專利名稱：交流發(fā)光二極管模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，特別是涉及一種整合于單一芯片(single chip)上并且適用于交流電源的交流發(fā)光二極管模塊。
背景技術(shù)：
眾所周知，發(fā)光二極管(LED)為具有η型半導(dǎo)體與ρ型半導(dǎo)體的發(fā)光裝置，經(jīng)由電子及空穴的復(fù)合而發(fā)光。此種LED被廣泛使用于顯示器及背光模塊(back light module) 0 此外，因為與傳統(tǒng)燈泡及熒光燈相比時，LED具有較少的電力消耗及較長的使用壽命，所以 LED的應(yīng)用領(lǐng)域已擴展到一般照明，而逐漸取代傳統(tǒng)的燈泡與熒光燈。請參照圖1，其所繪示為已知發(fā)光二極管的電路連接示意圖。首先，交流電源AC產(chǎn)生交流電流ia。至變壓器(transformer) 12，而變壓器12調(diào)整交流電流ia。的振幅并輸出第一電流ii。接著，整流器(rectifier) 14接收第一電流I1并進行半波或全波整流后輸出第二電流i2。濾波器(filter) 16接收第二電流i2產(chǎn)生具有漣波(ripple)的第三電流i3。最后，電壓調(diào)節(jié)器(voltage regulator) 18接收第三電流i3產(chǎn)生固定值的直流電流id。與直流電壓vd。至直流LED模塊(DC LED module) 19，使直流LED模塊19發(fā)光。很明顯地，已知直流LED模塊19無法直接連接至交流電源AC，如果直接將直流 LED模塊19連接至交流電源AC，則會有直流LED模塊19無法連續(xù)發(fā)光，且容易因反向電流 (reverse current)而導(dǎo)致直流LED模塊19受損。為了解決上述問題，交流LED模塊(AC LED module)即因應(yīng)而生。請參照圖2A與圖 2B，其所繪示為已知交流LED模塊。如圖2A所示，交流LED模塊20是以橋式電路(bridge circuit)的方式進行整流功能且交流LED模塊20設(shè)計在單一芯片(single chip)上。換句話說，圖2A的交流LED模塊20是在半導(dǎo)體基板(substrate)上設(shè)計一個LED 陣列(LED matrix)，并且使用四個LED，亦即LED4、LED5、LED6、LED7，彼此電性連接成一個橋式整流器(bridge rectifier)，而橋式整流器的二連接端(CN1、CNT2)之間則串接多個 LED，亦即 LED 1、LED2、LED3。如圖2A所示，當(dāng)交流LED模塊20的第一輸入端1附接收正電壓而第二輸入端IN2 接收負(fù)電壓時，則串接的LED4、LEDl、LED2、LED3、LED7為順向偏壓(forward bias)，LED5 與LED6為逆向偏壓(reverse bias)。反之，如圖2B所示，當(dāng)交流LED模塊的第一輸入端 INl接收負(fù)電壓而第二輸入端IN2接收正電壓時，則串接的LED6、LED1、LED2、LED3、LED5為順向偏壓，LED4與LED7為逆向偏壓。也就是說，在交流電源的正極性時，當(dāng)電壓的振幅小于臨界電壓總和時，串接的 LED4、LED1、LED2、LED3、LED7無法發(fā)光；當(dāng)電壓的振幅大于臨界電壓總和時，即可產(chǎn)生電流流過串接的LED4、LED1、LED2、LED3、LED7并且發(fā)光。同理，在交流電源的負(fù)極性時，當(dāng)電壓的振幅小于臨界電壓總和時，串接的LED6、LED1、LED2、LED3、LED5無法發(fā)光；當(dāng)電壓的振幅大于臨界電壓總和時，即可產(chǎn)生電流流過串接的LED6、LED1、LED2、LED3、LED5并且發(fā)光。由上述可知，已知設(shè)計于單一芯片上的交流LED模塊20，并無法同時讓所有的LED發(fā)光，因此導(dǎo)致整體亮度上的損失。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一是提出一種交流LED模塊，其設(shè)計在單一芯片上并利用多個蕭特基二極管(Schottky diode)連接成為橋式整流器，可以有效地提高交流LED模塊的整體亮度。本發(fā)明提出一種交流發(fā)光二極管模塊，其包括基板；發(fā)光二極管，位于基板上， 且發(fā)光二極管包括具有第一導(dǎo)電特性第一半導(dǎo)體層與具有第二導(dǎo)電特性第二半導(dǎo)體層；以及橋式整流器，位于基板上，包括多個蕭特基二極管，其中該多個蕭特基二極管中的第一部分位于第一半導(dǎo)體層上方，且該多個蕭特基二極管中的第二部分位于第二半導(dǎo)體層上方。本發(fā)明還提出一種交流發(fā)光二極管模塊，其包括基板；發(fā)光二極管，位于基板上；以及橋式整流器，位于基板上，電連接于發(fā)光二極管，橋式整流器包括多個蕭特基二極管且該多個蕭特基二極管位于基板上且未與發(fā)光二極管重疊。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例， 并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1所繪示為已知發(fā)光二極管的電路連接示意圖。圖2A與圖2B所繪示為已知交流LED模塊。圖3所繪示為本發(fā)明交流LED模塊第一實施例。圖4A與圖4B所繪示為本發(fā)明第一實施例單一芯片上的交流LED模塊俯視圖以及剖面圖。圖5所繪示為本發(fā)明交流LED模塊第一實施例的另一制造方式。圖6所繪示為本發(fā)明交流LED模塊第二實施例。圖7所繪示為本發(fā)明第二實施例單一芯片上的交流LED模塊區(qū)域剖面圖。附圖標(biāo)記說明12變壓器14整流器16濾波器18電壓調(diào)節(jié)器19直流LED模塊20、30、60交流 LED 模塊32、62LED400、500交流 LED 模塊410,510,710藍(lán)寶石基板420,520,720η型氮化鎵半導(dǎo)體層425,725有源層426,526η型指狀電極430,530,730P型氮化鎵半導(dǎo)體層
5
432電流阻擋層434銦錫氧化導(dǎo)電層436、536P型指狀電極442、452金屬層444,454半導(dǎo)體層446、456歐姆接觸層LEDU LED2,發(fā)光二極管LED3、LED4、LED5、LED6、LED7INK IN2輸入端CN1、CN2連接端SD1、SD2、蕭特基二極管SD3、SD4SD_1、SD_2、蕭特基二極管組SD_3、SD_具體實施例方式請參照圖3，其所繪示為本發(fā)明交流LED模塊第一實施例。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，交流LED模塊包含四個蕭特基二極管(Schottky diode)，亦即SD1、SD2、SD3、SD4，連接成為一個橋式整流器。而橋式整流器的第一輸入端mi與第二輸入端IN2即為交流LED模塊30的二輸入端，用以接收交流電源。如圖所示，第一蕭特基二極管SDl陽極端(anode)連接至第一輸入端IN1，而第一蕭特基二極管SDl陰極端(cathode)連接至第一連接端CNl ； 第二蕭特基二極管SD2陽極端連接至第二連接端CN2，而第二蕭特基二極管SD2陰極端連接至第二輸入端IN2 ；第三蕭特基二極管SD3陽極端連接至第二輸入端IN2，而第三蕭特基二極管SD3陰極端連接至第一連接端CNl ；第四蕭特基二極管SD4陽極端連接至第二連接端CN2，而第四蕭特基二極管SD4陰極端連接至第一輸入端IN1。再者，橋式整流器的第一連接端CNl與第二連接端CN2之間連接LED 32。由于蕭特基二極管的順向偏壓很低，因此交流LED模塊30可在低壓AC電源下正常操作，亦即，約3V的電壓強度即可使得交流LED模塊30正常操作。再者，由于蕭特基二極管SDl、SD2、SD3、SD4重疊于LED32之上，而利用此橋式整流器所完成的交流LED模塊30， 不論輸入端mi與IN2的極性為何，LED 32均能夠發(fā)光，因此交流LED模塊30的整體亮度可有效地提高。請參照圖4A與圖4B，其所繪示為本發(fā)明第一實施例單一芯片上的交流LED模塊俯視圖以及剖面圖。以藍(lán)光LED為主的交流LED模塊為例，藍(lán)寶石基板(sapphire substrate) 410上主要有η型氮化鎵半導(dǎo)體層(n type GaN layer) 420、p型氮化鎵半導(dǎo)體層(p type GaN layer) 430，而η型氮化鎵半導(dǎo)體層420與ρ型氮化鎵半導(dǎo)體層430之間還有有源層425 (active layer)，亦即η型氮化鎵半導(dǎo)體層420、有源層425、與ρ型氮化鎵半導(dǎo)體層430形成藍(lán)光LED的主體。此外，在ρ型氮化鎵半導(dǎo)體層430上設(shè)置有ρ型指狀電極(P finger electrode) 436，在η型氮化鎵半導(dǎo)體層420上則設(shè)置有η型指狀電極(η finger electrode)426。于本實施例中，二個蕭特基二極管SD2、SD4堆疊于曝露的η型氮化鎵半導(dǎo)體層420 上方；二個蕭特基二極管SD1、SD3堆疊于ρ型氮化鎵半導(dǎo)體層430上方。再者，第一蕭特基二極管SDl陽極端連接至第一輸入端mi而第一蕭特基二極管SDl陰極端連接至ρ型指狀電極(P finger electrode)436 ；第二蕭特基二極管SD2陽極端連接至η型指狀電極(η finger electrode) 426而第二蕭特基二極管SD2陰極端連接至第二輸入端IN2 ；第三蕭特基二極管SD3陽極端連接至第二輸入端IN2而第三蕭特基二極管SD3陰極端連接至ρ型指狀電極436 ；第四蕭特基二極管SD4陽極端連接至η型指狀電極似6而第四蕭特基二極管 SD4陰極端連接至第一輸入端ΙΝ1。其中ρ型指狀電極436與η型指狀電極4 可視為橋式整流器的第一連接端與第二連接端，而D型指狀電極536與η型指狀電極5 分別連接至藍(lán)光LED的ρ型氮化鎵半導(dǎo)體層530與η型氮化鎵半導(dǎo)體層520。由圖4Α的a、b 二點的剖面圖即如圖4Β所示。首先介紹藍(lán)光LED，在藍(lán)寶石基板 410成長η型氮化鎵半導(dǎo)體層420、有源層425、與ρ型氮化鎵半導(dǎo)體層430。而于ρ型氮化鎵半導(dǎo)體層430上可形成電流阻擋層(current blocking layer) 432，而透明銦錫氧化 (ITO)導(dǎo)電層434覆蓋于ρ型氮化鎵半導(dǎo)體層430與電流阻擋層432上，即形成LED藍(lán)光二極管。其中，有源層425可為單異質(zhì)(single heterostructure, SH)，雙異質(zhì)(double heterostructure, DH),單量子講(single quantum well, SQW),或多量子講(multiple quantum well,MQff)結(jié)構(gòu)的有源層。再者，第二蕭特基二極管SD2包括歐姆接觸層446、半導(dǎo)體層444、與金屬層442。 而歐姆接觸層446可視為第二蕭特基二極管SD2的陰極端，金屬層452可視為第二蕭特基二極管SD2的陽極端。其中，第二蕭特基二極管SD2的陽極端即連接至藍(lán)光LED的陰極端， 而第二蕭特基二極管SD2的陰極端即可連接至第二輸入端IN2(未繪示)。同理，第三蕭特基二極管SD3可包括歐姆接觸層456、半導(dǎo)體層454、與金屬層452。其中，半導(dǎo)體層妨4可視為第三蕭特基二極管SD3的陰極端，金屬層452可視為第三蕭特基二極管SD3的陽極端， 而第三蕭特基二極管SD3的陰極端即連接至藍(lán)光LED的陽極端，第三蕭特基二極管SD3的陽極端即連接至第二輸入端藍(lán)光LED的陽極端IN2。再者，上述半導(dǎo)體層444、妨4的材料一般為電子濃度較高的η型半導(dǎo)體材料。例如，SiC、Ti02、Zn0、CNT Je2O3層。而金屬層442、 452為金、銀、或鉬金屬(Pt)。請參照圖5，其所繪示為本發(fā)明交流LED模塊第一實施例的另一制造方式。此交流LED模塊500特征在于將所有的蕭特基二極管SD1、SD2、SD3、SD4皆制作于藍(lán)寶石基板 510上方，并且不重疊(overlap)于藍(lán)光LED上。其中，第一蕭特基二極管SDl陽極端連接至第一輸入端mi而第一蕭特基二極管SDl陰極端連接至ρ型指狀電極536 ；第二蕭特基二極管SD2陽極端連接至η型指狀電極5 而第二蕭特基二極管SD2陰極端連接至第二輸入端IN2 ；第三蕭特基二極管SD3陽極端連接至第二輸入端IN2而第三蕭特基二極管SD3陰極端連接至P型指狀電極536 ；第四蕭特基二極管SD4陽極端連接至η型指狀電極5 而第四蕭特基二極管SD4陰極端連接至第一輸入端IN1。而ρ型指狀電極536與η型指狀電極526即可視為橋式整流器的第一連接端與第二連接端，而ρ型指狀電極536與η型指狀電極5 分別連接至藍(lán)光LED的ρ型氮化鎵半導(dǎo)體層530與η型氮化鎵半導(dǎo)體層520。
請參照圖6，其所繪示為本發(fā)明交流LED模塊第二實施例。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，交流LED模塊60可根據(jù)輸入端INI、IN2的交流電振幅，串接適當(dāng)數(shù)目的蕭特基二極管使得交流LED模塊60正常運作。根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用四個串接蕭特基二極管組，亦即SD_1、SD _2、SD_3、SD_4，連接成為一個橋式整流器。而每一個串接蕭特基二極管組中包括多個串接蕭特基二極管(例如3個)。再者，橋式整流器的第一連接端CNl與第二連接端CN2之間連接LED62。由于第二實施例交流LED模塊的俯視圖相同于第一實施例，因此不再贅述。請參照圖7，其所繪示為本發(fā)明第二實施例單一芯片上的交流LED模塊區(qū)域剖面圖。由于藍(lán)光 LED的結(jié)構(gòu)相同此處不再贅述。再者，第二蕭特基二極管組SD_2堆疊于η型氮化鎵半導(dǎo)體層720上方；第三蕭特基二極管SD_3堆疊于ρ型氮化鎵半導(dǎo)體層730上方。再者，由圖7可知，第二蕭特基二極管組SD_2與第三蕭特基二極管組各包括三個串接的蕭特基二極管。而每個蕭特基二極管中的半導(dǎo)體層的材料一般為電子濃度較高的η 型半導(dǎo)體材料，例如。例如SiC、Ti02、Zn0、CNT、Fe203層，而金屬層為金、銀、或鉬金屬(Pt)。同理，所有的蕭特基二極管組也可以形成于藍(lán)寶石基板的上方，并且不重疊 (overlap)于藍(lán)光LED。而蕭特基二極管組的結(jié)構(gòu)與上述相同，不再贅述。因此，本發(fā)明的優(yōu)點是提出一種交流LED模塊，可使得交流LED模塊在低壓AC電源正常工作。再者，利用蕭特基二極管重疊于發(fā)光LED上所完成的橋式整流器，不論輸入端 INl與IN2的極性為何，LED均能夠發(fā)光，因此可以使得交流LED模塊的整體亮度有效地提尚ο雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域一般技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種交流發(fā)光二極管模塊，包括 基板；發(fā)光二極管，位于該基板上，且該發(fā)光二極管包括具有第一導(dǎo)電特性的第一半導(dǎo)體層與具有第二導(dǎo)電特性的第二半導(dǎo)體層；以及橋式整流器，位于該基板上，電連接于該發(fā)光二極管，包括多個蕭特基二極管，其中該多個蕭特基二極管中的第一部分位于該第一半導(dǎo)體層上方，且該多個蕭特基二極管中的第二部分位于該第二半導(dǎo)體層上方。
2.如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)光二極管模塊，其中，該發(fā)光二極管包括 該第一半導(dǎo)體層，位于該基板上方；有源層，覆蓋部分該第一半導(dǎo)體層； 該第二半導(dǎo)體層，覆蓋于該有源層； 電流阻擋層，覆蓋部分該第二半導(dǎo)體層；以及導(dǎo)電層，覆蓋該電流阻擋層與該第二半導(dǎo)體層。
3.如權(quán)利要求2所述的交流發(fā)光二極管模塊，其中該有源層為單異質(zhì)、雙異質(zhì)、單量子阱、或多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層。
4.如權(quán)利要求2所述的交流發(fā)光二極管模塊，其中該第一半導(dǎo)體層為η型氮化鎵半導(dǎo)體層，該第二半導(dǎo)體層為P型氮化鎵半導(dǎo)體層。
5.如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)光二極管模塊，其中，該多個蕭特基二極管包括 第一蕭特基二極管，位于該發(fā)光二極管的該第二半導(dǎo)體層上；第二蕭特基二極管，位于該發(fā)光二極管的該第一半導(dǎo)體層上； 第三蕭特基二極管，位于該發(fā)光二極管的該第二半導(dǎo)體層上；以及第四蕭特基二極管，位于該發(fā)光二極管的該第一半導(dǎo)體層上。
6.如權(quán)利要求5所述的交流發(fā)光二極管模塊，其中，該橋式整流器的第一輸入端電連接至該第一蕭特基二極管的陽極端以及該第四蕭特基二極管的陰極端；該橋式整流器的第二輸入端電連接至該第三蕭特基二極管的陽極端以及該第二蕭特基二極管的陰極端；該第二半導(dǎo)體層電連接至該第一蕭特基二極管的陰極端以及該第三蕭特基二極管的陰極端；該第一半導(dǎo)體層電連接至該第四蕭特基二極管的陽極端以及該第二蕭特基二極管的陽極端。
7.如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)光二極管模塊，其中，每一蕭特基二極管包括相互堆疊的半導(dǎo)體層與金屬層，其中，該半導(dǎo)體層為該蕭特基二極管的陰極端，該金屬層為該蕭特基二極管陽極端。
8.如權(quán)利要求7所述的交流發(fā)光二極管模塊，其中該半導(dǎo)體層包含SiC、TiO2,ZnO, CNT、或者1 ；且該金屬層包含金、銀、或鉬金屬。
9.如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)光二極管模塊，其中，該多個蕭特基二極管包括 堆疊的第一蕭特基二極管組，位于該發(fā)光二極管的該第二半導(dǎo)體層上。
10.如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)光二極管模塊，其中，該多個蕭特基二極管包括堆疊的第一蕭特基二極管組，位于該發(fā)光二極管的該第一半導(dǎo)體層上。
全文摘要
本發(fā)明公開一種交流發(fā)光二極管模塊，其包括基板；發(fā)光二極管，位于基板上，且發(fā)光二極管包括具有第一導(dǎo)電特性的半導(dǎo)體層與具有第二導(dǎo)電特性的半導(dǎo)體層；以及橋式整流器，位于基板上，電連接于發(fā)光二極管，包括多個蕭特基二極管，其中蕭特基二極管中的第一部分位于第一半導(dǎo)體層上方，蕭特基二極管中的第二部分位于第二半導(dǎo)體層上方。
文檔編號H01L27/15GK102479795SQ20101055923
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者曾俊龍, 曾健文, 蘇志宗, 陳柏榮 申請人:晶元光電股份有限公司