交流驅動多波長發光組件的制作方法

專利名稱：交流驅動多波長發光組件的制作方法
技術領域：
本發明有關于一種交流驅動(alterative current, AC)多波長 (multi-wavelength)發光組件，尤指一種具有可直接產生白光的多波長發光二極管 (light-emitting diode, LED)的交流驅動多波長發光組件。
背景技術：
因應全球石化能源枯竭與環境污染日趨嚴重，同時具有節能與環保兩種特性的發 光二極管，尤其是白光發光二極管，持續地在照明與顯示兩項重要的發展領域中受到重視。公知白光發光二極管具有數種可行的制作方法，例如直接應用數個紅色、藍色、 綠色等不同光色的發光二極管芯片制作成單體白光發光二極管(R/G/Bsingle-package white-LED)或白光發光二極管模塊、白光發光二極管陣列(R/G/B white-LED module or array)。但利用調整紅、藍、綠三種發光二極管的亮度繼而混光獲得白光的最大缺點，在于 其成本難以樽節，而不利于商品化的發展，因此目前多專注在對于顯色指數要求較高的特 定應用市場。另外一種方式，則是利用熒光粉體制作白光發光二極管，例如利用三五族氮化 物半導體材料制作的藍光發光二極管，搭配釔鋁石榴石(yttrium aluminum garnet, YAG) 黃光熒光粉體，使藍光發光二極管所發射的藍光經由黃光熒光粉體混光后產生白光。除了 上述藍光發光二極管加上黃光熒光粉體的制作方式外，亦可以藍光發光二極管加上綠光與 紅光或其它組合的熒光粉體，或以紫外光發光二極管(UV-LED)加上紅光及藍光熒光粉體 與綠光熒光粉體等組合而制成。但是利用紅、綠、藍熒光粉體的總體激發效率并不如單一黃 光熒光粉體高，且紫外光對于許多材料的老化破壞也造成后續封裝材料選擇的困難。因此 利用藍光發光二極管加上黃光熒光粉體制作的白光發光二極管就通過制作及實現方法簡 單、驅動容易、成本低廉、與效率較高等優點，成為白光發光二極管的主流。另外，隨著光電科技的不斷發展，傳統以直流電源驅動的發光二極管芯片，更被 期待能在以交流電為主的一般生活環境中使用。因此，在2005年韓國漢城半導體與美國 III-N technology相繼發表交流電驅動發光二極管(AC-LED)之后，擁有先進光電產業 的各國莫不將交流驅動發光二極管視為極具發展潛力的新組件。交流驅動發光二極管光 源的重大技術突破即是在發光二極管晶粒封裝成芯片時的特殊排列組合利用發光二極 管晶粒中p-n接面的二極管特性兼做整流，交流驅動發光二極管芯片采用了惠斯登電橋 (ffheatstone bridge)的設計概念，將復數個發光二極管晶粒串組成一個整流橋，且晶粒設 置于整流后電流方向恒定的區域，因此無論交流電偏壓方向為何，晶粒均可發光，是以交流 驅動發光二極管芯片可直接使用于交流電壓。但值得注意的是，交流驅動發光二極管芯片在白光的應用中卻碰上了限制由于 公知利用熒光粉體制作的白光發光二極管芯片在封裝晶粒時將所需的熒光粉體施加在晶 粒上，而交流驅動發光二極管芯片內包括了復數個晶粒，所以熒光粉體在封裝工藝中必需 均勻地覆蓋所述等晶粒。但是，在制作或操作的過程中，交流驅動發光二極管芯片內任一晶 粒的失效或效能不足都會造成交流驅動發光二極管芯片亮度的損失；而藍光發光二極管加上熒光粉體混光所產生的白光，尤其是藍光發光二極管加上黃光熒光粉體，對于亮度的變 化非常敏感，因此芯片亮度的損失將會導致色品坐標(chromaticity coordinate)的改變。 也就是說，在交流驅動發光二極管芯片作為白光光源的應用時，必須面對所產生的白光有 顏色偏差的問題。

發明內容
因此，本發明的一目的為提供一種可有效避免白光顏色偏差問題的交流驅動多波 長發光組件。根據本發明所提供的權利要求，提供一種交流驅動多波長發光組件，包括有一基 材以及復數個多波長發光二極管。所述多波長發光二極管以串聯與并聯方式相互電性連接 而設置于所述基材上，且分別包括復數層活性層。根據本發明所提供的交流驅動多波長發光組件，利用所述多波長發光二極管的不 同活性層所產生的不同顏色光直接混色形成白光或多波長的混光，并將所述多波長發光二 極管串聯與并聯電性連接，使交流驅動多波長發光組件可直接使用于交流電壓。更重要的 是，由于本發明所提供的多波長發光二極管不需通過任何熒光粉體進行混光，即可直接混 色產生白光而作為一白光發光二極管。因此，即使交流驅動多波長發光組件發生亮度損失 的問題，仍可根本性地避免熒光粉體因亮度不均而產生的白光顏色偏差等問題。


圖1為本發明所提供的交流驅動多波長發光組件的一第一優選實施例的剖面示 意圖；圖2為本發明所提供的交流驅動多波長發光組件的一第二優選實施例的剖面示 意圖；圖3為本發明所提供的串聯多波長發光二極管的剖面示意圖；圖4與圖5分別為本優選實施例所提供的交流驅動多波長發光組件不同實施型態 的電路示意圖。其中，附圖標記說明如下100多波長發光二極管102基板
110第一型半導體層112,114活性層
112a第一活性層112b第二活性層
114a第三活性層114b第四活性層
114c第五活性層116第二型半導體層
120透明導電層130,132焊墊
140圖案化絕緣層142開口
150導電層200交流驅動波長發光組件
202基材210,212電橋
300交流驅動多波長發光組件400交流電源
具體實施例方式請參閱圖1與圖2，圖1與圖2分別為本發明所提供的交流驅動多波長發光組件的 一第一優選實施例與一第二優選實施例的剖面示意圖。值得注意的是，本發明所提供的交 流驅動多波長發光組件包括有復數個多波長發光二極管，任一多波長發光二極管皆包括如 圖1所示的結構。如圖1所示，本發明所提供的用以構建交流驅動多波長發光組件的多波 長發光二極管100包括一基板102，如藍寶石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅、氧化鋅(ZnO)、 氧化鎂鋁(MgAl2O4)或砷化鎵(GaAs)等基板上。在基板102上則由下而上依序設置一第一 型半導體層110、一第二型半導體層116、與設置于第一型半導體層110及第二型半導體層 116之間的復數層活性層(active layer) 1120在本第一優選實施例中，復數層活性層112 以一第一活性層112a與一第二活性層112b為例示，但不限于此。在本第一優選實施例中第 一型為η型；而第二型為ρ型，但所屬領域技術人員應知第一型與第二型等導電類型可依工 藝或產品需要而不限于第一型為P型，第二型為η型。此外基板102與第一型半導體層110 之間更設置有一緩沖層(圖未示)，但所述膜層的設置應為所屬領域技術人員所知，故于此 不再贅述，亦省略于圖1中。第一型半導體層110、第一活性層112a、第二活性層112b與 第二型半導體層116等膜層可利用外延成長方法形成于基板102上，因此包括外延材料如 三五族氮化物半導體材料，例如氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)與氮化 鋁銦鎵(AlInGaN)等，且第一活性層112a與第二活性層112b可包括多重量子井(multiple quantumwell，MQW)。值得注意的是，本第一優選實施例中的多波長發光二極管利用設置于第一型半導 體層Iio與第二型半導體層116之間的第一活性層112a與第二活性層112b混光而直接產 生白光，因此本優選實施例所提供的多波長發光二極管亦為一白光發光二極管多波長發 光二極管100的第一活性層112a與第二活性層112b分別包括一第一波長光與一第二波 長光，且第一波長光不同于第二波長光。舉例來說，第一波長光的波長(λ)范圍在550 650納米(nanometer，nm)之間；而第二波長光的波長范圍則在450 510納米之間。由此 可知，第一活性層112a與第二活性層112b可分別產生黃光與藍光，黃光與藍光混合后即產 生白光，因此本發明所提供的任一多波長發光二極管100皆不需在封裝工藝中添加熒光粉 體，即可由自身產生白光，而作為一白光發光二極管。此外，在本第一優選實施例的一變化型中，第一活性層112a所產生的第一波長光 的波長范圍可為500 600納米；第二活性層112b所產生的第一波長光的波長范圍可為 340 430納米。由此可知，第一活性層112a與第二活性層112b可分別產生黃綠光與紫外 (UV)光，而黃綠光與UV光混合后即可產生白光。故在此變化型中，多波長發光二極管100 亦可作為一白光發光二極管。請繼續參閱圖1。在第二型半導體層116上另形成有一透明導電層120，其可為氧 化銦錫(indium tin oxide，IT0)，但不限于此。透明導電層120用以與第二型半導體層116 形成奧姆接觸(Ohmic contact)，并兼作電極。在第一型半導體層110與透明導電層120上 則分別形成一焊墊130、132，其中設置于第一型半導體層110上的焊墊130亦兼作電極。請參閱圖2。由于圖2中交流驅動多波長發光組件中除活性層之外的各組件皆與 第一優選實施例相同，因此相同的組件采用相同的標號，且不再贅述。與第一優選實施例不 同的是，第二優選實施例中所包括的復數層活性層114以一第三活性層114a、一第四活性層114b與一第五活性層114c為例示，但所屬領域技術人員應知所述等活性層的設置并不 限于此。第三活性層114a、第四活性層114b與第五活性層114c亦包括多重量子井，且第三 活性層114a、第四活性層114b與第五活性層114c分別產生一第三波長光、一第四波長光與 一第五波長光。第三波長光的波長范圍在560 600納米之間、所述第四波長光的波長范圍 在520 560納米之間、所述第五波長光的波長范圍在200 430納米之間。由此可知，第三 活性層114a、第四活性層114b與第五活性層114c可分別產生黃光、綠光與UV光，并通過黃 光、綠光與UV光直接混合后產生白光，因此本第二優選實施例所提供的任一多波長發光二極 管100亦為不需在封裝工藝中添加熒光粉體，即可由自身產生白光的白光發光二極管。請參閱圖3，圖3為第一與第二優選實施例所提供的串聯多波長發光二極管的剖 面示意圖。如前所述，交流驅動發光組件通過將各發光二極管晶粒以電橋方式串聯與并聯 而得，因此在完成多波長發光二極管100的制作后，更于各多波長發光二極管100上形成一 圖案化絕緣層140，以電性隔絕各多波長發光二極管100，而在相對于各焊墊130、132處則 分別形成一開口 142以供后續建構電路之用。在第一與第二優選實施例中，預定以串聯方 式電性連接的相鄰二多波長發光二極管100通過一導電層150，如一金屬層，電性連接焊墊 130與焊墊132，完成串聯電路的建構。接下來請參閱圖4與圖5，圖4與圖5分別為第一與第二優選實施例所提供的交流 驅動發光組件不同實施型態的電路示意圖。如圖4所示，本優選實施例所提供的交流驅動 多波長發光組件200利用上述的多波長發光二極管100串聯與并聯形成電橋210、212，并設 置于一基材202 (示于圖3)上。此外，電橋210、212再串聯，之后始進行封裝工藝，完成多 波長發光組件芯片的制作，而此多波長發光組件200可直接使用于交流電源400。請參閱圖 5，另外，依據不同產品的需求，在圖5所示的交流驅動多波長發光組件300中，亦可將不同 組已串聯的電橋210、212再以并聯方式電性連接，以增加交流電正負半周點亮的多波長發 光二極管100數量。之后，始進行封裝工藝，完成交流驅動多波長發光組件芯片的制作，而 此交流驅動多波長發光組件300可直接使用于交流電源400。綜上所述，本發明所提供的交流驅動多波長發光組件，可利用所述等多波長發光 二極管的復數層活性層所產生的不同顏色光直接混色形成白光，因此可直接作為白光發光 二極管。并且，通過串聯或并聯等方式電性連接所述白光發光二極管，形成可直接使用于交 流電壓的交流驅動多波長/白光發光組件。更重要的是，由于本發明所提供的白光發光二 極管不需通過任何熒光粉體進行混光，故即使交流驅動白光發光組件中發生白光發光二極 管發光效能不足甚至失效的情形而導致亮度的損失，仍可根本性地避免熒光粉體因亮度不 均而產生的白光顏色偏差等問題。以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修 飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種交流驅動多波長發光組件，其特征在于，包括一基材；以及復數個多波長發光二極管，以串聯與并聯方式相互電性連接而設置于所述基材上；其 中，所述多波長發光二極管分別包括復數層活性層。
2.如權利要求1所述的交流驅動多波長發光組件，其特征在于，各所述多波長發光二 極管均分別包括一第一型半導體層與一第二型半導體層，且所述活性層設置于所述第一型 半導體層與所述第二型半導體層之間。
3.如權利要求2所述的交流驅動多波長發光組件，其特征在于，所述第一型半導體層 與所述第二型半導體層包括三五族氮化物半導體材料。
4.如權利要求2所述的交流驅動多波長發光組件，其特征在于，所述多波長發光二極 管更包括一第一焊墊與一第二焊墊，分別設置于所述第一型半導體層與所述第二型半導體 層上，其中至少一多波長發光二極管的所述第一焊墊與相鄰的多波長發光二極管的所述第 二焊墊電性連接以串聯所述發光二極管。
5.如權利要求1所述的交流驅動多波長發光組件，其特征在于，所述多波長發光二極 管的所述活性層分別產生一第一波長光與一第二波長光，且所述第一波長光不同于所述第 二波長光。
6.如權利要求5所述的交流驅動多波長發光組件，其特征在于，所述第一波長光的波 長范圍在550 650納米之間，而所述第二波長光的波長范圍在450 510納米之間。
7.如權利要求5所述的交流驅動多波長發光組件，其特征在于，所述第一波長光的波 長范圍在500 600納米之間，而所述第二波長光的波長范圍在340 430納米之間。
8.如權利要求1所述的交流驅動多波長發光組件，其特征在于，所述多波長發光二極 管的所述等活性層分別產生一第三波長光、一第四波長光與一第五波長光，且所述等波長 光不同于彼此。
9.如權利要求8所述的交流驅動多波長發光組件，其特征在于，所述第三波長光的波 長范圍在560 600納米之間、所述第四波長光的波長范圍在520 560納米之間、所述第 五波長光的波長范圍在200 430納米之間。
10.如權利要求1所述的交流驅動多波長發光組件，其特征在于，所述多波長發光二極 管串聯與并聯形成至少一電橋，其中所述電橋以串聯與并聯方式相互電性連接。
全文摘要
本發明公開了一種交流驅動多波長發光組件，該組件包括一基材以及復數個設置于所述基材上的多波長發光二極管，所述多波長發光二極管分別包括復數層活性層，而所述活性層所產生的不同顏色光直接混色形成白光或多波長的混光。所述多波長發光二極管以串聯與并聯方式相互電性連接形成至少一電橋，使所述交流驅動多波長發光組件可直接使用于交流電壓。
文檔編號H01L33/00GK102086978SQ200910252070
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月8日 優先權日2009年12月8日
發明者沈佳輝, 洪梓健, 馬志邦 申請人:展晶科技(深圳)有限公司, 榮創能源科技股份有限公司