专利名称：用于交流驱动的发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于交流驱动的发光装置，尤其提供至少一个直流驱动发光二极管晶粒与至少一个交流驱动发光二极管晶粒，而达到具有稳定电压、提高演色性及提高发 光效率的结构。
背景技术：
参考图1，其为美国专利第US6957899号的发光二极管阵列的示意图。发光二极管阵列1包含交流电供应器12、第一发光二极管阵列14以及第二发光二极管阵列 18。图中，第一发光二极管阵列14以及第二发光二极管阵列18由多个微型发光二极管 晶粒(micro-LED chip)以串接的方式排列于同一平面10上。当施以交流正半波周期 (positive half wave period)时，驱动第一发光二极管阵列14发光，当施以交流负半波周 期(negative halfwave period)时，驱动第二发光二极管阵列18发光。一般而言，各国使 用的市电，其交流频率为50 60Hz，高于人眼视觉暂留所需的频率。如此，使得人眼无法分 辨发光二极管阵列1中，所述第一及第二发光二极管阵列14、18交互地发光而达到应用的 目的。目前氮化镓系发光二极管晶粒制造工艺的良品率并无法保证每个微型发光二极 管晶粒的光电特性均勻一致且发光效率无法达到100%，由此施予交流电压驱动第一发光 二极管阵列14发光时，不仅产生光也会产生热。所以，温度及电压特性容易产生偏移，造成 发光均勻性不佳。又当外加交流电压产生突波时，也容易造成发光装置中的发光二极管晶 粒烧毁，其信赖性产生极大问题，因此仍有缺陷。针对上述美国专利第US6957899号的缺点，参考图2，其为中国台湾专利公开第 200826320号的发光装置示意图。所述发光装置揭示至少一种修正电路20用作交流驱动发 光二极管组件21操作时的温度及电压补偿电路，并可达到吸收突波的效果。然而，该专利 所揭示的技术内容无法补偿发光时的演色性，因此仍有缺陷。参考图3，其为美国公开专利第US2008083929号的发光二极管组件示意图。为了 提高交流或直流驱动发光二极管组件操作时的信赖性，在发光二极管晶粒制造工艺中加入 了至少一个限流(current limit)电阻30用以保护发光二极管阵列31。然而，所述限流电 阻30无法发光且无法提供补偿演色性的功效，因此仍有缺陷。参考图4，其为美国公开专利第US2008218098号的发光组件示意图。为了提高交 流驱动发光二极管组件操作时的信赖性，加入了由另一组发光二极管所形成的桥式整流电 路(bridge rectifying circuit)40以保护发光二极管阵列41。然而，所述桥式整流电路 40直接制作于发光二极管阵列41所使用的基板之上，且位于外缘部份。换句话说，所述发 光二极管阵列41与所述桥式整流电路40在同一晶粒的制造工艺中完成，且所述桥式整流 电路40不仅可以具有交流转直流的功效，还能够发光。但这种方法无法在同一基板之上单 以晶粒制造工艺同时制作出不同发光波长的发光二极管组合。所以，无法提供补偿演色性 的功效，因此仍有缺陷。
发明内容
本发明是为了能够兼顾解决上述各种问题而提出的，本发明的目的就在于提供一 种可应用于交流驱动的发光装置，包括支架，至少一个交流驱动用发光二极管阵列以及至 少一个采用分离型式的补偿电路。本发明的又一目的在于提供一种具有由直流驱动用发光二极管晶粒所形成的桥 式串接补偿电路且独立于交流驱动用发光二极管晶粒的封装结构，不仅具有稳定电压及补 偿演色性的功效，还可增加交流驱动发光装置的发光效率。本发明的另一目的在于提供一种可应用于交流驱动的白光发光装置，包括支架， 至少一个交流驱动用发光二极管晶粒，至少一个桥式串接的直流驱动用发光二极管晶粒以 及至少一个荧光粉及封装覆盖胶体。本发明的另一目的还在于提供一种具有稳定电压及补偿演色性的功效且应用于 交流驱动的白光发光装置。
图1为现有技术的发光二极管阵列的示意图；图2为现有技术的发光二装置的示意图；图3为现有技术的发光二极管组件的示意图；图4为现有技术的发光组件的示意图；图5为本发明的封装结构的示意图；图6为本发明的支架的电路设计截面的示意图；图7为本发明的实施例的等效电路的示意图；图8为本发明的实施例的各组件配置的立体示意图；图9为本发明的实施例的第一发光二极管晶粒示意图；图10为本发明的另一实施例的示意图；以及图11为本发明的又一实施例的示意图。主要符号说明1为发光二极管阵列；10为平面；12为交流电供应器；14为第一 发光二极管阵列；18为第二发光二极管阵列；20为修正电路；21为交流驱动发光二极管组 件；30为限流电阻；31为发光二极管阵列；40为桥式整流电路；41为发光二极管阵列；50 为发光装置；51为支架；511为凹槽区域；52、77为第一发光二极管晶粒；53、71、72、73、74 及75为第二发光二极管晶粒；53a为垂直电极式直流驱动发光二极管晶粒；53b为横向电 极式直流驱动发光二极管晶粒；54为焊盘电路；55为方位标示点；61为最下层电路；62及 63为中间电路；64为最上层电路；；70、76为节点；80为蓝宝石基板；81为N型氮化镓层； 82为氮化铟镓发光层；83为P型氮化镓层；84为透明导电层；85为第一绝缘层；86为欧姆 接触的正电极；87为欧姆接触的负电极；88为串接电极；89为第二绝缘保护层；90为焊线 衬垫；91为钇铝石榴石荧光粉；92为硅酸盐类荧光粉；以及93为封装硅胶材。
具体实施例方式参考图5，其为本发明的封装结构的示意图。图中，包含支架51、第一发光二极管晶粒52及至少一个独立于该第一发光二极管晶粒52的第二发光二极管晶粒53。所述支架 51具有凹槽区域511，应用于所述第一发光二极管晶粒52及所述第二发光二极管晶粒53 的固晶工艺(die bonding)及焊线工艺(wire bonding)中，且具有用于连接各电气的电路 及导线。所述第一发光二极管晶粒52为由多个微型发光二极管晶粒串接组合而成的现有 的交流驱动用发光二极管晶粒，特别是两个微型晶粒形成电极反向相接为组成单元，并配 置于凹槽区域511之中心区域。所述第二发光二极管晶粒53为现有的直流驱动用发光二 极管晶粒，并采用分离式配置于凹槽区域511的外缘区域。 参照图6，其为本发明的支架的电路设计截面示意图。所述支架51的组成材质可 为陶瓷系列(Ceramic based)、氮化铝(AlN_based)或氧化铝(A10_based)或由上述材料所 组合而成的复合材质中的一个。其中，最下层电路61为具有多个焊盘(bonding pad)的电 路，其主要功能为使发光装置50具有兼容于现有的表面贴装(Surface Mount Technology) 工艺，从而使得发光装置50能够直接与传统印刷电路板(Printed Circuit Board)模块 化。设置于中间两层的中间电路62、63为第二发光二极管晶粒53桥式接法所需的电路及 第二发光二极管晶粒53与第一发光二极管晶粒52相连接所需的电路。最上层电路64为 第一发光二极管晶粒52及第二发光二极管晶粒53固晶及焊线所需的电路。参考图7，其为本发明的实施例的等效电路示意图。其中，五个第二发光二极管晶 粒71、72、73、74、75以桥式整流方式连接，当施加交流电驱动于正半波周期(positive half wave period)时，电流将依序由节点(node) 70流过第二发光二极管晶粒71、73及75至 节点76与第一发光二极管晶粒77相连接。而当施加交流电驱动于负半波周期(negative half wave period)时，电流将由节点70流过第二发光二极管晶粒72、73及74至节点76 与第一发光二极管晶粒77相连接。由于五个第二发光二极管晶粒71、72、73、74、75以桥式 整流方式连接，不仅可以达到电压补偿的功效，因本身也是发光二极管，因此还可以响应于 外加驱动电流而发出与第一发光二极管晶粒77具有相同或不同波长的光，应用于白光发 光装置就会具有补偿演色性的功效。参照图8，其为本发明的实施例的各组件配置立体示意图。其中包含支架51、第一 发光二极管晶粒52、垂直电极式第二发光二极管晶粒53a及另一型横向电极式第二发光二 极管晶粒53b，支架51上的焊盘电路54及方位标示点(maker) 55。为使本发明的上述实施例的目的、特征及优点能更明显易懂，下面特举优选实施 例，并配合图示，作详细说明。参考图9，第一发光二极管晶粒52以有机金属气相沉积或分子束磊晶方式在蓝宝 石基板80之上依序成长至少一个N型氮化镓层81、氮化铟镓发光层82及P型氮化镓层83， 如此形成所谓的磊晶晶圆。接着，以微影及蚀刻技术将部分P型氮化镓层83、氮化铟镓发光 层82及N型氮化镓层81移除而露出绝缘蓝宝石基板80以隔离各独立微型晶粒的电气连 接。接着，在P型氮化镓层之上形成透明导电层(Transparent Conductive Layer)84，再重 复微影及蚀刻技术将部分透明导电层84、P型氮化镓层83、氮化铟镓发光层82及N型氮化 镓层81移除而露出N型氮化镓层作为欧姆接触表层，接着沉积Si02、Si3N4或SOG作为第 一绝缘层85，以作为连接各个独立于蓝宝石基板80之上的微型晶粒做电极跨接工艺所需 的电气隔离。接着，在透明导电层84及N型氮化镓层81之上分别制作欧姆接触的正电极 86及欧姆接触的负电极87，并形成连接不同微型晶粒正负电极的串接电极88，而形成现有技术所谓的横向电极分布型态的氮化镓系发光二极管晶粒阵列。最后，在该晶粒阵列之上 再制作另一第二绝缘保护层89并曝露出第一发光二极管晶粒52的正负电极焊线衬垫90。 最后，将晶圆经由研磨及切割工艺形成多个各自独立的第一发光二极管晶粒52。另外，垂 直电极式第二发光二极管晶粒53a由现有的磷化铝铟镓/砷化镓系、砷化铝镓/砷化镓系、 磷砷化镓/磷化镓系或氮化铟镓/碳化硅系其中之一并经由另一不同工艺程序所完成。而 且，横向电极式第二发光二极管晶粒53b以相同于第一发光二极管晶粒52的制作技术，并 经由另一不同工艺程序所完成，各个发光二极管晶粒个别分离并无任何电极串接的工艺。一般而言，由于当前发光二极管制造工艺的良品率尚无法保证各自独立的第一发 光二极管晶粒52具有相同的光电特性，因此使用相同直流电流值测试时，无法得到相同的 直流电压值。因此，必须根据直流电压值来分类。例如第一发光二极管晶粒52由40个微 型晶粒所组成，每当使用正向或负向半波周期交流电驱动，即相当于使用直流电驱动时，只 有约28个微型晶粒会同时发光。根据现有技术，若施以10毫安顺向直流电流测试每个氮化 镓系微型晶粒，则每个微型晶粒的顺向直流电压值为3. 7伏特时，28个微型晶粒所累加的 电压约为103. 6伏特。若施以10毫安顺向直流电流测试每个氮化镓系微型晶粒，则每个微 型晶粒的顺向直流电压值为4.0伏特时，28个微型晶粒所累加之电压约为112伏特。然而， 如上所述，每个微型晶粒的光电特性仍有些差异，因此每个第一发光二极管晶粒52中的微 型晶粒所累加的电压并无法一致，在交流应用上必须将第一发光二极管晶粒52根据电压 的范围分门别类，例如=100. 1 102. 5伏特为一类102. 6 105伏特为另一类，依此类推。但是，一般交流市电如110伏特或220伏特的规格指均方根(RMS)值，表示式为 Vrms，其相当于峰值电压(peak voltage) Vp为155. 5伏特或311. 1伏特。当上述102. 6 105伏特的第一发光二极管晶粒52外加一般交流市电110伏特使用时，每个微型晶粒将 分配峰值电压约5. 55伏特，将导致过多电流通过每个微型晶粒，如此容易造成发光装置烧 毁。参照图7，在封装工艺中加入第二发光二极管晶粒71、72、73、74及75并以桥式方式相 连接。其中，第二发光二极管晶粒71、73及75各至少包含一个发光二极管晶粒，其可将发光 装置的正半波周期驱动电流控制在IOmA左右，反之，第二发光二极管晶粒72、73及74各至 少包含一个发光二极管晶粒，同理可将发光装置的正半波周期驱动电流控制在IOmA左右， 如此可以防止上述的问题，从而达到电压补偿的功效。参照图10，其为本发明的另一实施例的示意图。其提供氮化镓系的第一发光二极 管晶粒52，发光波长为蓝色波段(455nm 460歷)及另一发光波长为蓝色波段(490nm 510nm)的直流驱动用的第二发光二极管晶粒71、72、73、74及75，并将钇铝石榴石(YAG)荧 光粉91及硅酸盐类荧光粉92与封装硅胶材93均勻混合，封盖于所述晶粒及支架上，通过 所述钇铝石榴石(YAG)荧光粉91能吸收部分蓝色波段(455nm 460nm)的光线而发出绿色 波段(550nm 570nm)的波长，所述硅酸盐类荧光粉92能吸收蓝色波段(490nm 510nm) 的光线而发出红色波段(620nm 650nm)的波长，当蓝色波段(455nm 460nm及490nm 5IOnm)与绿色波段(550nm 570nm)及红色波段(620nm 650nm)三种的波长相混合就能 得到高演色性的白光发光装置。除上述所述之外，还可以调整硅酸盐类荧光粉或氮化物类 荧光粉中的活化体组成取代钇铝石榴石(YAG)荧光粉91或硅酸盐类荧光粉92，进而达到本 发明的目的。参照图11，其为本发明的又一实施例的示意图。其提供氮化镓系的第一发光二极管晶粒52，发光波长为蓝色波段(455nm 460nm)及氮化铟系、磷化铝铟镓系、砷化铝镓 系、磷化砷镓系或磷化镓系化合物半导体材料其中之一的直流驱动用第二发光二极管晶粒 71、72、73、74及75，发光波长为红色波段(620nm 670nm)，并将硅酸盐类荧光粉92与封 装硅胶材93均勻混合，封盖于该晶粒及支架上，通过所述硅酸盐类荧光粉92能吸收部份 蓝色波段(455nm 460歷)的光线而发出绿色波段(550nm 570歷)的波长，当蓝色波段 (455nm 460nm)与绿色波段(550nm 570nm)及红色波段(620nm 670nm)三种的波长 相混合就能得到高演色性的白光发光装置。除上述所述之外，还可以调整硅酸盐类荧光粉 或氮化物类荧光粉中的活化体组成取代钇铝石榴石(YAG)荧光粉91或硅酸盐类荧光粉92， 进而达到本发明的目的。 以上所述仅为举例性，而不是限制性，例如进一步提供静电防护电路并联于所述交流驱动用发光二极管晶粒或所述直流驱动用发光二极管晶粒。因此任何未脱离本发明的 精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明的权利要求范围之内。
权利要求
一种用于交流驱动的发光装置，其特征在于包含支架；至少一个第一发光二极管晶粒配置于所述支架之上；以及至少一个补偿电路；其中，所述补偿电路采取分离式配置于所述支架之上。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于所述第一发光二极管晶粒由多个微型 发光二极管晶粒串接而形成。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于串接所述多个微型发光二极管晶粒是 指以两个微型晶粒电极反向相接为组成单元而形成。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于所述组成单元在交流驱动时，响应于 正、负半波周期，两个电极反向相接的微型晶粒将交互轮流发光。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于所述补偿电路补偿电压及演色性。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于所述补偿电路以桥式方式连接多个第 二发光二极管晶粒。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于所述分离式配置是指所述补偿电路所 使用的多个第二发光二极管晶粒与所述第一发光二极管晶粒分别在不同基板上制作。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于所述第一发光二极管晶粒及所述第二 发光二极管晶粒发出具有相同波长的光。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于所述第一发光二极管晶粒及所述第二 发光二极管晶粒由氮化镓系化合物半导体材料所组成。
10.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于所述第一发光二极管晶粒及所述第 二发光二极管晶粒发出具有不同波长的光。
11.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于所述第二发光二极管晶粒为氮化 铟系、磷化铝铟镓系、砷化铝镓系、磷化砷镓系或磷化镓系化合物半导体材料其中之一所组 成。
12.一种用于交流驱动之发光装置，其特征在于包含支架；至少一个第一发光二极管晶粒配置形成所述支架之上；至少一个补偿电路配置形成所述支架之上；以及至少一个荧光粉以及胶材配置形成于所述补偿电路、所述第一发光二极管晶粒以及所 述支架的上方。
13.根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于所述补偿电路具有多个第二发光二极管晶粒。
14.根据权利要求13所述的发光装置，其特征在于所述多个第二发光二极管晶粒以桥 式方式连接而补偿电压及演色性。
15.根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于所述支架还包含具有焊盘的多层印 刷电路。
16.根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于所述荧光粉为钇铝石榴石荧光粉、 硅酸盐类荧光粉或氮化物类荧光粉中的其中一个。
全文摘要
本发明公开一种用于交流驱动的发光装置，包括支架、至少一个发光二极管晶粒以及至少一个补偿电路。所述发光二极管晶粒具有至少两组发光群以使交流电正负波驱动时轮流发光。所述补偿电路由另一组桥式接法的发光二极管晶粒所组成，根据所述发光装置主要发光二极管晶粒的工作电压及演色性而采取分离式配置以达到电压补偿及提高演色性，还可达到增加发光效率的功效。
文档编号F21S2/00GK101839403SQ20091014035
公开日2010年9月22日 申请日期2009年7月13日 优先权日2009年3月19日
发明者周锡烟, 李裕民, 胡裕周, 苏骅, 郑子淇, 黄志伟 申请人:英特明光能股份有限公司