專利名稱：利用區(qū)段式LEDs來補(bǔ)償個(gè)別區(qū)段式LED在光輸出上的制造工藝差異的光源的制作方法
利用區(qū)段式LEDs來補(bǔ)償個(gè)別區(qū)段式LED在光輸出上的制造
工藝差異的光源
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light emitting diodes, LEDs)是一種可以將電能轉(zhuǎn)換成光的重要固態(tài)元件類型。這些元件上的改良已使其被用在那些設(shè)計(jì)來取代傳統(tǒng)白熾光源與螢光光源的燈具中。LED具有極長的壽命，在某些情況下，其將電能轉(zhuǎn)換成光的效率也較傳統(tǒng)光源高的多。為了本文討論的目的，文中的LED會被視為具有三層結(jié)構(gòu)，其為一主動(dòng)層(active layer)夾在其他的兩層之間。當(dāng)來自外層的空穴與電子在該主動(dòng)層中結(jié)合時(shí)該主動(dòng)層會發(fā)出光線。這些空穴與電子是藉由將該LED通以電流而生成。該LED是透過位在頂層上的一電極來供能以及一接觸來提供與底層的電性連接。LEDs的成本與能量轉(zhuǎn)換效率是為判定此種新技術(shù)將取代傳統(tǒng)光源并被用在高能應(yīng)用中比例的重要因素。一個(gè)LED的轉(zhuǎn)換效率被定義成該LED所發(fā)出位于光譜中所欲光波段的光能與光源所耗費(fèi)的電力之間的比例。該所耗費(fèi)的電力取決于LED的轉(zhuǎn)換效率以及那些可直接用來將交流電(AC)轉(zhuǎn)為直流電(DC)供予LED晶粒電能的電路系統(tǒng)。未轉(zhuǎn)換成光離開LED的電力會被轉(zhuǎn)換成熱能而使得LED的溫度上升。散熱問題常常會使得LED得以運(yùn)作的電力層級受到限制。此外，LED的轉(zhuǎn)換效率會隨電流的增加而減少。因此當(dāng)LED為了增加其整體光輸出量而增加電流時(shí)，其電能轉(zhuǎn)換效率亦會跟著降低。再者，LED的壽命亦會因?yàn)樵诟唠娏鳝h(huán)境下運(yùn)作而減少。單一的LED光源在許多應(yīng)用中并不能夠生成足以取代傳統(tǒng)光源的光。一般而言， 在可接受的能量轉(zhuǎn)換效率下，LED每單位區(qū)域?qū)嶋H上所能生成的光有其限制在。此限制是由于LED的散熱以及其材料體系的電能轉(zhuǎn)換效率。因此為了提供較高強(qiáng)度的單一 LED光源， 勢必采用面積較大的LED芯片(或晶粒)；然而，制作LED所用的制造工藝會使單一 LED芯片的大小受到限制。當(dāng)芯片的尺寸增加時(shí)，芯片的良率會下降。因此，一旦芯片尺寸超過預(yù)定的大小時(shí)，每個(gè)LED的成本增加的速度會超過其光輸出增加的速度。故此，在許多應(yīng)用中，LED式的光源必須采用多個(gè)LEDs來提供所欲的光輸出值。舉例言之，要取代傳統(tǒng)照明應(yīng)用中所使用的100瓦白熾燈泡約需要25個(gè)大小為lmm2(平方毫米)的LED。其所需數(shù)量會視所欲的色溫(color temperature)以及LED芯片的實(shí)際大小而變。再者，光源一般會含有電源供應(yīng)器來將115V或240V的交流電力轉(zhuǎn)換成適合用來驅(qū)動(dòng)LED的直流電平。這類電源供應(yīng)器的轉(zhuǎn)換效率在價(jià)格上具有競爭力的商品中通常僅為 80%或更低，此現(xiàn)象亦降低了光源整體的電轉(zhuǎn)光轉(zhuǎn)換效率。為了要提供最大的能量轉(zhuǎn)換效率，電源供應(yīng)器的輸出應(yīng)該要接近交流電源的峰值電壓，且要將光源中經(jīng)由多種導(dǎo)體傳送的電流降到最低以避免這些導(dǎo)體中的電阻損耗。典型的氮化鎵(GaN)LED需要約3. 2-3. 6V 的驅(qū)動(dòng)電壓。因此從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來看，前文所述的25個(gè)LEDs光源會建構(gòu)成一個(gè)單一的 LED串，其25個(gè)LEDs是以串聯(lián)方式與來自電源供應(yīng)器約80伏特的輸出電壓串聯(lián)在一起。然而除了電轉(zhuǎn)光轉(zhuǎn)換效率外，還有如光源的成本暨可靠性等因素需加以考量。從可靠性的觀點(diǎn)來看，單一的串聯(lián)式LEDs串會是最差的選擇。一般來說，LEDs比較可能會因?yàn)殚_路(open)而非短路(short)而失效。舉例言之，如LED中連接接墊與外部電路的打線 (wire-bond)失效。故此，串聯(lián)式LED串中如果有單個(gè)LED故障將會導(dǎo)致整個(gè)光源毀滅性的失效。從可靠性的觀點(diǎn)來看，在LED的故障機(jī)制主因是開路因素的前提下，其內(nèi)部的LED 以并聯(lián)方式連接的光源會是最佳的。假使今有單個(gè)LED故障而一恒定的電流源被用來驅(qū)動(dòng)并聯(lián)式LEDs，則經(jīng)過其他LEDs的電流會稍微增加，因此這些其他的LEDs會一起補(bǔ)償因其中的一個(gè)LED故障所造成的光能損失?？上У氖菑哪芰抗?yīng)效率的觀點(diǎn)來看，這類設(shè)置的效率并不好，且需要具有能夠處理大電流又不會造成顯著傳輸成本的導(dǎo)體。除了可靠性與能量轉(zhuǎn)換效率，設(shè)計(jì)者必須要提供可適用于各個(gè)LEDs間光生成效率的差異的設(shè)計(jì)。LEDs是在晶圓上制造的，其整片晶圓以及晶圓與晶圓之間一定會有些許程度上的不均。如此，對商業(yè)上可用的LEDs而言，其LED與LED之間所生成的光量會有顯著的差異。最終光源的光輸出所能允許的差異是由要使其所有光源生成等量的光并具有相同外觀的需求而定。一般而言，如果不進(jìn)行一些LEDs分類動(dòng)作來使彼此間的差異變小，這些 LEDs間光輸出的差異會大到無法滿足光源制造商的需求。但這些分類流程會增加光源的成本。此外，許多的光源不能采用那些強(qiáng)度未落在制造時(shí)LEDs的強(qiáng)度分布范圍內(nèi)的LEDs。 如此，未在目標(biāo)范圍內(nèi)的LEDs的市場較小，其復(fù)又增加了位于所欲范圍內(nèi)的LEDs的成本以及減少了該范圍外的LEDs的價(jià)值。平衡LED可靠性與其供能效率之間的固有問題可透過建構(gòu)具有多個(gè)組成式光源 (component light source)并聯(lián)在一起的光源而獲得解決。該每個(gè)組成式光源是由多個(gè) LEDs串聯(lián)在一起而組成，因此其所使用的驅(qū)動(dòng)電壓比個(gè)別的LED大的多。舉例而言，典型的氮化鎵系LED需要約3. 2伏特的驅(qū)動(dòng)電壓與0. 35安培的電流。要提供約2000流明(lumen) 的光源需要驅(qū)動(dòng)25個(gè)這類的LEDs。該光源可以并聯(lián)五個(gè)上述的組成式光源的方式來建構(gòu)， 其每個(gè)組成式光源是由五個(gè)串聯(lián)的LEDs所組成。因此其驅(qū)動(dòng)電壓會改善約5 16伏特。 假如其中一個(gè)LED因開路而故障，剩余的4個(gè)組成式光源仍然可作用，因此光源可以持續(xù)運(yùn)作，盡管是在較低的亮度下運(yùn)作。然而由于這些剩余的LEDs必須讓原本要通過該開路的組成式光源的電流通過，故這些LEDs會被超載20%。如此這些剩余LEDs的壽命會明顯減短許多。不幸的是，此設(shè)計(jì)并未使業(yè)界中只采用LED生產(chǎn)線中的一子生產(chǎn)線來制作所有給定的最終光源的作法需求減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包含一種光源及其制作方法。該光源含有多個(gè)區(qū)段式LEDs (segmented LEDs)以并聯(lián)方式連接到一電力匯流排與一控制器。該電力匯流排接受不同數(shù)目的所述區(qū)段式LEDs，其數(shù)目選成可提供光源預(yù)定的光輸出量。該控制器接收交流電力并在該電力匯流排上提供一電力信號。在本發(fā)明一態(tài)樣中，每個(gè)該區(qū)段式LED的特征在于其驅(qū)動(dòng)電壓值會大于與所述區(qū)段式LEDs相同材料體系中所制作出的傳統(tǒng)LED的驅(qū)動(dòng)電壓的三倍。該光源中所述區(qū)段式LEDs的數(shù)目選成可補(bǔ)償制造工藝差異所導(dǎo)致在個(gè)別區(qū)段式LEDs光輸出上的差異。在發(fā)明的另一態(tài)樣中，連接至該電力匯流排的所述區(qū)段式LEDs的數(shù)目在該光源組裝后可以變更。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一光源的實(shí)施例；
圖2為區(qū)段式LED 60的頂視圖3是第二圖所示延切線2-2的區(qū)段式LED 60的截面圖4為區(qū)段式LED 70的頂視圖，其表示出以互連電極組連接的相鄰區(qū)段中較窄的P電極與η電極；
圖5為圖4延切線5-5的區(qū)段式LED 70的截面圖6為含有金屬電極的區(qū)段式LED 75的頂視圖，其可增強(qiáng)ITO層上的電流分布；
圖7描繪出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例光源中的其中一種態(tài)樣；
圖8描繪出一根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光源；及
圖9描繪出一根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的交流光源。
附圖標(biāo)號
20光源
21區(qū)段式LED
22控制器
51基板
52η層
53P層
55主動(dòng)層
56ITO層
57絕緣層
57a延伸部位
58開口區(qū)域
59電極
60區(qū)段式LED
61電極
62電極
64區(qū)段
65區(qū)段
66 ^-69隔離溝槽
70區(qū)段式LED
71η電極
71，接墊
72P電極
72，接墊
73電極
73，電極
75區(qū)域式LED
77隔離溝槽
78電極
79電極
80光源
81區(qū)段式LED
82控制器
84開關(guān)元件
90光源
91光源
92電力軌
93電力軌
94控制器
100光源
101組成式光源
102組成式光源
104控制器
106聯(lián)結(jié)
171接墊
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供其優(yōu)點(diǎn)的方式將可透過圖1的參照輕易了解，該圖中描繪出一根據(jù)本發(fā)明的光源實(shí)施例。光源20系含有多個(gè)區(qū)段式(segmented)LEDs 21與一恒定的直流電源并聯(lián)。通過每一該區(qū)段式LED的平均電流會由一控制器22來設(shè)定，該控制器內(nèi)含一交流轉(zhuǎn)直流(AC to DC)的電源轉(zhuǎn)換器。區(qū)段式LEDs在同樣待審的美國專利申請案第12/208,502號(2008/9/11日提申) 中有詳細(xì)的討論，在此并入本文中。下文中亦會有關(guān)于一區(qū)段式LED的詳細(xì)討論。為本討論的目的，須注意每個(gè)區(qū)段式LED被定義成一單一的LED晶粒，這些LED晶粒被分成N個(gè)相互串聯(lián)的區(qū)段，其中N > 1，且一般介于2 100之間。在作用上，該每一區(qū)段皆為一小型 LED。每個(gè)區(qū)段式LED的面積皆會比一個(gè)傳統(tǒng)的LED面積小上N倍。故此，雖然每個(gè)區(qū)段式 LED大致上會生成與一個(gè)傳統(tǒng)LED相同的光量，但是在相同單位面積的電流密度下其電流是傳統(tǒng)LED的1/N倍。然而在相同的材料體系中，作動(dòng)一個(gè)區(qū)段式LED所需的驅(qū)動(dòng)電壓大約與N倍作動(dòng)一個(gè)傳統(tǒng)LED所需的電壓相同。因此須注意該區(qū)段式LED大致可以同樣的電能產(chǎn)生與相同尺寸的傳統(tǒng)LED芯片相同的光量，但其所需電流比后者小上N倍，所需電壓大于后者N倍。一個(gè)區(qū)段式LED可以看作是由N個(gè)較小的LED芯片串聯(lián)的LED串，其每一者皆約為傳統(tǒng)LED芯片尺寸的1/N倍。然而該區(qū)段式LED所生成的光量僅為由N個(gè)傳統(tǒng)LEDs 串聯(lián)而成的組成式光源(component light source)的1/N倍。結(jié)果，原來需要25個(gè)傳統(tǒng) LEDs連接成5個(gè)并聯(lián)的組成式光源(每個(gè)組成式光源由五個(gè)串聯(lián)的傳統(tǒng)LED組成)的光源設(shè)計(jì)，現(xiàn)在需要用25個(gè)并聯(lián)的區(qū)段式LEDs。因此，每個(gè)區(qū)段式LED僅會占1/25的光輸出量。故此，光源20的輸出可以藉由增加或移除個(gè)別區(qū)段式LEDs來微調(diào)。相反地，采用傳統(tǒng)串聯(lián)式的LED串的均等光源的光輸出無法藉由簡單地加入或減去一單一的LED的方式來微調(diào)。由于加入或減去一個(gè)LED會改變原先LED串中的驅(qū)動(dòng)電壓， 故改變一串聯(lián)式的LED組成串中的LED數(shù)目有其困難存在。故此，每個(gè)組成串皆需要獨(dú)立的電源，此舉會增加光源的成本。為避免上述情形，所有的LED組成串皆需要進(jìn)行修改，亦因此會需要新增或移除5個(gè)LEDs。同樣地，在電力軌(power rail)中增加或移除一整個(gè)串聯(lián)式LED串會改變其整體光輸出達(dá)5個(gè)LEDs或20%的量。故此，那些采用由N個(gè)傳統(tǒng)LED 串聯(lián)所組成的組成串的設(shè)計(jì)會被受限在需一次加入或替換N個(gè)LEDs。此特性限制了整體設(shè)計(jì)透過改變設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)LEDs數(shù)目的方式可達(dá)到的微調(diào)程度。原則上，傳統(tǒng)的光源設(shè)計(jì)能采用1/N尺寸的習(xí)知LED，使得一次加入或移除N個(gè) LEDs的作法可提供與本發(fā)明相同程度上的微調(diào)性。然而，這類設(shè)計(jì)會含有N倍的LEDs數(shù)量，無疑增加了制作成本。上述本發(fā)明的實(shí)施例是建立在一區(qū)段式LED的基礎(chǔ)上?，F(xiàn)在請參照圖2與圖3，其描繪了本發(fā)明可采用的一區(qū)段式LED光源。圖2為區(qū)段式LED 60的頂視圖，而圖3為以圖 2所示延切線2-2的區(qū)段式LED 60的截面圖。圖中區(qū)段式LED 60含有兩個(gè)區(qū)段64與65 ； 然而，在下面的討論中閱者將了解到從本發(fā)明的教示中將可構(gòu)思出具有更多區(qū)段的光源設(shè)計(jì)。區(qū)段式LED 60可建構(gòu)自同樣的三層式LED結(jié)構(gòu)，其層結(jié)構(gòu)是在一藍(lán)寶石基板51上長成。η層52成長在一基板51上，而之后主動(dòng)層55與ρ層53長在該η層52上。區(qū)段64與65為一延伸穿過層52至基板51處的隔離溝槽66所分隔，因此在電性上隔絕了 64與65兩區(qū)段。隔離溝槽66上含有一平臺67，其僅部分伸入層52中。隔離溝槽66的壁部會為一絕緣層57所覆蓋，該絕緣層57上含有一開口區(qū)域58來形成一電性接觸以接往與各區(qū)段有關(guān)聯(lián)的層52部位。絕緣層57可用任何讓絕緣層不受孔洞缺陷影響的材料來形成。舉例言之，SiNx、Si0x、或其他一般半導(dǎo)體元件制作中常用的介電薄膜等皆可用來作為絕緣材料。其他的材料可能還包含了聚酰亞胺(polyimide)、苯環(huán)丁烯 (Benzocyclobutene, BCB)、旋涂式玻璃(spin-on-glass)或是半導(dǎo)體業(yè)界中元件平坦化制造工藝慣用的材料。如68與69所示，區(qū)段式LED 60的兩端亦具有相同的溝槽結(jié)構(gòu)。一串聯(lián)電極59 設(shè)置在該隔離溝槽66中使得電極59會穿過絕緣層57上的開口 58與層52接觸。電極59 亦會與相鄰區(qū)段中的ITO層(氧化銦錫層)56產(chǎn)生電性接觸。故此，當(dāng)經(jīng)由電極61與62 來提供電力時(shí)，區(qū)段64與65會串聯(lián)。如此區(qū)段式LED 60會在傳統(tǒng)LED的兩倍電壓及一半電流的環(huán)境下運(yùn)作。在本發(fā)明一態(tài)樣中，絕緣層57會如圖357a所示一般在電極59與61下方延伸。由于電極59不透明，其會擋住電極59正下方主動(dòng)層55部位所生成的光。就此考量，須注意圖式中所示的層厚度并非是按比例繪制。在實(shí)作中，層53的厚度遠(yuǎn)比層52的厚度來的小， 亦比電極59或61—般寬度小上許多。因此，電極59會擋住大部分其下方所生成的光。故此，由于大部分電流所生成的光都散失了(在多次反射的過程中為不透明的金屬所吸收)， 故通過電極59下方層55的電流實(shí)質(zhì)上是浪費(fèi)掉了。該絕緣層的延伸部位57a擋住了電流使無法流經(jīng)此層55結(jié)構(gòu)的浪費(fèi)區(qū)域，因此改善了光源的整體效率。同樣的問題亦發(fā)生在電極61部位，因此絕緣層亦會延伸至該電極61下方處。
在圖2與圖3所示的實(shí)施例中，電極59會延伸涵蓋整個(gè)區(qū)段式LED 60的寬度。如上述注明者，由于電極59下方生成的光會為電極59所遮擋并吸收，電極59下方的區(qū)段65 部位是為非生產(chǎn)性、會損失光的區(qū)域。此設(shè)計(jì)會導(dǎo)致光轉(zhuǎn)換效率的減少并降低LED晶粒表面的使用率，故需提供額外的晶粒主動(dòng)區(qū)面積來補(bǔ)償損失的面積，進(jìn)而增加了光源的成本。 現(xiàn)在請參照圖4與圖5，其描繪了本發(fā)明另一種可采用的區(qū)段式LED實(shí)施例。圖4為區(qū)段式 LED70的頂視圖，而圖5則為以圖4延切線5-5所作的區(qū)段式LED 70的截面圖。以圖4所示切線2’ -2’所作的區(qū)段式LED 70的截面圖大致與圖2所示者相同，除了其中的電極59 為電極78所取代以及第四圖中所示的η電極71與ρ電極72較窄外。故此，圖式中省略該截面圖。區(qū)段式LED 70與區(qū)段式LED 60的差別在于原本較寬的互連電極59已為多個(gè)串聯(lián)電極如電極78與79所取代。這些電極可能僅有5-10微米寬且相隔約150微米，故此這些電極覆蓋在區(qū)段65上的區(qū)域會比電極59所覆蓋者小得多。故此，在此種設(shè)計(jì)下上述所討論效率上的損失實(shí)質(zhì)上會減少。此外，η電極72與ρ電極71已被一較窄的電極所取代， 該窄電極含有兩較寬的接墊71’與72’以與外部的電路系統(tǒng)打線接合(wire bonding) 0在一較佳實(shí)施例中，串聯(lián)電極彼此間分隔的距離比電極寬度大五倍以上，使得這些串聯(lián)電極所覆蓋的區(qū)域會遠(yuǎn)小于分隔式LED中被連接區(qū)段的寬度。發(fā)明中所需的串聯(lián)電極數(shù)目系視ITO層56的導(dǎo)電率而定，一定要有足夠的串聯(lián)電極來確保電流平均地分布在ITO層56上。串聯(lián)電極的寬度是根據(jù)通過區(qū)段之間的電流總量來決定。故此，其寬度取決與所使用的導(dǎo)體、這些導(dǎo)體的厚度以及串聯(lián)電極的數(shù)目。在未被一串聯(lián)層覆蓋的區(qū)段65區(qū)域中，隔離溝槽77并不需要絕緣層，故使其底下的LED結(jié)構(gòu)可接收到電能并生成有用的光線。在ITO層56的表面設(shè)置上并入一些較窄的金屬電極將能夠改善ITO層56上的電流分布。現(xiàn)在請參照圖6，其為一區(qū)段式LED 75的頂視圖，該區(qū)段式LED 75中含有可加強(qiáng)電流在該ITO層上分布的金屬電極。電極73會連接至ρ電極71以及區(qū)段間的串聯(lián)電極。 由于所述金屬電極的傳導(dǎo)率遠(yuǎn)大于該ITO層，故此這些極薄的電極可提高電流分布，而不擋到過多下層結(jié)構(gòu)所生成的光。在本發(fā)明一態(tài)樣中，其為電極擋住的區(qū)域小于20%的光發(fā)射區(qū)域，其中尤以小于10%的光發(fā)射區(qū)域?yàn)榧选！^薄的η電極73’可選擇性地整合在裸露的η層上來加強(qiáng)該η層上電流的分布。 這類電極不會擋到所生成的光，故電極73’比的電極73可覆蓋較大的面積。本發(fā)明的串聯(lián)電極可藉由在一設(shè)置在分隔各個(gè)區(qū)段的這些隔絕溝槽上的絕緣接墊上沉積任何合適的導(dǎo)體的方式來形成。這類絕緣接墊如圖中171所示。應(yīng)注意串聯(lián)電極可以金屬或ITO(氧化銦錫)材質(zhì)來進(jìn)行制作。ITO具有透明度較高的優(yōu)點(diǎn)，其形成的串聯(lián)電極所擋住的光較少。然而ITO的電阻較大，故需要較大的覆蓋面積。相較于傳統(tǒng)的LEDs，由于區(qū)段式LEDs是以較高的電壓運(yùn)作，故在生成相同的光量的情況下區(qū)段式LEDs所需的驅(qū)動(dòng)電流較小。如此，在一區(qū)段式LED上串聯(lián)一開關(guān)元件實(shí)質(zhì)上不會改變該區(qū)段式LED的效率，因?yàn)殡娔軙谠撻_關(guān)元件中發(fā)散。現(xiàn)在請參照圖7，其描繪了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一光源態(tài)樣。光源80系以多個(gè)由控制器82供能的區(qū)段式LEDs 81 構(gòu)成。每個(gè)區(qū)段式LED皆會透過一受控制器82控制的開關(guān)元件84連接至一電力軌。控制器82可采用該開關(guān)元件以形成短路(short)的方式移除一故障的區(qū)段式LED。此外，控制器82可藉由致動(dòng)一或多個(gè)開關(guān)元件來增加或減少光源80的亮度。盡管圖中所表示者為機(jī)械性質(zhì)的開關(guān)，閱者將了解任何在導(dǎo)通狀態(tài)下阻抗夠低的開關(guān)類型皆可為本發(fā)明所采用， 其中包含晶體管或其他可與控制器整合作為一單一驅(qū)動(dòng)IC的半導(dǎo)體類元件。如上述所注明者，在本發(fā)明中采用區(qū)段式LED的一重要優(yōu)點(diǎn)在于可在遠(yuǎn)高于習(xí)知 LED的電位勢運(yùn)作環(huán)境下提供光源，同時(shí)又可將該光源分散成足量的組成光源以補(bǔ)償各個(gè)組成光源間光生成量的變異性。此處假設(shè)一光源由數(shù)個(gè)具有制造工藝變異ο的個(gè)別LEDs所構(gòu)成。如上述所注明者，此一變異是導(dǎo)因于其上制作LEDs的各個(gè)晶圓間的差異以及任何給定的生產(chǎn)運(yùn)作中晶圓與晶圓間的差異。舉例而言，LED與LED間光輸出的差異可能約略呈一標(biāo)準(zhǔn)差為σ的高斯分布，盡管該些LEDs輸出精確的分布形式在下述的討論中并不重要。一般而言，最終的光源必須符合光源與光源間光輸出差異相關(guān)以及每一光源內(nèi)部光強(qiáng)度的均勻度相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)格。設(shè)計(jì)公差會確保所述光源是可以互換的。此即所制造出的不同光源的光輸出對光源的觀察者而言在外表與強(qiáng)度上是無法區(qū)分的?，F(xiàn)在請參照圖8，其描繪出一根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光源90。此處假設(shè)可適用于不同光源數(shù)目的兩電力軌92與93之間并聯(lián)有M個(gè)組成式光源91。上述M的數(shù)值選定為使該M個(gè)組成式光源平均而言可生成光源設(shè)計(jì)規(guī)格中所明訂的期望的光輸出。假設(shè)每個(gè)組成式光源平均的光輸出皆小于設(shè)計(jì)公差中所明訂的光輸出差異。在此狀況下，吾人可擴(kuò)充具有該M個(gè)組成式光源的光源并測量其光輸出。假如測量出的輸出值過高，則移除一或多個(gè)其中的組成式光源以達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)格內(nèi)的光源輸出。假如測量出的輸出值過低，則在該光源中加入一或多個(gè)額外的組成式光源。在先前技術(shù)中，組成式光源是為多個(gè)串聯(lián)的傳統(tǒng)LEDs串，使得每個(gè)組成式光源皆可在可有效提供的電位勢下運(yùn)作。此處假設(shè)一光源是設(shè)計(jì)成可提供2000流明(lumen)的光(約等于一個(gè)100瓦特的白熾燈光)。傳統(tǒng)能產(chǎn)生80流明的LEDs可在良率與晶粒尺寸之間作出良好的妥協(xié)。因此電力軌之間會采用25個(gè)這類的LEDs，或是五個(gè)這類串聯(lián)的LED 串。因此，每個(gè)組成式光源會生成約20%的目標(biāo)光輸出量，而移除或增加一個(gè)這類的LED 串會造成該光源光輸出量上20%的改變，此光量變化會超出這類光源所允許的一般設(shè)計(jì)公差。故此，上述LEDs必須與每個(gè)串聯(lián)的LED串搭配以確保每個(gè)LED串的光輸出間的差異小到可以保證五條LED串會提供設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)的目標(biāo)輸出。對廉價(jià)的光源而言，這些LED 在分類(binning)與搭配(matching)上的成本是很可觀的。在另一種作法中，控制器94可為每個(gè)光源編程以提供或多或少的電流到電力軌， 因而補(bǔ)償了各個(gè)LEDs間在光輸出上的差異。這類程序需要測量每個(gè)光源的光輸出量并改變電流來達(dá)至所欲的結(jié)果?？刂破鞅仨毢幸粋€(gè)可變的輸出電流源以及明訂所需正確電流參數(shù)的儲存單元。這類光源所需的控制器會比那些采用25個(gè)區(qū)段式LEDs的光源以及藉由在電力軌中增加或移除區(qū)段式LEDs來進(jìn)行調(diào)整的光源所需的一般控制器花費(fèi)更多的成本。圖8中所示的配置亦可用來建構(gòu)出一交流的LED光源，其光源內(nèi)部個(gè)別的組成式光源會直接由一已被全波整流電橋(rectifier bridge)整流的交流電源來供能，以在根本上提供可在每個(gè)組成式光源間施加的直流電壓。該些組成式光源系由M個(gè)串聯(lián)式LED串所組成，其中每一 LED串含有N個(gè)區(qū)段式LEDs，使得LED接點(diǎn)的總數(shù)(MXN)乘以一般傳統(tǒng)LED的運(yùn)作電壓(Vf)會約略等于交流電壓整流后的峰值電壓(Vpk)。一般而言，有時(shí)候?yàn)榱艘贚ED未開啟、其電壓小于開啟電壓時(shí)過載該些LEDs，上述的MXNXVf值會設(shè)定成稍微小于Vpk值以給予補(bǔ)償?；蛘?，亦可在LED關(guān)閉期間(OFF)并聯(lián)一大型電容(一般需要是電解質(zhì)類型的電容，以在這類應(yīng)用所需的高電壓環(huán)境下提供高電容值)，透過使LED放電的方式來開啟該些LED。上述作法已是為人熟知的概念，但卻牽涉到使用昂貴、低壽命、會增加光源成本并減少其壽命的電容?，F(xiàn)在請參照圖9，其描繪出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一交流光源。 光源100與上述參照第八圖所討論的光源90類似，其電力軌92與93間連接有數(shù)目可變的組成式光源，所選定的光源數(shù)目須能提供位于設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)所欲的光輸出。光源100與光源90的差異之處在于控制器104會在電力軌92與93間提供交流輸出電壓，且其中半數(shù)的組成式光源(即101，102···)在兩電力軌間以反向的方式連接。在交流電源信號每半次的循環(huán)中，一半的組成式光源會生成光(ON)，而其他半數(shù)則會關(guān)閉(OFF)。此方法的確會用到兩倍的LEDs數(shù)量，但卻節(jié)省了整體成本并降低加入整流二極管的復(fù)雜度。在本發(fā)明一態(tài)樣中，控制器104含有一具有固定主副線圈比例的變壓器。這類實(shí)施例從成本的觀點(diǎn)來看特別有吸引力。然而，施加在電力軌上的輸出電壓信號會受到變壓器制造工藝中的變異性影響。于此，藉由改變制作期間電力軌間所連接的組成式光源數(shù)目， 其光源可調(diào)整來提供一不受控制器104中差異影響的標(biāo)準(zhǔn)輸出，故此發(fā)明態(tài)樣提供的光源所需的成本比那些需要可變輸出控制器來補(bǔ)償制造工藝差異的光源的成本還要低。上述的光源取決于調(diào)整那些在制作期間連接到電力軌上的組成式光源數(shù)目，以補(bǔ)償各組成式光源間光輸出的差異，或是負(fù)責(zé)致能這些組成式光源的控制器的輸出差異。在本發(fā)明一態(tài)樣中，組成式光源的數(shù)目會經(jīng)由下列流程來調(diào)整首先從一具有M個(gè)組成式光源的光源開始，其中數(shù)目M選定成會使得該光源具有正確的組成式光源數(shù)目或是會具有一兩個(gè)不需要提供設(shè)計(jì)光輸出的額外組成光源。光源在組裝后會進(jìn)行測試。這些光源可能會有正確的光輸出，亦有可能光輸出過高。如果測試出其光輸出過高，則其中一電力軌的中的聯(lián)結(jié)106會藉由激光消蝕法(laser ablation)或是類似的制造工藝來中斷以使其中一組成式光源在一般運(yùn)作期間不會受到供能。本發(fā)明光源中可具有多個(gè)這類的聯(lián)結(jié)106以移除一個(gè)以上的光源。此方法以納入一兩個(gè)額外的組成式光源為代價(jià)來提供一可完全自動(dòng)化的組裝流程。假如這些組成式光源是區(qū)段式LEDs，該成本基本上與一兩個(gè)額外的LED晶粒成本相同， 這樣成本上的增加在許多應(yīng)用中是可以接受的。應(yīng)注意即便是在區(qū)段式LED的例子中LED仍需進(jìn)行一些分類(binning)的動(dòng)作以提供較佳的光源均勻性。具有多個(gè)LEDs的光源的實(shí)體尺寸有可能會大到讓使用者察覺到因其上LEDs光輸出的不同所引起的局部性光源不均。一般而言，由制造工藝變異所引起在光強(qiáng)度上的差異會大于光源中所允許的最大變異。這類光源中的變異會發(fā)生在單一晶圓上或是生產(chǎn)線上的晶圓與晶圓之間。故此，LEDs須按相同的光輸出來分類以確保觀察者在觀看時(shí)任何所給定分類中的所有LED足夠均勻一致。此處我們用Qm來代表一光源中可允許的區(qū)段式LED最大差異。此即，光源的區(qū)段式LEDs須具有介于I 士 ο m所定義的強(qiáng)度范圍內(nèi)的強(qiáng)度。一般來說，制造工藝差異的特征在于ο > σω。因此，所述區(qū)段式LEDs會被分成數(shù)個(gè)非重迭的分類群(“bins”)，其中每個(gè)分類群皆有一平均光強(qiáng)度的特征。此處吾人假設(shè)一流程中含有兩個(gè)平均強(qiáng)度分別為I1與I2特征的分類群。用于制作光源的所述區(qū)段式LEDs的最小數(shù)目M會設(shè)定成使得MI1等于(M+1)I2。一般而言，每個(gè)分類群內(nèi)的差異值約為10%。舉例言之。今假設(shè)有一 2000流明的光源以每個(gè)區(qū)段式LED標(biāo)稱為80流明的區(qū)段式LEDs來建構(gòu)。如果多片晶圓上的區(qū)段式LEDs的范圍介于70 90流明之間，則這些區(qū)段式LEDs會被分成四個(gè)分類(bins)，第一是具有70 75流明光輸出的區(qū)段式LEDs，其他則分別為具有75 80流明光輸出的區(qū)段式LEDs、具有80 85流明光輸出的區(qū)段式LEDs 以及具有85 90流明光輸出的區(qū)段式LEDs。目標(biāo)光源可以藉由采用29個(gè)第一分類的區(qū)段式LEDs來建構(gòu)，或是采用26個(gè)第二分類的區(qū)段式LEDs、23個(gè)第三分類的區(qū)段式LEDs 或是25個(gè)第四分類的區(qū)段式LEDs來建構(gòu)。由于電力軌能容納不同數(shù)目的區(qū)段式LEDs，其每個(gè)對光源的選擇皆可采用相同的電路載體與設(shè)置，基本上制造工藝中所有的區(qū)段式LEDs 皆可采用。此外，其光源于制造后不需進(jìn)行量測與修整即可符合設(shè)計(jì)規(guī)格。然而發(fā)明中進(jìn)行這類的測量與修整可進(jìn)一步減少最終光源與光源間的差異性。如上所述，本發(fā)明中較佳的組成式光源為區(qū)段式LEDs。一般來說，為了要有效地傳送電能到并聯(lián)的組成式光源中，這些組成式光源須在實(shí)質(zhì)上大于單一接點(diǎn)式LED的電壓下運(yùn)作，其對氮化鎵(GaN)系的LED而言一般為3. 2伏特。本發(fā)明一實(shí)施例中會采用具有五個(gè)區(qū)段的區(qū)段式LEDs來提供16伏特驅(qū)動(dòng)電壓的組成式光源。然而，驅(qū)動(dòng)電壓至少是單一接點(diǎn)式LED的三倍的組成式光源在吾人所討論的材料體系中更能被有利地采用。上述本發(fā)明實(shí)施例已提供來說明本發(fā)明多種態(tài)樣。然而，閱者將能了解到其中表示本發(fā)明各種特定實(shí)施例的多種不同態(tài)樣可以組合來提供本發(fā)明其他的實(shí)施例。此外，本發(fā)明多種的態(tài)樣修改從前文描述與隨附圖式的參照中將變得益加明顯。據(jù)此，本發(fā)明的范疇會僅由下列的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種光源，其包括多個(gè)區(qū)段式LEDs，其并聯(lián)至一電力匯流排，該匯流排接受不同數(shù)目的區(qū)段式LEDs，該數(shù)目是選來讓該光源提供預(yù)先定義的光輸出；及一控制器，其接收交流電力并在該電力匯流排上提供一電力信號。
2.如權(quán)利要求1所述的光源，其中每一該區(qū)段式LED的特征在于其驅(qū)動(dòng)電壓值會大于與該區(qū)段式LED相同材料體系所制作出的傳統(tǒng)LED的驅(qū)動(dòng)電壓的三倍。
3.如權(quán)利要求1所述的光源，其中每一該區(qū)段式LED會生成在預(yù)先定義的強(qiáng)度范圍的光，該強(qiáng)度范圍小于所述區(qū)段式LEDs所生成的平均光強(qiáng)度的10%。
4.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該電力匯流排含有一可打斷的聯(lián)結(jié)來中斷其中一所述區(qū)段式LEDs與該電力匯流排的連接。
5.如權(quán)利要求4所述的光源，其中該可打斷的聯(lián)結(jié)包含一可藉由激光消蝕法移除的導(dǎo)體區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的光源，其中該電力匯流排含有一開關(guān)元件來中斷其中一所述區(qū)段式LEDs以回應(yīng)來自該控制器的指令。
7.一種制作光源的方法，其包括提供一具有第一電力軌與第二電力軌的基板； 提供一控制器來在該第一電力軌與第二電力軌上生成電力信號；及在該第一電力軌與第二電力軌之間并聯(lián)連接M個(gè)區(qū)段式LEDs;當(dāng)為該電力信號所供能時(shí)，每一該區(qū)段式LED會生成強(qiáng)度在一第一預(yù)定強(qiáng)度范圍內(nèi)的光。
8.如權(quán)利要求7所述的制作光源的方法，更包含測量來自該光源的光輸出，若該被測量的光輸出與一目標(biāo)光輸出不同，則改變連接到所述電力軌的所述區(qū)段式LEDs的數(shù)目。
9.如權(quán)利要求8所述的制作光源的方法，其中一個(gè)所述區(qū)段式LEDs會中斷與其中一個(gè)所述電力軌的連接。
10.如權(quán)利要求9所述的制作光源的方法，其中一個(gè)所述區(qū)段式LEDs會藉由打斷其中一個(gè)所述電力軌中的連結(jié)來中斷。
11.一種制作具有大致相同的目標(biāo)輸出強(qiáng)度的多個(gè)光源的方法，該方法包括根據(jù)所述區(qū)段式LEDs所測量出的光強(qiáng)度將所述區(qū)段式LEDs分類成群組，每一所述群組的特征在于其平均光源強(qiáng)度與該群組中光強(qiáng)度的分布；制作具有該目標(biāo)強(qiáng)度的第一光源與第二光源，該第一光源與第二光源包含 一第一基板，其具有第一電力軌與第二電力軌； 一控制器，其在該第一電力軌與第二電力軌上生成一電力信號；及來自一個(gè)所述群組的多個(gè)區(qū)段式LEDs，并聯(lián)連接在該第一電力軌與第二電力軌之間， 所述區(qū)段式LEDs會生成強(qiáng)度大致為該目標(biāo)輸出強(qiáng)度的一集體光輸；其中該第一光源包含多個(gè)來自與該第二光源不同群組的區(qū)段式LEDs，且其中該第一光源中所述區(qū)段式LEDs的數(shù)目與該第二光源中所述區(qū)段式LEDs的數(shù)目不同。
12.一光源，其包括 一基板；一光發(fā)射結(jié)構(gòu)，包含一第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，其沉積在該基板上；一主動(dòng)層，位于該第一半導(dǎo)體層上；及一與該第一導(dǎo)電型相反導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層，位于該主動(dòng)層上；一屏障，將該光發(fā)射結(jié)構(gòu)分成彼此相互電性隔離的第一區(qū)段與第二區(qū)段；一串聯(lián)電極，其連接該第一區(qū)段內(nèi)的該第一半導(dǎo)體層與該第二區(qū)段內(nèi)的該第二半導(dǎo)體層；一第一電力接觸件，其電性連接至該第一區(qū)段中的該第二半導(dǎo)體層；及一第二電力接觸件，其電性連接至該第二區(qū)段中的該第一半導(dǎo)體層，其中當(dāng)該第一電力接觸件與該第二電力接觸間有電位差時(shí)該第一區(qū)段與第二區(qū)段會生成光； 其中該串聯(lián)電極包含多個(gè)分隔的導(dǎo)體橫跨在該屏障上。
13.如權(quán)利要求12所述的光源，其中該第二半導(dǎo)體層包含一ρ型半導(dǎo)體，且其中該光源更包含一透明電極位在該第二半導(dǎo)體層上以及多個(gè)電流分布電極在該透明電極上延伸以將電流分布到該透明電極的不同部位，該電流分布電極與該串聯(lián)電極電性連接。
14.如權(quán)利要求13所述的光源，其中該電流分布電極在該第二半導(dǎo)體層上所覆蓋的面積小于該第二半導(dǎo)體層的20%。
15.如權(quán)利要求12所述的光源，其中所述分隔的導(dǎo)體的特征在于其垂直該屏障方向上的導(dǎo)體寬度，其中所述分隔的導(dǎo)體系彼此相隔一段大于該導(dǎo)體寬度五倍的距離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光源及其制作方法。該光源(20)含有多個(gè)區(qū)段式LEDs(21)并聯(lián)至一電力匯流排與一控制器(22)。該電力匯流排接受不同數(shù)目的區(qū)段式LEDs(21)。該控制器(21)接收交流電力并在該電力匯流排上提供一電力信號。每一該區(qū)段式LED(21)的特征在于其驅(qū)動(dòng)電壓值會大于與該區(qū)段式LED相同材料體是所制作出的傳統(tǒng)LED的驅(qū)動(dòng)電壓的三倍。該光源(20)的所述區(qū)段式LEDs(21)的數(shù)目選成可補(bǔ)償制造工藝差異所導(dǎo)致在個(gè)別區(qū)段式LEDs(21)光輸出上的差異。在發(fā)明的另一態(tài)樣中，連接至該電力匯流排的區(qū)段式LEDs(21)的數(shù)目在該光源組裝后可以變更。
文檔編號H01L33/62GK102318087SQ201080007439
公開日2012年1月11日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者史蒂芬·D·藍(lán)斯特, 胡欣言, 裘連·漢斯蘭 申請人:普瑞光電股份有限公司