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TWI735347B - 混光發光二極體裝置 - Google Patents

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TWI735347B TW109134941A TW109134941A TWI735347B TW I735347 B TWI735347 B TW I735347B TW 109134941 A TW109134941 A TW 109134941A TW 109134941 A TW109134941 A TW 109134941A TW I735347 B TWI735347 B TW I735347B
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Abstract

一種混光發光二極體裝置，包括第一、二、三水平導通式晶粒及第一、二型電極。各晶粒配置有第一型半導體的第一表面、相反於第一表面且配置有第二型半導體的第二表面及介於第一、二表面間的P-N接面。第一晶粒間隔置有第一、二貫孔。第一貫孔貫穿第一、二表面與P-N接面，兩第二貫孔貫穿第二型半導體。第二、三晶粒設於第一晶粒上方且以其第一表面面向第一晶粒之第一表面設置。第一型電極電隔絕地置於第一貫孔以同時上下連接各晶粒之第一型半導體。第二型電極分別置於各第二貫孔中與第一晶粒之第二表面以上下電連接各晶粒之第二型半導體。

Description

混光發光二極體裝置
本發明是有關於一種發光二極體裝置，特別是指一種混光發光二極體裝置。
相較於傳統的照明用燈管或冷陰極燈管(cold cathode fluorescent lamp；以下簡稱CCFL)，發光二極體(以下稱LED)基於其自身的低耗電、體積小與壽命長等優勢，因而不論是在一般的日用照明設備亦或是液晶顯示器(LCD)的背光模組上的應用，LED已日漸地取代了傳統的照明用燈管與CCFL。
以白光發光二極體舉例來說，其便是採用混光的技術手段來呈現出白光，且常見的混光手法不是採用能放射出藍光波段或紫外光波段的LED來激發黃色螢光粉以混成白光，便是採用能放射出紅光、綠光與藍光等三原色的LED來混成白光。
如中華民國第201301570公開號發明專利案(以下稱前案1)便公開一種多光色發光二極體，其包括一磊晶基板、一磊製於該磊晶基板之一表面的半導體層，及磊製於該半導體層上且彼此間隔設置的一第一發光源、第二發光源及一第三發光源。前案1是藉由該第一發光源、第二發光源及第三發光源的面積調配來控制不同照明用途的光色需求。
又，如圖1所示，中華民國第201214659公開號發明專利案(以下稱前案2)公開的一種發光元件之結構9，其包括一支架91、一配置於該支架91上的第一絕緣基板92、兩配置於該第一絕緣基板92上的第一LED晶粒群93、一配置於該第一絕緣基板92上且與該等第一LED晶粒群93間隔配置的第二絕緣基板94、一配置於該第二絕緣基板94上的第二LED晶粒群95、一封裝該等LED晶粒群93、95之封蓋樹脂96，及一覆蓋該封蓋樹脂96的波長轉換層97；其中，該等第一LED晶粒群93與該第二LED晶粒群95中的晶粒彼此依序串聯。
雖然前案1與前案2皆可透過混光的原理以放射出所需波段的光源。然而，前案1之發光源與前案2之LED晶粒群13、15在空間的配置關係上，皆屬於水平式的平面配置關係，此對於亟需縮減二維/平面使用空間的需求者來說貢獻度相當有限，也因此其對於單位面積內所能提供的發光亮度易受到限制。
經上述說明可知，改良混光形式之發光二極體裝置的結構以在有限的二維/平面空間中(也就是，單位面積內)提高亮度，是本案所屬技術領域中的相關技術人員有待解決的課題。
因此，本發明的目的，即在提供一種能在有限的平面空間中提高亮度且能節省面積之混光發光二極體裝置。
於是，本發明混光發光二極體裝置，包括一第一水平導通(horizontal feedthrough)式晶粒(chip)、一第二水平導通式晶粒、一第三水平導通式晶粒，及一電極單元。
該第一水平導通式晶粒包括一配置有一第一型半導體的第一表面、一相反於該第一表面且配置有一第二型半導體的第二表面、一介於其第一表面與第二表面間的P-N接面，及彼此間隔配置的一第一貫孔與兩第二貫孔。該第一貫孔是縱向貫穿該第一水平導通式晶粒之第一型半導體之第一表面、該P-N接面與該第二型半導體之第二表面，該等第二貫孔是縱向貫穿該第一水平導通式晶粒之該第二型半導體。
該第二水平導通式晶粒包括一配置有一第一型半導體的第一表面，及一相反於該第一表面且配置有一第二型半導體的第二表面。該第二水平導通式晶粒是間隔地設置於該第一水平導通式晶粒的上方，且該第二水平導通式晶粒之第一型半導體的第一表面是面向該第一水平導通式晶粒之第一型半導體的第一表面設置。
該第三水平導通式晶粒包括一配置有一第一型半導體的第一表面，及一相反於該第一表面且配置有一第二型半導體的第二表面。該第三水平導通式晶粒是間隔地設置於該第一水平導通式晶粒的上方，且該第三水平導通式晶粒之第一型半導體的第一表面是面向該第一水平導通式晶粒之第一型半導體的第一表面設置。
該電極單元包括一第一型電極與三第二型電極。該第一型電極是電性隔絕地配置於該第一水平導通式晶粒的第一貫孔中，以同時上下連接該第二水平導通式晶粒之第一型半導體與該第一水平導通式晶粒之第一型半導體及該第三水平導通式晶粒之第一型半導體與該第一水平導通式晶粒之第一型半導體。該三第二型電極中的其中兩者是分別對應配置於該第一水平導通式晶粒的各第二貫孔中，且該三第二型電極中的剩餘一者是配置於該第一水平導通式晶粒之第二型半導體之第二表面並介於該第一型電極與該其中兩者第二型電極間，以分別上下電連接該第二水平導通式晶粒之第二型半導體與該第一水平導通式晶粒之第二型半導體及該第三水平導通式晶粒之第二型半導體與該第一水平導通式晶粒之第二型半導體。
本發明的功效在於：利用貫穿該第一水平導通式晶粒之第一、二表面的第一貫孔及其內部所配置的第一型電極，與貫穿該第一水平導通式晶粒之第二半導體的該等第二貫孔及配置於各第二貫孔內與第一水平導通式之第二表面的該三第二型電極，能使該第二、三水平導通式晶粒垂直配置且電連接於該第一水平導通式晶粒的上方，以在單位面積上貢獻出較高的亮度並節省平面面積。
參閱圖2，本發明之混光發光二極體裝置的一第一實施例，其包括一第一水平導通式晶粒1、一第二水平導通式晶粒2、一第三水平導通式晶粒3，及一電極單元4。
該第一水平導通式晶粒1包括一配置有一第一型半導體的第一表面11、一相反於該第一表面11且配置有一第二型半導體的第二表面12、一介於其第一表面11與第二表面12間的P-N接面13，及彼此間隔配置的一第一貫孔110與兩第二貫孔120。該第一貫孔110是縱向貫穿該第一水平導通式晶粒1之第一型半導體之第一表面11、P-N接面13與第二型半導體之第二表面12。該等第二貫孔120是縱向貫穿該第一水平導通式晶粒1之該第二型半導體。
該第二水平導通式晶粒2包括一配置有一第一型半導體的第一表面21、一相反於該第一表面21且配置有一第二型半導體的第二表面22，及一介於其第一表面21與第二表面22間的P-N接面23。該第二水平導通式晶粒2是間隔地設置於該第一水平導通式晶粒1的上方，且該第二水平導通式晶粒2之第一型半導體的第一表面21是面向該第一水平導通式晶粒1之第一型半導體的第一表面11設置。
該第三水平導通式晶粒3包括一配置有一第一型半導體的第一表面31、一相反於該第一表面31且配置有一第二型半導體的第二表面32，及一介於其第一表面31與第二表面32間的P-N接面33。該第三水平導通式晶粒3是間隔地設置於該第一水平導通式晶粒1的上方，且該第三水平導通式晶粒3之第一型半導體的第一表面31是面向該第一水平導通式晶粒1之第一型半導體的第一表面11設置。
具體來說，本發明各水平導通式晶粒1、2、3是一經雷射移除(laser lift off)其自身之磊晶基板(如，藍寶石基板)後的一微發光二極體晶粒(micro-LED chip)，且各水平導通式晶粒1、2、3之第一型半導體與各水平導通式晶粒1、2、3之第二型半導體分別為一P型半導體與一N型半導體。此外，該第一水平導通式晶粒1之第二表面12的面積是實質等於該第二水平導通式晶粒2之第二表面22的面積加上該第三水平導通式晶粒3之第二表面32的面積。
該電極單元4包括一第一型電極41與三第二型電極42。在本發明該第一實施例中，該第一型電極41與各第二型電極42分別為一P型電極與一N型電極。如圖2所示，該第一型(P型)電極41是電性隔絕地配置於該第一水平導通式晶粒1的第一貫孔110中，以同時上下連接該第二水平導通式晶粒2之第一型(P型)半導體與該第一水平導通式晶粒1之第一型(P型)半導體及該第三水平導通式晶粒3之第一型(P型)半導體與該第一水平導通式晶粒1之第一型(P型)半導體。再參閱圖2，該三第二型(N型)電極42中的其中兩者是分別對應配置於該第一水平導通式晶粒1的各第二貫孔120中，且該三第二型(N型)電極中的剩餘一者是配置於該第一水平導通式晶粒1之第二型(N型)半導體之第二表面12並介於該第一型(P型)電極41與該其中兩者第二型(N型)電極42間，以分別上下電連接該第二水平導通式晶粒2之第二型(N型)半導體與該第一水平導通式晶粒1之第二型(N型)半導體及該第三水平導通式晶粒3之第二型(N型)半導體與該第一水平導通式晶粒1之第二型(N型)半導體。
較佳地，該第一水平導通式晶粒1、第二水平導通式晶粒2與第三水平導通式晶粒3分別能放射出一第一波段、一第二波段與一第三波段的光源。如圖2所示，在本發明該第一實施例中，該第一水平導通式晶粒1之第一波段、第二水平導通式晶粒2之第二波段與第三水平導通式晶粒3之第三波段，分別為一紅(R)光波段、一綠(G)光波段與一藍(B)光波段。更佳地，該第一水平導通式晶粒1還包括一絕緣層14，且該第一水平導通式晶粒1之第一貫孔110是由該第一水平導通式晶粒1之一內環面111所定義而成。該絕緣層14是形成於該內環面111上並自該內環面111延伸至該第一水平導通式晶粒1之第二表面12。藉由該絕緣層14能使該電極單元4之第一型(P型)電極41與該第一水平導通式晶粒1之第二型(N型)半導體電性隔絕。
經本發明上述各段之詳細說明可知，本發明該第一實施例是一共陽極(common anode)架構的白光發光二極體裝置。
更詳細來說，本發明該第一實施例還包括一驅動基板5、一遮光壁6及一透光性封裝體7。
該驅動基板5設置於該第一水平導通式晶粒1下以耦接該電極單元4之第一型電極41與第二型電極42。在本發明該第一實施例中，該驅動基板5是一定電流驅動基板。
該遮光壁6圍繞該第一水平導通式晶粒1、該第二水平導通式晶粒2與該第三水平導通式晶粒3以裸露該第二水平導通式晶粒2之第二表面22與該第三水平導通式晶粒3之第二表面32。該透光性封裝體7覆蓋該等水平導通式晶粒1、2、3與該遮光壁6，且該透光性封裝體7於該第二水平導通式晶粒2與該第三水平導通式晶粒3之第二表面22、32的上方朝上凸設有一用以作為一微透鏡(micro-lens)用的曲面71。
參閱圖3，本發明之混光發光二極體裝置的一第二實施例，大致上是相同於該第一實施例，其不同處是在於，各水平導通式晶粒1、2、3之第一型半導體與各水平導通式晶粒1、2、3之第二型半導體分別為一N型半導體與一P型半導體，且該第一型電極41與各第二型電極42分別為一N型電極與一P型電極。換句話說，本發明該第二實施例之混光發光二極體裝置是一共陰極(common cathode)架構的白光發光二極體裝置。
經上述各段的詳細說明與圖2及圖3所示之結構可知，本發明利用垂直縱向貫穿該第一水平導通式晶粒1之第一表面11、P-N接面13與第二表面12的第一貫孔110與配置於該第一貫孔110的第一型電極41，及垂直縱向貫穿該第一水平導通式晶粒1之第二型半導體的第二貫孔120與配置於該等第二貫孔120中及配置於該第一水平導通式晶粒1之第二表面12的該等第二型電極42，能使該第二水平導通式晶粒2與第三水平導通式晶粒3垂直配置於該第一水平導通式晶粒1的正上方，以使該第一、二、三水平導通式晶粒1、2、3之第一型半導體能共用該第一型電極41，並使該第一、二、三水平導通式晶粒1、2、3之第二型半導體透過該等第二型電極42彼此電性連接。因此，相較於前案1與前案2的結構，本發明該等實施例之混光發光二極體裝置能在單位面積上貢獻出更高的亮度從而節省平面面積。
綜上所述，本發明之混光發光二極體裝置能在單位面積上貢獻出較高亮度的前提下以達到節省平面面積的功效，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:第一水平導通式晶粒 11:第一表面 110:第一貫孔 111:內環面 12:第二表面 120:第二貫孔 13:P-N接面 14:絕緣層 2:第二水平導通式晶粒 21:第一表面 22:第二表面 23:P-N接面 3:第三水平導通式晶粒 31:第一表面 32:第二表面 33:P-N接面 4:電極單元 41:第一型電極 42:第二型電極 5:驅動基板 6:遮光壁 7:透光性封裝體 71:曲面
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一正視示意圖，說明中華民國第201214659公開號發明專利案所公開的一種發光元件之結構； 圖2是一正視示意圖，說明本發明之混光發光二極體裝置的一第一實施例；及 圖3是一正視示意圖，說明本發明之混光發光二極體裝置的一第二實施例。
1:第一水平導通式晶粒
11:第一表面
110:第一貫孔
111:內環面
12:第二表面
120:第二貫孔
13:P-N接面
14:絕緣層
2:第二水平導通式晶粒
21:第一表面
22:第二表面
23:P-N接面
3:第三水平導通式晶粒
31:第一表面
32:第二表面
33:P-N接面
4:電極單元
41:第一型電極
42:第二型電極
5:驅動基板
6:遮光壁
7:透光性封裝體
71:曲面

Claims (9)

  1. 一種混光發光二極體裝置，包含： 一第一水平導通式晶粒，包括一配置有一第一型半導體的第一表面、一相反於該第一表面且配置有一第二型半導體的第二表面、一介於其第一表面與第二表面間的P-N接面，及彼此間隔配置的一第一貫孔與兩第二貫孔，該第一貫孔是縱向貫穿該第一型半導體之第一表面、該P-N接面與該第二型半導體之第二表面，該等第二貫孔是縱向貫穿該第二型半導體； 一第二水平導通式晶粒，包括一配置有一第一型半導體的第一表面，及一相反於該第一表面且配置有一第二型半導體的第二表面，該第二水平導通式晶粒是間隔地設置於該第一水平導通式晶粒的上方，且該第二水平導通式晶粒之第一型半導體的第一表面是面向該第一水平導通式晶粒之第一型半導體的第一表面設置； 一第三水平導通式晶粒，包括一配置有一第一型半導體的第一表面，及一相反於該第一表面且配置有一第二型半導體的第二表面，該第三水平導通式晶粒是間隔地設置於該第一水平導通式晶粒的上方，且該第三水平導通式晶粒之第一型半導體的第一表面是面向該第一水平導通式晶粒之第一型半導體的第一表面設置；及 一電極單元，包括一第一型電極與三第二型電極，該第一型電極是電性隔絕地配置於該第一水平導通式晶粒的第一貫孔中，以同時上下連接該第二水平導通式晶粒之第一型半導體與該第一水平導通式晶粒之第一型半導體及該第三水平導通式晶粒之第一型半導體與該第一水平導通式晶粒之第一型半導體，該三第二型電極中的其中兩者是分別對應配置於該第一水平導通式晶粒的各第二貫孔中，且該三第二型電極中的剩餘一者是配置於該第一水平導通式晶粒之第二型半導體之第二表面並介於該第一型電極與該其中兩者第二型電極間，以分別上下電連接該第二水平導通式晶粒之第二型半導體與該第一水平導通式晶粒之第二型半導體及該第三水平導通式晶粒之第二型半導體與該第一水平導通式晶粒之第二型半導體。
  2. 如請求項1所述的混光發光二極體裝置，其中，該第一水平導通式晶粒還包括一絕緣層，且該第一水平導通式晶粒之第一貫孔是由該第一水平導通式晶粒之一內環面所定義而成，該絕緣層是形成於該內環面上並自該內環面延伸至該第一水平導通式晶粒之第二表面。
  3. 如請求項1所述的混光發光二極體裝置，其中，各第一型半導體與各第二型半導體分別為一P型半導體與一N型半導體，且該第一型電極與各第二型電極分別為一P型電極與一N型電極。
  4. 如請求項1所述的混光發光二極體裝置，其中，各第一型半導體與各第二型半導體分別為一N型半導體與一P型半導體，且該第一型電極與各第二型電極分別為一N型電極與一P型電極。
  5. 如請求項1所述的混光發光二極體裝置，還包含一驅動基板，該驅動基板設置於該第一水平導通式晶粒下以耦接該第一型電極與該三第二型電極。
  6. 如請求項1所述的混光發光二極體裝置，還包含一遮光壁，該遮光壁圍繞該第一水平導通式晶粒、該第二水平導通式晶粒與該第三水平導通式晶粒以裸露該第二水平導通式晶粒之第二表面與該第三水平導通式晶粒之第二表面。
  7. 如請求項6所述的混光發光二極體裝置，還包含一透光性封裝體，該透光性封裝體覆蓋該等水平導通式晶粒與該遮光壁。
  8. 如請求項7所述的混光發光二極體裝置，其中，該透光性封裝體於該第二水平導通式晶粒與該第三水平導通式晶粒之第二表面的上方朝上凸設有一曲面。
  9. 如請求項1所述的混光發光二極體裝置，其中，該第一水平導通式晶粒之第二表面的面積是實質等於該第二水平導通式晶粒之第二表面的面積加上該第三水平導通式晶粒之第二表面的面積。
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