专利名称：发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光装置，且特别是涉及一种具有桥式整流器电路的发光装置。
背景技术：
由于制造技术的进步，发光二极管(Light emitting diode，LED)已被广泛使用 在固态照明产品中。依据LED的物理特征，大部分建议提供低电压及直流电给LED。因此， 每当只能取得高电压交流电时，LED就得提供有降压变压器与AC至DC转换器(AC-to-DC converter)。然而，变压器与转换器通常占据大容积，且对使用者而言显得太重以至于使用 者无法携带其在身边。此外，当交流电被转换成直流电时，其总是伴随着能量浪费的问题。 因此，对于制造商而言，提供具有较高效率的LED相关的产品是相当重要的。
发明内容
本发明涉及一种具有桥式整流器电路的发光装置。根据本发明的实施例，提出一种发光装置，此发光装置包含基板；多个粘着层， 配置于基板上；以及多个微型二极管，配置于基板上，微型二极管互相电连接以构成桥式整 流器电路并经由粘着层接合至基板，其中微型二极管包含至少一微型发光二极管，其配置 于桥式整流器电路的中间分支上，以及多个肖特基(Schottky Barrier) 二极管，其配置于 桥式整流器电路的其他分支上，并埋入基板中。为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细 说明如下。
图IA为依据本发明的AC/DC发光装置的等效电路图。图IB为依据本发明的AC/DC发光装置的等效电路图。图2为依据本发明的AC/DC发光装置的等效电路图。图3为依据本发明的AC/DC发光装置的等效电路图。图4A与图4B为依据本发明的AC/DC发光装置的等效电路图。图5至图9为依据本发明的其他实施例的具有更复杂的桥式整流器电路的AC/DC 发光装置的等效电路图。图IOA为依据本发明的实施例的AC/DC发光装置的俯视结构图。图IOB为依据本发明的实施例的AC/DC发光装置的剖面图。图11为依据本发明的实施例的移除第IOb图的原始基板的AC/DC发光装置的剖 面图。图12-22为依据本发明的其他实施例的AC/DC发光装置的剖面图。附图标记说明D、D1、D2、D3、D4、D5 微型发光二极管
L1、L2 电流回路
S1-S4:肖特基二极管(SBD)
21、22:桥式整流器电路
31、32:桥式整流器电路
41 侧分支
42 中间分支
101 焊垫
103:导电连接层
105、105'接触金属
200 基板
201,203 半导体层
205 有源层
207、209 电极
207a、209a 电极
211、211a、211b 导电连接层
213,213a 绝缘层
220 基板
230、230a 电子元件
301,303 半导体层
305 有源层
307、309 电极
307a、309a 电极
311:导电连接层
311a:粘着层
320 置换基板
322 绝缘接合层
330、330a 电子元件
420 基板
具体实施例方式
在本申请的说明书中，AC/DC发光装置使用桥式整流器电路作为其基本电路构造， 也结合了倒装技术或薄膜LED的概念。微型发光二极管或肖特基二极管互相电连接以构成 桥式整流器电路。在AC/DC发光装置的制造过程中，发光装置的微型发光二极管可通过粘 着层而接合至散热基板，而非设置在原始基板，用以改善散热能力与发光效率。散热基板可 以是一种置换基板或一种次载具(sub-mount)。导电配线可形成于微型发光二极管、置换基 板或次载具(sub-mount)的表面上。此外，在桥式整流电路的每个电路分支中的微型发光 二极管或肖特基二极管可串联、并联或串并联混合电连接。此外，其他电子元件可形成于置 换基板上，并电连接至AC/DC发光装置的微型发光二极管，能增加AC/DC发光装置的效率、 可靠度及使用寿命。以下将参考相关附图的说明来介绍AC/DC发光装置的电路构造的数个实施例。图IA为依据一个实施例的AC/DC发光装置的等效电路图。AC/DC发光装置为惠斯 通(Wheatstone)电桥式交流电发光二极管(AC-LED)。如图IA所示，AC/DC发光装置包含 多个微型发光二极管，其互相电连接并构成桥式整流器电路。桥式整流器电路的每个分支 包含单一微型发光二极管或多个微型发光二极管。举例而言，在图IA中的每个分支具有一 个微型发光二极管，例如Dl至D5。可注意到，桥式整流器电路的微型发光二极管形成于单 一基板(例如芯片)上。AC/DC发光装置电连接至AC电源，其在两个电流回路Ll与L2中 交替驱动AC/DC发光装置。因此，在电流回路Ll上的微型发光二极管D1、D2、D3以及在电 流回路L2上的微型发光二极管D4、D2、D5轮流发光。依据AC/DC发光装置的桥式整流器电 路构造，在中间分支上的微型发光二极管D2被双向驱动。在每个分支上的微型发光二极管 的数量可被改变以增加AC/DC发光装置的发光效率与芯片面积利用率。因此，在中间分支 上的微型发光二极管的数量对在其他分支上的微型发光二极管的数量的比率，可被计算并 设计成可达成较高发光效率与芯片面积利用率。图IB为依据一个实施例的AC/DC发光装置的等效电路图。如图IB所示，AC/DC 发光装置包含至少一微型发光二极管D与多个肖特基二极管(SBD)Sl至S4，用以构成桥式 整流器电路。微型发光二极管D配置于中间分支上，而肖特基二极管Sl至S4配置于其他 分支上以对交流电整流。于某些实施例中，中间分支上可具有一个以上的微型发光二极管， 以增加AC/DC发光装置的照明效率。举例而言，当供应电源为IlOV时，微型发光二极管的 数量大约是22至32或更多。当供应电源为220V时，微型发光二极管的数量大约是50至 60或更多。因为肖特基二极管可抵抗高反向电压，故不需要使用太多肖特基二极管于桥式 整流器电路的四个整流分支上。举例而言，每个分支可仅具有一个肖特基二极管，而在中间 分支上的微型发光二极管的数量可依据需求与限制而被预先决定。于某些实施例中，AC/DC 发光装置的每个分支可具有一个以上的肖特基二极管，且并未受限于如图IB所示的一个 肖特基二极管。因为在中间分支上的微型发光二极管一直接收来自AC电源的电流，所以它 们维持发光并提供高发光效率。在中间分支上的微型发光二极管的剖面图说明于图16-22 中，且在以下将作更详细的说明。图2为依据一个实施例的AC/DC发光装置的等效电路图。AC/DC发光装置的电路 构造是由串联连接的至少两个桥式整流器电路21与22所组成。图3为依据一个实施例的AC/DC发光装置的等效电路图。AC/DC发光装置的电路 构造是由并联连接的至少两个桥式整流器电路31与32所组成。图4A与图4B为依据其他实施例的AC/DC发光装置的等效电路图。桥式整流器电 路的至少一分支，例如图4A的侧分支41与图4B的中间分支42，具有并联、串联(未显示) 或串并联混合(未显示)电连接的数个微型发光二极管。图5至图9为依据本发明的其他实施例的具有更复杂的桥式整流器电路的AC/DC 发光装置的等效电路图。如每个图所示，AC/DC发光装置的桥式整流器电路更进一步合并 有一个或多个整流器分支(以虚线圆Cl至C5标记)。图IOA为依据一个实施例的AC/DC发光装置的俯视结构图。AC/DC发光装置为惠 斯通(Wheatstone)电桥式交流电发光二极管(AC-LED)，其譬如包含焊垫101、导电连接层 103、接触金属105与105'等。具有倒装封装的AC/DC发光装置的剖面图显示于图IOB中。
为了增加AC/DC发光装置的散热能力与照明效率，AC/DC发光装置可采用一种倒 装LED构造，如图IOB所示。图IOB为AC/DC发光装置的剖面图。于图IOB中，AC/DC发光 装置的微型发光二极管成长于原始的单一基板200上。每一个微型发光二极管具有两个半 导体层201、203，有源层205及两个对向电极207、209。有源层205配置于半导体层201、 203之间，而电极207、209分别与半导体层201、203接触。其中一个半导体层为P型半导 体，而另一个半导体层为N型半导体。半导体层201、203的材料选自于GaP、GaAs, GaAsP, InGaP、AlGAInP、AlGaAs、GaN、InGaN、AlGaN、ZnSe或其他材料。有源层205的厚度譬如小于 300mn。当半导体层201、203的材料为GaN时，薄膜LED的厚度大约是l_4um，优选是2_3um。 利用导电连接材料(例如金属)形成的多个导电连接层211电连接微型发光二极管的电极 207、209。而且，利用介电材料(例如氧化硅)形成的多个绝缘层213覆盖微型发光二极管 的外表面，以避免短路发生在半导体层201、203，有源层205与导电连接层211之间。于某 些实施例中，原始基板200的材料为蓝宝石。因为蓝宝石基板200的散热能力并非十分良 好，所以具有原始基板200的微型发光二极管被倒置，以接合至具有较高散热能力的置换 基板220。用以将微型发光二极管接合至置换基板220的粘着层或接合构造可以是发光二 极管的电极209。当制造AC/DC发光装置时，导电连接层211与绝缘层213预先形成于原始基板 200 (例如蓝宝石基板)上的微型发光二极管上。然后，装载有微型发光二极管的原始基板 200被倒置，能通过焊接而装设至置换基板220。后来，原始基板200可被移开，而使位于置 换基板220的反侧的微型发光二极管的表面未被覆盖，如图11所示。未被覆盖的表面可被 粗糙化，用以增加发光效率。平整化步骤可被整合于制造AC/DC发光装置的制造过程中。如图12所示，微型发 光二极管成长于原始基板220上，而在微型发光二极管之间的间隙是以例如氧化硅的绝缘 材料填满，以形成绝缘层213a。电极207a、209a与绝缘层213a通过平整化步骤而对准于几 乎相同水平的平面。化学机械抛光(Chemical mechanical polishing,CMP)法可被使用于 平整化步骤中。在平整化步骤以后，导电连接层211a形成于绝缘层213a上，用以电连接电 极207a、209a。然后，具有微型发光二极管的原始基板220被倒置，以使微型发光二极管的 电极207a、209a与导电连接层211a接合至置换基板220。用以将微型发光二极管接合至置 换基板220的粘着层或接合构造，为电极207a、209a与导电连接层211a。可注意到，电极 207a、209a与导电连接层211a包含粘性材料，能使微型发光二极管可通过电极207a、209a 与导电连接层211a而被直接地装设至置换基板220。于某些实施例中，原始基板220可被 移开。上述的导电连接层是在将微型发光二极管附着至置换基板之前，形成于微型发光 二极管上。然而，如图13所示，导电连接层211b可譬如通过金属蒸镀、扩散或离子注入法 而预先形成于置换基板220上，能提供低电阻电流路径于微型发光二极管之间。然后，具有 微型发光二极管的原始基板200被倒置，以使电极207a、209a接合至置换基板220上的导 电连接层211b。AC/DC发光装置可合并有其他电子元件。以下以图13的AC/DC发光装置作为一例 来说明，如图14所示，电子元件230配置于置换基板220上，并电连接至AC/DC发光装置， 用以提供额外功能。电子元件230可串联或并联地电连接至AC/DC发光装置。或者，电子元件230譬如是电容器、转换器、变压器、突波吸收器、高电子迁移率晶体管(High electron mobilitytransistor，HEMT)或静电放电(Electrostatic discharge,ESD)保护电路等，且 亦适合于前述附图的AC/DC发光装置。于某些实施例中，电子元件230可被整合于AC/DC 发光装置中。电子元件230可以是图IB所提到的肖特基二极管Sl至S4。如图15所示，在置换基板220的材料特性容许的条件下，提供额外功能的电子元 件230a可被埋入于置换基板220中，或形成为置换基板220的一部分。举例而言，当置换 基板220为例如硅基板或碳化硅(SiC)的半导体基板时，电子元件230a (例如图IB的肖特 基二极管Sl至S4)可通过施加至半导体基板的离子注入法而形成。用来注入的离子可以 是氢离子00。此外，电子元件230a譬如是电容器、转换器、变压器、突波吸收器、高电子迁 移率晶体管(HEMT)或静电放电(ESD)保护电路，而形成于置换基板220上的金属材料选自 于Al、Ti、Ni、Au、Cu、Pt或其他金属。图16显示一种AC/DC发光装置，其通过薄膜式微型发光二极管而形成。每个微型 发光二极管D都包含两个半导体层301、303及有源层305，且属于垂直式发光二极管，其中 上电极307位于顶端，而下电极309位于底部。半导体层301、303的其中一个为P型半导 体，而其中另一个为N型半导体。半导体层301、303的材料选自于GaP、GaAs、GaAsP、InGaP、 AlGAInP、AlGaAs、GaN、InGaN、AlGaN、ZnSe或其他材料。有源层305的厚度譬如小于300mn。 当半导体层301、303的材料为GaN时，薄膜LED的厚度大约是l_4um，优选是2_3um。微型 发光二极管通过粘着层而接合于置换基板320。于某些实施例中，粘着层或接合构造可以 是下电极309。因为置换基板320为绝缘基板，所以粘着层可导电并可被使用作为电极309 的材料。利用导电连接材料(例如金属)形成的多个导电连接层311，电连接微型发光二极 管D的电极307、309。不像位于图16的反侧的微型发光二极管的电极307、309的是，微型发光二极管的 电极307a、309a形成于相同侧，如图17所示，微型发光二极管属于水平式发光二极管，其中 电极307a、309a位于相同侧。因此，不像图16的实施例的是，微型发光二极管通过额外粘 着层311a(而非下电极)而接合于置换基板320上。粘着层311a的材料可以是聚酰亚胺、 环苯丁烷(benzoyclobutene,BCB)或过氯环丁烷(perfluorocyclobutane,PFCB)的有机粘 着剂。如图18与图19所示，无论电极307a、309a位于相同侧或电极307、309位于微型 发光二极管的反侧，只要置换基板320为导电基板，绝缘接合层322就会被配置于半导体 层303与置换基板320之间或在下电极309与置换基板320之间，用以避免电力泄漏。绝 缘接合层322的材料可以是聚酰亚胺、环苯丁烷(benzoyclobutene，BCB)或过氯环丁烷 (perfluorocyclobutane, PFCB)的有机粘着剂。如图20至图21所示，通过薄膜式微型发光二极管而形成的AC/DC发光装置亦可 合并有其他电子元件330，例如是电容器、转换器、变压器、突波吸收器、高电子迁移率晶体 管(HEMT)或静电放电(ESD)保护电路。而且，电子元件330a亦可直接埋入于置换基板320 中，或形成为置换基板320的一部分。电子元件330或330a亦可是图IB所述的肖特基二 极管。举例而言，当置换基板320为例如硅基板或碳化硅(SIC)的半导体基板时，电子元件 330a(例如在图IB的肖特基二极管Sl至S4)可通过施加至半导体基板的离子注入法而形 成。用来注入的离子可以是氢离子(H+)。此外，电子元件330a譬如是电容器、转换器、变压器、突波吸收器、高电子迁移率晶体管(HEMT)或静电放电(ESD)保护电路，而形成于置换基 板320上的金属材料选自于Al、Ti、Ni、Au、Cu、Pt或其他金属。电子元件330或330a可串联、并联或串并联混合电连接至AC/DC发光装置。在图22中，原始基板420的材料可以是碳化硅(SiC)或其他半导体材料。因为碳 化硅具有良好散热能力，所以微型发光二极管可直接地成长于碳化硅基板420上，而不需 导入倒装或薄膜工艺以接合于另一散热基板上。综上所述，虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明。本发 明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与 润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。
权利要求
一种发光装置，包含基板；多个粘着层，配置于该基板上；以及多个微型二极管，配置于该基板上，该多个微型二极管互相电连接以构成桥式整流器电路，并经由该多个粘着层接合至该基板，其中该多个微型二极管包含多个微型发光二极管，配置于该桥式整流器电路的中间分支上；以及多个肖特基二极管，配置于该桥式整流器电路的其他分支上并埋入于该基板中。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中位于该桥式整流器电路的该中间分支上的该多 个微型发光二极管被双向驱动。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中该多个微型二极管互相电连接以构成串联连接 的两个以上的该桥式整流器电路。
4.如权利要求1所述的发光装置，其中该多个微型二极管互相电连接以构成并联连接 的两个以上的该桥式整流器电路。
5.如权利要求1所述的发光装置，其中该桥式整流器电路还合并有至少一整流器分支。
6.如权利要求1所述的发光装置，其中该多个粘着层被使用作为该多个微型二极管的 多个下电极，并将该多个微型二极管接合至该基板。
7.如权利要求1所述的发光装置，还包含多个导电连接层，其形成于该多个微型发光 二极管上，并电连接在该多个微型发光二极管的多个电极之间。
8.如权利要求7所述的发光装置，其中该多个导电连接层通过金属蒸镀、扩散或离子 注入法而形成于该多个微型发光二极管上。
9.如权利要求1所述的发光装置，其中该多个微型二极管为水平式二极管，其具有位 于其相同侧的电极。
10.如权利要求1所述的发光装置，还包含电子元件，其配置于该基板上或埋入于该基 板中，并电连接至该多个微型二极管。
11.如权利要求10所述的发光装置，其中该电子元件包含电容器、转换器、变压器、突 波吸收器、高电子迁移率晶体管或静电放电保护电路。
12.如权利要求1所述的发光装置，其中该多个微型二极管为垂直式二极管，其具有位 于其相反侧的电极。
13.如权利要求1所述的发光装置，其中该基板为硅基板或碳化硅基板。
14.如权利要求1所述的发光装置，其中该基板为导电基板，且该多个粘着层包含多个 绝缘接合层。
15.如权利要求14所述的发光装置，其中该绝缘接合层的材料为选自于包含聚酰亚 胺、环苯丁烷和过氯环丁烷的有机粘着剂。
16.如权利要求1所述的发光装置，其中该多个粘着层的材料为选自于包含聚酰亚胺、 环苯丁烷和过氯环丁烷的有机粘着剂。
17.如权利要求1所述的发光装置，其中每个微型发光二极管包含两个半导体层及在 该两个半导体层之间的有源层，而该多个半导体层的材料选自于GaP、GaAs, GaAsP, InGaP, AlGAInP、AlGaAs、GaN、InGaN, AlGaN 和 ZnSe。
18.如权利要求17所述的发光装置，其中该有源层的厚度小于300mn。
19.如权利要求17所述的发光装置，其中当该半导体层的该材料为GaN时，该发光 装置的厚度少于4um。
20.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光装置为惠斯通电桥式交流电发光二极
全文摘要
一种发光装置，包含多个微型二极管，其互相电连接以构成桥式整流器电路。桥式整流器电路的每个分支包含单一微型二极管或多个微型二极管。发光装置电连接至AC电源，其在两个电流回路中交替驱动发光装置。因此，在桥式整流器电路的两个电流回路中的微型二极管轮流发光。
文档编号H01L25/16GK101908534SQ20101020243
公开日2010年12月8日 申请日期2010年6月7日 优先权日2009年6月8日
发明者叶文勇, 陈泽澎, 颜玺轩 申请人:财团法人工业技术研究院;晶元光电股份有限公司