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TWI464868B - 固態光源模組及固態光源陣列 - Google Patents

固態光源模組及固態光源陣列 Download PDF

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TWI464868B TW100133037A TW100133037A TWI464868B TW I464868 B TWI464868 B TW I464868B TW 100133037 A TW100133037 A TW 100133037A TW 100133037 A TW100133037 A TW 100133037A TW I464868 B TWI464868 B TW I464868B
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Description

固態光源模組及固態光源陣列
本發明是有關於一種光源模組，且特別是有關於一種固態光源模組及固態光源陣列。
發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)主要是透過電能轉化為光能的方式發光。發光二極體的主要的組成材料是半導體，其中含有帶正電的電洞比率較高的稱為P型半導體，含有帶負電的電子比率較高的稱為N型半導體。P型半導體與N型半導體相接處形成PN接面。在發光二極體晶片的正極及負極兩端施加電壓時，電子將與電洞結合。電子與電洞結合後便以光的形式發出。
然而，傳統的發光二極體以平置的方式配置在散熱基板上，部分光線被散熱基板反射或吸收，只能單面出光，因此無法達到預期的發光效果。此外，傳統的發光二極體以金線打線接合至二電極接腳，僅適用於單點光源，若要製作大面積之陣列光源模組，傳統的做法因基板的面積有限，無法有效地提高出光面積，有待進一步改善。
本發明係有關於一種固態光源模組及固態光源陣列，藉由面陣列排列之固態發光元件，以透明基板垂直地插置在散熱底座上，來增加出光面積及出光量，進而提高照明的範圍，以達到雙面出光的效果。
根據本發明之一方面，提出一種固態光源模組，包括一透明基板、N列固態發光元件串以及一散熱底座。透明基板具有彼此互相平行且相背對之一第一表面與一第二表面。N列固態發光元件串設置於該第一表面，每一列固態發光元件串均包括M個串聯之固態發光元件，其中N,M為正整數且N≧1，M≧2，每一固態發光元件均包括一第一型電極墊以及一第二型電極墊，且每一列固態發光元件串之第一個固態發光元件之第一型電極墊均電性連接至一位在第一表面邊緣之一第一導線，而每一列固態發光元件串之第M個固態發光元件之第二型電極墊均電性連接至一位在第一表面邊緣之一第二導線，其中第一導線與第二導線係物理性地互相不連接。散熱底座係由互相隔離之一第一散熱底座及一第二散熱底座所構成，其中第一散熱底座以及第二散熱底座分別設置有一內部有一第一型電極部之第一插槽與一內部有一第二型電極部之第二插槽，使得透明基板可藉由插入第一插槽及第二插槽內而被固定，並且使透明基板之第一表面邊緣之第一、第二導線分別與第一型、第二型電極部電性連接。
根據本發明之另一方面，提出一種固態光源陣列，包括一透明基板以及N列固態發光元件串。透明基板具有彼此互相平行且相背對之一第一表面與一第二表面。N列固態發光元件串設置於第一表面，每一列固態發光元件串均包括M個串聯之固態發光元件，其中N,M為正整數且N≧1，M≧2，每一固態發光元件均包括一第一型電極墊以及一第二型電極墊，且每一列固態發光元件串之第一個固態發光元件之第一型電極墊均電性連接至一位在第一表面邊緣之一第一導線，而每一列固態發光元件串之第M個固態發光元件之第二型電極墊均電性連接至一位在第一表面邊緣之一第二導線，其中第一導線與第二導線係物理性地互相不連接。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本實施例之光源模組，係以雙面出光之固態發光元件所組成之固態光源陣列為光源，固態發光元件例如為發光二極體，其可由ⅢA族元素之氮化物所構成之半導體磊晶結構，依序包括一第二型半導體層、一主動層以及一第一型半導體層，其中部分第二型半導體層裸露出來。固態發光元件的第一型電極墊可形成在第一型半導體層上，第二型電極墊可形成於裸露之第二型半導體層上。透明基板可藉由直立地插入散熱底座的插槽內而被固定，以使固態發光元件之正反兩面均能出光。因此，藉由面陣列排列之固態發光元件來增加出光面積及出光量，進而提高照明的範圍，以達到雙面出光的效果。
以下係提出各種實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。
第一實施例
請參照第1A及1B圖，其分別繪示依照本發明一實施例之固態光源模組的正面示意圖及側面示意圖。固態光源模組100包括一固態光源陣列110以及一散熱底座130。散熱底座130係由互相隔離之一第一散熱底座131及一第二散熱底座132所構成。第一散熱底座131設置有第一插槽133，第二散熱底座132設置有第二插槽134。第一插槽133內部有一第一型電極部135，第二插槽134內部有一第二型電極部136。第一型電極部135與第二型電極部136為電性相異之電極部，用以連接外部電源，並提供固態光源陣列110所需之驅動電壓而使其發光。
固態光源陣列110包括一透明基板120以及N列固態發光元件串125～127。透明基板120具有彼此互相平行且相背對之一第一表面121與一第二表面122。第一表面121配置N列固態發光元件串，每一列固態發光元件串均包括M個串聯之固態發光元件，其中N,M為正整數且N≧1，M≧2，而第二表面122可為具有凹凸結構之粗糙面。粗糙面可減少出射光線在透明基板120之第二表面122發生全反射，進而增加出光效率。
如第1A圖所示，本發明之一實施例是在第一表面121上配置3列固態發光元件串125～127，每一列固態發光元件串125～127包括2個串聯之固態發光元件。
固態發光元件串可為一列或多列，每一列固態發光元件串包括2個或2個以上串聯之固態發光元件，本發明不加以限制。
請參照第2A及2B圖，其分別繪示依照本發明一實施例之固態光源陣列的示意圖以及沿著I-I線的剖面示意圖。
在第2B圖中，固態發光元件例如為發光二極體150，其包括有一第二型半導體層153、一主動層152以及一第一型半導體層151依序形成於透明基板120上。固態發光元件以陣列方式配置在透明基板120之第一表面121，且每一個固態發光元件均包括一第一型電極墊E1以及一第二型電極墊E2。在第2B圖中，每一個固態發光元件被圖案化後，部分第二型半導體層153裸露出來，而形成一平台狀結構。固態發光元件之第一型電極墊E1是形成於第一型半導體層151上，第二型電極墊E2則是形成於裸露之第二型半導體層153上。主動層152位於第一型半導體層151與第二型半導體層153之間，可包括多量子井層。
第一型半導體層151可為添加P型雜質之氮化物半導體層，第二型半導體層153可為添加N型雜質之氮化物半導體層。第一型半導體層151與第二型半導體層153可為電性相異之P型半導體層與N型半導體層，可由週期表ⅢA族元素之氮化物所構成，例如為氮化鎵、氮化鎵鋁、氮化銦鎵或氮化鋁銦鎵等。且，第一型電極墊E1為P極，第二型電極墊E2為N極。
此外，發光二極體150更可包括一未摻雜的半導體層154位在第二型半導體層153與透明基板120之間，例如是由週期表ⅢA族元素之氮化物所構成之未摻雜的半導體層154。另外，發光二極體150更可包括一緩衝層155位在未摻雜的半導體層154與透明基板120之間。緩衝層155之材質係選自氮化鋁或氮化鎵鋁所構成之族群。透明基板120例如是藍寶石基板，於透明基板120上形成緩衝層155，再依序形成所需的磊晶層，可獲得品質較佳的氮化鎵晶體。
在第2A及2B圖中，每一列固態發光元件串之第一個固態發光元件之第一型電極墊E1均電性連接至一位在第一表面121邊緣(鄰近第一側邊L1)之一第一導線141，而每一列固態發光元件串之最後一個(第M個，M為大於等於2之正整數)固態發光元件之第二型電極墊E2均電性連接至一位在第一表面121邊緣(鄰近第二側邊L2)之一第二導線142。此外，每一列固態發光元件串之第i-1個(2≦i≦M，i為正整數)固態發光元件之第二型電極墊E2以及第i個固態發光元件之第一型電極墊E1之間，均分別以一第三導線143連接。也就是說，第三導線143可分別使每一列之M個固態發光元件彼此串聯。
如第2A圖所示，固態發光元件串125具有兩個固態發光元件A1和A2串聯，固態發光元件A1與A2都具有第一型電極墊E1(P極)與第二型電極墊E2(N極)。固態發光元件A1之第一型電極墊E1(P極)電性連接第一導線141，固態發光元件A1的第二型電極墊E2(N極)與固態發光元件A2的第一型電極墊E1(P極)電性連接，固態發光元件A2之第二型電極墊E2(N極)電性連接第二導線142。同理，固態發光元件串126與127與固態發光元件串125相同，遂不再贅述。
在第2B圖中，第三導線143行經於第一個固態發光元件A1與第二個固態發光元件A2之間時，為了避免短路，除了第一型電極墊E1及第二型電極墊E2位置外，更可形成一介電層144於第三導線143下。此外，第一導線141與第二導線142分別行經第一個固態發光元件A1與最後一個固態發光元件A2時，為了避免短路，亦可分別形成一介電層145於第一導線141與第二導線142下。在結構上，第一導線141與第二導線142互相不連接，且分別對應於第一插槽133內部之第一型電極部135以及第二插槽134內部之第二型電極部136，其中第一型電極部135為P極，第二型電極部136為N極。
如第1A圖所示，當透明基板120直立地插入散熱底座130的二插槽133、134內而被固定時，位於透明基板120之第一表面121邊緣的第一導線141與第一型電極部135電性連接，而第二導線142與第二型電極部136電性連接，以使固態發光元件發光時會經由透明基板120的第一表面121與第二表面122出光，達到雙面出光的效果。因此，本實施例之固態光源模組100藉由面陣列排列之固態發光元件，以透明基板120垂直地插置在散熱底座130上，來增加出光面積及出光量，進而提高照明的範圍，以達到雙面出光的效果。
請參照第3圖，其繪示依照本發明之另一實施例之固態光源陣列210的示意圖。三串固態發光元件串225、226、227位在透明基板220第一表面221上，每一固態發光元件串225～227具有四個固態發光元件A1~A4串聯，固態發光元件A1～A4都具有第一型電極墊E1(P極)與第二型電極墊E2(N極)。固態發光元件A1之第一型電極墊E1(P極)電性連接第一導線241，固態發光元件A1的第二型電極墊E2(N極)與固態發光元件A2的第一型電極墊E1(P極)電性連接，固態發光元件A2的第二型電極墊E2(N極)與固態發光元件A3的第一型電極墊E1(P極)電性連接，固態發光元件A3的第二型電極墊E2(N極)與固態發光元件A4的第一型電極墊E1(P極)電性連接，固態發光元件A4之第二型電極墊E2(N極)電性連接第二導線242。同理，固態發光元件串226與227與固態發光元件串225相同，遂不再贅述。
當透明基板220直立地插入如第1A圖中之散熱底座130的二插槽133、134內而被固定時，位於透明基板220之第一表面221邊緣的第一導線241與第一型電極部135電性連接，而第二導線242與第二型電極部136電性連接，以使固態發光元件發光時會經由透明基板220的正反兩面出光。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．固態光源模組
110、210．．．固態光源陣列
120、220．．．透明基板
121、221．．．第一表面
122．．．第二表面
125～127、225～227．．．固態發光元件串
130．．．散熱底座
131．．．第一散熱底座
132．．．第二散熱底座
133．．．第一插槽
134．．．第二插槽
135．．．第一型電極部
136．．．第二型電極部
141、241．．．第一導線
142、242．．．第二導線
143．．．第三導線
144、145．．．介電層
150．．．發光二極體
151．．．第一型半導體層
152．．．主動層
153．．．第二型半導體層
154．．．未摻雜的半導體層
155．．．緩衝層
L1．．．第一側邊
L2．．．第二側邊
E1．．．第一型電極墊
E2．．．第二型電極墊
A1、A2、A3、A4．．．固態發光元件
第1A及1B圖分別繪示依照本發明一實施例之固態光源模組的正面示意圖及側面示意圖。
第2A及2B圖分別繪示依照本發明一實施例之固態光源陣列的示意圖以及沿著I-I線的剖面示意圖。
第3圖繪示依照本發明之另一實施例之固態光源陣列的示意圖。
100．．．固態光源模組
120．．．透明基板
121．．．第一表面
122．．．第二表面
125、126、127．．．固態發光元件串
131．．．第一散熱底座
132．．．第二散熱底座
133．．．第一插槽
134．．．第二插槽

Claims (10)

  1. 一種固態光源模組，包括：一透明基板，具有彼此互相平行且相背對之一第一表面與一第二表面；N列固態發光元件串設置於該第一表面，每一列該等固態發光元件串均包括M個串聯之固態發光元件，其中N,M為正整數且N≧1，M≧2，每一該等固態發光元件均包括一第一型電極墊以及一第二型電極墊，且每一列該等固態發光元件串之第一個該固態發光元件之第一型電極墊均電性連接至一位在該第一表面邊緣之一第一導線，而每一列該等固態發光元件串之第M個該固態發光元件之第二型電極墊均電性連接至一位在該第一表面邊緣之一第二導線，其中該第一導線與該第二導線係物理性地互相不連接(physically disconnected)；以及一散熱底座，其係由互相隔離之一第一散熱底座及一第二散熱底座所構成，其中該第一散熱底座以及該第二散熱底座分別設置有一內部有一第一型電極部之第一插槽與一內部有一第二型電極部之第二插槽，使得該透明基板可藉由插入該第一插槽及該第二插槽內而被固定，並且使該透明基板之第一表面邊緣之第一、第二導線分別與該第一型、第二型電極部電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之固態光源模組，其中該第二表面具有凹凸結構。
  3. 如申請專利範圍第1~2項其中任一項所述之固態光源模組，其中該等固態發光元件係發光二極體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之固態光源模組，其中該發光二極體包括有一第二型半導體層、一主動層以及一第一型半導體層依序形成於該透明基板上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之固態光源模組，其中該發光二極體被圖案化成為一裸露出部分該第二型半導體層之平台狀(mesa)結構。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之固態光源模組，其中每一該等發光二極體之該第一型電極墊是形成於該第一型半導體層上，而該第二型電極墊則是形成於裸露之該第二型半導體層上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之固態光源模組，其中每一列該等固態發光元件串之第i-1個固態發光元件之第二型電極墊以及第i個固態發光元件之第一型電極墊之間，均分別以一第三導線連接，其中i為正整數且2≦i≦M。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之固態光源模組，其中該第三導線所經之處，除該第一型電極墊及該第二型電極墊位置外，更形成有一介電層於該第三導線下。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之固態光源模組，其中該發光二極體更包括一未摻雜的半導體層位在該第二型半導體層與該透明基板之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之固態光源模組，其中該發光二極體更包括一緩衝層位在該未摻雜的半導體層與該透明基板之間。
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