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CN102024837B - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明在于提出一种发光元件，其包括：基板；第一发光单元，包括多个形成在基板上且彼此电连结的发光二极管；其中，在第一发光单元中的第一发光二极管包括具有第一导电型态的第一半导体层、具有第二导电型态的第二半导体层及形成在第一和第二半导体层间的发光叠层。第一发光单元中的第一发光二极管还包括第一连接层，形成在第一半导体层上用以电连结至第一发光单元的第二发光二极管；第二连接层，与第一连接层分开形成在第一半导体层上；及第三连接层，形成在第二半导体层上用以电连结至第一发光单元的第三发光二极管。

Description

发光元件
技术领域
本发明涉及一种发光元件，更具体而言，是涉及一种具有整流功能的发光元件。
背景技术
固态发光元件中的发光二极管元件(Light Emitting Diode；LED)具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，因此常应用于家电、仪表的指示灯及光电产品等领域。随着光电科技的进步，固态发光元件在提升发光效率、使用寿命以及亮度等方面已有长足的进步，预期能在不久的将来成为未来发光元件的主流。
然而，已知的LED必须以直流电(DC)驱动，所以一般在与交流电(AC)之间必须要有一个转换器，但转换器体积大、重量重，不但增加成本，在电力转换时亦多有耗损，在价格上更无法与现有的光源竞争。因此，如何在不需要AC/DC转换器的前提下以AC操作发光二极管，仍为重要发展课题。
发明内容
本发明提出具有整流功能的发光元件。发光元件，包括：
基板；第一发光单元，包括多个形成在基板上且彼此电连结的发光二极管；其中，在第一发光单元中的第一发光二极管包括具有第一导电型态的第一半导体层、具有第二导电型态的第二半导体层、及形成在第一和第二半导体层间的发光叠层；第一连接层，形成在第一半导体层上，用以电连结至第一发光单元的第二发光二极管；第二连接层，与第一连接层分开形成在第一半导体层上；及第三连接层，形成在第二半导体层上，用以电连结至第一发光单元的第三发光二极管。
本发明又提供一种发光元件，包括：基板；多个发光单元，形成在基板上且彼此电连结；其中，多个发光单元中，第一发光单元包括：第一连接层，位于第一发光单元的一侧，以沿着第一连接方向电连结至邻近的发光单元；第二连接层，位于第一发光单元的另一侧，以沿着第二连接方向电连结至另一邻近的发光单元；其中第二连接方向不平行于第一连接方向。
本发明又提供一种发光元件，包括：第一发光群组，包括发光二极管，发光二极管包括第一端点、第二端点、及第三端点；其中，第一电流，流经第一和第二端点；及第二电流，不同于第一电流，且流经第三端点及第一和第二端点其中之一，以使发光二极管发光。
附图说明
图1为本发明第一实施例的发光元件的电路图。
图2A为本发明第一实施例的发光元件中，发光单元的俯视图。
图2B为本发明的发光元件中发光单元的剖面图，其为图2A的X-X’剖面。
图2C为本发明第一实施例的发光元件中，发光单元的电路图。
图3A为本发明第二实施例的发光元件中，发光单元的俯视图。
图3B本发明第二实施例的发光元件中，发光单元的电路图。
图4为本发明第三实施例的发光元件中，发光单元的俯视图。
附图标记说明
200：发光元件                    715：n侧接触层
210、210b、210c：发光单元        717：发光叠层
211、211′、211″：第一连接层    718：p侧接触层
212、212′：第二连接层           719：绝缘层
213：第三连接层                  720：沟槽
214、214′：第四连接层           7141a：第一曝露区
215：第五连接层                  7141b：第二曝露区
216：n型区域                     7171：n型半导体披覆层
217：p型区域                     7172：有源层
220：共同基板                    7173：p型半导体披覆层
714：n型半导体导电层
具体实施方式
本发明的实施例将被详细地描述并且示出于附图中，相同或类似的部分会以相同的标号在各附图以及说明出现。
以下配合附图说明本发明的实施例。
图1披露本发明第一实施例的发光元件200。发光元件200包括多个彼此串联电性连结的发光单元210，且发光单元210进一步连结至外部交流电(AC)供应器。每一发光单元210包括第一发光群组(发光二极管B和D)、第二发光群组(发光二极管A和E)及桥接发光二极管(发光二极管D)。第一发光群组和第二发光群组是将交流电供应器的交流信号调整为直流信号且用以发光。第一发光群组、第二发光群组和桥接发光二极管在共同基板上形成全波桥式整流结构，例如惠斯通电桥结构。
图2A显示本发明第一实施例所披露的发光单元210的俯视图。发光单元210包括第一连接层211、第二连接层212、第三连接层213、第四连接层214及第五连接层215。每一发光二极管(A～E)包括n形区域(暗色面积)216和p形区域217。发光二极管A的p形区域217和发光二极管D的n形区域216透过第一连结层211形成电连结；发光二极管A和B的n形区域216与发光二极管C的p形区域217透过第五连结层215形成电连结；发光二极管C的n形区域216与发光二极管D和E的p形区域217是透过第三连结层213形成电连结；且发光二极管B的p形区域217和发光二极管E的n形区域216透过第四连结层214形成电连结。第二和第四连接层212、214是将发光单元210电连结至邻近的发光单元或交流电供应器(未显示)。在交流电供应器的正循环下，交流电供应器的正极提供第一电流给发光元件200，且电流流经多个以串联方式连结的发光单元210。更具体地，第一电流从发光单元210的第二连接层212流入发光单元210，且流经发光二极管A、C和E使得发光二极管A、C和E处于顺向偏压(发光二极管B和D处于逆向偏压)，然后流经第四连接层214至邻近的发光单元，最后流回至交流电供应器的负极。相反地，在交流电供应器的负循环下，交流电供应器的负极提供第二电流，第二电流从发光元件200的第四连接层214流入发光元件200且流经发光二极管B、C和D使得发光二极管B、C和D处于顺向偏压(发光二极管A和E处于逆向偏压)，然后流经第二连接层212至另一邻近的发光单元，最后流回至交流电供应器的正极。桥接发光二极管(发光二极管C)能在交流电操作的正、负循环下发光。
每一发光单元以全波桥式整流结构的方式排列，且包括最少数量的发光二极管(5个发光二极管)。通过此方式排列，发光单元200能实现可靠性和使用寿命的需求。连接层间只有一个发光二极管的排列方式能有效地降低逆向崩溃的风险，尤其当发光元件为单一芯片时。
值得注意的，前述的发光单元210并无限制地只包括桥接发光二极管(发光二极管C)。为了具有优选的发光效率，取代一个发光二极管C的两个或更多以串联方式连结的发光二极管仍在本发明所包括的范畴内。发光元件200包括多个发光单元且具有尺寸范围为0.3mm-5mm。多个发光单元共同形成在共同基板220上以形成单一芯片。在另一实施例中，每一发光单元210为独立的发光二极管芯片，在此实施例中，此发光单元封装于尺寸大于5mm的共同基座(submount)上。值得注意的是发光单元210彼此间的连结不限于串联和/或并联连结。
更者，如图2A所示，第二连接层212位于发光单元210的一侧，以沿着第一连接方向(L)电连结至相邻的发光单元(未显示)或交流电供应器(未显示)；第四连接层214位于发光单元210的另一侧，沿着第二连接方向(M)电连结至另一相邻的发光单元(未显示)或交流电供应器(未显示)。第二连接方向(M)与第一连接方向(L)互不平行。在此实施例中，第二连接方向(M)与第一连接方向(L)互相垂直。优选地，第一连接方向(L)与第二连接方向(M)之间的夹角为90度到170度。此连接方式可形成二维结构的发光元件。
图2B显示沿着图2A剖面线XX’的剖面图。发光二极管A和D包括具有第一导电型态的第一半导体层714、具有第二导电型态的第二半导体层718以及形成在第一和第二半导体层714、718间的发光叠层717。在此实施例中，第一半导体层714为n型半导体层，且第二半导体层718为p型半导体层。n型半导体层形成在共同基板220上且具有第一曝露区域7141a。发光叠层717形成在n型半导体层上且与n型半导体为欧姆接触。p型半导体层形成在发光叠层717上。发光叠层717包括形成在n型半导体层上的n侧接触层715、形成在n侧接触层715上的n型半导体披覆层7171、形成在n型半导体披覆层7171上的有源层7172及形成在有源层7172上的p型半导体披覆层7173。为了使两个发光二极管在基板上220可物理性地分离，沟槽720形成在发光二极管A和D之间。发光二极管D的n型半导体层还包括第二曝露区域7141b。第一连接层211形成在发光二极管D的n型半导体层的第一曝露区域7141a及发光二极管A的p型半导体层，用以在彼此之间形成电连结。第二连接层212形成在发光二极管D的n型半导体层的第二曝露区域7141b，以电连结至邻近的发光单元(未显示)或交流电供应器(未显示)。发光叠层717形成在第一与第二连接层211、212之间，用以在发光二极管D的n型半导体层上隔开第一与第二连接层211、212。由于第一与第二连接层211、212在发光二极管D的n型半导体层上彼此相隔开，当电流流经第一与第二连接层211、212时，发光二极管D的n型半导体层形成嵌入电阻(R)。优选地，每一连接层211、212、213、214、215包括金属。绝缘层719形成在第一连接层211、发光二极管A和D、及沟槽720之间以防止任何不必要的短路路径。
如图2B和图2C所示，在交流电供应器的正循环下，第一电流流经第二连接层212、发光二极管D的n型半导体层及第一连接层211至第二发光群组(发光二极管A和E)及桥接发光二极管(发光二极管C)。简单来说，第一电流流经嵌入电阻(R)和发光二极管A、C和E。因此，第二发光群组(发光二极管A和E)及桥接发光二极管(发光二极管C)为顺向偏压而发光。
值得注意的是，本发明的嵌入电阻(R)并不限于嵌入至发光二极管A～E中的任何一个。嵌入电阻(R)可形成在每一发光单元210中作为保护装置，当发光元件承受额外的异常电压时，可避免元件的损坏。嵌入电阻(R)的电阻值可通过改变n型半导体层的掺杂浓度而作调整。优选地，n型半导体层包括未掺杂硅(Si)或掺杂硅(Si)的氮化镓或氮化磷，因此使其具有范围从0.01到0.7Ω-cm的电阻率。发光元件200的总压降也可通过调整嵌入电阻(R)的电阻值而调变，以符合商业应用，例如12V、24V、110V、220V的应用或是其他电力系统。
相反地，在交流电供应器的负循环下，第二电流流经第一发光群组(发光二极管B和D)及桥接发光二极管(发光二极管C)，因此，发光二极管B、C和D为顺向偏压而发光。
图3A显示本发明第二实施例所披露的发光单元210b的俯视图。发光单元210b不同于发光单元210在于第一半导体层714为p型半导体层，而第二半导体层718为n型半导体层。第一和第二连接层211′、212′形成在发光二极管B的p型半导体层且彼此是相隔开的。此外，发光二极管A的p型区域217和发光二极管D的n型区域216是透过第四连结层214′形成电连结，及发光二极管B的p型区域217和发光二极管E的n型区域216透过第一连结层211′形成电连结。由于第一与第二连接层211′、212′在发光二极管B的p型半导体层上彼此相隔开，当电流流经第一与第二连接层211′、212′时，发光二极管B的p型半导体层会形成嵌入电阻(R′)。
在此实施例中，在交流电供应器的正循环下，第一电流流经第二发光群组(发光二极管A和E)、桥接发光二极管(发光二极管C)、第一连接层211′、发光二极管B的p型半导体层至第二连接层212′。简单来说，第一电流流经发光二极管A、C和E和嵌入电阻(R′)。因此，第二发光群组(发光二极管A和E)及桥接发光二极管(发光二极管C)为顺向偏压而发光。在交流电供应器的负循环下，第二电流流经第一发光群组(发光二极管B和D)及桥接发光二极管(发光二极管C)，因此，发光二极管B、C和D为顺向偏压而发光。
图3B显示发光单元210b的电路图。本发明的嵌入电阻(R)并不限于嵌入至发光二极管A～E中的任何一个。嵌入电阻(R)的电阻值可通过改变p型半导体层的掺杂浓度而作调整。优选地，p型半导体层包括未掺杂镁(Mg)或掺杂镁(Mg)的氮化镓或氮化磷，因此使其具有范围从0.01到0.7Ω-cm的电阻率。
图4显示本发明第三实施例所披露的发光单元210c的俯视图。发光单元210与210c的不同在于第一连接层211″连结发光二极管A和D至邻近的发光单元。
本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。

Claims (8)

1.一种发光元件，包括：
基板；及
第一发光单元，包括形成在该基板上且彼此电连结的第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管以及形成在该第一发光二极管与该第二发光二极管之间的绝缘层；
其中，该第一发光二极管包括：
具有第一导电型态的第一半导体层、具有第二导电型态的第二半导体层及形成在该第一和该第二半导体层间的发光叠层；
第一连接层，形成在该第一半导体层上用以电连结至该第二发光二极管；
第二连接层，与第一连接层分开形成在该第一半导体层上；及
第三连接层，形成在该第二半导体层上用以电连结至该第三发光二极管。
2.如权利要求1所述的发光元件，还包括第四连接层、第二发光单元、及第三发光单元；该第二和该第三发光单元皆包括多个发光二极管；
其中，该第二连接层位于该第一发光单元的一侧，以沿着第一连接方向电连结至该第二发光单元，及该第四连接层位于该第一发光单元的另一侧，以沿着第二连接方向电连结至该第三发光单元；
其中，该第二连接方向不平行于该第一连接方向。
3.如权利要求1所述的发光元件，其中，该第一半导体层具有范围从0.01到0.7Q-cm的电阻率。
4.一种发光元件，包括：
基板；及
多个发光半导体单元，形成在该基板上且彼此电连结；
其中，该发光半导体单元包括：
n型半导体层；
p型半导体层；
第一连接层，位于该发光半导体单元的一侧，以沿着第一连接方向电连结至邻近的发光半导体单元；
第二连接层，位于该发光半导体单元的另一例，以沿着第二连接方向电连结至另一邻近的发光半导体单元，该第二连接方向不平行于该第一连接方向。
5.一种发光元件，包括：
第一发光群组，包括第一发光二极管及第二发光二极管，该第一发光二极管包括第一端点、第二端点及第三端点；
其中，该第一和该第二端点设定可被第一电流流过，但该第一电流并不启动该第一发光二极管；
其中，该第三端点及该第一和第二端点其中之一设定可被第二电流流过以使该第一发光二极管发光。
6.如权利要求5所述的发光元件，还包括第二发光群组，电性连结该第一发光群组，
该第二发光群组设定可被该第一电流流过。
7.如权利要求6所述的发光元件，还包括桥接发光二极管，电连接该第一端点并串联该第二发光群组，
其中该桥接发光二极管和该第二发光群组设定可被该第一电流流过。
8.如权利要求5所述的发光元件，还包括桥接发光二极管，电连接该第一端点并串联该第一发光群组，
其中，该桥接发光二极管和该第一发光群组设定可被该第二电流流过。
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