專利名稱：具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，特別是一種具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)的發(fā)光原理是利用半導(dǎo)體固有特性，不同于白熾燈發(fā)熱的發(fā)光原理，所以發(fā)光二極管被稱為冷光源(coldlight)。發(fā)光二極管具有高耐久性、壽命長(zhǎng)、輕巧、耗電量低等優(yōu)點(diǎn)，且不含水銀等有害物質(zhì)，因此現(xiàn)今照明市場(chǎng)對(duì)于發(fā)光二極管照明寄予極大厚望。
然而，目前發(fā)光二極管組件在應(yīng)用上受到的最大限制，在于其多是僅能接收低壓的直流電，而高壓或是交流電都可能會(huì)使得發(fā)光二極管損壞，故，使用上都必須配合直流轉(zhuǎn)換電路才能用于市電系統(tǒng)，低壓直流發(fā)光二極管組件電壓電流特性曲線圖1A，正向?qū)òl(fā)光，反向低壓不發(fā)光。而實(shí)際上的作法必須將發(fā)光二極管組件串并聯(lián)使用，請(qǐng)參閱圖2，將交流電(市電)11利用轉(zhuǎn)換器12降壓并轉(zhuǎn)換為直流電后，供給多組串并聯(lián)使用的發(fā)光二極管組件，并且避免反向供電造成發(fā)光二極管組件損壞失效，此結(jié)構(gòu)常見于交通信號(hào)燈(如紅綠燈等)。
但此種結(jié)構(gòu)的問題在于一旦單一發(fā)光二極管組件失效或損壞后，將會(huì)嚴(yán)重影響回路，造成同一組的發(fā)光二極管組件都不亮；要減少此狀況，則必須盡量降低串聯(lián)的發(fā)光二極管組件數(shù)量，但是相對(duì)的，卻會(huì)使得線路變長(zhǎng)，使得損耗變大，往往造成線路末端的電壓不足，造成亮度不均勻。
另一方面，目前一般AlInGaN低壓直流的發(fā)光二極管，組裝加工時(shí)相當(dāng)容易因?yàn)殪o電放電(Electric Static Discharge；ESD)的產(chǎn)生，而使得瞬間反向電壓升高，因而造成發(fā)光二極管擊穿的損壞。
針對(duì)以上缺陷，目前對(duì)應(yīng)的方式有使用電路組裝以及晶粒制造工藝等兩個(gè)方式來改善。
以電路組裝方式來改善，如美國(guó)專利第6,547,249號(hào)專利，其利用外加一個(gè)反向并聯(lián)的二極管來產(chǎn)生保護(hù)電路的作用，防止突然的靜電放電或是異常的電流、電壓沖擊。如美國(guó)專利第5,936,599號(hào)專利，其利用發(fā)光二極管組件反向并聯(lián)，并配合電感、電容的設(shè)計(jì)，組裝于電路上，雖可獲交流點(diǎn)亮及高壓特性，盡管利用電路組裝的方式可以克服大功率電壓損耗等問題，但是因?yàn)轶w積龐大，在應(yīng)用上受到相當(dāng)限制。
而以晶粒制造工藝來改善的方式，如美國(guó)專利第6,547,249號(hào)與臺(tái)灣專利第574,759號(hào)專利，其利用晶粒制造工藝為矩陣結(jié)構(gòu)，配合同向串聯(lián)或并聯(lián)組合，因此雖可設(shè)計(jì)為高壓但還是為僅能正向直流點(diǎn)亮，無法直接運(yùn)用交流電作為電源供應(yīng)。另外，還提供反向擊穿保護(hù)組件，使用外加并聯(lián)一組功率旁路二極管，設(shè)計(jì)可使用許多組合包括發(fā)光二極管正負(fù)反接結(jié)構(gòu)，但須建構(gòu)于次粘著上再并聯(lián)上主要發(fā)光二極管矩陣，作為反向保護(hù)功能。申請(qǐng)人(Lumileds)實(shí)際上所生產(chǎn)出發(fā)光二極管晶粒9，如圖1B所示，其等效電路圖請(qǐng)參閱圖1C，利用發(fā)光二極管91并聯(lián)兩個(gè)反接的齊納(Zener)二極管92、93，或是利用線路連接構(gòu)成回路(見圖1D)，此兩個(gè)實(shí)施例的特性曲線圖，分別見于圖1E、1F。
另外如美國(guó)專利第6,635,902號(hào)專利，同樣利用發(fā)光二極管晶粒制造工藝是矩陣結(jié)構(gòu)，但是同向串聯(lián)組合。此設(shè)計(jì)雖可耐高壓，但缺點(diǎn)還是為正向直流點(diǎn)亮，反向不點(diǎn)亮，制作出的發(fā)光二極管組件，仍需要直流高壓來驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，可直接運(yùn)用交流電來作為電力供應(yīng)，大幅提升發(fā)光二極管組件的運(yùn)用。
因此，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所公開的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其利用至少一組的交流微晶粒發(fā)光二極管形成于芯片(chip)上，交流微晶粒發(fā)光二極管利用晶粒制造工藝制作出兩個(gè)微小的發(fā)光二極管反向正負(fù)并聯(lián)，而可施加交流電，使發(fā)光二極管內(nèi)微晶粒結(jié)構(gòu)依正負(fù)半波驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮，由于具有交流回路發(fā)光二極管正負(fù)電壓都使用于發(fā)光皆具有順向特性，可使發(fā)光二極管不僅可直接接收交流電(市電)使用，同時(shí)具備有耐高壓及靜電擊穿保護(hù)的功能。
而應(yīng)用上來說，具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)為反轉(zhuǎn)或非反轉(zhuǎn)式，且可配合發(fā)出同波長(zhǎng)或不同波長(zhǎng)的光線的陣列形式，提高應(yīng)用的廣度。


圖1A為常見低壓直流的發(fā)光二極管的特性曲線圖；圖1B--1D為L(zhǎng)umileds公司的二極管結(jié)構(gòu)示意圖；圖1E-1F為圖1C-1D的特性曲線圖；圖2為常見低壓直流的發(fā)光二極管使用例圖；圖3為本發(fā)明具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4A為本發(fā)明具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的等效電路圖；圖4B為本發(fā)明具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的電性特性曲線圖；圖5為本發(fā)明具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的制造工藝結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的制造工藝封裝圖；圖7為本發(fā)明具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的覆晶結(jié)構(gòu)圖；圖8為本發(fā)明具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的圖4A等效電路圖的變化例圖；圖9A本發(fā)明具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例；圖9B本發(fā)明具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)的圖9A的變化例圖；圖10A、10B為本發(fā)明陣列式微晶粒發(fā)光二極管芯片驅(qū)動(dòng)示意圖；圖11為本發(fā)明陣列式微晶粒發(fā)光二極管芯片的等效電路圖；圖12A-12F為本發(fā)明圖5的制作流程示意圖。
附圖標(biāo)記說明11-交流電 12-轉(zhuǎn)換器21-第一微晶粒發(fā)光二極管 22-第二微晶粒發(fā)光二極管23-第三微晶粒發(fā)光二極管 24-第四微晶粒發(fā)光二極管25-第五微晶粒發(fā)光二極管 26-第六微晶粒發(fā)光二極管40-基板 41-第一連接墊 42-第二連接墊50-交流微晶粒發(fā)光二極管模塊 51-第一微晶粒發(fā)光二極管52-第二微晶粒發(fā)光二極管60-基板 62a、62b-P型發(fā)光層 63a、63b-N型發(fā)光層
64-絕緣層 65-導(dǎo)電架橋66a、66b-P型連接墊 67a、67b-N型連接墊68-膠體 69-次粘著 71-導(dǎo)線 72-凸塊9-發(fā)光二極管晶粒 91-發(fā)光二極管 92-齊納二極管93-齊納二極管具體實(shí)施方式
為對(duì)本發(fā)明的目的、構(gòu)造、特征及其功能有進(jìn)一步的了解，配合實(shí)施例詳細(xì)說明如下。
根據(jù)本發(fā)明所公開的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其主要設(shè)計(jì)可直接應(yīng)用于交流電上的發(fā)光二極管芯片(chip)，包括至少一組的交流微晶粒發(fā)光二極管50，單一組交流微晶粒發(fā)光二極管50如圖3所示，包括有第一微晶粒發(fā)光二極管51以及第二微晶粒發(fā)光二極管52，其主要的等效電路圖如圖4A所示，第一微晶粒發(fā)光二極管21與第二微晶粒發(fā)光二極管22反向正負(fù)并聯(lián)，所以當(dāng)施加交流電時(shí)，正波時(shí)，第一發(fā)光二微晶粒極體單元21驅(qū)動(dòng)而點(diǎn)亮，而當(dāng)負(fù)波時(shí)，第二微晶粒發(fā)光二極管22驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。所以，施加交流電時(shí)，會(huì)使第一微晶粒發(fā)光二極管21以及第二微晶粒發(fā)光二極管依正負(fù)半波驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。故，其電性曲線圖請(qǐng)參閱圖4B，不論是正向電壓或是反向電壓都可以是此一模塊點(diǎn)亮驅(qū)動(dòng)，因正負(fù)雙向均為順向?qū)òl(fā)光特性，所以同時(shí)具有擊穿保護(hù)電路的作用，而可以省去常見技術(shù)需要額外設(shè)計(jì)電路或相關(guān)申請(qǐng)美國(guó)第6,547,249號(hào)專利所述外加于次粘著使用功率旁路二極管組而造成成本增加。
制造工藝結(jié)構(gòu)部分，請(qǐng)參閱圖5，于基板(如Al2O3、GaAs、GaP、SiC)61上形成有兩不相接的P型發(fā)光層62a、62b(例如為氮化銦鎵(P-InGaN))，接著在其上分別形成N型發(fā)光層63a、63b(例如為氮化銦鎵(N-InGaN))，并于P型發(fā)光層62a、62b上分別形成有P型連接墊67a、67b，而于N型發(fā)光層63a、63b上分別形成有N型連接墊66a、66b，且利用導(dǎo)電架橋65連接P型連接墊67a與N型連接墊66b，并利用絕緣層64防止其短路，最后再使另一導(dǎo)通P型連接墊67b與N型連接墊66a即可。
其主要制作的流程，請(qǐng)參閱圖12A-12F，首先提供基板61，基板上61具有定義出來的P型發(fā)光層62a、62b與N型發(fā)光層63a、63b(見圖12A)，接著利用蝕刻等方式，將N型發(fā)光層63a、63b去除掉一小部分而露出底下的P型發(fā)光層62a、62b(見圖12B)，接著涂布一層絕緣層64(見圖12C)，其可例如為氧化層，并于P型發(fā)光層62a、62b與N型發(fā)光層63a、63b上面蝕刻出后續(xù)連接墊的位置，并形成連接部(見圖12D)，而可供分別形成P型連接墊67a、67b與N型連接墊66a、66b(見圖12E)，最后利用導(dǎo)電架橋65連接P型連接墊67a與N型連接墊66b即可(見圖12F)。
當(dāng)然，也可以于上方再覆蓋一層膠體68形成封裝結(jié)構(gòu)(見圖6)，而形成在次粘著(submount)(板)69上，膠體68可例如為散熱膠等，次粘著(板)69的表面更可以形成反射層來使光線向外反射。另外，也可以覆晶的方式，利用凸塊72形成于次粘著69上，并利用導(dǎo)線71來連接P型連接墊67a與N型連接墊66b，同樣也導(dǎo)通P型連接墊67b與N型連接墊66a(圖中未示)，而可形成反向正負(fù)并聯(lián)的回路，如圖7所示。
另外，上述結(jié)構(gòu)中，也可以在并聯(lián)一個(gè)第三微晶粒發(fā)光二極管23，如圖8所示，而形成一個(gè)不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)參閱圖9A，另外一實(shí)施例中，將第一微晶粒發(fā)光二極管21串聯(lián)第三微晶粒發(fā)光二極管23，而第二微晶粒發(fā)光二極管22串聯(lián)一個(gè)第四微晶粒發(fā)光二極管24，也可以達(dá)到相同目的。或是如圖8般變化，在并聯(lián)第五微晶粒發(fā)光二極管25與第六微晶粒發(fā)光二極管26，請(qǐng)參閱圖9B，同樣形成不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，但是，仍具備有相同的功能。且上述各實(shí)施例中，微晶粒發(fā)光二極管可具備單一波長(zhǎng)，或是具有各種波長(zhǎng)，而發(fā)出不同顏色的光(如R、G、B等)、混色等。
實(shí)際運(yùn)用上，請(qǐng)參閱第10A、10B圖，基板40上形成有第一連接墊41以及第二連接墊42，且耦接有多組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊50，每一組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊50包括有第一微晶粒發(fā)光二極管51以及第二微晶粒發(fā)光二極管52，其設(shè)置與圖3相同，等效電路圖請(qǐng)參閱圖11，第一微晶粒發(fā)光二極管51與第二微晶粒發(fā)光二極管52單元反向正負(fù)并聯(lián)，然后再依序串接在一起。當(dāng)施加交流電而于正波時(shí)，每一交流微晶粒發(fā)光二極管模塊50中的第一微晶粒發(fā)光二極管51會(huì)點(diǎn)亮(見第10A圖)；而當(dāng)負(fù)波時(shí)，交流微晶粒發(fā)光二極管模塊50中的第二微晶粒發(fā)光二極管52會(huì)點(diǎn)亮(見第10B圖)。且因?yàn)榻涣麟姷恼?fù)波變換頻率相當(dāng)高，人眼并無法分辨出其交錯(cuò)點(diǎn)亮的變化，而可視為持續(xù)點(diǎn)亮的狀態(tài)。且交流電一般說來電壓都相當(dāng)高(110V或是220V等)，即便位于線路末端有一些壓降，其降低幅度相對(duì)之下會(huì)顯的相當(dāng)少，不同于常見技術(shù)(電壓僅數(shù)伏特)，一些變化就會(huì)嚴(yán)重影響末端線路的發(fā)光二極管的亮度，由于LED的反應(yīng)速度較快可使用于50-60Hz或其它有正副半波對(duì)稱(不同頻率不同波形)的電源。
雖然本發(fā)明以前述的較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)相像技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作一些更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的專利保護(hù)范圍須視本說明書所附的申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種具有交流同路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少包括有一組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊形成于一芯片上，且該交流微晶粒發(fā)光二極管模塊由兩微晶粒發(fā)光二極管反向正負(fù)并聯(lián)，而可施加一交流電，使該兩微晶粒發(fā)光二極管依正負(fù)半波驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。
2.如權(quán)利要求1所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該兩微晶粒發(fā)光二極管具有相同的波長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該兩微晶粒發(fā)光二極管具有相異的波長(zhǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該交流微晶粒發(fā)光二極管模塊還包括有另一微晶粒發(fā)光二極管。
5.一種具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括有多組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊形成于一芯片上，該多組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊相互連接，且該每一組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊由兩微晶粒發(fā)光二極管反向正負(fù)并聯(lián)，而可施加一交流電，使該兩微晶粒發(fā)光二極管依正負(fù)半波驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。
6.如權(quán)利要求5所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該多組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊相互串聯(lián)。
7.如權(quán)利要求5所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該多組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊相互并聯(lián)。
8.如權(quán)利要求5所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該多組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊相互混合并聯(lián)以及串聯(lián)。
9.如權(quán)利要求5所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該兩微晶粒發(fā)光二極管具有相同的波長(zhǎng)。
10.如權(quán)利要求5所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該兩微晶粒發(fā)光二極管具有相異的波長(zhǎng)。
11.一種具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括有至少兩列依序串聯(lián)的多個(gè)微晶粒發(fā)光二極管，該兩列微晶粒發(fā)光二極管反向正負(fù)并聯(lián)，而可施加一交流電，使該兩列微晶粒發(fā)光二極管依正負(fù)半波驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。
12.如權(quán)利要求11所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該微晶粒發(fā)光二極管具有相同的波長(zhǎng)。
13.如權(quán)利要求11所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該微晶粒發(fā)光二極管具有相異的波長(zhǎng)。
14.如權(quán)利要求11所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括有另一列并聯(lián)的依序串聯(lián)的多個(gè)微晶粒發(fā)光二極管。
15.一種具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括有一基板；兩P型發(fā)光層，形成于該基板，且互不相接；兩N型發(fā)光層，分別對(duì)應(yīng)并形成于該P(yáng)型發(fā)光層上；一第一連接墊，形成于其中的一該P(yáng)型發(fā)光層上；一第二連接墊，形成于其中的一干N型發(fā)光層上，并與該第一連接墊形成電性相接；以及一導(dǎo)電架橋，連接另一該P(yáng)型發(fā)光層與另一該N型發(fā)光層。
16.如權(quán)利要求15所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括有一絕緣層覆蓋于該N型發(fā)光層上，防止該第一連接墊、該第二連接墊與該導(dǎo)電架橋短路。
17.如權(quán)利要求15所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括有一膠體覆蓋于該結(jié)構(gòu)上。
18.如權(quán)利要求15所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括有一次粘著板，供該第一連接墊、該第二連接墊以及該導(dǎo)電架橋設(shè)置，而形成覆晶結(jié)構(gòu)。
19.一種具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括有一基板；多組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊，形成于該基板之上，且該每一組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊由兩微晶粒發(fā)光二極管反向正負(fù)并聯(lián)，而可施加一交流電，使該兩微晶粒發(fā)光二極管依正負(fù)半波驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮；以及兩連接墊，與該交流微晶粒發(fā)光二極管模塊電性連接，而可接收該交流電，使該微晶粒發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。
20.如權(quán)利要求19所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，中該微晶粒發(fā)光二極管具有相同的波長(zhǎng)。
21.如權(quán)利要求19所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該微晶粒發(fā)光二極管具有相異的波長(zhǎng)。
22.如權(quán)利要求19所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該多組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊于該基板上相互串聯(lián)。
23.如權(quán)利要求19所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該多組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊于該基板上相互并聯(lián)。
24.如權(quán)利要求19所述的具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，其特征在于，該多組交流微晶粒發(fā)光二極管模塊于該基板上相互混合并聯(lián)以及串聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有交流回路發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)，利用至少一組的交流微晶粒發(fā)光二極管形成于芯片(chip)上，交流微晶粒發(fā)光二極管利用晶粒制造工藝制作出兩個(gè)微小的發(fā)光二極管反向正負(fù)并聯(lián)，而可施加交流電，使兩發(fā)光二極管依正負(fù)半波驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮，由于具有交流回路發(fā)光二極管正負(fù)電壓都使用于發(fā)光皆具順向特性，可使發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)不僅可直接接收交流電使用，同時(shí)具備有耐高壓及靜電擊穿保護(hù)的功能。
文檔編號(hào)H01L25/075GK1750277SQ200410074449
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月15日
發(fā)明者林明德, 黃斐章, 郭家泰 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院