CN102201399B - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光元件，包含：一基板，具有一第一主要表面与一第二主要表面；多个发光叠层，分布于此基板的第一主要表面，其中上述各发光叠层之间以一第一电连接结构形成电连接；以及至少一电子元件，位于基板的第二主要表面，并通过一第二电连接结构电连接上述的发光叠层。

Description

发光元件
技术领域
本发明涉及一种发光元件，特别是涉及一种关于发光元件的基板具有一第一主要表面与一第二主要表面，且第一主要表面上有多个发光叠层，而第二主要表面上具有至少一电子元件，其中多个发光叠层与整流元件形成电连接。
背景技术
发光二极管(light-emittingdiode，LED)的发光原理是利用电子在n型半导体与p型半导体间移动的能量差，以光的形式将能量释放，这样的发光原理有别于白炽灯发热的发光原理，因此发光二极管被称为冷光源。此外，发光二极管具有高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低等优点，因此现今的照明市场对于发光二极管寄予厚望，将其视为新一代的照明工具，已逐渐取代传统光源，并且应用于各种领域，如交通号志、背光模块、路灯照明、医疗设备等。
图1为现有用于交流电的发光元件结构示意图，如图1所示，发光元件100至少包含一基板10、多个发光二极管单元12位于基板10上串联成电路A和电路B后反向并联，以及两个电极14/16位于基板10上，与多个发光二极管单元12形成电连接。当交流电电流由电极14流入发光元件100时，电流流经电路A，且使电路A上的发光二极管单元12发出光线；相对地，当交流电电流由电极16流入发光元件100时，电流流经电路B，并且使电路B上的发光二极管单元12发出光线。
此外，上述的光电元件100更可以进一步地与其他元件组合连接以形成一光电装置(photoelectricapparatus)。图2为现有的光电装置结构示意图，如图2所示，一光电装置200包含一具有至少一电路202的次载体(sub-mount)20；至少一焊料(solder)22位于上述次载体20上，通过此焊料22将上述光电元件100粘结固定于次载体20上并使光电元件100的基板10与次载体20上的电路202形成电连接；以及，一电连接结构24，以电连接光电元件100的电极16与次载体20上的电路202；其中，上述的次载体20包含导线架(leadframe)或大尺寸镶嵌基底(mountingsubstrate)，以方便发光装置200的电路规划并提高其散热效果。
虽然，上述的发光元件100设计可直接应用于交流电源上，然而同一时间内却仅部分的发光二极管单元12能发出光线，往往造成发光元件上发光区域的浪费。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种发光元件，包含：一基板，具有一第一主要表面与一第二主要表面；多个发光叠层，彼此间隔地分布于此基板的第一主要表面，其中上述发光叠层之间以一第一电连接结构形成电连接；以及至少一电子元件，位于基板的第二主要表面，并通过一第二电连接结构自基板的第一主要表面至延伸基板的第二主要表面以电连接发光叠层及电子元件。
本发明的另一目的在于提供一种发光元件，包含：一基板，具有一第一主要表面与一第二主要表面；多个发光叠层，位于此基板的第一主要表面；以及至少一桥式整流元件以及至少一被动元件，位于此基板的第二主要表面，其中上述的发光叠层与上述的桥式整流元件间形成电连接。
本发明的再一目的在于提供一发光元件，至少具有一基板，其中多个发光叠层与至少一电子元件分别位于上述基板的上下表面，且第一主要表面的多个发光叠层与第二主要表面的电子元件通过基板上的金属柱(plug)或金属导线相连接。
本发明的又一目的在于提供一发光元件，至少具有一基板，其中多个发光叠层与至少一电子元件分别位于上述基板的上下表面，更包含一导热层(heatdissipationlayer)位于上述基板的下表面，由此提高发光元件的散热效率并且增加发光元件的可靠度。
本发明的又一目的在于提供发光元件将整流元件、电阻、电感、电容等电子元件、或导热层等非以发光为主要目的的元件设置于基板的第二主要表面，并且发光叠层设置于基板的第一主要表面，由此可将发光元件中发光叠层所在的整个表面做为出光面，以减少发光面积的浪费。
附图说明
图1为现有的发光元件结构示意图；
图2为现有的光电装置结构示意图；
图3A为本发明实施例的侧视结构示意图；
图3B为本发明电路结构示意图；
图4A至图4B为本发明实施例中第一电连接结构的结构示意图；
图5A至图5B为本发明实施例中第二电连接结构的结构示意图；
图6为本发明实施例的上视结构示意图与下视结构示意图；
图7为本发明实施例中第四电连接结构的结构示意图；
图8为本发明另一实施例的结构示意图；
图9为本发明又一实施例的结构示意图。
主要元件符号说明
100发光元件10基板
12发光二极管单元14电极
16电极200光电装置
202电路20次载体
22焊料24电连接结构
300发光元件30基板
302第一主要表面304第二主要表面
32发光叠层320第一电连接结构
34整流元件340半导体叠层
342第二电连接结构36第三电连接结构
38接触垫40被动元件
322第一导电型半导体层324发光层
326第二导电型半导体层3202绝缘层
3204金属层3422绝缘层
3424金属层44波长转换层
46导热层
具体实施方式
以下配合附图说明本发明的实施例。
图3A为本发明一实施例的侧视结构示意图，而图3B为本发明实施例的电路结构示意图；如图3A与图3B所示，发光元件300包含：一基板30，具有一第一主要表面302与一第二主要表面304；多个发光叠层32，彼此间隔地分布于此基板30的第一主要表面302，其中上述发光叠层32之间以多个第一电连接结构320形成电连接；以及至少一整流元件34，位于此基板30的第二主要表面304，其中上述的整流元件34包含多个半导体叠层340，此半导体叠层340通过一第二电连接结构342形成电连接并排列成桥式回路，此外，上述的发光叠层32与上述的整流元件34间通过一第三电连接结构36形成电连接。
此外，上述的发光元件300更包含至少一位于第二主要表面304的接触垫(bumppad)38，分别与上述的整流元件34以及交流电源提供器(图未示)形成电连接，当交流电经由接触垫38流入发光元件300时，会经由位于第二主要表面304上的多个半导体叠层340排列成桥式回路的整流元件34将交流电转换为直流电，再经过第三电连接结构36，将电流传送至发光叠层32中。其中第三电连接结构36包含金属柱填充于穿透基板30的穿孔或导线自基板30的第一主要表面302延伸至第二主要表面304。
在上述的发光元件300中，基板30的材质包含蓝宝石(sapphire)、氮化铝(AlN)、玻璃(glass)或钻石(diamond)等绝缘材料；基板30也可以是一单层结构，实质上以一单一材质组成。在本实施例中基板30是蓝宝石材质的单层基板；发光叠层32至少包含一位于基板30上的第一导电型半导体层322、一位于第一导电型半导体层322上的发光层324以及一位于发光层324上的第二导电型半导体层326，其中发光叠层32的材质则可以选自包含铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、氮(N)、磷(P)或砷(As)的半导体物质，例如氮化镓(GaN)系列材料或磷化铝镓铟(AlGaInP)系列材料；在本实施例中，发光叠层32是以有机金属化学气相沉积技术所形成的，每一个发光叠层32是以光刻蚀刻技术形成具有部分裸露的第一导电型半导体层322，而上述的第一电连接结构320分别与发光叠层32的第一导电型半导体层322以及相邻发光叠层32的第二导电型半导体层326形成串联连接。
再者，上述组成整流元件34的半导体叠层340包含由有机金属化学气相沉积(MOCVD)技术与光刻蚀刻技术所形成多个发光二极管(Lightemittingdiode)、基纳二极管(ZenerDiode)、或萧特基二极管(SchottkyDiode)的结构，其材质选自包含III-V族化合物或IV族元素，例如氮化镓(GaN)系列材料、磷化铝镓铟(AlGaInP)系列材料、或硅。
第一电连接结构320可以如图4A所示包含一填充于相邻的发光叠层32之间的绝缘层3202，以防止相邻的发光叠层32之间发生短路的情形，以及一金属层3204位于上述的绝缘层3202上并且与相邻的发光叠层32形成电连接；此外，第一电连接结构320也可如图4B所示是一金属线，金属线的两端分别与相邻的发光叠层32形成电性接触。而第二电连接结构342可以如图5A所示包含一填充于相邻的半导体叠层340之间的绝缘层3422，以防止相连的半导体叠层340之间形成短路，以及一金属层3424位于上述的绝缘层3422上，并且与相邻的半导体叠层340形成电连接，此外，第二电连接结构342也可如图5B所示是一金属线，金属线的两端分别与相邻的半导体叠层340形成电性接触。
图6为本发明另一实施例结构示意图，前述的发光元件300的发光叠层32与半导体叠层340除了可以以上述有机金属化学气相沉积技术与光刻蚀刻技术分别形成于基板30的第一主要表面302与第二主要表面304之外，也可如图6所示，提供一粘结层44分别在发光叠层32、半导体叠层340以及基板30之间，分别将发光叠层32与半导体叠层340固定于基板30的第一主要表面302与第二主要表面304上，通过上述粘结层44固定发光叠层32与半导体叠层340的技术，提高产品的良率并且降低生产成本；其中，粘着层44的材质包含金属材质或有机粘着材质。
图7为本发明另一实施例结构示意图，如图6所示，发光元件300更可以包含位于基板30第二主要表面304的被动元件40与整流元件34电连接，例如被动元件40包含一电阻、一电感、或一电容串联至整流元件34、或一电容与整流元件34并联以提供发光元件300电性上的保护或调整发光元件300的电性特性，被动元件40例如是薄膜电阻、薄膜电容或薄膜电感使易于与发光元件300整合成单一晶粒(singlechip)；上述的薄膜电阻的材质包含氮化钽(TaN)、硅铬合金(SiCr)或镍铬合金(NiCr)等材料。
图8为本发明另一实施例结构示意图，如图8所示，发光元件300更包含一波长转换结构42位于发光叠层32上，用以吸收并转换发光叠层32所发出的光线；其中波长转换结构42的材质至少包含一种或一种以上的荧光物质或磷光物质，且此波长转换结构42可为一层状结构均匀涂布于发光叠层32之上或为一内含波长转换材质的胶体将发光叠层32封于其内，用于产生不同光学性质的产品。
图9为本发明又一实施例的结构示意图，如图8所示，发光元件300更包含一导热层46，其中导热层46可以与基板30的第二主要表面304接触或与被动元件34接触，用以将发光元件300中各部件所产生的热能导出。此外，上述导热层46的材质可以选自具有高热传导系数(thermalconductivity)的材料，其热传导系数大于基板30的热传导系数或大于50W/mK，导热层46的材质包含铜、银、金、镍、钻石、类钻石结构(DLC)、氮化铝(AlN)、石墨、纳米碳管(CNT)或其组合；导热层46的厚度例如大于3μm，其面积例如占基板30面积不小于50％。
再者，上述图3A至图9所述的发光元件300可以应用在一发光装置上，此发光装置更可进一步地应用于照明设备、液晶显示器背光模块或车用照明等，而且发光元件300可以适用于100V、110V、220V、240V、12V、24V或48V等供应电源。
综上所述，本发明揭示的发光元件300是将整流元件34、接触垫38、电容、电阻、电感等被动元件40以及导热层46等非以发光为主要目的的元件设置于基板30的第二主要表面304，并且发光叠层32设置于基板30的第一主要表面302，由此可将发光元件300中发光叠层32所在的整个表面做为出光面，以减少发光面积的浪费。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使具备此项技术一般知识的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (15)

1.一种发光元件，为单个芯片，包含：
基板，具有第一主要表面与第二主要表面；
多个发光叠层，形成于该第一主要表面；
第一电连接结构，电连接该多个发光叠层，包括位于该多个发光叠层中相邻发光叠层之间的绝缘层以及位于该绝缘层之上并用于电连接该相邻发光叠层的金属层；
非以发光为主要目的的电子元件，仅位于该第二主要表面；以及
第二电连接结构，自该第一主要表面延伸至该第二主要表面，以电连接该多个发光叠层及该电子元件。
2.一种发光元件，包含：
基板，具有第一主要表面与第二主要表面；
多个发光叠层，形成于该第一主要表面；
第一电连接结构，电连接该多个发光叠层；
非以发光为主要目的的电子元件，仅位于该第二主要表面；以及
第二电连接结构，自该第一主要表面延伸至该第二主要表面，以电连接该多个发光叠层及该电子元件，
其中，该多个发光叠层以及该电子元件采用有机金属化学气相沉积技术形成于该基板之上。
3.如权利要求1或2所述的发光元件，其中，该电子元件为一整流元件。
4.如权利要求1或2所述的发光元件，其中，该第二电连接结构包含穿透该基板的金属。
5.如权利要求1或2所述的发光元件，还包含一波长转换层，覆盖于该多个发光叠层中至少之一上，其中该波长转换物质的材质包含荧光物质或磷光物质。
6.如权利要求1或2所述的发光元件，还包含导热层，位于该第二主要表面，其中该导热层具有一热传导系数大于50W/mK。
7.如权利要求6所述的发光元件，其中，该导热层的厚度大于3μm，或该导热层的面积占基板面积不小于50％。
8.如权利要求6所述的发光元件，其中，该导热层的材质包含铜、银、金、镍、钻石、类钻石结构(DLC)、氮化铝(AlN)、石墨、纳米碳管(CNT)或其组合。
9.如权利要求1或2所述的发光元件，还包含一粘结层，位于该多个发光叠层之一与该基板之间；或者，位于该电子元件与该基板之间；或者，位于该多个发光叠层之一与该基板之间以及位于该电子元件与该基板之间。
10.如权利要求1或2所述的发光元件，其中该电子元件包含至少一被动元件以及包括至少一个发光二极管的桥式整流元件。
11.如权利要求10所述的发光元件，其中，该被动元件包含薄膜电阻、薄膜电容、或薄膜电感。
12.如权利要求10所述的发光元件，还包含一粘结层，位于该多个发光叠层之一与该基板之间；或者，位于该桥式整流元件及该被动元件与该基板之间；或者，位于该多个发光叠层之一与该基板之间并位于该桥式整流元件及该被动元件与该基板之间。
13.如权利要求9所述的发光元件，其中，该粘结层的材质包含金属材质或有机材质。
14.如权利要求1或2所述的发光元件，其中，该基板为一单层结构。
15.如权利要求1或2所述的发光元件，其中，该发光元件适用于100V、110V、220V、240V、12V、24V、或48V供应电源。
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