作如第4A圖中的二極體與高電子遷移率場效電晶體，例如省略步驟144，或者加入其他製程。
雖然第2圖與第5圖中的高電子遷移率場效電晶體 T1與T2可以視為定電流源，但是其可能不是一個完全理想的電流源。高電子遷移率場效電晶體 T1與T2的汲源電流（IDS
），在飽和區時，可能依然跟汲源電壓（VDS
）有些許相關。第15圖顯示了金氧半場效電晶體（MOSFET）與高電子遷移率場效電晶體中，IDS
對VDS
關係。曲線150與152分別是針對以矽為基材的一金氧半場效電晶體（MOSFET）以及一高電子遷移率場效電晶體。從曲線150可以發現，在金氧半場效電晶體中，IDS
與VDS
大約都是正相關，也就是VDS
越大，IDS
越大。但是高電子遷移率場效電晶體則不同。從曲線152可以發現，在高電子遷移率場效電晶體中，當VDS
超過一特定值時，IDS
與的關係，會從正相關變成負相關。而這個特定值可以透過製程上的參數，來加以設定。這高電子遷移率場效電晶體的特性有一個特別的好處，當VDS
因為市電電壓不穩而突然飆高時，IDS
反而會下降，可能可以降低消耗於高電子遷移率場效電晶體的電功率，所以避免高電子遷移率場效電晶體被燒毀。
在先前數個實施例中，LED驅動器有一填谷電路，但本申請並不限於此。第16圖顯示了另一LED驅動器500，用以驅動LED 518，其包含了數個LED段5201、5202、5203串接在一起。LED驅動器500中並沒有填谷電路。LED驅動器500中的橋式整流器502與電流驅動電路504可以一起整合在一半導體晶片上，封裝成一積體電路。第17圖顯示一半導體晶片550上之一金屬層104之圖案，並標示第16圖中的二極體與高電子遷移率場效電晶體在半導體晶片550上的相對位置。半導體晶片550整合了LED驅動器500中的橋式整流器502與電流驅動電路504。第18圖顯示將半導體晶片550封裝後的一積體電路552。第19圖顯示採用第18圖中之積體電路552實現LED驅動器500的一照明系統560。第16至19圖可以透過先前的教導而了解，故其細節不在此累述。從第19圖可以發現整個照明系統560採用了非常少量的電子零件（一電容CF、積體電路552與LED 518）。照明系統560成本將得以降低，且整個產品也更加精簡。
第16與19圖並非用來限制積體電路552之應用。第20圖舉例一LED驅動器600，可用以說明包含橋式整流器502與電流驅動電路504的積體電路的另一應用。在第20圖中，電流驅動電路504中的HMET T1與T2可以選擇性地用來驅動LED 518，其包含了數個LED段5201、5202、5203。LED驅動器600另有分段電路IC1與IC2，其可以依據直流電壓VDC-IN
的高低而成為短路或是開路。舉例來說，當直流電壓VDC-IN
比LED段5203的正向電壓略高時，分段電路IC1與IC2都是短路電路，所以LED段5203發光，而LED段5201、5202不發光；當直流電壓VDC-IN
增加到超過LED段5202與5203的正向電壓總和時，分段電路IC1為短路電路，分段電路IC2為開路電路，所以LED段5202與5203發光，而LED段5201不發光；當直流電壓VDC-IN
再增加到超過LED段5201、5202與5203的正向電壓總和時，分段電路IC1也跟著變成開路電路，所以LED段5201、5202與5203都發光。使得LED驅動器600的電光轉換效率更好，功率因數與總諧波失真率都能得到良好的控制。
依據本申請所實施的一積體電路並不限於只是整合了一橋式整流器與一電流驅動電路。先前所述的積體電路130與552僅僅作為例子。舉例來說，依據本申請所實施的一積體電路除了有橋式整流器與電流驅動電路之外，還整合有一些二極體或高電子遷移率場效電晶體，可用於第20圖中的分段電路IC1與IC2中。
本申請所實施的積體電路並不只限於耗盡模式的高電子遷移率場效電晶體。在一些實施例中，積體電路包含有增強型模式（enhancement-mode）高電子遷移率場效電晶體，其導通電流可以透過提供適當的閘電壓來加以控制，藉此改變所驅動之LED段所發出之光強度。例如在第20圖中利用分段電路IC1與IC2調整啟動的LED段5201、5202、5203的同時，可以調整增強型模式高電子遷移率場效電晶體的閘電壓以改變高電子遷移率場效電晶體輸入到LED段5201、5202、5203的電流，進而改變LED段5201、5202、5203所發出的光強度。
儘管先前所揭示的LED驅動器或是照明系統，每個都是用以驅動單一LED 518，但本申請並不限於此。在一些實施例中，可以有兩個或是以上的LED，以不同的電流，分別的被驅動。第21圖舉例一LED驅動器700，其中電流驅動電路504中的高電子遷移率場效電晶體 T1與T2，分別驅動LED 18R與18B。舉例來說，高電子遷移率場效電晶體 T1所提供的驅動電流小於高電子遷移率場效電晶體 T2所提供的驅動電流，而LED 18R大致為紅光LED，而LED 18B大致為藍光LED。
第6圖與第13圖中的二極體，分別都形成於單一平台區95上，但本申請並不限於此。第22圖顯示另一種實施例中，一二極體之晶片剖面圖。第22圖中與第6圖以及第13圖彼此相同或類似之部分，為簡潔之緣故，不再累述。第22圖中有兩個平台區95與95a。金屬片102e於平台區95a上，形成一歐姆接觸；而金屬片102d則在於平台區95上，形成另一歐姆接觸。金屬片102d與102e透過金屬片104g，彼此短路電連接。金屬片104f作為二極體的一陽極，金屬片104d則作為二極體的一陰極。第22圖中的結構，可以增強二極體的崩潰電壓耐受能力。
先前所教導的電流驅動電路66、302與504，都用來驅動發光二極體（LED），但本申請並不限於此。第23圖顯示依據本申請另一實施例之LED驅動器800，其與第16圖相似，彼此之間相同之處，可以參考先前之說明而了解，為簡潔的緣故，不再說明。與第16圖之LED驅動器500不同的，第23圖中的LED驅動器800多了一雙向可控矽調光器（TRIAC dimmer）802，而且電流驅動電路804中的高電子遷移率場效電晶體 T1直接連接於直流電源線VDD與接地線GND之間，沒有驅動任何LED。當一雙向可控矽調光器關閉，大約呈現開路時，需要有一定量的維持電流（holding current），才可以避免誤動作發生。在第23圖中，高電子遷移率場效電晶體 T1可以提供雙向可控矽調光器802所需要的維持電流。設計上來說，高電子遷移率場效電晶體 T2可以提供相對的大電流，使LED 518發光；而高電子遷移率場效電晶體 T1可以提供相對的小電流，當LED 518不發光時，當作雙向可控矽調光器802所需要的維持電流。
先前實施例中的二極體都是以第6圖中之二極體符號120表示，其是由一高電子遷移率場效電晶體與一蕭特基二極體所複合而成的二極體。但是本申請並不限於此。所有實施例中的二極體，可以全部或是部分替換成其他種二極體。舉例來說，第24圖顯示了一橋式整流器806，其以四個蕭特基二極體SBD1、SBD2、SBD3、SBD4所構成。
第25圖舉例顯示一半導體晶片808上之金屬層104與平台區95之圖案，其可以實現第24圖中的橋式整流器806。第26A、26B與26C圖顯示半導體晶片808沿著線CSV1- CSV1、CSV2- CSV2與CSV3- CSV3的晶片剖面圖。舉例來說，第24圖中的蕭基特二極體SBD1連接於交流電源線AC1與接地線GND之間。第25圖與第26A圖中顯示具有一多指狀結構（multi-finger structure）的高電子遷移率場效電晶體。高電子遷移率場效電晶體的閘端做為蕭基特二極體SBD1的陽極，高電子遷移率場效電晶體的通道端做為蕭基特二極體SBD1的陰極。等效上，蕭基特二極體SBD1由許多的小蕭基特二極體並聯所構成。多指狀結構的高電子遷移率場效電晶體可以在有限的晶片面積中，提供較大的驅動電流。
在先前的實施例中，每一個二極體，也可以用數個二極體串聯來實施，如同第27圖所舉例的。第27圖顯示了另一橋式整流器810。舉例來說，在橋式整流器810的交流電源線AC1與接地線GND之間，具有兩個串接的蕭基特二極體。第28圖舉例顯示一半導體晶片812上之金屬層104與平台區95之圖案，其可以實現第27圖中的橋式整流器810。第26A、26B與26C圖也可以用以顯示半導體晶片812沿著線CSV1- CSV1、CSV2- CSV2與CSV3- CSV3的晶片剖面圖。
如同先前所述的，在本申請的實施例之半導體晶片中，並不限於只能有耗盡模式的高電子遷移率場效電晶體與蕭基特二極體，也可以包含有增強模式（enhancement mode，E-mode）的高電子遷移率場效電晶體。第29A圖顯示在一半導體晶片上的一增強模式高電子遷移率場效電晶體 ME與一耗盡模式的高電子遷移率場效電晶體 MD，兩者的金屬層104與平台區95之圖案。第29B圖則顯示第29A圖中高電子遷移率場效電晶體 MD與ME之間的電連接。第30圖則顯示第29A圖中，沿著線CSV4-CSV4的晶片剖面圖。如同第30圖所示的，左半邊為一增強模式高電子遷移率場效電晶體 ME，其中作為閘極GE的金屬片104h與蓋層100之間夾有一絕緣層103。蓋層100與高價帶間隙層98在金屬片104h下方的部分，形成有一調整區170。舉例來說，調整區170可以將氟離子局部地佈植入蓋層100與高價帶間隙層98而形成。相較於第22圖左半部的耗盡模式高電子遷移率場效電晶體 MD，第30圖左半邊的增強模式高電子遷移率場效電晶體 ME多了調整區170以及絕緣層103，兩者都可以用來調整或增加一高電子遷移率場效電晶體的臨界電壓值Vt（threshold voltage）。
如同第29A、29B與30圖所示，耗盡模式高電子遷移率場效電晶體 MD的閘極GD，透過金屬層104的電性連接，短路到增強模式高電子遷移率場效電晶體 ME的端點S。
第29B圖中的電路，當高電子遷移率場效電晶體 ME關閉（開路）時，高電子遷移率場效電晶體 ME與高電子遷移率場效電晶體 MD一起，可以承擔分散從端點D到端點S之間的跨壓，所以可以有相當好的耐壓能力。當高電子遷移率場效電晶體 ME開啟（導通）時，高電子遷移率場效電晶體 MD可以作為一個定電流源，限制端點D到端點S之間的最大電流量。
第29A與29B圖中的增強模式高電子遷移率場效電晶體也可以作為一半導體晶片中的主動開關。第31圖顯示依據本申請一實施例之一LED驅動器840之電路設計，其具有增強模式高電子遷移率場效電晶體與耗盡模式高電子遷移率場效電晶體。除了一些蕭基特二極體與電阻外，LED驅動器840還包含有電流開關CC1、CC2、CC3，以及耗盡模式高電子遷移率場效電晶體 T8，彼此的電性連接如第31圖所示。在一半導體晶片上，電流開關CC1、CC2、CC3可以以第29A圖與第30圖中的元件結構而實現。在一實施例中，電流開關CC1、CC2、CC3以及耗盡模式高電子遷移率場效電晶體 T8，可以導通的最大電流，分別是電流值I1、I2、I3與I4，且I1＜I2＜I3＜I4。每個電流開關CC1、CC2、CC3都有一個控制端（也就是一增強模式高電子遷移率場效電晶體之閘端），透過一個相對應的電阻，共同連接到蕭基特二極體852，其具有另一端連接到接地線GND。
第32圖顯示了第31圖中的交流輸入電源的電壓波形以及流經橋式整流器844的一電流波形。隨著直流電源線VDD到接地線GND之間的跨壓從0V開始逐漸升高，電流開關CC1、CC2、CC3會全部開啟。此時，只有LED段5201發光，LED段5202、5203、5204都不發光，流經LED段5201的驅動電流被電流開關CC1所限制，最大為電流值I1。隨著直流電源線VDD到接地線GND之間的跨壓繼續升高，電流開關CC1關閉而LED段5202加入發光，此時，流經LED段5201與5202的驅動電流被電流開關CC2所限制，最大為電流值I2。當直流電源線VDD到接地線GND之間的跨壓繼續升高後，電流開關CC2關閉而LED段5203加入發光，此時，流經LED段5201、5202、5203的驅動電流被電流開關CC3所限制，最大為電流值I3。當直流電源線VDD到接地線GND之間的跨壓超過一定程度時，電流開關CC1、CC2、CC3會全部關閉，LED段5201、5202、5203、5204全部都發光。此時，流經LED段5201、5202、5203、5204的驅動電流被耗盡模式高電子遷移率場效電晶體 T8所限制，最大為電流值I4。當直流電源線VDD到接地線GND之間的跨壓從最高點慢慢下降時，電流開關CC3、CC2、CC1會依序漸漸開啟導通。從第32圖可以發現，第31圖的LED驅動器840不只是有良好的功率因數（power factor），而且會有相當低的總諧波失真率（total harmonic distortion，THD）。
於第31圖中，對應每個電流開關CC3、CC2、CC1，都有兩個反向串接的蕭基特二極體，連接於每個電流開關之一控制端與一高壓端之間。而在另一個實施例中，這些蕭基特二極體（第31A圖中總共有6個）可以省略不做，降低成本。
連接於電阻850與接地線GND之間的蕭基特二極體852，可以用來限定電流開關CC3、CC2、CC1之控制端的最高電壓。當突波高壓出現在直流電源線VDD上時，蕭基特二極體852可以防止一增強模式高電子遷移率場效電晶體因過高閘電壓而導致之毀損。
第31圖中的LED驅動器840中，所有的蕭基特二極體以及高電子遷移率場效電晶體，都可以整合於一以氮化鎵為導通通道材料（GaN-based）的單晶微波積體電路。舉例來說，蕭基特二極體可以用第6圖或是第26A圖中的元件結構來實現，而增強模式高電子遷移率場效電晶體與耗盡模式高電子遷移率場效電晶體可以分別用第30圖中的左半部與右半部的元件結構來實現。換言之，實現LED驅動器840時，可能只需要一單晶微波積體電路、一些電阻元件、一LED 848以及一印刷電路板（printed circuit board，PCB）而已，成本非常低廉。
隨著環境溫度的升高，以定電流驅動的一LED，其發光亮度可能會減弱。為了彌補高溫所導致的亮度衰減，所以在本申請的一些實施例中，可以用正溫度係數或是負溫度係數的熱敏電阻，來調整對LED的驅動電流。
第33圖顯示了具有正溫度係數的一熱敏電阻之一LED驅動器900，其中，熱敏電阻902的兩端，分別連接到電流開關CC4內之增強模式高電子遷移率場效電晶體 ME1的一閘端與一通道端。耗盡模式高電子遷移率場效電晶體 T5作為一定電流源，大約提供一定電流流經正溫度係數熱敏電阻902，增強模式高電子遷移率場效電晶體 ME1操作於線性區。當環境溫度增加時，熱敏電阻902的電阻上升，因此，電流開關CC4的控制閘之電壓也變高，增加了流經LED 518的電流。如此，可以使LED 518的發光量，大約不隨著溫度變化而改變。
第34圖顯示了具有負溫度係數的一熱敏電阻之一LED驅動器906，其中，耗盡模式高電子遷移率場效電晶體 T6可作為一定電流源，其所提供的定電流大致由其源極電壓所決定。當環境溫度增加時，熱敏電阻906的電阻下降，因此，耗盡模式高電子遷移率場效電晶體 T6的源極電壓變低，耗盡模式高電子遷移率場效電晶體 T6的閘對源（gate to source）電壓增加，因此增加了流經LED 518的電流。如此，可以使LED 518的發光量，大約不隨著溫度變化而改變。
依據本申請所實施的LED驅動器，並不限於只能有一個LED或是只能有一個熱敏電阻。第35圖顯示了LED驅動器910，其具有LED 5181、5182與5183。類似第33圖所教導，流經LED 5181的驅動電流，受熱敏電阻902控制，隨著溫度增加而增加。類似第34圖所教導的，流經LED 5182的驅動電流，受熱敏電阻906控制，隨著溫度增加而增加。而流經LED 5183的驅動電流，受耗盡模式高電子遷移率場效電晶體 T7所控制，大致不隨溫度而變化。在一實施例中，LED 5183是一藍光LED，而LED 5181或5182是一紅光LED。
第36A圖顯示一依據本申請一實施例的LED驅動器60a，其可用來驅動發光元件，此發光元件可以是第2圖中的由多個為LED串聯而成的LED 18，LED 18的等效正向電壓Vef-led
依實際需求可介於50V至140V之間。類似於第2圖中的LED驅動器60，本實施例之LED驅動器60a亦大致包含三部份，第一部份是與LED 18及交流輸入電源AC-source電性連接的橋式整流器62；第二部份是跨接於橋式整流器62以及LED 18之間的保護電路63；第三部份為跨接於LED 18和橋式整流器62之間的電流驅動電路66，其包含兩個高電子遷移率場效電晶體T1、T2。其中，橋式整流器62作為整流電路，用以將交流輸入電源(AC-source)轉換成一直流電源(DC-source)。此直流電源包含直流電流IDC-IN
及直流電壓VDC-IN
提供至LED 18。高電子遷移率場效電晶體T1、T2用來限制直流電流IDC-IN
的大小以大致提供一定電流來驅動LED 18。保護電路63包含保護單元Dclamp
，保護電路63跨接電流驅動電路66與LED 18，並與整流電路(橋式整流器62)串聯，當直流電壓VDC-IN
大於一定值時，直流電流IDC-IN
流向保護電路63。本實施例與前述實施例的差別在於：本實施例著重於元件的保護，故利用保護電路63取代前述實施例中的填谷電路64。然而本申請不以上述為限，於其他實施例中，LED驅動器可同時包含保護電路與填谷電路。請參考第36B圖，第36B圖顯示一依據本申請另一實施例的LED驅動器60b，LED驅動器60b大致包含四部份，第一部份是與LED 18及交流輸入電源AC-source電性連接的橋式整流器62；第二部份是跨接於橋式整流器62以及LED 18之間的保護電路63；第三部份為跨接於LED 18和橋式整流器62之間的電流驅動電路66；第四部份為填谷電路64。簡單來說，相較於LED驅動器60a，LED驅動器60b更包括一分別與保護電路63、電流驅動電路66並聯之填谷電路64。
於第36A圖之LED驅動器60a中，橋式整流器62透過接點N、L與交流輸入電源AC-source連接，並且橋式整流器62還透過接點C、A與LED 18串聯。橋式整流器62包含四個整流二極體DB1-DB4，其作用為將交流輸入電源AC-source轉換成直流電源，其中交流輸入電源(AC-source)與直流電源(DC-source)的電壓波形圖，請分別參考第3圖的電壓波形72、74。此直流電源可提供直流電流IDC-IN
及直流電壓VDC-IN
至LED 18。舉例來說，交流輸入電源AC-source可以是一般110V交流市電或220V的交流市電。
請參考第36A圖，電流驅動電路66與LED 18串聯，由電流驅動電路66限制直流電流IDC-IN
的大小以大致提供一定電流至LED 18。電流驅動電路66中的高電子遷移率場效電晶體T1與T2如前所述可為耗盡模式（depletion mode）電晶體，意味著他們的臨界電壓(threshold voltage，VTH
)都是負值，且各具有一閘極以及源極與汲極。於本實施例中，每個高電子遷移率場效電晶體 T1與T2的閘極與源極連接。此外，一如前文所述(請參考0014段)，高電子遷移率場效電晶體T1、T2，還可以各自作為一定電流源使用或是並聯後作為一可以提供更大電流數值的定電流源，在第36A圖中，類似於第2圖同樣以虛線67連接高電子遷移率場效電晶體 T2與LED 18，藉此表示高電子遷移率場效電晶體 T2可以選擇性地聯合高電子遷移率場效電晶體T1一同驅動LED 18。為更進一步瞭解高電子遷移率場效電晶體之特性，以高電子遷移率場效電晶體T1為例，請參考第37圖，第37圖為高電子遷移率場效電晶體T1的電壓電流關係圖。由第37圖可知，當高電子遷移率場效電晶體T1的汲源電壓VDS
大於高電子遷移率場效電晶體T1之切入電壓Vknee
(knee voltage)時，此時，高電子遷移率場效電晶體T1操作在飽和區SS中，高電子遷移率場效電晶體T1之汲源電流IDS
大約是一常數IC
，一般稱之為飽和電流。其中，高電子遷移率場效電晶體T1之汲源電壓VDS
的大小約莫為直流電壓VDC-IN
減去LED 18的等效正向電壓Vef-led
(本實施例中，設定為50V)，再減去單顆整流二極體之電壓VDBi
(約1.5V)，其中i=1, 2, 3, 4，即VDS
=VDC-IN
-Vef-led
-VDBi
。
保護電路63跨接電流驅動電路66與LED 18，並反向連接整流電路(橋式整流器62)。保護電路63包含保護單元Dclamp
，主要是用來保護電流驅動電路66，亦即保護高電子遷移率場效電晶體T1、T2。以高電子遷移率場效電晶體T1為例，為了達到上述用來有效保護高電子遷移率場效電晶體T1之目的，本實施例所選用的保護單元Dclamp
其反向導通電壓Vclamp
會小於高電子遷移率場效電晶體T1的崩潰電壓Vbreak
。舉例來說，當高電子遷移率場效電晶體T1的崩潰電壓Vbreak
為600V，可選用反向導通電壓Vclamp
為560V的保護單元Dclamp
。於本實施例中，保護單元Dclamp
例如為鉗位二極體，作為保護單元Dclamp
之鉗位二極體的特性在於其反向導通電壓Vclamp
(數十伏特到數百伏特不等)較順向導通電壓(約數伏特)高出許多，且其在反向導通時，保護單元Dclamp
之電阻極小。當有突波出現而導致直流電壓VDC-IN
超過保護單元Dclamp
的反向導通電壓Vclamp
(VDC-IN
＞Vclamp
)時，保護單元Dclamp
導通，此時因其反向導通的電阻極小，故大部份的直流電流IDC-IN
會流向保護單元Dclamp
，加以本實施例選用的保護單元Dclamp
的反向導通電壓Vclamp
小於高電子遷移率場效電晶體T1的崩潰電壓Vbreak
，故可以有效避免高電子遷移率場效電晶體T1、T2因直流電壓VDC-IN
過大而導致汲源電壓VDS
超過其崩潰電壓Vbreak
，進而短路的狀況產生。此外，本實施例之保護單元Dclamp
的反向導通電壓Vclamp
會較LED 18的等效正向電壓Vef-led
高，一般而言在沒有突波的情況下，直流電壓VDC-IN
會小於保護單元Dclamp
的反向導通電壓Vclamp
，此時保護單元Dclamp
不導通，直流電流IDC-IN
會流向LED 18，而不影響LED 18的作動。
為簡要說明LED驅動器60a的作動原理，以下的作動原理是針對僅以高電子遷移率場效電晶體T1來驅動LED 18為例，即虛線67未連接高電子遷移率場效電晶體 T2與LED 18，高電子遷移率場效電晶體T1未與高電子遷移率場效電晶體T2並聯的情況。如上所述，在直流電壓VDC-IN
小於保護單元Dclamp
反向導通電壓Vclamp
的情況下，保護單元Dclamp
不導通。在橋式整流器62將交流輸入電源AC-source轉換成直流電源後，直流電源會提供直流電流IDC-IN
及直流電壓VDC-IN
至LED 18。由於LED 18與高電子遷移率場效電晶體T1電性連接的關係，流向至LED 18的直流電流IDC-IN
其大小將會被高電子遷移率場效電晶體T1所限制。以下在LED 18被導通(直流電壓VDC-IN
大於等效正向電壓Vef-led
)，且高電子遷移率場效電晶體T1的汲源電壓VDS
大於高電子遷移率場效電晶體T1之切入電壓Vknee
(knee voltage)的情況進行討論。在上述的情況下，因為高電子遷移率場效電晶體T1操作於飽和區SS (如第37圖所示)中，其汲源電流IDS
大約是一常數IC
(稱之為飽和電流)。根據克希荷夫電流定律可以得知，汲源電流IDS
的大小會等於流經LED 18之直流電流IDC-IN
的大小(Ic
=IDC-IN
)，所以可將高電子遷移率場效電晶體T1當作一定電流源，用以限制直流電流IDC-IN
的大小以提供穩定的一定電流來驅動LED 18，使LED 18的發光強度維持一定。以實際的數值來說明上述的情況，於本實施例中，單顆整流二極體之電壓VDBi
約1.5V、LED 18的等效正向電壓Vef-led
約50V、高電子遷移率場效電晶體T1的崩潰電壓Vbreak
及切入電壓Vknee
約分別為600V、5V，其飽和電流Ic
約110 mA。上述有關於高電子遷移率場效電晶體T1之數值描述，仍然遵守第37圖的曲線特性，上述數值僅為一實施態樣，並非用來限制本發明。當直流電壓VDC-IN
介於60V -110V時，汲源電壓VDS
的大小約莫在8V-55V之間(VDS
=V1st
-Vef-led
-VDBi
)，大於切入電壓Vknee
。此時高電子遷移率場效電晶體T1之汲源電壓VDS
處於飽和區SS中(5V-700V之間)，故可限制直流電流IDC-IN
之大小，藉此提供LED 18一定電流Ic
= 110 mA。另一方面，當一突波出現時，若此突波所對應之直流電壓VDC-IN
大於保護單元Dclamp
反向導通電壓Vclamp
560V，則保護單元Dclamp
導通，電流大部份流向保護單元Dclamp
，以達到保護高電子遷移率場效電晶體T1的效果，避免高電子遷移率場效電晶體T1短路。
為了簡化上述LED 驅動器60a的製作流程，於本申請之一實施例中，第36A圖中的整流二極體DB1-DB4、高電子遷移率場效電晶體T1、T2，以及保護單元Dclamp
，還可共同形成於一基底91上。第38圖顯示LED驅動器60c之上視圖。於第38圖中，LED驅動器60c包含橋式整流器62、保護電路63與電流驅動電路66。於本實施例中，電流趨動電路包含兩高電子遷移率場效電晶體T1、T2，而保護電路63包含保護單元Dclamp
。其中，橋式整流器62、兩高電子遷移率場效電晶體T1、T2和保護單元Dclamp
共用基底91。換言之，LED驅動器60c為一單石結構(monolithic structure)，由單一半導體晶片經由不同製程形成LED驅動器60c之各單元。橋式整流器62、兩高電子遷移率場效電晶體T1、T2，以及保護單元Dclamp
的電連接方式與第36A圖相同，還請參考第36A圖與前述之說明。於本實施例中，橋式整流器62的四個整流二極體是利用四個多指狀結構的蕭特基二極體SBD1、SBD2、SBD3、SBD4所構成且陣列於基底91上，兩高電子遷移率場效電晶體T1、T2例如為多指狀結構的高電子遷移率場效電晶體，而保護單元Dclamp
例如為多指狀結構的鉗位二極體。其中，橋式整流器62利用接點N、L與一交流輸入電源(未繪示)電性連接，並且跨接交流輸入電源於與一發光元件(未繪示)之間。等效上，橋式整流器62中的蕭基特二極體SBD1、SBD2、SBD3、SBD4分別由許多的小蕭基特二極體並聯所構成。多指狀結構的高電子遷移率場效電晶體可以在有限的晶片面積中，提供較大的驅動電流。於一實施例中，每一個蕭基特二極體SBD1、SBD2、SBD3、SBD4亦可如第27圖所示的由多個二極體串聯而成。於另一實施例中，高電子遷移率場效電晶體T1、T2不限於皆為耗盡模式，其中之一可為增強模式（enhancement mode，E-mode）另一為耗盡模式，其詳細說明請參考第29A圖、第29B圖、第30圖。於又一實施例中，LED驅動器60c之高電子遷移率場效電晶體T1/T2還可以連接一熱敏電阻，其詳細說明請參考第33圖至第35圖之說明，在此不再重述。
請同時參考第38圖與第39圖。第39圖表示第38圖中的蕭基特二極體SBD1、高電子遷移率場效電晶體T1與保護單元Dclamp
的結構剖面示意圖。如上文以及第38圖所示，LED驅動器60c，包含由四個陣列的蕭基特二極體SBD1、SBD2、SBD3、SBD4所構成的橋式整流器62，兩個高電子遷移率場效電晶體T1、T2與保護單元Dclamp
，以及多個接點A、C、E、F、 N、L、TD1、TD2、TSG。其中陽極Asbd1~sbd4
與陰極Csbd1~sbd4
分別形成在蕭基特二極體SBD1、SBD2、SBD3、SBD4上；汲極Dhemt1
、Dhemt2
、閘極Ghemt1
、Ghemt2
、源極Shemt1
、Shemt2
分別形成在高電子遷移率場效電晶體T1、T2上；陽極Aclamp
與陰極Cclamp
分別形成在保護單元Dclamp
上。蕭基特二極體SBD1、SBD2、SBD3、SBD4和高電子遷移率場效電晶體T1、T2和保護單元Dclamp
與多個接點A、C、E、F、 N、L、TD1、TD2、TSG共同形成於基底91上.
。於本實施例中，由於蕭基特二極體SBD1、 SBD2、SBD3、SBD4四者的結構相同，且高電子遷移率場效電晶體T1、T2兩者的結構相同，為簡化說明，於第39圖中分別以蕭基特二極體SBD1以及高電子遷移率場效電晶體T1為例來說明結構，第39圖僅供結構說明之示意圖，並非實際結構尺寸及佈局。如第39圖所示，位於基底91上的蕭基特二極體SBD1包含半導體疊層90a，以及位於半導體疊層90a上的絕緣層103a、103b和陽極Asbd1
與陰極Csbd1
，其中陽極Asbd1
與陰極Csbd1
會分別與接點A、N連接；位於基底91上的高電子遷移率場效電晶體T1包含半導體疊層90a，以及位於半導體疊層90a上的絕緣層103a、103b和源極Shemt1
、汲極Dhemt1
、閘極Ghemt1
，其中源極Shemt1
與閘極Ghemt1
會與接點TSG連接，而汲極Dhemt1
會與接點TD1連接；位於基底91上的保護單元Dclamp
包含半導體疊層90a，以及位於半導體疊層90a上的絕緣層103a、103b和陽極Aclamp
與陰極Cclamp
，其中陽極Aclamp
與陰極Cclamp
會分別與接點E、F連接。
本實施例的蕭基特二極體SBD1、高電子遷移率場效電晶體T1與保護單元Dclamp
共用基底91，且各別具有相同的半導體疊層90a，因此在製作本實施例之蕭基特二極體SBD1、高電子遷移率場效電晶體T1與保護單元Dclamp
的時候，可同時製作三者之半導體疊層90a，並且還可將此三者之半導體疊層90a製作於於同一基底91上，藉此簡化製作流程。於本實施例中，在形成本實施例之半導體疊層90a之前，首先提供基底91，基底91厚度約為175~1500um。基底91本身的材料可包含半導體材料、氧化物材料以及/或者金屬材料。上述的半導體材料例如可以包含矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN) 、砷化鎵(GaAs)、氮化鋁(AlN)等；上述的氧化物材料例如可以包含藍寶石(sapphire)；上述的金屬材料例如可以包含銅(Cu)、鉬(Mo)。另外，當以導電性來區分時，基底91本身可為導電基板或者是絕緣基板，上述的導電基板包含矽(Si)基板、氮化鎵(GaN)基板、砷化鎵(GaAs)等基板，而上述的絕緣基板則包含藍寶石(sapphire)基板、絕緣矽(Silicon on insulator, SOI)基板、氮化鋁(AlN)等基板。此外，基底91可選擇性的摻雜物質於其中，以改變其導電性，以形成導電基板或不導電基板，以矽(Si)基板而言，可藉由摻雜硼(B)、砷(As)、或磷(P)使其具有導電性。
在提供基底91之後，將半導體疊層90a形成在基底91之上。半導體疊層90a包含緩衝層94、通道層96、高價帶間隙層98與蓋層100，半導體疊層90a之各層可藉由磊晶成長方式形成於基底91之上。此外，在形成緩衝層94之前，還可以選擇性地形成核層(未繪示)於基底91上，成核層的厚度約為20nm~200nm，藉由成核層可讓後續形於其上的緩衝層94與通道層96、高價帶間隙層98與蓋層100的磊晶品質較佳。成核層例如是三五族半導體材料，包括氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、或氮化鋁鎵(AlGaN)等材料。半導體疊層90a可以透過磊晶的方式成長於基底91上，磊晶方式包含但不限於金屬有機物化學氣相磊晶法(metal-organicchemical vapor deposition, MOCVD)或分子束磊晶法(molecular-beam epitaxy,MBE)，然而本申請不以磊晶的方式為限，亦即本申請基底91不限於成長基底。於其他實施例中，半導體疊層90a可以先磊晶成長於其他的成長基底上，再將半導體疊層90a與基底91結合，基底91包含金屬、介電材料、絕緣材料或複合材料。結合方式包含膠合、焊接、熱壓等等。或者，將磊晶形成在ㄧ成長基底上的半導體疊層90a與基底91直接對位接合，然後再完全或部分移除此成長基底，使半導體疊層90a位在基底91上。或者，將半導體疊層90a先磊晶成長於其他的成長基底，然後將此成長基底減薄，接著將減薄後的成長基底連同其上的半導體疊層90a與基底91結合，而使半導體疊層90a形成在由減薄的成長基底與基底91所構成的複合基底上。
在成核層形成之後，形成緩衝層94於其上，緩衝層94可以是如前所述的摻雜有碳(C-doped)的本質GaN。緩衝層94用以讓後續形成於其上的通道層96與高價帶間隙層98之磊晶品質較佳，其厚度約為1um~10um。緩衝層94可以是單層或是多層，當緩衝層94為多層時，可包括超晶格疊層(super lattice multilayer)或兩層以上材料各不相同之疊層。單層或多層緩衝層94之材料可包括三五族半導體材料，例如氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、或氮化鋁鎵(AlGaN)等材料，並且可摻雜其他元素，例如碳或是鐵，於其中，摻雜濃度可為依成長方向漸變或固定。此外，當緩衝層94為超晶格疊層時，其可由兩層具不同材料交互堆疊之多層磊晶層所構成，其材料可為三五族半導體材料，例如是由氮化鋁層(AlN)與氮化鎵鋁層(AlGaN)所構成，氮化鋁層與氮化鎵層兩層相加的約為2nm~30nm，整體厚度約為1 um~5um。
於緩衝層94形成之後，以磊晶方式形成通道層96以及高價帶間隙層98於緩衝層94之上。通道層96厚度範圍在50~300nm，形成於緩衝層94上，並具有一第一能隙。高價帶間隙層98厚度範圍在20~50nm，形成在通道層96上，並具有一第二能隙，第二能隙較第一能隙高，高價帶間隙層98之晶格常數比通道層96小。在本實施例中，通道層96包含氮化銦鎵(Inx
Ga(1-x)
N)，0≦x＜1，高價帶間隙層98之材料為氮化鋁鎵(Aly
Ga(1-y)
N)，y介於0.1至0.3之間，通道層96及高價帶間隙層98可為本質半導體；於其他實施例中，高價帶間隙層98之材料可為氮化鋁銦鎵(Alw
Inz
Ga(1-z)
N)，0＜w＜1，0≦z＜1。如前所述，二維電子雲可以形成在通道層96內鄰接於通道層96與高價帶間隙層98之接面，作為導電通道。詳細而言，二維電子雲的形成是由於能帶因受到高價帶間隙層98之自發性極化 (spontaneous polarization)，以及受到來自於通道層96及高價帶間隙層98因晶格常數不匹配而形成壓電極化(piezoelectric polarization)的影響而彎曲，使得部分能帶位於費米能階之下，而在通道層96及高價帶間隙層98間的接面處會形成二維電子雲。
在形成高價帶間隙層98於通道層96之後，還可以參考第14圖步驟140的方式，利用感應式耦合電漿蝕刻等方式圖案化緩衝層94、通道層96與高價帶間隙層98、蓋層100而完成平台區95。由於在此步驟之前，蕭基特二極體SBD1、高電子遷移率場效電晶體T1的半導體疊層90a與保護單元Dclamp
的半導體疊層90a為彼此連接在一起，經由此步驟蕭基特二極體SBD1的半導體疊層90a、高電子遷移率場效電晶體T1的半導體疊層90a與保護單元Dclamp
的半導體疊層90a可彼此分離，進而達到各半導體疊層90a間電性絕緣之目的。然而本申請不以上述為限，可視製程的需求，調整平台區95的形成時機與形成方式，舉例而言於其他實施例中，當緩衝層94為一高阻值層時，在形成平台區95時，不需要完全蝕刻緩衝層94，只需蝕刻位於緩衝層94上的通道層96與高價帶間隙層98、蓋層100就能達到使各半導體疊層90a間彼此電性絕緣之目的。換言之，在上述的情況下，緩衝層94可完全或者部分被保留，蕭基特二極體SBD1、高電子遷移率場效電晶體T1與保護單元Dclamp
在共用緩衝層94的情況下，各半導體疊層90a仍然可以彼此電性隔絕。
於本實施例中，為了使在直流電壓VDC-IN
小於保護單元Dclamp
反向導通電壓Vclamp
的情況下，保護單元Dclamp
不導通，在形成高價帶間隙層98於通道層96上之後，還進一步形成p型阻障層Pb
於保護單元Dclamp
的高價帶間隙層98之中，利用p型阻障層Pb
使其下方位於通道層96內的二維電子雲完全空乏，藉此達到上述在直流電壓VDC-IN
小於保護單元Dclamp
反向導通電壓Vclamp
的情況下，保護單元Dclamp
不導通之目的。本實施例是以對保護單元Dclamp
的高價帶間隙層98進行摻雜以形成p型阻障層Pb
為例。當p型阻障層Pb
層形成在高價帶間隙層98中時，p型阻障層Pb
會改變費米能階的位置，使得p型阻障層Pb
所在位置的費米能階遠離導電帶往價帶的方向移動， 一旦p型阻障層Pb
所在位置的費米能階位於導電帶之下方時，則其下方位於通道層96內的二維電子雲完全空乏。一般而言p型阻障層Pb
的摻雜濃度會與載子濃度正相關，而p型阻障層Pb
的載子濃度與厚度會分別與二維電子雲的濃度負相關，對於p型阻障層Pb
層形成在高價帶間隙層98層的情況來說，p型阻障層Pb
層的載子濃度越高或p型阻障層Pb
層的厚度Tb
越厚，則p型阻障層Pb
所在位置的費米能階會越往價帶的方向移動，而使得其下方的二維電子雲的濃度越低。於本實施例中，可藉由讓p型阻障層Pb
的厚度Tb
大於或等於高價帶間隙層98之厚度，使得p型阻障層Pb
所在位置的費米能階皆位於導帶下方而不與導帶重疊，從而使得p型阻障層Pb
下方之二維電子雲完全空乏，或者藉由調高p型阻障層Pb
的載子濃度使得p型阻障層Pb
所在位置的導帶與費米能階不重疊，從而使得p型阻障層Pb
下方之二維電子雲完全空乏。換句話說，p型阻障層Pb
之載子濃度與厚度Tb
會影響p型阻障層Pb
的極性大小，進而改變p型阻障層Pb
的能帶位置，使得費米能階與價帶之間的距離隨之改變，藉此p型阻障層Pb
下方二維電子雲濃度亦隨之改變。
此外，p型阻障層Pb
之載子濃度與長度Lb
還會影響p型阻障層Pb
與通道層96間之空乏區寬度。由於保護單元Dclamp
的反向導通電壓Vclamp
之大小會同時受到二維電子雲之濃度和p型阻障層Pb
與通道層96間之空乏區寬度的影響，故還可藉由調整p型阻障層Pb
之載子濃度、長度Lb
、厚度Tb
改變反向導通電壓Vclamp
之大小。詳細而言，保護單元Dclamp
的反向導通電壓Vclamp
會與p型阻障層Pb
之載子濃度負相關，而與p型阻障層Pb
之長度Lb
正相關，載子濃度越低或長度Lb
越長則保護單元Dclamp
的空乏區越寬，因此其反向導通電壓Vclamp
越高，此處所提及的空乏區意謂靠近p型阻障層Pb
與通道層96接面處，沒有可移動載子的區域。在經由適當的調整p型阻障層Pb
之載子濃度與p型阻障層Pb
之長度Lb
下，保護單元Dclamp
的反向導通電壓Vclamp
可以滿足小於高電子遷移率場效電晶體T1崩潰電壓Vbreak
的需求。綜合來說，由於本實施例p型阻障層Pb
能改變其下方二維電子雲之濃度，也能調整保護單元Dclamp
的反向導通電壓Vclamp
，故適當的調整p型阻障層Pb
之載子濃度與長度Lb
，可以同時達到保護單元Dclamp
的反向導通電壓Vclamp
小於高電子遷移率場效電晶體T1崩潰電壓Vbreak
，以及當直流電壓VDC-IN
小於保護單元Dclamp
反向導通電壓Vclamp
的情況下，保護單元Dclamp
不導通之目的。本申請不以上述方法為限，亦可透過其他方式來達成上述之目的，舉例而言於其他實施例中，亦可將p型阻障層Pb
另外形成於保護單元Dclamp
的高價帶間隙層98之上(未繪示)，如同上述之原理，當p型阻障層Pb
層形成在高價帶間隙層98上時，p型阻障層Pb
會改變費米能階的位置，使得p型阻障層Pb
所在位置的費米能階遠離導電帶往價帶的方向移動， 一旦p型阻障層Pb
所在位置的費米能階位於導電帶之下方時，則其下方位於通道層96內的二維電子雲完全空乏。一般而言p型阻障層Pb
的摻雜濃度會與載子濃度正相關，而p型阻障層Pb
的載子濃度會分別影響二維電子雲的濃度。特別說明的是，在p型阻障層Pb
層形成在高價帶間隙層98上時，p型阻障層Pb
層的厚度與二維電子雲的濃度較無關聯，主要會藉由調整p型阻障層Pb
的載子濃度使p型阻障層Pb
下方位於通道層96中之二維電子雲完全空乏，並藉由調整p型阻障層Pb
之載子濃度、厚度Tb
與長度Lb
來改變能保護單元Dclamp
的反向導通電壓Vclamp
之大小，其原理如上所述，在此不再贅述。
於完成平台區95後，還可以參考第14圖步驟144的方式，利用磊晶成長或是濺鍍的方式以及搭配圖案化的流程，在一道製程中將絕緣層103a分別成長於蕭基特二極體SBD1的高價帶間隙層98上方、高電子遷移率場效電晶體T1的高價帶間隙層98上方，以及保護單元Dclamp
的高價帶間隙層98上方，舉例來說可以用金屬有機物化學氣相磊晶法(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD) 或分子束磊晶法(molecular-beam epitaxy, MBE)等方式磊晶成長絕緣層103a。於本實施例中，絕緣層103a大致覆蓋高價帶間隙層98之表面，其作用為改善表面漏電流，以及保護高價帶間隙層98之表面。絕緣層103a可以是絕緣材料或高阻值材料，包含氮化物絕緣材料，如氮化矽(SiNx
)，氧化物絕緣材料，如二氧化矽(SiO2
)，或是p型的三五族半導體，如p型氮化鎵層(p-GaN)。 然而本申請不以上述為限，也可以其他具有相同特性之材料取代之，另外，絕緣層103a之位置也不限於本申請之揭露內容。
於絕緣層103a製作完畢製後，於同一道製程中(請參考第14圖步驟142)，分別於蕭基特二極體SBD1及高電子遷移率場效電晶體T1和保護單元Dclamp
的絕緣層103b上方沉積金屬層(未繪示)，並將金屬層圖案化以形成多個金屬片102’a、102’b、102’c、102’d、102’e。在本實施例中，可以藉由選擇適當的金屬層材料(如鈦/鋁/鈦/金)，以及/或者藉由製程(如，熱退火)以使多個金屬片102’a、102’b、102’c、102’d、102’e、102’f和高價帶間隙層98 之間形成歐姆接觸。其中，金屬片102’a、102’b作為蕭基特二極體SBD1的陽極Asbd1
與陰極Csbd1
；金屬片102’c、102’d作為高電子遷移率場效電晶體T1的源極Shemt1
與汲極Dhemt1
；金屬片102’e、102’f作為保護單元Dclamp
的陽極Aclamp
與陰極Cclamp
。於多個電極Asbd1
、Csbd1
、Shemt1
、Dhemt1
、Aclamp
、Cclamp
製作完畢後，可參考第14圖步驟146，於高電子遷移率場效電晶體T1上方沉積金屬層(未繪示)，並將金屬層圖案化以形成金屬片104’a。在本實施例中，可以藉由選擇適當的金屬層材料(如鎳/金/鉑)，以使金屬片104’a和高價帶間隙層98 之間形成蕭特基接觸。其中，金屬片104’a作為高電子遷移率場效電晶體T1的閘極Ghemt1
。
在形成上述的閘極Ghemt1
之後，還可以進一步形成絕緣層103b以覆蓋高價帶間隙層98，以防止高價帶間隙層98因水氣而劣化，造成電性上的影響。而在本實施例中，絕緣層103b的材料請參考先前對於絕緣層103a之敘述，在此不再贅述。另外，為了使上述電極便於與外界電性連接，於絕緣層層103b製作完成之後，還可分別於基底91上形成如第38圖所示之多個接點C、N、L、A、TD1、TD2、TSG、E、F。其中接點C、N、L、A用來與蕭基特二極體SBD1、SBD2、SBD3、SBD4之陽極Asbd1~sbd4
與陰極Csbd1~sbd4
連接(詳細連接方式請參考下文)；接點TD1、TD2分別用來與高電子遷移率場效電晶體T1、T2的汲極Dhemt1
、Dhemt2
連接；接點TSG與高電子遷移率場效電晶體T1的源極Shemt1
和閘極Ghemt1
，以及高電子遷移率場效電晶體T2的源極Shemt2
和閘極Ghemt2
連接；接點E與接點F分別與保護單元Dclamp
的陽極Aclamp
與陰極Cclamp
連接。於第39圖中僅列舉與蕭基特二極體SBD1、高電子遷移率場效電晶體T1和保護單元Dclamp
相關的接點A、N、TD1、TSG、E、F。其中，接點A與接點N分別蕭基特二極體SBD1的陽極Asbd1
與陰極Csbd1
連接；接點TSG與高電子遷移率場效電晶體T1的源極Shemt1
和閘極Ghemt1
連接，接點TD1與高電子遷移率場效電晶體T1的汲極Dhemt1
連接；接點E與接點F分別與保護單元Dclamp
的陽極Aclamp
與陰極Cclamp
連接。蕭基特二極體SBD2、SBD3、SBD4以及高電子遷移率場效電晶體T2的結構與形成方式，與蕭基特二極體SBD1以及高電子遷移率場效電晶體T1的結構和形成方式相同，請參考上述有關於蕭基特二極體SBD1以及高電子遷移率場效電晶體T1之說明，在此不再贅述。
於本申請中，為了實現第36A圖之電連接關係，如第38圖所示，接點A除了連接蕭基特二極體SBD1的陽極Asbd1
外，還會連接蕭基特二極體SBD2的陽極Asbd2
；接點N除了連接蕭基特二極體SBD1的陰極Csbd1
外，還會連接蕭基特二極體SBD4的陽極Asbd4
；接點L連接蕭基特二極體SBD3的陽極 Asbd3
與蕭基特二極體SBD2的陰極Csbd2
；接點C連接蕭基特二極體SBD3的陰極Csbd3
與蕭基特二極體SBD4的陰極Csbd4
；接點TSG除了連接高電子遷移率場效電晶體T1的源極Shemt1
和閘極Ghemt1
外，還與高電子遷移率場效電晶體T2的源極Shemt2
和閘極Ghemt2
連接；接點TD1與高電子遷移率場效電晶體T1的汲極Dhemt1
連接；接點TD2與高電子遷移率場效電晶體T2的汲極Dhemt2
連接；接點E與接點F則如上所述地分別與保護單元Dclamp
的陽極Aclamp
與陰極Cclamp
連接。
於上述多個接點A、C、E、F、L、N、TD1、TD2、TSG形成之後，還可以選擇性的形成絕緣層103c於平台區95之側面與多個接點A、C、E、F、L、N、TD1、TD2、TSG之表面上，以防止元件因水氣而劣化的情況產生，並視情況裸露接點A、C、E、F、L、N、TD1、TD2、TSG之部分表面，以供電性連接用。於上述之絕緣層完成之後，即完成本申請之LED驅動器60c。於實際運作時，請參考第36A圖與第38圖，將交流輸入電源AC-source的一端與橋式整流器62之接點L電性連接，而將交流輸入電源AC-source的另一端與橋式整流器62之接點N電性連接；將LED 18的一端與電流驅動電路66的接點TD1與接點TD2電性連接，且將LED 18的另一端與橋式整流器62之接點C電性連接；將電流驅動電路66的接點TSG與橋式整流器62之接點A電性連接；將保護電路63的接點E與橋式整流器62之接點A連接；將保護電路63的接點F與橋式整流器62之接點C連接。
綜上所述，本申請之一實施例的LED驅動器包含一填谷電路，可使直流電源之最小值電壓維持在電壓峰值的一半，藉此足以提供足夠的電壓使發光元件持續發光。本申請之另一實施例的LED驅動器包含一保護單元，可避免因突波而造成LED驅動器中的電流驅動電路之高電子遷移率場效電晶體崩壞，進而達到保護發光元件之功效。本申請之再一實施例的LED驅動器包含一填谷電路與一保護單元，而可達成足以提供足夠的電壓使發光元件持續發光並保護發光元件之功效。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧照明系統12‧‧‧橋式整流器14‧‧‧功率因數校正器16‧‧‧LED驅動電路18、18B、18R‧‧‧LED19‧‧‧穩壓電容60、60a、60b、60c‧‧‧LED驅動器62‧‧‧橋式整流器63‧‧‧保護電路64‧‧‧填谷電路66‧‧‧電流驅動電路67‧‧‧虛線72、74、76‧‧‧電壓波形80‧‧‧半導體晶片90a‧‧‧半導體疊層91、92‧‧‧基底94‧‧‧緩衝層95、95a‧‧‧平台區96‧‧‧通道層98‧‧‧高價帶間隙層100‧‧‧蓋層102‧‧‧金屬層102a、102b、102c、102d、102e‧‧‧金屬片102'a、102'b、102'c、102'd、102'e、102'f‧‧‧金屬片103、103a、103b、103c‧‧‧絕緣層104‧‧‧金屬層104a、104'a、104b、104c、104d、104e、104f、104g、104h‧‧‧金屬片105‧‧‧護層120‧‧‧二極體符號130‧‧‧積體電路140、142、144、146、148‧‧‧步驟150、152‧‧‧曲線170‧‧‧調整區200‧‧‧照明系統300‧‧‧LED驅動器302‧‧‧電流驅動電路330‧‧‧照明系統500‧‧‧LED驅動器502‧‧‧橋式整流器504‧‧‧電流驅動電路518、5181、5182、5183‧‧‧LED5201、5202、5203、5204‧‧‧LED段550‧‧‧半導體晶片552‧‧‧積體電路560‧‧‧照明系統600‧‧‧LED驅動器700‧‧‧LED驅動器800‧‧‧LED驅動器802‧‧‧雙向可控矽調光器806‧‧‧橋式整流器808‧‧‧半導體晶片810‧‧‧橋式整流器812‧‧‧半導體晶片840‧‧‧LED驅動器848‧‧‧LED850‧‧‧電阻852‧‧‧蕭特基二極體900‧‧‧LED驅動器902、906‧‧‧熱敏電阻910‧‧‧LED驅動器A‧‧‧接點Aclamp‧‧‧保護單元之陽極Asbd1~sbd4‧‧‧蕭基特二極體之陽極AC-source‧‧‧交流輸入電源AC+、AC‧‧‧交流輸入接腳AC1、AC2‧‧‧交流電源線ARM1、ARM2‧‧‧上臂ART、ARB‧‧‧上下兩臂C‧‧‧接點Cclamp‧‧‧保護單元之陰極Csbd1~sbd4‧‧‧蕭基特二極體之陰極C1、C2、CF‧‧‧電容CC1、CC2、CC3、CC4‧‧‧電流開關DB1、DB2、DB3、DB4‧‧‧整流二極體DVF1、DVF2、DVF3‧‧‧二極體D‧‧‧端點Dclamp‧‧‧保護單元Dhemt1、Dhemt2‧‧‧汲極E‧‧‧接點D1、D2‧‧‧驅動接腳F‧‧‧接點GD、GE、Ghemt1、Ghemt2‧‧‧閘極GND‧‧‧接地線GG‧‧‧閘區域Ic‧‧‧飽和電流IDS‧‧‧汲源電流IDC-IN‧‧‧直流電流IC1、IC2‧‧‧分段電路L‧‧‧接點Lb‧‧‧p型阻障層長度ME、MD‧‧‧高電子遷移率場效電晶體N‧‧‧接點Pb‧‧‧p型阻障層PF1、PF2‧‧‧校正接腳S‧‧‧端點Shemt1、Shemt2‧‧‧源極S1、S2‧‧‧驅動接腳SBD1、SBD2、SBD3、SBD4‧‧‧蕭特基二極體SS‧‧‧飽和區TD1、TD2、TSG‧‧‧接點Tb‧‧‧p型阻障層厚度T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8‧‧‧高電子遷移率場效電晶體TP1、TP2、TP3‧‧‧時段VAC-IN‧‧‧交流電壓VDC-IN‧‧‧直流電壓VDS‧‧‧汲源電壓Vknee‧‧‧切點電壓VPEAK‧‧‧電壓峰值VCC‧‧‧高電壓接腳VDD‧‧‧直流電源線VSS‧‧‧低電壓接腳
第1圖為習知的照明系統。 第2圖顯示一依據本申請一實施例的LED驅動器。 第3圖顯示三個電壓波形。 第4A圖顯示一半導體晶片上之一金屬層之圖案。 第4B圖顯示將第4A圖之半導體晶片封裝後的一積體電路示意圖。 第5圖顯示第4A圖中之高電子遷移率場效電晶體 T1沿著線ST-ST的剖面圖。 第6圖顯示第4A圖中之二極體DVF3沿著線SD-SD的剖面圖。 第7圖顯示依據本申請一實施例的一照明系統。 第8圖顯示依據本申請另一實施例的LED驅動器。 第9A圖顯示另一半導體晶片上之一金屬層的圖案。 第9B圖顯示將第9A圖之半導體晶片封裝後的一積體電路示意圖。 第10圖顯示依據本申請另一實施例的一照明系統。 第11圖顯示LED與額外的一穩壓電容相並聯之電路圖。 第12圖顯示另一半導體晶片上之一金屬層之圖案。 第13圖顯示第4A圖中之二極體DVF3沿著線SD-SD的依據另一種實施例之晶片剖面圖。 第14圖顯示可以用來製作第13圖中之二極體的流程圖。 第15圖顯示依據本申請一實施例之金氧半場效電晶體(MOSFET)與高電子遷移率場效電晶體中IDS
對VDS
關係。 第16圖顯示依據本申請另一實施例之LED驅動器。 第17圖顯示依據本申請一實施例之一半導體晶片上之一金屬層之圖案。 第18圖顯示將第17圖之半導體晶片封裝後的一積體電路。 第19圖顯示採用第18圖中之積體電路實現的一照明系統。 第20圖顯示依據本申請一實施例之一LED驅動器之電路設計。 第21圖顯示依據本申請又一實施例之一LED驅動器，具有多個LED。 第22圖顯示依據本申請一實施例之一二極體晶片之剖面圖。 第23圖顯示依據本申請另一實施例之LED驅動器。 第24圖顯示了一橋式整流器。 第25圖舉例顯示一半導體晶片，其可以實現第24圖中的橋式整流器。 第26A、26B與26C圖顯示半導體晶片808沿著線CSV1- CSV1、CSV2- CSV2與CSV3- CSV3的晶片剖面圖。 第27圖顯示了另一橋式整流器。 第28圖舉例顯示一半導體晶片，其可以實現第27圖中的橋式整流器。 第29A圖顯示在一半導體晶片上的一增強模式高電子遷移率場效電晶體 ME與一耗盡模式的高電子遷移率場效電晶體 MD。 第29B圖則顯示第29A圖中高電子遷移率場效電晶體 MD與ME之間的電連接。 第30圖則顯示第29A圖中，沿著線CSV4-CSV4的晶片剖面圖。 第31圖顯示依據本申請一實施例之一LED驅動器。 第32圖顯示了第31圖中的交流輸入電源的電壓波形以及流經橋式整流器844的一電流波形。 第33圖顯示了具有正溫度係數的一熱敏電阻之一LED驅動器。 第34圖顯示了具有負溫度係數的一熱敏電阻之一LED驅動器。 第35圖顯示了具有熱敏電阻之另一LED驅動器。 第36A圖顯示一依據本申請一實施例的LED驅動器。 第36B圖顯示一依據本申請另一實施例的LED驅動器。 第37圖為高電子遷移率場效電晶體的電壓電流關係圖。 第38圖顯示一依據本申請另一實施例的LED驅動器之上視圖。 第39圖表示第38圖中的蕭基特二極體、高電子遷移率場效電晶體與保護單元 的結構剖面示意圖。
18‧‧‧LED
60a‧‧‧LED驅動器
62‧‧‧橋式整流器(整流電路)
63‧‧‧保護電路
66‧‧‧電流驅動電路
67‧‧‧虛線
A、C、N、L‧‧‧接點
AC-source‧‧‧交流輸入電源
Dclamp‧‧‧保護單元
DB1、DB2、DB3、DB4‧‧‧整流二極體
Fuse‧‧‧熔絲開關
IDC-IN‧‧‧直流電流
T1、T2‧‧‧高電子遷移率場效電晶體
VDC-IN‧‧‧交流電壓
Claims (9)
- 一種驅動器，用以驅動一發光元件，包含有：一整流電路，包含一整流二極體，用以接收一交流輸入電源並轉換成一直流電源，該直流電源包含一直流電流及一直流電壓；一電流驅動電路，包含一定電流單元，其中該整流電路、該電流驅動電路與該發光元件三者串聯，該電流驅動電路用以限制該直流電流之大小以驅動該發光元件；以及一保護電路，包含一保護單元，其中，該保護電路跨接該電流驅動電路與該發光元件，當該直流電壓大於一定值時，該直流電流流向該保護電路；其中，該整流二極體、該定電流單元和該保護單元共用一基底；其中，該整流二極體、該定電流單元和該保護單元分別包含一半導體疊層，該些半導體疊層的結構及構成材料相同。
- 如申請專利範圍第1項之該驅動器，其中該些半導體疊層磊晶形成於該基底上。
- 如申請專利範圍第2項之該驅動器，其中，該些半導體疊層分別包含一緩衝層位於該基底上、一通道層位於該緩衝層上、一高價帶間隙層位於該通道層上。
- 如申請專利範圍第3項之該驅動器，其中，該保護單元更包含一p型阻障層位於該通道層之上。
- 如申請專利範圍第4項之該驅動器，其中，該p型阻障層的厚度大於該高價帶間隙層。
- 如申請專利範圍第3項之該驅動器，其中，該保護單元為一鉗位二極體。
- 如申請專利範圍第1項之該驅動器，其中，該定電流單元、該保護單元或該整流二極體為一多指狀結構的高電子遷移率場效電晶體。
- 如申請專利範圍第1項之該驅動器，其中，該整流二極體的數目為多個，該定電流單元的數目為多個。
- 如申請專利範圍第8項之該驅動器，其中，該多個整流二極體陣列排列。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120280247A1 (en) * | 2011-05-04 | 2012-11-08 | International Rectifier Corporation | High Voltage Cascoded III-Nitride Rectifier Package Utilizing Clips on Package Support Surface |
| US20140346954A1 (en) * | 2012-01-10 | 2014-11-27 | Sichuan Sunfor Light Co., Ltd. | White led light emitting device driven directly by constant alternating current |
| US20160174318A1 (en) * | 2014-12-11 | 2016-06-16 | LSI Computer Systems, Inc. | Minimal component high voltage current limited ac dimmable led driver |
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Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120280247A1 (en) * | 2011-05-04 | 2012-11-08 | International Rectifier Corporation | High Voltage Cascoded III-Nitride Rectifier Package Utilizing Clips on Package Support Surface |
| US20140346954A1 (en) * | 2012-01-10 | 2014-11-27 | Sichuan Sunfor Light Co., Ltd. | White led light emitting device driven directly by constant alternating current |
| US20160174318A1 (en) * | 2014-12-11 | 2016-06-16 | LSI Computer Systems, Inc. | Minimal component high voltage current limited ac dimmable led driver |
| TW201633847A (zh) * | 2015-03-02 | 2016-09-16 | 晶元光電股份有限公司 | 發光二極體之驅動器與相關之照明系統 |
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