專利名稱：交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種交流驅(qū)動(dòng)(alterative current, AC)多波長(zhǎng) (multi-wavelength)發(fā)光組件，尤指一種具有可直接產(chǎn)生白光的多波長(zhǎng)發(fā)光二極管 (light-emitting diode, LED)的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件。
背景技術(shù)：
因應(yīng)全球石化能源枯竭與環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，同時(shí)具有節(jié)能與環(huán)保兩種特性的發(fā) 光二極管，尤其是白光發(fā)光二極管，持續(xù)地在照明與顯示兩項(xiàng)重要的發(fā)展領(lǐng)域中受到重視。公知白光發(fā)光二極管具有數(shù)種可行的制作方法，例如直接應(yīng)用數(shù)個(gè)紅色、藍(lán)色、 綠色等不同光色的發(fā)光二極管芯片制作成單體白光發(fā)光二極管(R/G/Bsingle-package white-LED)或白光發(fā)光二極管模塊、白光發(fā)光二極管陣列(R/G/B white-LED module or array)。但利用調(diào)整紅、藍(lán)、綠三種發(fā)光二極管的亮度繼而混光獲得白光的最大缺點(diǎn)，在于 其成本難以樽節(jié)，而不利于商品化的發(fā)展，因此目前多專注在對(duì)于顯色指數(shù)要求較高的特 定應(yīng)用市場(chǎng)。另外一種方式，則是利用熒光粉體制作白光發(fā)光二極管，例如利用三五族氮化 物半導(dǎo)體材料制作的藍(lán)光發(fā)光二極管，搭配釔鋁石榴石(yttrium aluminum garnet, YAG) 黃光熒光粉體，使藍(lán)光發(fā)光二極管所發(fā)射的藍(lán)光經(jīng)由黃光熒光粉體混光后產(chǎn)生白光。除了 上述藍(lán)光發(fā)光二極管加上黃光熒光粉體的制作方式外，亦可以藍(lán)光發(fā)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(fā)光二極管(UV-LED)加上紅光及藍(lán)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(lán)熒光粉體的總體激發(fā)效率并不如單一黃 光熒光粉體高，且紫外光對(duì)于許多材料的老化破壞也造成后續(xù)封裝材料選擇的困難。因此 利用藍(lán)光發(fā)光二極管加上黃光熒光粉體制作的白光發(fā)光二極管就通過制作及實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn) 單、驅(qū)動(dòng)容易、成本低廉、與效率較高等優(yōu)點(diǎn)，成為白光發(fā)光二極管的主流。另外，隨著光電科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)以直流電源驅(qū)動(dòng)的發(fā)光二極管芯片，更被 期待能在以交流電為主的一般生活環(huán)境中使用。因此，在2005年韓國(guó)漢城半導(dǎo)體與美國(guó) III-N technology相繼發(fā)表交流電驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(AC-LED)之后，擁有先進(jìn)光電產(chǎn)業(yè) 的各國(guó)莫不將交流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管視為極具發(fā)展?jié)摿Φ男陆M件。交流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管光 源的重大技術(shù)突破即是在發(fā)光二極管晶粒封裝成芯片時(shí)的特殊排列組合利用發(fā)光二極 管晶粒中p-n接面的二極管特性兼做整流，交流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管芯片采用了惠斯登電橋 (ffheatstone bridge)的設(shè)計(jì)概念，將復(fù)數(shù)個(gè)發(fā)光二極管晶粒串組成一個(gè)整流橋，且晶粒設(shè) 置于整流后電流方向恒定的區(qū)域，因此無論交流電偏壓方向?yàn)楹?，晶粒均可發(fā)光，是以交流 驅(qū)動(dòng)發(fā)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(qū)動(dòng)發(fā)光二極管芯片在白光的應(yīng)用中卻碰上了限制由于 公知利用熒光粉體制作的白光發(fā)光二極管芯片在封裝晶粒時(shí)將所需的熒光粉體施加在晶 粒上，而交流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管芯片內(nèi)包括了復(fù)數(shù)個(gè)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(qū)動(dòng)發(fā)光二極管芯片內(nèi)任一晶 粒的失效或效能不足都會(huì)造成交流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管芯片亮度的損失；而藍(lán)光發(fā)光二極管加上熒光粉體混光所產(chǎn)生的白光，尤其是藍(lán)光發(fā)光二極管加上黃光熒光粉體，對(duì)于亮度的變 化非常敏感，因此芯片亮度的損失將會(huì)導(dǎo)致色品坐標(biāo)(chromaticity coordinate)的改變。 也就是說，在交流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管芯片作為白光光源的應(yīng)用時(shí)，必須面對(duì)所產(chǎn)生的白光有 顏色偏差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)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(qū)動(dòng)多波 長(zhǎng)發(fā)光組件。根據(jù)本發(fā)明所提供的權(quán)利要求，提供一種交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，包括有一基 材以及復(fù)數(shù)個(gè)多波長(zhǎng)發(fā)光二極管。所述多波長(zhǎng)發(fā)光二極管以串聯(lián)與并聯(lián)方式相互電性連接 而設(shè)置于所述基材上，且分別包括復(fù)數(shù)層活性層。根據(jù)本發(fā)明所提供的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，利用所述多波長(zhǎng)發(fā)光二極管的不 同活性層所產(chǎn)生的不同顏色光直接混色形成白光或多波長(zhǎng)的混光，并將所述多波長(zhǎng)發(fā)光二 極管串聯(lián)與并聯(lián)電性連接，使交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件可直接使用于交流電壓。更重要的 是，由于本發(fā)明所提供的多波長(zhǎng)發(fā)光二極管不需通過任何熒光粉體進(jìn)行混光，即可直接混 色產(chǎn)生白光而作為一白光發(fā)光二極管。因此，即使交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件發(fā)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(chǎn)生的白光顏色偏差等問題。


圖1為本發(fā)明所提供的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件的一第一優(yōu)選實(shí)施例的剖面示 意圖；圖2為本發(fā)明所提供的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件的一第二優(yōu)選實(shí)施例的剖面示 意圖；圖3為本發(fā)明所提供的串聯(lián)多波長(zhǎng)發(fā)光二極管的剖面示意圖；圖4與圖5分別為本優(yōu)選實(shí)施例所提供的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件不同實(shí)施型態(tài) 的電路示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下100多波長(zhǎng)發(fā)光二極管102基板
110第一型半導(dǎo)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(dǎo)體層
120透明導(dǎo)電層130,132焊墊
140圖案化絕緣層142開口
150導(dǎo)電層200交流驅(qū)動(dòng)波長(zhǎng)發(fā)光組件
202基材210,212電橋
300交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件400交流電源
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1與圖2，圖1與圖2分別為本發(fā)明所提供的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件的 一第一優(yōu)選實(shí)施例與一第二優(yōu)選實(shí)施例的剖面示意圖。值得注意的是，本發(fā)明所提供的交 流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件包括有復(fù)數(shù)個(gè)多波長(zhǎng)發(fā)光二極管，任一多波長(zhǎng)發(fā)光二極管皆包括如 圖1所示的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，本發(fā)明所提供的用以構(gòu)建交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件的多波 長(zhǎng)發(fā)光二極管100包括一基板102，如藍(lán)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(shè)置一第一 型半導(dǎo)體層110、一第二型半導(dǎo)體層116、與設(shè)置于第一型半導(dǎo)體層110及第二型半導(dǎo)體層 116之間的復(fù)數(shù)層活性層(active layer) 1120在本第一優(yōu)選實(shí)施例中，復(fù)數(shù)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(yōu)選實(shí)施例中第 一型為η型；而第二型為ρ型，但所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知第一型與第二型等導(dǎo)電類型可依工 藝或產(chǎn)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(dǎo)體層110 之間更設(shè)置有一緩沖層(圖未示)，但所述膜層的設(shè)置應(yīng)為所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知，故于此 不再贅述，亦省略于圖1中。第一型半導(dǎo)體層110、第一活性層112a、第二活性層112b與 第二型半導(dǎo)體層116等膜層可利用外延成長(zhǎng)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(dǎo)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(yōu)選實(shí)施例中的多波長(zhǎng)發(fā)光二極管利用設(shè)置于第一型半導(dǎo) 體層Iio與第二型半導(dǎo)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(chǎn) 生白光，因此本優(yōu)選實(shí)施例所提供的多波長(zhǎng)發(fā)光二極管亦為一白光發(fā)光二極管多波長(zhǎng)發(fā) 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(zhǎng)光與一第二波 長(zhǎng)光，且第一波長(zhǎng)光不同于第二波長(zhǎng)光。舉例來說，第一波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)(λ)范圍在550 650納米(nanometer，nm)之間；而第二波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)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(chǎn)生黃光與藍(lán)光，黃光與藍(lán)光混合后即產(chǎn) 生白光，因此本發(fā)明所提供的任一多波長(zhǎng)發(fā)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(chǎn)生白光，而作為一白光發(fā)光二極管。此外，在本第一優(yōu)選實(shí)施例的一變化型中，第一活性層112a所產(chǎn)生的第一波長(zhǎng)光 的波長(zhǎng)范圍可為500 600納米；第二活性層112b所產(chǎn)生的第一波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)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(chǎn)生黃綠光與紫外 (UV)光，而黃綠光與UV光混合后即可產(chǎn)生白光。故在此變化型中，多波長(zhǎng)發(fā)光二極管100 亦可作為一白光發(fā)光二極管。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1。在第二型半導(dǎo)體層116上另形成有一透明導(dǎo)電層120，其可為氧 化銦錫(indium tin oxide，IT0)，但不限于此。透明導(dǎo)電層120用以與第二型半導(dǎo)體層116 形成奧姆接觸(Ohmic contact)，并兼作電極。在第一型半導(dǎo)體層110與透明導(dǎo)電層120上 則分別形成一焊墊130、132，其中設(shè)置于第一型半導(dǎo)體層110上的焊墊130亦兼作電極。請(qǐng)參閱圖2。由于圖2中交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件中除活性層之外的各組件皆與 第一優(yōu)選實(shí)施例相同，因此相同的組件采用相同的標(biāo)號(hào)，且不再贅述。與第一優(yōu)選實(shí)施例不 同的是，第二優(yōu)選實(shí)施例中所包括的復(fù)數(shù)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(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知所述等活性層的設(shè)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(chǎn)生一第三波長(zhǎng)光、一第四波長(zhǎng)光與 一第五波長(zhǎng)光。第三波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)范圍在560 600納米之間、所述第四波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)范圍 在520 560納米之間、所述第五波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)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(chǎn)生黃光、綠光與UV光，并通過黃 光、綠光與UV光直接混合后產(chǎn)生白光，因此本第二優(yōu)選實(shí)施例所提供的任一多波長(zhǎng)發(fā)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(chǎn)生白光的白光發(fā)光二極管。請(qǐng)參閱圖3，圖3為第一與第二優(yōu)選實(shí)施例所提供的串聯(lián)多波長(zhǎng)發(fā)光二極管的剖 面示意圖。如前所述，交流驅(qū)動(dòng)發(fā)光組件通過將各發(fā)光二極管晶粒以電橋方式串聯(lián)與并聯(lián) 而得，因此在完成多波長(zhǎng)發(fā)光二極管100的制作后，更于各多波長(zhǎng)發(fā)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(zhǎng)發(fā)光二極管100，而在相對(duì)于各焊墊130、132處則 分別形成一開口 142以供后續(xù)建構(gòu)電路之用。在第一與第二優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)定以串聯(lián)方 式電性連接的相鄰二多波長(zhǎng)發(fā)光二極管100通過一導(dǎo)電層150，如一金屬層，電性連接焊墊 130與焊墊132，完成串聯(lián)電路的建構(gòu)。接下來請(qǐng)參閱圖4與圖5，圖4與圖5分別為第一與第二優(yōu)選實(shí)施例所提供的交流 驅(qū)動(dòng)發(fā)光組件不同實(shí)施型態(tài)的電路示意圖。如圖4所示，本優(yōu)選實(shí)施例所提供的交流驅(qū)動(dòng) 多波長(zhǎng)發(fā)光組件200利用上述的多波長(zhǎng)發(fā)光二極管100串聯(lián)與并聯(lián)形成電橋210、212，并設(shè) 置于一基材202 (示于圖3)上。此外，電橋210、212再串聯(lián)，之后始進(jìn)行封裝工藝，完成多 波長(zhǎng)發(fā)光組件芯片的制作，而此多波長(zhǎng)發(fā)光組件200可直接使用于交流電源400。請(qǐng)參閱圖 5，另外，依據(jù)不同產(chǎn)品的需求，在圖5所示的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件300中，亦可將不同 組已串聯(lián)的電橋210、212再以并聯(lián)方式電性連接，以增加交流電正負(fù)半周點(diǎn)亮的多波長(zhǎng)發(fā) 光二極管100數(shù)量。之后，始進(jìn)行封裝工藝，完成交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件芯片的制作，而 此交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件300可直接使用于交流電源400。綜上所述，本發(fā)明所提供的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，可利用所述等多波長(zhǎng)發(fā)光 二極管的復(fù)數(shù)層活性層所產(chǎn)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(fā)光 二極管。并且，通過串聯(lián)或并聯(lián)等方式電性連接所述白光發(fā)光二極管，形成可直接使用于交 流電壓的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)/白光發(fā)光組件。更重要的是，由于本發(fā)明所提供的白光發(fā)光二 極管不需通過任何熒光粉體進(jìn)行混光，故即使交流驅(qū)動(dòng)白光發(fā)光組件中發(fā)生白光發(fā)光二極 管發(fā)光效能不足甚至失效的情形而導(dǎo)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(chǎn)生的白光顏色偏差等問題。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修 飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，其特征在于，包括一基材；以及復(fù)數(shù)個(gè)多波長(zhǎng)發(fā)光二極管，以串聯(lián)與并聯(lián)方式相互電性連接而設(shè)置于所述基材上；其 中，所述多波長(zhǎng)發(fā)光二極管分別包括復(fù)數(shù)層活性層。
2.如權(quán)利要求1所述的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，其特征在于，各所述多波長(zhǎng)發(fā)光二 極管均分別包括一第一型半導(dǎo)體層與一第二型半導(dǎo)體層，且所述活性層設(shè)置于所述第一型 半導(dǎo)體層與所述第二型半導(dǎo)體層之間。
3.如權(quán)利要求2所述的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，其特征在于，所述第一型半導(dǎo)體層 與所述第二型半導(dǎo)體層包括三五族氮化物半導(dǎo)體材料。
4.如權(quán)利要求2所述的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，其特征在于，所述多波長(zhǎng)發(fā)光二極 管更包括一第一焊墊與一第二焊墊，分別設(shè)置于所述第一型半導(dǎo)體層與所述第二型半導(dǎo)體 層上，其中至少一多波長(zhǎng)發(fā)光二極管的所述第一焊墊與相鄰的多波長(zhǎng)發(fā)光二極管的所述第 二焊墊電性連接以串聯(lián)所述發(fā)光二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，其特征在于，所述多波長(zhǎng)發(fā)光二極 管的所述活性層分別產(chǎn)生一第一波長(zhǎng)光與一第二波長(zhǎng)光，且所述第一波長(zhǎng)光不同于所述第 二波長(zhǎng)光。
6.如權(quán)利要求5所述的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，其特征在于，所述第一波長(zhǎng)光的波 長(zhǎng)范圍在550 650納米之間，而所述第二波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)范圍在450 510納米之間。
7.如權(quán)利要求5所述的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，其特征在于，所述第一波長(zhǎng)光的波 長(zhǎng)范圍在500 600納米之間，而所述第二波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)范圍在340 430納米之間。
8.如權(quán)利要求1所述的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，其特征在于，所述多波長(zhǎng)發(fā)光二極 管的所述等活性層分別產(chǎn)生一第三波長(zhǎng)光、一第四波長(zhǎng)光與一第五波長(zhǎng)光，且所述等波長(zhǎng) 光不同于彼此。
9.如權(quán)利要求8所述的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，其特征在于，所述第三波長(zhǎng)光的波 長(zhǎng)范圍在560 600納米之間、所述第四波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)范圍在520 560納米之間、所述第 五波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)范圍在200 430納米之間。
10.如權(quán)利要求1所述的交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，其特征在于，所述多波長(zhǎng)發(fā)光二極 管串聯(lián)與并聯(lián)形成至少一電橋，其中所述電橋以串聯(lián)與并聯(lián)方式相互電性連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件，該組件包括一基材以及復(fù)數(shù)個(gè)設(shè)置于所述基材上的多波長(zhǎng)發(fā)光二極管，所述多波長(zhǎng)發(fā)光二極管分別包括復(fù)數(shù)層活性層，而所述活性層所產(chǎn)生的不同顏色光直接混色形成白光或多波長(zhǎng)的混光。所述多波長(zhǎng)發(fā)光二極管以串聯(lián)與并聯(lián)方式相互電性連接形成至少一電橋，使所述交流驅(qū)動(dòng)多波長(zhǎng)發(fā)光組件可直接使用于交流電壓。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102086978SQ200910252070
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者沈佳輝, 洪梓健, 馬志邦 申請(qǐng)人:展晶科技(深圳)有限公司, 榮創(chuàng)能源科技股份有限公司