TW201407815A - 交流發光裝置 - Google Patents

Abstract

一種交流發光裝置，包含複數發光單元，位於基板上。每ㄧ發光單元包含第一發光次單元、第二發光次單元及穿隧接面層。其中穿隧接面層位於第一發光次單元及第二發光次單元之間，用以電性耦合第一發光次單元及第二發光次單元。至少一導電層電性連接該些發光單元，使得同一發光單元的第一發光次單元及第二發光次單元依交流電源正、負半週期電壓的驅動而輪流發光。

Description

交流發光裝置

    本發明係有關一種交流發光裝置，特別是一種使用垂直堆疊磊晶結構的交流發光裝置。

    交流發光二極體模組可直接被交流電源所驅動，不需要使用直流電壓轉換器。於正半週期時，部分的發光二極體會導通發光，而另一部分的發光二極體則不導通；於負半週期時，則發光二極體的導通情形剛好相反。

    交流發光二極體模組一般係採平面陣列設計，亦即將所有發光二極體於水平方向相鄰設置於基板上。由於在某一時間點，僅有部分的發光二極體被點亮，另一部分則是閒置的，使得平均發光亮度無法提高，或者造成電路面積的浪費。

    因此亟需提出一種新穎的交流發光裝置，用以提高發光亮度或者減少電路面積。

    鑑於上述，本發明實施例提出一種交流發光裝置，其使用垂直堆疊磊晶結構的發光單元，且使用穿隧接面層以電性耦合垂直相鄰的磊晶結構。

    根據本發明實施例，交流發光裝置包含基板、複數發光單元及至少一導電層。該些發光單元分別位於基板上，每ㄧ發光單元包含第一發光次單元、第二發光次單元及穿隧接面層。其中穿隧接面層位於第一發光次單元及第二發光次單元之間，用以電性耦合第一發光次單元及第二發光次單元。導電層電性連接該些發光單元，使得同一發光單元的第一發光次單元及第二發光次單元依交流電源正、負半週期電壓的驅動而輪流發光。

    第一A圖至第一D圖顯示本發明第一實施例之交流發光裝置100，其中，第一A圖及第一B圖分別顯示交流發光裝置100受到交流電源正半週期電壓驅動時的剖面圖及等效電路圖，第一C圖及第一D圖分別顯示交流發光裝置100受到交流電源負半週期電壓驅動時的剖面圖及等效電路圖。

    如第一A圖所示，交流發光裝置100包含複數發光單元1（圖示六個），分別位於基板10上(磊晶形成於基板10上或是置換基板而形成)。每ㄧ發光單元1包含垂直堆疊的第一發光次單元11及第二發光次單元12，以及位於第一發光次單元11及第二發光次單元12之間的穿隧接面層13，用以電性耦合第一發光次單元11及第二發光次單元12。

    第一發光次單元11包含至少一磊晶結構（亦即發光二極體），每ㄧ磊晶結構包含有第一摻雜層111、發光層112及第二摻雜層113，其中發光層112位於第一摻雜層111與第二摻雜層113之間，且第一摻雜層111與第二摻雜層113的電性相反（例如第一摻雜層111為n型摻雜，第二摻雜層113為p型摻雜，也可以是相反的情形）。類似的情形，第二發光次單元12包含至少一磊晶結構，每ㄧ磊晶結構包含有第一摻雜層121、發光層122及第二摻雜層123，其中發光層122位於第一摻雜層121與第二摻雜層123之間，且第一摻雜層121與第二摻雜層123的電性相反（例如第一摻雜層121為n型摻雜，第二摻雜層123為p型摻雜，也可以是相反的情形）。藉此，穿隧接面層13電性耦合第一發光次單元11之第二摻雜層113以及第二發光次單元12之第一摻雜層121。

    第一A圖所示的第一發光次單元11與第二發光次單元12各包含一磊晶結構，然而第一發光次單元11或第二發光次單元12也可包含多個磊晶結構，用以達到所需的順向偏壓或者所需的發光亮度。第二圖例示第一A圖的另一種發光單元1，其中第一發光次單元11包含有二磊晶結構11A及11B，該二磊晶結構11A、11B之間使用穿隧接面層11C以電性耦合。

    在本實施例中，如第一A圖所示，相鄰發光單元1之間的電性連接有二種型式。第一種電性連接型式為並聯之電性連接型式，用以將相鄰二發光單元1（如第一A圖所示左一及左二之發光單元）個別的中間節點予以電性連接，本說明書所稱“中間節點”係指第一發光次單元11與第二發光次單元12之間互有電性耦合的區域，例如第一發光次單元11的第二摻雜層113及第二發光次單元12的第一摻雜層121，藉由穿隧接面層13而互有電性耦合之關係。第二種電性連接型式為交錯（crossover）之電性連接型式，用以將相鄰二發光單元1（如第一A圖所示左二及左三之發光單元）的所有外部電極予以電性連接，本說明書所稱“外部電極”係指與第一/第二發光次單元11/12最靠近外部（或最遠離穿隧接面層13）之摻雜層接觸的電極。例如，與第二發光次單元12之第二摻雜層123接觸的電極124，或者與第一發光次單元11之第一摻雜層111接觸的電極114。至於與其他摻雜層接觸的電極，在本說明書中稱為“內部電極”。上述之並聯電性連接型式及交錯電性連接型式交替使用於相鄰發光單元1之間，因而形成本實施例之並聯交流發光裝置100。

    上述第一種電性連接型式（亦即並聯電性連接型式）有以下幾種實施結構。如第三A圖所示，使用第一導電層14將相鄰二發光單元1位於中間節點之相應摻雜層（例如圖示第二發光次單元12的第一摻雜層121）予以電性耦合。在另一變化實施例中（如第三B圖所示），第一導電層14更藉由相鄰第二發光次單元12之第一摻雜層121的內部電極進行電性耦合。相鄰二發光單元1之間位於第一導電層14下方的區域則填充以第一絕緣層15，其材質可以為聚合物（polymer）、陶瓷材料(例如二氧化矽)或其任意組合。於本實施例之一範例中，第一絕緣層15為聚合物，因具有較佳的間隙填充特性，可形成厚度均勻（沒有空隙）的結構。此外，第一導電層14及第一絕緣層15的截面形狀不一定是矩形的，也可以為多角形的截面，如第三C圖所示。第三D圖顯示第一種電性連接型式的另一種實施結構。在本實施結構中，第一導電層14將相鄰二發光單元1位於中間節點之相應摻雜層（例如圖示第一發光次單元11的第二摻雜層113）予以電性耦合。

    上述第二種電性連接型式（亦即交錯電性連接型式）的實施結構如第一A圖所示，使用第二導電層16將相鄰二發光單元1（如第一A圖所示左二及左三之發光單元）的所有（共四個）外部電極114及124予以電性連接。此外，第二導電層16與發光單元1的側壁之間包含有第二絕緣層17。

    本實施例的一範例中，穿隧接面層13包含四族元素與氮元素，亦即，由至少一個四族元素與氮元素所組成的化合物，且該四族元素與該氮元素的原子數占該穿隧接面層總原子數百分比的50%以上。本實施例的另一範例中，穿隧接面層13可採用低溫（例如400~1000℃）製程，其形成溫度小於相鄰磊晶結構（例如第一發光次單元11及第二發光次單元12）的形成溫度。

    本實施例的又一範例中，穿隧接面層13可為一種缺陷誘導（defect-induced）結構，其提供的缺陷密度可大於成長層（亦即穿隧接面層13的底部）之缺陷密度的五倍以上。

    本實施例的再一範例中，穿隧接面層13可為多層結構，較佳厚度小於或等於30奈米。穿隧接面層13可為無摻雜，或者是摻雜濃度小於相鄰磊晶結構（例如第一發光次單元11及第二發光次單元12）的摻雜濃度。本實施例的再一範例中，穿隧接面層13可摻雜有碳元素，其摻雜濃度大於10¹⁷原子/立方公分，較佳範圍為10¹⁸~10²⁰原子/立方公分。

    第四A圖至第四D圖顯示本發明第二實施例之交流發光裝置400，其中，第四A圖及第四B圖分別顯示交流發光裝置400受到交流電源正半週期電壓驅動時的剖面圖及等效電路圖，第四C圖及第四D圖分別顯示交流發光裝置400受到交流電源負半週期電壓驅動時的剖面圖及等效電路圖。

    如第四A圖所示，交流發光裝置400包含複數發光單元1（圖示三個），分別位於基板10上(磊晶形成於基板10上或是置換基板而形成)。每ㄧ發光單元1的結構類似於第一實施例，因此使用相同的元件符號，其細節不再贅述。

    在本實施例中，如第四A圖所示，相鄰發光單元1之間的電性連接為串/並聯之電性連接型式，用以將一發光單元1（如第四A圖所示左二之發光單元）的第一及第二發光次單元11及12之外部電極114及124予以串聯，再與相鄰發光單元1（如第四A圖所示左一之發光單元）位於中間節點的內部電極125進行並聯。如第四A圖所示，外部電極114及124串聯後係與第二發光次單元12之第一摻雜層121接觸的內部電極125進行並聯。第五圖顯示另一種變化實施例，外部電極114及124串聯後係與第一發光次單元11之第二摻雜層113接觸的內部電極115進行並聯。

    在本實施例中，如第四A圖或第五圖所示，使用導電層18將一發光單元1的外部電極114、124與相鄰發光單元1的內部電極125或115予以電性耦合。換句話說，相鄰發光單元1之間共有（僅有）三個電極（亦即，二外部電極與一內部電極）互相電性耦合。此外，導電層18與發光單元1的側壁之間包含有絕緣層19。

    以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100．．．交流發光裝置

400．．．交流發光裝置

1．．．發光單元

10．．．基板

11．．．第一發光次單元

11A．．．磊晶結構

11B．．．磊晶結構

11C．．．穿隧接面層

111．．．第一摻雜層

112．．．發光層

113．．．第二摻雜層

114．．．電極

115．．．電極

12．．．第二發光次單元

121．．．第一摻雜層

122．．．發光層

123．．．第二摻雜層

124．．．電極

125．．．電極

13．．．穿隧接面層

14．．．第一導電層

15．．．第一絕緣層

16．．．第二導電層

17．．．第二絕緣層

18．．．導電層

19．．．絕緣層

第一A圖至第一D圖顯示本發明第一實施例之交流發光裝置。
第二圖例示第一A圖的另一種發光單元。
第三A圖至第三D圖顯示第一實施例之並聯電性連接型式的實施結構。
第四A圖至第四D圖顯示本發明第二實施例之交流發光裝置。
第五圖顯示本發明第二實施例的變化型。

100．．．交流發光裝置

1．．．發光單元

10．．．基板

11．．．第一發光次單元

111．．．第一摻雜層

112．．．發光層

113．．．第二摻雜層

114．．．電極

12．．．第二發光次單元

121．．．第一摻雜層

122．．．發光層

123．．．第二摻雜層

124．．．電極

13．．．穿隧接面層

14．．．第一導電層

15．．．第一絕緣層

16．．．第二導電層

17．．．第二絕緣層

Claims (17)

1. 一種交流發光裝置，包含：
   　　 一基板；
   　　 複數發光單元，分別位於該基板上，每ㄧ該發光單元包含：
   一第一發光次單元；
   一第二發光次單元；及
   一穿隧接面層；
   其中該穿隧接面層位於該第一發光次單元及該第二發光次單元之間，用以電性耦合該第一發光次單元及該第二發光次單元；及
   　　 至少一導電層，電性連接該些發光單元，使得同一該發光單元的第一發光次單元及第二發光次單元依交流電源正、負半週期電壓的驅動而輪流發光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該第一發光次單元或該第二發光次單元包含至少一磊晶結構，且每ㄧ該磊晶結構包含：
   　　 一第一摻雜層；
   一發光層；及
   一第二摻雜層；
   其中該發光層位於該第一摻雜層與該第二摻雜層之間，且該第一摻雜層與該第二摻雜層的電性相反，藉此，該穿隧接面層電性耦合該第一發光次單元之第二摻雜層以及該第二發光次單元之第一摻雜層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之交流發光裝置，其中該相鄰二發光單元之間具有並聯電性連接機制，用以將該相鄰二發光單元個別的中間節點予以電性連接，其中該中間節點係指該第一發光次單元與該第二發光次單元之間互有電性耦合的區域。
4. 如申請專利範圍第3項所述之交流發光裝置，其中該中間節點所指稱電性耦合的區域包含該第一發光次單元的第二摻雜層或該第二發光次單元的第一摻雜層。
5. 如申請專利範圍第3項所述之交流發光裝置，其中該並聯電性連接機制包含：
   　　 一第一導電層，將該相鄰二發光單元位於該中間節點之相應摻雜層予以電性耦合；及
   　　 一第一絕緣層，位於該相鄰二發光單元之間且位於該第一導電層下方。
6. 如申請專利範圍第5項所述之交流發光裝置，其中該相應摻雜層包含該相鄰二發光單元之第二發光次單元的第一摻雜層，或是該相鄰二發光單元之第一發光次單元的第二摻雜層。
7. 如申請專利範圍第5項所述之交流發光裝置，其中該第一絕緣層包含聚合物（polymer）、陶瓷材料或其任意組合。
8. 如申請專利範圍第2項所述之交流發光裝置，其中該相鄰二發光單元之間具有交錯（crossover）電性連接機制，用以將該相鄰二發光單元的所有外部電極予以電性連接，其中該外部電極係指與該第一、第二發光次單元最遠離該穿隧接面層之摻雜層接觸的電極。
9. 如申請專利範圍第8項所述之交流發光裝置，其中該外部電極包含該第二發光次單元之第二摻雜層接觸的電極，或者與該第一發光次單元之第一摻雜層接觸的電極。
10. 如申請專利範圍第8項所述之交流發光裝置，其中該交錯電性連接機制包含：
    　　 一第二導電層，將該相鄰二發光單元的所有外部電極予以電性連接；及
    　　 一第二絕緣層，位於該第二導電層與該發光單元的側壁之間。
11. 如申請專利範圍第10項所述之交流發光裝置，其中該外部電極包含該相鄰發光單元之第一發光次單元之第一摻雜層接觸的電極，及該第二發光次單元之第二摻雜層接觸的電極。　
12. 如申請專利範圍第2項所述之交流發光裝置，其中該相鄰二發光單元之間具有串/並聯電性連接機制，包含：
    　　 一導電層，用以將某一該發光單元的第一及第二發光次單元之外部電極予以串聯，再與相鄰一該發光單元位於中間節點的內部電極進行並聯；及
    　　 一絕緣層，位於該導電層與該發光單元的側壁之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之交流發光裝置，其中該中間節點的內部電極包含該第二發光次單元之第一摻雜層接觸的電極，或是該第一發光次單元之第二摻雜層接觸的電極。
14. 如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該穿隧接面層包含四族元素與氮元素，且該四族元素與該氮元素的原子數占該穿隧接面層總原子數百分比的50%以上。
15. 如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該穿隧接面層包含缺陷誘導（defect-induced）結構，該缺陷誘導結構提供一缺陷密度大於該穿隧接面層之成長面的缺陷密度的五倍以上。
16. 如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該穿隧接面層包含多層結構，且該多層結構的厚度小於或等於30奈米，該穿隧接面層為無摻雜，或者是摻雜濃度小於相鄰該第一發光次單元及該第二發光次單元的摻雜濃度。
17. 如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該穿隧接面層摻雜有碳元素，該碳元素的摻雜濃度大於10¹⁷原子/立方公分。