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1、(10)申请公布号 CN 102403331 A (43)申请公布日 2012.04.04 C N 1 0 2 4 0 3 3 3 1 A *CN102403331A* (21)申请号 201110335039.5 (22)申请日 2011.10.26 H01L 27/15(2006.01) (71)申请人华夏光股份有限公司 地址中国台湾台北市信义区基隆路二段51 号8楼之9 (72)发明人邵世丰 刘恒 (74)专利代理机构北京律诚同业知识产权代理 有限公司 11006 代理人梁挥 常大军 (54) 发明名称 发光二极管阵列 (57) 摘要 本发明有关于一种发光二极管阵列，主要包 括有多个发光。
2、二极管单元，其中各个发光二极管 单元形成一串联序列，该发光二极管阵列有n列 及m行，且m及n至少一者为奇数。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 6 页 CN 102403334 A 1/2页 2 1.一种发光二极管阵列，其特征在于，包含有多个发光二极管单元，所有该多个发光二 极管单元形成一串联序列，该发光二极管阵列有n列及m行，且m及n至少一者为奇数。 2.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，每一个发光二极管单元为四 边形，且具有电性相反的一第一电极与一第二电极，该第一电极位于或邻近该四边形。
3、的一 第一端点，该第二电极位于或邻近该四边形的一第二端点，该第一端点与该第二端点为对 角关系。 3.根据权利要求2所述的发光二极管阵列，其特征在于，每一个发光二极管单元为正 方形，且具有电性相反的一第一电极与一第二电极，该第一电极位于或邻近该正方形的一 第一端点，该第二电极位于或邻近该近似正方形的一第二端点，该第一端点与该第二端点 为对角关系。 4.根据权利要求2所述的发光二极管阵列，其特征在于，该发光二极管阵列为四边形， 且连接一电流输入端与一电流输出端。 5.根据权利要求4所述的发光二极管阵列，其特征在于，该发光二极管阵列近似正方 形，且连接一电流输入端与一电流输出端。 6.根据权利要求4。
4、所述的发光二极管阵列，其特征在于，该串联序列的第一个发光二 极管单元以该第二电极连接该电流输入端，该串联序列的最后一个发光二极管单元以该第 一电极连接该电流输出端。 7.根据权利要求4所述的发光二极管阵列，其特征在于，m与n两者的中一者为奇数， 一者为偶数，该电流输入端与该电流输出端位于或邻近该发光二极管阵列的一边线。 8.根据权利要求4所述的发光二极管阵列，其特征在于，m与n两者均为奇数，该电流 输入端与该电流输出端位于或邻近该发光二极管阵列的对角位置。 9.根据权利要求4所述的发光二极管阵列，其特征在于，该串联序列中的第一个发光 二极管单元的电极位置图案与第三个发光二极管单元相同。 10.。
5、根据权利要求9所述的发光二极管阵列，其特征在于，该串联序列中的第一个发光 二极管单元的电极位置图案顺时钟旋转90度会相同于第二个发光二极管单元，第二个发 光二极管单元的电极位置图案逆时钟旋转90度会相同于第三个发光二极管单元。 11.根据权利要求1所述的发光二极管阵列，其特征在于，包含有一基板，且该多个发 光二极管单元设置于该基板上。 12.根据权利要求11所述的发光二极管阵列，其特征在于，包含有多个焊线以连接该 串联序列中相邻的发光二极管单元。 13.根据权利要求11所述的发光二极管阵列，其特征在于，包含有多个内连线以连接 该串联序列中相邻的发光二极管单元。 14.根据权利要求13所述的发光。
6、二极管阵列，其特征在于，该内连线沿着相邻发光二 极管单元的最短路径以连接相邻的发光二极管单元的电极。 15.根据权利要求11所述的发光二极管阵列，其特征在于，该发光二极管单元堆栈多 个发光二极管而成。 16.根据权利要求15所述的发光二极管阵列，其特征在于，堆栈多个发光二极管为垂 直串联。 17.根据权利要求16所述的发光二极管阵列，其特征在于，包括有电性相反的一第一 权 利 要 求 书CN 102403331 A CN 102403334 A 2/2页 3 电极与一第二电极，其中该第一电极位于最接近该基板的发光二极管，该第二电极则位于 最远离该基板的发光二极管。 18.根据权利要求15所述的。
7、发光二极管阵列，其特征在于，堆栈多个发光二极管为垂 直并联。 权 利 要 求 书CN 102403331 A CN 102403334 A 1/7页 4 发光二极管阵列 技术领域 0001 本发明涉及一种发光二极管阵列，特别涉及一种串联序列的发光二极管阵列。 背景技术 0002 发光二极管(LED；Light-Emitting Diode)由于具备有寿命长、体积小、耗电量少 及反应速度快等优点，因而被广泛应用于指示灯、广告广告牌、交通号志灯、汽车车灯、显示 面板、通讯器具及室内照明等各项产品中。 0003 请参阅图1所示，为现有发光二极管的构造示意图。如图所示，现有的发光二极管 芯片100包括。
8、基底102、N型层110、发光层125及P型层130。此外，第一电极115与第二 电极135分别形成在N型层110与P型层130上，并与其电性连接。当适当电压被施加到 第一电极115与第二电极135时，电子将会离开N型层110并与空穴在发光层125内结合 而发光。 0004 基底102通常以蓝宝石制成；N型层110例如可由掺杂硅的氮化铝镓(AlGaN)或 掺杂硅的氮化镓(GaN)制成；P型层130例如可由掺杂镁的氮化铝镓(AlGaN)或掺杂镁的 氮化镓(GaN)制成。发光层125通常由单量子井或多量子井，例如氮化铟镓/氮化镓形成。 0005 一般而言，驱动单一个发光二极管芯片100大约需要在第。
9、一电极115及第二电极 135之间提供一3伏特的直流电压，以发光二极管芯片100作为手电筒的光源为例，可使得 单一个发光二极管芯片100与两个1.5伏特的电池串联，便可驱动发光二极管芯片100产 生光源。 0006 然而，在以家用电源驱动发光二极管芯片100时，则会面临电压转换的问题。目前 国际上所使用的家用电源大多为110伏特或220伏特的交流电源，因此在以家用电源驱动 发光二极管芯片100时，需要对家用电源进行降压及整流的动作。 0007 由于家用电源(110V或220V)与发光二极管芯片100所需驱动电压(3V)之间存 在有相当大的电压差距，并会导致电压转换效率偏低，进而在电压转换的过程。
10、中造成能量 的额外损耗。 发明内容 0008 本发明的一目的，在于提供一种发光二极管阵列，主要使得多个发光二极管单元 形成一串联序列，通过增加发光二极管单元串联的数量，可以提高发光二极管阵列所需要 的驱动电压，以降低外部电压在电压转换的过程中所造成的能量损耗。 0009 本发明的另一目的，在于提供一种发光二极管阵列，主要将多个发光二极管单元 排列成为发光二极管阵列，该发光二极管阵列有n列(row)及m行(column)，且m及n至少 有一者为奇数，藉此有利于将多个发光二极管单元的排列成阵列，并可使得电流输入端及 电流输出端位于发光二极管阵列的边缘或角落，而有利于进行电源供应器与发光二极管阵 列。
11、的之间电性连接。 0010 本发明的另一目的，在于提供一种发光二极管阵列，主要使得多个发光二极管单 说 明 书CN 102403331 A CN 102403334 A 2/7页 5 元形成一串联序列，藉此有利于以一般的家用电源驱动发光二极管阵列，使得发光二极管 阵列成为一般固定式的照明光源。 0011 本发明的另一目的，在于提供一种发光二极管阵列，例如四边形、近似平行四边 形、近似矩形、近似正方形、近似菱形等的发光二极管单元排列成阵列，并将正负电极大 致配置为对角关系，以提高两电极之间电流分布的均匀性(uniform current spreading)， 并增加发光二极管单元所产生的光源的。
12、均匀度。 0012 为了达到上述目的，本发明提供一种发光二极管阵列，包含有多个发光二极管单 元，所有该多个发光二极管单元形成一串联序列，该发光二极管阵列有n列及m行，且m及 n至少一者为奇数。 0013 上述的发光二极管阵列，其中每一个发光二极管单元为四边形，且具有电性相反 的一第一电极与一第二电极，该第一电极位于或邻近该四边形的一第一端点，该第二电极 位于或邻近该四边形的一第二端点，该第一端点与该第二端点为对角关系。 0014 上述的发光二极管阵列，其中每一个发光二极管单元为正方形，且具有电性相反 的一第一电极与一第二电极，该第一电极位于或邻近该正方形的一第一端点，该第二电极 位于或邻近该近。
13、似正方形的一第二端点，该第一端点与该第二端点为对角关系。 0015 上述的发光二极管阵列，其中该发光二极管阵列为四边形，且连接一电流输入端 与一电流输出端。 0016 上述的发光二极管阵列，其中该发光二极管阵列近似正方形，且连接一电流输入 端与一电流输出端。 0017 上述的发光二极管阵列，其中该串联序列的第一个发光二极管单元以该第二电极 连接该电流输入端，该串联序列的最后一个发光二极管单元以该第一电极连接该电流输出 端。 0018 上述的发光二极管阵列，其中m与n两者的中一者为奇数，一者为偶数，该电流输 入端与该电流输出端位于或邻近该发光二极管阵列的一边线。 0019 上述的发光二极管阵列，。
14、其中m与n两者均为奇数，该电流输入端与该电流输出端 位于或邻近该发光二极管阵列的对角位置。 0020 上述的发光二极管阵列，其中该串联序列中的第一个发光二极管单元的电极位置 图案与第三个发光二极管单元相同。 0021 上述的发光二极管阵列，其中该串联序列中的第一个发光二极管单元的电极位置 图案顺时钟旋转90度会相同于第二个发光二极管单元，第二个发光二极管单元的电极位 置图案逆时钟旋转90度会相同于第三个发光二极管单元。 0022 上述的发光二极管阵列，其中包含有一基板，且该多个发光二极管单元设置于该 基板上。 0023 上述的发光二极管阵列，其中包含有多个焊线以连接该串联序列中相邻的发光二 极。
15、管单元。 0024 上述的发光二极管阵列，其中包含有多个内连线以连接该串联序列中相邻的发光 二极管单元。 0025 上述的发光二极管阵列，其中该内连线沿着相邻发光二极管单元的最短路径以连 接相邻的发光二极管单元的电极。 说 明 书CN 102403331 A CN 102403334 A 3/7页 6 0026 上述的发光二极管阵列，其中该发光二极管单元堆栈多个发光二极管而成。 0027 上述的发光二极管阵列，其中堆栈多个发光二极管为垂直串联。 0028 上述的发光二极管阵列，其中包括有电性相反的一第一电极与一第二电极，其中 该第一电极位于最接近该基板的发光二极管，该第二电极则位于最远离该基板。
16、的发光二极 管。 0029 上述的发光二极管阵列，其中堆栈多个发光二极管为垂直并联。 0030 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。 附图说明 0031 图1为现有发光二极管的构造示意图； 0032 图2为本发明发光二极管阵列一实际例的立体示意图； 0033 图3为本发明发光二极管阵列一实际例的俯视图； 0034 图4为本发明发光二极管阵列又一实施例的俯视图； 0035 图5为本发明发光二极管阵列又一实施例的俯视图； 0036 图6为本发明发光二极管阵列又一实施例的俯视图；及 0037 图7为本发明发光二极管阵列内的发光二极管单元又一实施例的剖视示意图。 00。
17、38 其中，附图标记 0039 0040 说 明 书CN 102403331 A CN 102403334 A 4/7页 7 具体实施方式 0041 下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述： 0042 请参阅图2及图3所示，本发明的部分实施例中显示一发光二极管阵列的立体示 意图及俯视图。如图所示，本发明所述的发光二极管阵列200主要包括有多个发光二极管 单元20，其中各个发光二极管单元20形成一串联序列，在使用时可以单一个电源供应器29 同时驱动多个串联的发光二极管单元20。 0043 本发明主要将多个发光二极管单元20以矩阵方式排列在一基板24上，且各个发 光二极管单元20通过。
18、间隙36隔离，其中发光二极管阵列200有n列(row)及m行(column)， 且m及n至少一者为奇数。在一范例中，发光二极管阵列200具有2列3行。 0044 本发明的部分实施例中，各个发光二极管单元20包括有一第一材料层21、一第二 材料层23、至少一第一电极25及至少一第二电极27，其中第一材料层21及第二材料层23 以层叠的方式设置，且第二材料层23设置于第一材料层21的部分表面。第一电极25设置 于第一材料层21的部分表面，且不与第二材料层23接触，第二电极27则设置于第二材料 层23的部分表面。在使用时可对第一电极25及第二电极27供给电源，以使得发光二极管 单元20产生光源。在不。
19、同实施例中，本发明所述的发光二极管单元20也可为堆栈的多个 发光二极管(Stacking LEDs)，此一构造将会在后续的实施例中说明。 0045 本发明的部分实施例中，各个发光二极管单元20可为四边形，例如近似平行四边 形、近似矩形、近似正方形、近似菱形等，第一电极25及第二电极27的电性相反，且第一 电极25位于或邻近四边形的一第一端点，第二电极27位于或邻近四边形的一第二端点，第 一端点与第二端点大致为对角关系(in a diagonal position)，以提高两电极之间电流分 布的均匀性(uniform current spreading)，并有利于提高各个发光二极管单元20的发光。
20、 说 明 书CN 102403331 A CN 102403334 A 5/7页 8 均匀度。此外，将各个发光二极管单元20的第一电极25及第二电极27大致配置为对角关 系，更有利于进行相邻的发光二极管单元20的电性连接。 0046 通过排列上述不同形状的发光二极管单元20可以形成不同形状的发光二极管阵 列200，例如：四边形、近似平行四边形、近似矩形、近似正方形、近似菱形等。 0047 请参阅图3所示，本发明的部分实施例中，于发光二极管单元20排列成为发光二 极管阵列200之前，需要特别留意各个发光二极管单元20的相对电极位置，再进行各个发 光二极管单元20的设置，例如串联序列中的第一个发光。
21、二极管单元201的电极位置图案顺 时钟旋转90度会相同于第二个发光二极管单元202，而第二个发光二极管单元202的电极 位置图案逆时钟旋转90度会相同于第三个发光二极管单元203；也就是说第一个发光二极 管单元201的电极位置图案与第三个发光二极管单元203相同。此一设计使得相邻发光二 极管单元的不同电性电极具有最短距离，以便于相邻发光二极管的串联电性连接使用最短 的焊线22或内连线32，藉此降低电阻以及降低成本。例如第一个发光二极管单元201的 第一电极25与第二个发光二极管单元202的第二电极27相邻，而第二个发光二极管单元 202的第一电极25则与第三个发光二极管单元203的第二电极27。
22、相邻。 0048 如前所述，本发明所提供的发光二极管阵列200中的m及n至少一者必须是奇数， 此一设计使得发光二极管单元在跨行串联或跨列串联时，仍然维持相邻发光二极管单元20 的不同电性电极具有最短距离，以便于相邻发光二极管20的串联电性连接使用最短的焊 线22或内连线32，藉此降低电阻以及降低成本。例如图3所示，第三个发光二极管单元203 的第一电极25与第四个发光二极管单元204的第二电极27相邻。 0049 请参阅图2与图3所示，焊线(wire bonding)22可用以连接串连序列中相 邻的发光二极管单元20，通常适用于间隙36较大的情形；请参阅图4所示，内连线 (interconne。
23、ct)32可用以连接串连序列中相邻的发光二极管单元20，通常适用于间隙36 较小的情形。 0050 通过内连线形成LED阵列的常见方法如下，可在一绝缘或高电阻基板34，例如蓝 宝石、碳化硅或者其它三族氮化物基板上，串联或并联许多发光二极管单元20，以形成一发 光二极管阵列300。各个发光二极管单元20通过间隙36隔离，并以内连线(internnect)32 连接不同发光二极管单元20的电极。一般而言，为了确保各个发光二极管单元20之间为 绝缘，会先沉积氧化材料，例如硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、氧化铝，绝缘材料在发光 二极管阵列300上，再沉积内连线32，且内连线32通常为金属材质。 005。
24、1 本发明的部分实施例中，发光二极管阵列200包括有一电流输入端271及一电流 输出端251，在使用时可将电源供应器29与发光二极管阵列200的电流输入端271及电流 输出端251相连接，并对各个发光二极管单元20供给电源。请参阅图3与图4所示，四边 形或近似正方形的发光二极管单元20可排列成为四边形或近似正方形的发光二极管阵列 200，而电流输入端271与电流输出端251位于或邻近四边形或近似正方形的发光二极管阵 列200的边线或对角位置。例如串联序列的第一个发光二极管单元201以第二电极27连 接该电流输入端271，串联序列的最后一个发光二极管单元209以第一电极25连接电流输 出端251。
25、。 0052 电源供应器29，例如直流电源供应器，主要用以进行电压的降压及整流，用以接收 一般的家用电源，例如110伏特或220伏特的家用电源，并将家用电源进行降压及整流，藉 说 明 书CN 102403331 A CN 102403334 A 6/7页 9 此以输出适当大小的直流电源，以驱动发光二极管阵列200。 0053 本发明的部分实施例中，通过多个发光二极管单元20的串联，将可以提高驱动发 光二极管阵列200所需要的电压，使得电源供应器29不需要进行大幅度的电压转换，便可 以驱动发光二极管阵列200，藉此以降低在电压转换的过程中所造成的能量损耗。例如图3 的发光二极管阵列200包括有六。
26、个发光二极管单元20的串联，且各个发光二极管单元20 所需要的驱动电压约为3伏特，换言之，发光二极管阵列200所需要的驱动电压约为18伏 特(3伏特乘以6)，则电源供应器29只需要将一般的家用电源(110伏特或220伏特)转换 为18伏特，便可用以驱动发光二极管阵列200。 0054 在本实施例中，主要以发光二极管阵列200包括有六个发光二极管单元20来进行 说明，然而在实际应用时也可增加发光二极管单元20的串联个数，此一部分将会在后续的 实施例中进行说明。通过增加发光二极管单元20串联的数量，将可进一步提高发光二极管 阵列所需要的驱动电压，并增加发光二极管阵列的发光面积及发光亮度。 0055。
27、 此外，本发明所述的发光二极管阵列200包括有多个相同的发光二极管单元20， 并可用以产生相同颜色的光源。在本发明的部分实施例中，发光二极管阵列200也可包括 有多个不同的发光二极管单元20，并可用以产生不同颜色的光源，例如红光、绿光或蓝光。 0056 请参阅图4所示，为本发明发光二极管阵列又一实施例的俯视图。如图所示，本发 明所述的发光二极管阵列300主要包括有多个发光二极管单元20，其中各个发光二极管单 元20以矩阵方式排列在一基板34上，并形成一3列3行的发光二极管阵列300。 0057 发光二极管阵列300的发光二极管单元20以串联的方式连接，例如可通过内连线 (interconnec。
28、t)32连接串联序列中相邻的发光二极管单元20，在实际应用时对发光二极 管单元20进行适当的排列，使得内连线32沿着相邻发光二极管单元的最短路径连接相邻 的发光二极管单元20的电极。通过九个发光二极管单元20的串联，可将发光二极管阵列 300所需的驱动电压提高至约27伏特，以进一步降低在电压转换的过程中所造成的能量损 耗。 0058 当然，也可进一步增加串联的发光二极管单元20的数量，例如可将十五个发光二 极管单元20以串联的方式连接，并排列成为成一5列3行的发光二极管阵列400，其中发光 二极管阵列400所需的驱动电压约为45伏特，如图5所示，或是将二十五个发光二极管单 元20以串联的方式连。
29、接，并排列成为成一5列5行的发光二极管阵列500，其中发光二极管 阵列500所需的驱动电压约为75伏特，如图6所示。 0059 于本发明的部分实施例中，每一个发光二极管单元20近似正方形，当发光二极管 阵列200的m等于n时，发光二极管阵列200的外观会近似正方形；而当发光二极管阵列 200的m不等于n时，发光二极管阵列200的外观则会近似矩形。 0060 于本发明的部分实施例中，当n列m行的发光二极管阵列200的m及n两者的中 一者为奇数，一者为偶数时，如图3所示，电流输入端271及电流输出端251位于或邻近该 发光二极管阵列200的一边线。当n列m行的发光二极管阵列300/400/500的。
30、m及n均为 奇数时，如图4、图5及图6所示则电流输入端371/471/571及电流输出端351/451/551位 于或邻近发光二极管阵列300/400/500的对角位置。使得发光二极管阵列300/400/500适 用于一般常用的导电架，并与之进行电性连接。 0061 于本发明的部分实施例中，上述的发光二极管单元20也可为堆栈的多个发光二 说 明 书CN 102403331 A CN 102403334 A 7/7页 10 极管(Stacking LEDs)，其中多个发光二极管以垂直的方式进行堆栈(垂直串联或垂直并 联)，且发光二极管单元20的第一电极25位于最接近基板的发光二极管，而第二电极2。
31、7则 位于最远离基板的发光二极管，如图7所示。 0062 发光二极管单元20包括有一第一N型半导体材料层211、一第一P型半导体材料 层231、一穿隧接面(tunnel junction)26、一第二N型半导体材料层213及一第二P型半 导体材料层233的堆栈。第一N型半导体材料层211及第一P型半导体材料层231之间存 在有一第一主动层(active layer)281，而第二N型半导体材料层213及第二P型半导体材 料层233之间则存在有一第二主动层(active layer)283。此外，第一电极25设置于最接 近基板的发光二极管的第一N型半导体材料层211表面，第二电极27则设置于最远。
32、离基板 的发光二极管的第二P型半导体材料层233表面。在本实施例中，发光二极管单元20包括 有两个发光二极管的堆栈，并与两个发光二极管之间设置有一穿隧接面26，而在不同实施 例中，发光二极管单元20也可包括有两个以上的发光二极管的堆栈，并于相邻的发光二极 管之间设置该穿隧接面26。 0063 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 说 明 书CN 102403331 A CN 102403334 A 1/6页 11 图1 说 明 书 附 图CN 102403331 A CN 102403334 A 2/6页 12 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102403331 A CN 102403334 A 3/6页 13 图4 说 明 书 附 图CN 102403331 A CN 102403334 A 4/6页 14 图5 说 明 书 附 图CN 102403331 A CN 102403334 A 5/6页 15 图6 说 明 书 附 图CN 102403331 A CN 102403334 A 6/6页 16 图7 说 明 书 附 图CN 102403331 A 。