DE102013101524A1 - Leuchtdiodenvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Es ist eine Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung offenbart, die umfasst: ein transparentes Substrat, das eine erste Oberfläche umfasst; eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten, die auf der ersten Oberfläche angeordnet sind, wobei jede der Leuchtdiodeneinheiten eine Mehrzahl von Seiten und einen Umfang umfasst; und eine Mehrzahl von leitfähigen Verbindungsstrukturen, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, die die Mehrzahl der oben genannten Leuchtdiodeneinheiten elektrisch verbindet; wobei die Seiten jeder Leuchtdiodeneinheit eine Mehrzahl von Vertikalabständen zwischen den nahsten Leuchtdiodeneinheiten haben, und wobei die Seiten nicht nahe der nahsten Leuchtdiodeneinheiten sind, wenn die Mehrzahl von Vertikalabständen größer ist als 50 μm; wobei das Verhältnis der Gesamtlänge der Seiten jeder Leuchtdiodeneinheit, die nicht nahe den Leuchtdiodeneinheiten sind, zu dem Umfang der Leuchtdiodeneinheit größer ist als 50%.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Offenbarung bezieht sich auf eine Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung, insbesondere auf eine Zweidimensional-Array-HV-Leuchtdiodenvorrichtung mit einer hohen Lichtextraktionseffizienz.
  • Bezugnahme auf Prioritätsanmeldung
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der TW Anmeldung mit der Nummer 101105428 , die am 20. Februar 2012 angemeldet wurde, deren Inhalt hiermit vollumfänglich durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Die Lichttheorie und Struktur der Leuchtdiode (LED) ist von der einer herkömmlichen Lichtquelle verschieden. Eine LED hat Vorteile wie geringen Energieverlust, lange Lebenszeit, keine Notwendigkeit einer Aufwärmzeit, und schnelle Ansprechzeit. Weiterhin ist sie klein, stoßfest, für die Massenproduktion geeignet, sodass LEDs auf dem Markt weit verbreitet sind. Zum Beispiel können LEDs in optischen Anzeigevorrichtungen, Laserdioden, Ampelanlagen, Datenspeichervorrichtungen, Kommunikationsvorrichtungen, Beleuchtungsvorrichtungen, medizinischen Vorrichtungen, usw. verwendet werden.
  • Die herkömmliche Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung 1, die in den 1A und 1B gezeigt ist, umfasst ein transparentes Substrat 10, eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten 12, die sich entlang von zwei Dimensionen erstrecken und eng angeordnet sind und auf dem transparenten Substrat 10 gebildet sind. Jede Leuchtdiodeneinheit 12 weist eine p-Typ-Halbleiterschicht 121, eine Lichtemittierschicht 122, und eine n-Typ-Halbleiterschicht 123 auf. Da das transparente Substrat elektrisch isolierend ist, kann nach dem Bilden der Nuten durch Ätzen zwischen den Leuchtdiodeneinheiten 12 jede Leuchtdiode von den anderen isoliert sein. Zudem wird ein Teil jeder Leuchtdiodeneinheit 12 zu der n-Typ Halbleiterschicht 123 geätzt und eine erste Elektrode 18 und eine zweite Elektrode 16 jeweils in dem exponierten Bereich der n-Typ Halbleiterschicht 123 und des p-Typ Halbleiters 121 gebildet. Ferner werden die ersten Elektroden 18 und die zweiten Elektroden 16 der Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten 12 einzeln durch die leitfähigen Strukturen 19 verbunden, um zu erreichen, dass die Mehrzahl der Leuchtdiodeneinheiten 12 elektrisch parallel oder in Serie geschaltet sind. Es kann jedoch Luft unter der leitfähigen Verbindungsstruktur 19 sein oder eine Isolierschicht 13 kann auf Teiloberflächen der epitaktischen Schichten der Leuchtdiodeneinheiten 12 und die Bereiche zwischen den benachbarten Leuchtdiodeneinheiten 12 können durch chemische Gasabscheideverfahren (CVD), physikalische Gasabscheidungsverfahren (PVD) oder Bedampfungsverfahren, usw. gebildet sein, um die epitaktischen Schichten der benachbarten Leuchtdiodeneinheiten 12 zu schützen und elektrisch zu isolieren. Das Material der Isolierschicht 13 kann Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (SiNX), Titanoxid (TiO2) sein oder eine Kombinationen daraus.
  • Da die Höhendifferenz zwischen den Nuten 14 und der Leuchtdiodeneinheiten 12 jedoch groß ist, verursachen die leitfähigen Verbindungsstrukturen 19, die die Leuchtdiodeneinheiten 12 elektrisch verbinden, leicht einen Verbindungsfehler und beeinflussen die Ausbeute der Vorrichtung.
  • Neben dem zuvor Ausgeführten kann die Leuchtdiodenvorrichtung 1 weiter mit anderen Vorrichtungen gebildet und verbunden werden, um eine Lichtemittiervorrichtung 100 zu bilden. 11 stellt eine herkömmliche Lichtemittiervorrichtung 100 dar. Wie in 11 gezeigt ist, umfasst eine Lichtemittiervorrichtung 100 ein Submount 110, das einen Schaltkreis 101 darauf aufweist; die zuvor erwähnte Leuchtdiodenvorrichtung 1, die auf dem Submount 110 befestigt ist; und eine elektrische Verbindungsstruktur 104, die das erste Elektroden-Pad 16' und das zweiten Elektrodenpad 18' der ersten Leuchtdiodenvorrichtung 1 und den Schaltkreis 101 auf dem Leitungsrahmen 110 elektrisch verbindet. Wobei das zuvor erwähnte Submount 110 ein Leitungsrahmen oder ein großformatiges Montagesubstrat sein kann, was vorteilhaft ist für das Schaltkreisdesign der Lichtemittiervorrichtung und die Wärmeabfuhr. Die zuvor erwähnte elektrische Verbindungsstruktur 104 kann ein Bonding-Draht oder eine andere Verbindungsstruktur sein.
  • Zusammenfassung der Offenbarung
  • In Übereinstimmung mit der obigen Beschreibung stellt die vorliegende Offenbarung eine Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung bereit und bezieht sich insbesondere auf eine Zweidimensional-Array-HV-Leuchtdiodenvorrichtung mit einer hohen Lichtextraktionseffizienz.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist eine Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung offenbart, die umfasst: ein transparentes Substrat, das eine erste Oberfläche umfasst; eine Mehrzahl von benachbarten Leuchtdiodeneinheiten, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, wobei jede der Leuchtdiodeneinheiten eine Mehrzahl von Seiten und einen Umfang umfasst; und eine Mehrzahl von leitfähigen Verbindungsstrukturen, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, die die oben erwähnte Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten elektrisch verbindet; wobei die Seiten jeder Leuchtdiodeneinheit eine Mehrzahl von Vertikalabständen zwischen den nahsten Leuchtdiodeneinheiten haben und die Seiten nicht nahe den nahsten Leuchtdiodeneinheiten sind, wenn die Mehrzahl von Vertikalabständen größer ist als 50 μm; wobei das Verhältnis der Gesamtlänge der Seiten, die nicht nahe den Leuchtdiodeneinheiten sind, jeder Leuchtdiodeneinheit, zu dem Umfang der Leuchtdiodeneinheit größer ist als 50%.
  • In einer andere Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ist eine Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung offenbart, der umfasst: ein transparentes Substrat, das eine erste Oberfläche umfasst; eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten, wobei jede Leuchtdiodeneinheit eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst, die auf der ersten Oberfläche des transparenten Substrats angeordnet ist; eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; und eine Lichtemittierschicht, die zwischen der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; und eine Mehrzahl von leitfähigen Verbindungsstrukturen, die die Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten elektrisch verbindet, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; wobei die Abstände zwischen den Lichtemittierschichten jeder Leuchtdiodeneinheit und ihrer benachbarten Leuchtdiodeneinheiten größer sind als 35 μm.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1A zeigt eine Seitenansichtsstruktur einer herkömmlichen Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung;
  • 1B zeigt eine Draufsichtstruktur einer herkömmlichen Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung;
  • 2A zeigt eine Draufsichtstruktur einer Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
  • 2B zeigt eine Seitenansichtsstruktur einer Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
  • 3 zeigt eine Draufsichtstruktur einer Leuchtdiodeneinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
  • 4A–4B zeigen eine Draufsichtdarstellung von Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtungen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
  • 5 zeigt eine Draufsichtdarstellung einer Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
  • 6A–6B zeigen Draufsichtdarstellungen von Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung;
  • 7 zeigt ein Vergleichsschaubild der Lichtemittiereffizienz und der Lichtemittierenergie jeder Leuchtdiodeneinheit gemäß der verschiedenen Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtungen;
  • 8A–8C zeigt die Draufsichtdarstellungen von Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung;
  • 9A–9D zeigen die Draufsichtdarstellungen der seriell verbundenen Einzelstrang-Leuchtdiodenvorrichtungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung;
  • 10 zeigt eine Draufsichtdarstellung einer Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
  • 11 zeigt eine Draufsichtdarstellung einer herkömmlichen Lichtemittiervorrichtung.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung mit den dazugehörigen Figuren offenbart. Zunächst zeigen 2A und 2B die Draufsichtdarstellung und die Seitenansichtsdarstellung einer Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung 2 jeweils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. Die Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung 2 umfasst ein transparentes Substrat 20, das eine erste Oberfläche 201 und eine Bodenoberfläche 202 gegenüber der erste Oberfläche 201 umfasst. Das transparente Substrat 20 ist nicht darauf beschränkt, aus einem einzelnen Material zusammengesetzt zu sein und kann auch aus einer Mehrzahl von verschiedenem Material zusammengesetzt sein. Zum Beispiel kann das transparente Substrat 20 aus zwei Substraten zusammengesetzt sein, die ein erstes transparentes Substrat und ein zweites transparentes Substrat umfassen, die mit einander verbunden sind (nicht gezeigt). In der vorliegenden Ausführungsform ist das Material des transparenten Substrats 20 Saphir. In anderen Ausführungsformen kann das Material des transparenten Substrats 20 auch anorganische Materialien aufweisen, wie z. B. Lithiumaluminiumoxid (LiAlO2), Zinkoxid (ZnO), Galliumphosphid (GaP), Aluminiumnitrid (AlN) und Glas oder organische Polymermaterialien. Außerdem wird ein Array gebildet, der eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten 22 umfasst, die sich zweidimensional auf der erste Oberfläche 201 des transparenten Substrats 20 erstrecken. In der vorliegenden Ausführungsform, sind die Herstellungsverfahren wie folgt offenbart:
    Zuerst werden die n-Typ Halbleiterschicht 221, die Lichtemittierschicht 222, die p-Typ Halbleiterschicht 223 nacheinander auf einem Wachstumssubstrat (nicht gezeigt) durch das herkömmliche epitaktische Wachstumsverfahren gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Material des Wachstumssubstrats Galliumarsenid (GaAs). In anderen Ausführungsformen kann das Material des Wachstumssubstrats auch Germanium (Ge), Indiumphosphid (InP), Saphir, Siliziumcarbit (SiC), Silizium (Si), Lithiumaluminiumoxid (LiAlO2), Zinkoxid (ZnO), Galliumnitrid (GaN), und Aluminiumnitrid (AlN) aufweisen.
  • Dann wird ein Teil der epitaktischen Schichten selektiv durch das Fotolithographie-Verfahren entfernt und die verbleibenden epitaktischen Schichten bilden eine Mehrzahl von getrennten Leuchtdiodeneinheiten 22 auf dem Wachstumssubstrat, wie in 2B gezeigt. Die Leuchtdiodeneinheiten können ferner den exponierten Bereich des n-Typ Halbleiters durch ein Fotolithographie-Verfahren umfassen, und der Bereich kann als Plattform für Elektroden, die darauf gebildet werden, verwendet werden.
  • Um die Lichtextraktionseffizienz der gesamten Vorrichtung zu erhöhen, können die epitaktischen Schichtstrukturen der Lichtemittiervorrichtungseinheiten 22 durch das Substrat-Transferier-Verfahren und das Substrat-Bonding-Verfahren auf dem transparenten Substrat 20 angeordnet werden. Die Leuchtdiodeneinheiten 22 können direkt mit dem transparenten Substrat 20 verbunden werden durch Erhitzen, Pressen, oder Bonding der Leuchtdiodeneinheiten 22 und des transparenten Substrats 20 mit einer transparenten Klebeschicht (nicht gezeigt). Die transparente Klebeschicht kann eine transparente, organische Polymerkleberschicht sein, wie z. B. Polyimid, Benzocyclobuten (BCB), Perfluorcyclobutan (PFCB), Epoxid, Acrylharz und Polyethylenterephthalat (PET) oder eine Kombination davon; eine transparente leitfähige Oxidmetallschicht, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO), Indiumoxid (InO), Zinnoxid (SnO), Fluorzinnoxid (FTO), Antimonzinnoxid (ATO), Cadmiumzinnoxid (CTO), Aluminumzinkoxid (AZO) und Gallium dotiertes Zinkoxid (GZO) oder eine Kombination daraus; oder eine anorganische Schicht, wie z. B. Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2), Aluminumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (SiNx), Titanoxid (TiO2), und Kombinationen daraus.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die Leuchtdiodeneinheiten 22 zu einem transparenten Substrat 20 unter Verwendung des Benzocyclobuten(BCB)-Serienmaterials als Klebeschicht verbunden. In der Praxis ist das Verfahren des Bilden der Leuchtdiodeneinheiten 22 auf dem transparenten Substrat 20 nicht auf diese Ausführungsform beschränkt; der Fachmann kann erkennen, dass abhängig von den verschiedenen Struktureigenschaften die Leuchtdiodeneinheiten auch epitaktisch auf dem transparenten Substrat gebildet sein können. Zudem, können die Struktur mit der p-Typ Halbleiterschicht, die an das Substrat angrenzt, die n-Typ Halbleiterschicht auf der p-Typ Halbleiterschicht und die Lichtemittierschicht zwischen ihnen mit verschiedenen Übertragungsraten, z. B. der doppelten Übertragung gebildet werden.
  • Dann werden die Isolierschicht 23 auf Teiloberflächen der epitaktischen Schichten der Leuchtdiodeneinheiten 22 und die Bereiche zwischen den benachbarten Leuchtdiodeneinheiten 22 durch das chemische Gasabscheideverfahren (CVD), das physikalische Gasabscheideverfahren (PVD), Bedampfungsverfahren, usw. gebildet, um die epitaktischen Schichten der benachbarten Leuchtdiodeneinheiten 22 zu schützen und elektrisch zu isolieren. Das Material der Isolierschicht 23 kann Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2), Aluminumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (SiNx), Titanoxid (TiO2) und Kombinationen daraus sein.
  • Dann wird eine erste Elektrode 28 auf einem exponierten n-Typ Halbleiterbereich der Leuchtdiodeneinheit 22 gebildet, eine zweite Elektrode 26 auf der Oberfläche der p-Typ Halbleiterschicht gebildet und eine leitfähige Verbindungsstruktur 29 gebildet durch das Bedampfungsverfahren, um die Leuchtdiodeneinheiten 22 dazwischen auf der ersten Oberfläche 201 des transparenten Substrats elektrisch zu verbinden. Bei der Ausführungsform wird z. B. eine erste Elektrode 28 auf dem exponierten n-Typ Halbleiterschichtbereich der ersten Leuchtdiodeneinheit 22 gebildet, eine zweite Elektrode 26 auf der p-Typ Halbleiterschicht 223 der benachbarten Leuchtdiodeneinheit 22 gebildet und eine leitfähige Verbindungsstruktur 29 zwischen den zwei Elektroden gebildet, um die zwei benachbarten Leuchtdiodeneinheiten elektrisch in Serie zu verbinden. Das Material der leitfähigen Verbindungsstruktur 29 und der Elektroden 26, 28 kann ein Metall sein, wie z. B. Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Aluminium (Al), Platin (Pt), Nickel (Ni), Titan (Ti), Zinn (Sn), die Legierungen oder Stapel davon. Die Materialien der ersten Elektrode 28, der zweiten Elektrode 26 und der leitfähigen Verbindungsstruktur 29 können gleich oder verschieden sein und deren Strukturen können durch einstufige Prozesse oder mehrstufige Prozesse gemacht sein.
  • Um den Einfluss der nicht-transparenten Metallstruktur für die Lichtextraktionseffizienz auf die Leuchtdiodenvorrichtung 2 zu reduzieren, wie in 2A gezeigt, werden basierend auf verschiedenen Schaltkreisarten zwei leitfähige Verbindungsstrukturen 29 jeweils auf den Oberflächen der p-Typ Halbleiterschicht 223 einer Leuchtdiodeneinheit 22 und der n-Typ Halbleiterschicht 221 einer anderen Leuchtdiodeneinheit 22 in der Leuchtdiodeneinheitenkette gebildet, und werden, unbedeckt von der epitaktischen Schicht, auf die erste Oberfläche 201 des Substrats 20 erstreckt, um ein erstes Elektrodenpad 26' und ein zweites Elektrodenpad 28' zu bilden. Durch die zwei Elektrodenpads kann die Vorrichtung durch Verdrahten oder Löten elektrisch mit einer externen Energiequelle verbunden werden. Der Prozess des Bilden der Elektrodenpads 26' und 28' kann in dem gleichem Prozess voranschreiten, in dem die Elektroden 26 und 28 gebildet werden oder in mehreren Prozessen. Die Materialien beim Bilden der Elektrodenpads 26' und 28' können auch gleich oder verschieden von den Materialien der Elektroden 26 und 28 oder der leitfähigen Verbindungsstruktur 29 sein.
  • 3 zeigt eine vergrößerte Draufsicht der Leuchtdiodeneinheit 22. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Leuchtdiodeneinheit 22 ein Rechteck mit vier Seiten 22a (Länge a), 22b (Länge b), 22c (Länge a) und 22d (Länge b) und der Umfang der Leuchtdiodeneinheit 22 ist die Gesamtlänge der vier Seiten, d. h. 2a + 2b.
  • In der Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung wird die Anordnung der Leuchtdiodeneinheiten in der Vorrichtung vorgeschlagen, um die Lichtextraktionseffizienz der Leuchtdiodenvorrichtung zu erhöhen. In der herkömmlichen Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung wird, wenn zwei Leuchtdiodeneinheiten sich zu nahe sind, das von der Leuchtdiodeneinheit emittierte Licht leicht durch die Halbleiterschichten resorbiert, die eine ähnliche Bandlücke (insbesondere die lichtemittierenden Schichten) in den benachbarten Leuchtdiodeneinheiten haben, und die Gesamtlichtextraktionseffizienz der Vorrichtung kann beeinflusst werden. Um die Resorption zu reduzieren, wird der Abstand zwischen jeder Leuchtdiodeneinheit 22 vergrößert. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtresorption deutlicher, da die Bandlücken der lichtemittierenden Schichten näher beieinander sind. Wenn man die Abstände zwischen den lichtemittierenden Schichten als Referenz nimmt, sind daher alle Abstände zwischen den lichtemittierenden Schichten der zehn Leuchtdiodeneinheiten vorzugsweise größer als 35 μm. Zudem wird der Teil der Seiten, der einer anderen Leuchtdiodeneinheit 22 benachbart ist, vorzugsweise verkleinert. Bezüglich 4A ist die Chance auf Resorption zwischen zwei angrenzenden Leuchtdiodeneinheiten geringer, wenn der Vertikalabstand x zwischen den Seiten der benachbarten Leuchtdiodeneinheiten 22 größer ist als 50 μm. In diesem Fall sind die zwei Seiten der Leuchtdioden mit einem Abstand größer als 50 μm als einander nicht nah definiert. Diese Definition kann weitgehend auf Leuchtdiodeneinheiten 22 mit unterschiedlichen Formen angewendet werden. Wie in 4B gezeigt, können die kreisförmigen Leuchtdiodeneinheiten 22 in einer Zweidimensional-Array-Form einander nicht nah auf dem Substrat angeordnet werden, um die Chance auf Resorption zwischen einander zu verringern und die Lichtextraktionseffizienz der Leuchtdiodenvorrichtung zu erhöhen.
  • In den obigen Ausführungsformen ist ein „nicht-nah Wert” α für eine Leuchtdiodeneinheit 22 definiert als das Verhältnis der Gesamtlänge der Seiten einer Leuchtdiodeneinheit 22, die nicht in der Nähe einer anderen Leuchtdiodeneinheit ist, zum Umfang der Leuchtdiodeneinheit 22. Wie in 5 gezeigt, sind die zehn Leuchtdiodeneinheiten 22 nummeriert und der nicht-nah Wert α der Leuchtdiodeneinheit 22-1 wird berechnet. Die Seiten der Leuchtdiodeneinheit 22-1 und die Leuchtdiodeneinheit 22-2 darunter sind durch die leitfähige Verbindungsstruktur 29 verbunden und der Vertikalabstand zwischen der Seite 22-1c und der Seite 22-2d ist kleiner oder gleich 50 μm, d. h. die einander-nah-Länge der Seiten 22-1c und 22-1d ist b. Auf ähnliche Weise ist der Abstand zwischen der Seite 22-1d der Leuchtdiodeneinheit 22-1 und der Seite 22-3b der Leuchtdiodeneinheit 22-3 auf deren linker Seite kleiner als 50 μm. D. h. dass sie auch einander nah sind und die Länge b ist. Zudem ist der Umfang der Leuchtdiodeneinheit 22-1 2a + 2b. In dieser Ausführungsform umfasst die Leuchtdiodeneinheit die Seiten mit der Länge 2b, die anderen Leuchtdiodeneinheiten nah sind, und die Gesamt-nicht-nah-Länge der Seiten ist (2a + 2b) – 2b = 2a. Daher ist der nicht-nah Wert α 2a/(2a + 2b). Dieselbe Berechnungsformel kann auf die Leuchtdiodeneinheiten 22 mit unterschiedlichen Formen angewendet werden. In diesem Fall werden die Seiten der einen Leuchtdiodeneinheit in eine Mehrzahl von Punkten unterteilt und die Tangente entlang der Seite jedes Punkts wird angegeben. Der Vertikalabstand entlang der Tangente zwischen jedem Punkt und der nahsten Seite anderer Leuchtdiodeneinheiten wird dann berechnet. Nach dem Bestimmen des Abstands jedes Punkts mit der nahsten Leuchtdiodeneinheit, werden alle nicht-nahen Seiten integriert und der Integralwert ist die Gesamtlänge der nicht-nahen Seiten. Der nicht-nah Wert α ist das Verhältnis des Integralwerts zu dem Umfang der Leuchtdiodeneinheit.
  • Wenn man 6A und 6B als Beispiel nimmt, kann ferner bestimmt werden, ob jeder Punkt der Leuchtdiodeneinheit mit unregelmäßiger Form nahe anderer Leuchtdiodeneinheiten ist oder nicht. Wenn die Form der Leuchtdiodeneinheit unregelmäßig ist, wird der Vertikalabstand x jedes Punkts durch das Nehmen jeden Punkts auf der Seite der Leuchtdiodeneinheit entlang der Richtung, die vertikal zu der Seite ist, berechnet. Wenn die Seite eine Kurve ist, wird eine Tangente für jeden Punkt der Kurve angegeben und der Vertikalabstand des Punkts entlang der Richtung, die vertikal zu der Tangente ist, berechnet. In 6A und 6B wird auf die Leuchtdiodeneinheit 32-1 und die Leuchtdiodeneinheit 42-1 Bezug genommen, um die Berechnungsformeln für die Vertikalabstände zwischen verschiedenen Positionen der Seiten der Leuchtdiodeneinheit und den nahsten Leuchtdiodeneinheiten 32-2, 32-3, 42-2 und 42-3 zu demonstrieren.
  • In Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen ist die Lichtemittiereffizienz der Leuchtdiodenvorrichtung 2 5% besser als die der herkömmlichen eng angeordneten Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtungen 3, wenn der nicht-nah Wert α der Leuchtdiodeneinheit der Zweidimensional-Array-Diodenvorrichtung größer ist als 50%. Wie in dem Vergleichsschaubild der Lichtemittiereffizienz zwischen verschiedenen Leuchtdiodenvorrichtungen und der Lichtemittierenergie jeder Leuchtdiodeneinheit gezeigt, ist der nicht-nah Wert α ca. 65%, wenn die Seitenlänge a jeder Leuchtdiodeneinheit in der Leuchtdiodenvorrichtung 2 560 μm ist und die Seitenlänge b jeder Leuchtdiodeneinheit in der Leuchtdiodenvorrichtung 2 290 μm ist. Die Lichtemittiereffizienz der Leuchtdiodenvorrichtung 2 kann 10% besser sein als die herkömmliche eng angeordnete Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung 3.
  • 8A bis 8C zeigen andere Ausführungsformen der Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung, um den Anordnungen der Leuchtdiodeneinheiten mit einem nicht-nah Wert α von größer als 50% zu entsprechen.
  • Um die Gesamtlichtemittiereffizienz der Vorrichtung zu verbessern, kann die erste Oberfläche und/oder die Rückoberfläche zudem durch ein Nassätzverfahren oder ein Trockenätzverfahren aufgeraut werden, um so die Lichtstreuwahrscheinlichkeit und die Lichtextraktionswahrscheinlichkeit zu erhöhen. Wenn die Leuchtdiodeneinheit 22 ferner auf dem transparenten Substrat vorgesehen ist, ist – von oben betrachtet – der größte Abstand zwischen der Position der Lichtemittierschicht der Leuchtdiodeneinheit 22, die vertikal auf die erste Oberfläche projiziert wird, und einer Seitenfläche vorzugsweise größer als 20 μm, um die Wahrscheinlichkeit des durch das transparente Substrat 20 extrahierten Lichts zu erhöhen.
  • Mit demselben Prinzip kann der Einzelstrang der seriell verbundenen Hochspannungs-Leuchtdiodenvorrichtungen auf dem transparenten Substrat angemessen in einer zweidimensionalen Form angeordnet werden, um den nicht-nah Wert α jeder Leuchtdiodeneinheit in jeder seriell verbundenen Leuchtdiodenvorrichtung zu erhöhen.
  • 9A bis 9D zeigen jeweils verschiedene Einzelstränge von seriell verbundenen Hochspannungs-Leuchtdiodenvorrichtungen 4, 5, 6, 7. Jede seriell verbundene Hochspannungs-Leuchtdiodenvorrichtung weist vier Leuchtdiodeneinheiten 42, 52, 62, 72 auf, die jeweils durch Epitaxie oder durch Bonding auf dem Substrat 40, 50, 60, 70 gebildet sind. Ähnlich wie die oben erwähnten Strukturen, werden die ersten Elektroden 46, 56, 66, 76 jeweils auf exponierten Bereichen des n-Typ Halbleiters der ersten Leuchtdiodeneinheiten 42, 52, 62, 72 gebildet, werden die leitfähigen Verbindungsstrukturen 49, 59, 69, 79 zu anderen benachbarten Leuchtdiodeneinheiten 42, 52, 62, 72 erstreckt und die zweiten Elektroden 48, 58, 68, 78 auf der p-Typ Halbleiterschicht der benachbarten Lichtdiodeneinheit 42 gebildet, um zwei benachbarte Leuchtdiodeneinheiten 42, 52, 62, 72 elektrisch in Serie zu verbinden. In jedem Einzelstrang der seriell verbundenen Hochspannungs-Leuchtdiodenvorrichtungen 4, 5, 6, 7, umfassen zwei Leuchtdiodenvorrichtungen 42, 52, 62, 72 an den zwei Enden in jedem Strang ferner jeweils die ersten Elektrodenanschlüsse 46', 56', 66', 76' und die zweiten Elektrodenanschlüsse 48', 58', 68', 78', die verwendet werden, um mit der externen Vorrichtung oder der Energiequelle elektrisch verbunden zu werden.
  • Es kann mehr als einer der Einzelstränge der seriell verbundenen Hochspannungs-Leuchtdiodenvorrichtungen 4, 5, 6, 7 kann durch eine transparente Klebeschicht elektrisch mit einem einzelnen transparenten Substrat 80 verbunden werden und die Leuchtdiodenvorrichtungen 4, 5, 6, 7 können durch den Draht-Bonding-Prozess elektrisch miteinander verbunden werden oder durch den Fotolithographieprozess leitfähige Verbindungsstrukturen 89 bilden. Mit entsprechenden Anordnungen ist es möglich, einen Zweidimensional-Array einer Leuchtdiodenvorrichtung zu bilden mit einem nicht-nah Wert α, der höher ist als der der herkömmlichen kompakten Zweidimensional-Arrays von Leuchtdiodenvorrichtungen, um die höhere Lichtextraktionseffizienz zu erreichen, wie in 10 gezeigt ist.
  • Die oben erwähnten Ausführungsformen werden verwendet, um das technische Denken und den Charakter der Erfindung zu beschreiben und den Fachmann dazu zu bringen, den Inhalt der Erfindung zu erkennen und auszuführen, was nicht verwendet werden könnte, um den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung zu beschränken. Modifikationen oder Variationen gemäß des Geists der vorliegenden Anmeldung sollen durch diesen Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung auch abgedeckt sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • TW 101105428 [0002]

Claims (11)

  1. Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung, die umfasst: – ein transparentes Substrat, das eine erste Oberfläche umfasst; – eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten, die auf der ersten Oberfläche angeordnet sind, wobei jede der Leuchtdiodeneinheiten eine Mehrzahl von Seiten und einen Umfang umfasst; und – eine Mehrzahl von leitfähigen Verbindungsstrukturen, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, die die Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten elektrisch verbindet; wobei die Seiten jeder Leuchtdiodeneinheit eine Mehrzahl von Vertikalabständen zwischen den nahsten Leuchtdiodeneinheiten aufweisen, und wobei die Seiten nicht nahe der nahsten Leuchtdiodeneinheit sind, wenn die Mehrzahl von Vertikalabständen größer ist als 50 μm; wobei das Verhältnis der Gesamtlänge der Seiten jeder Leuchtdiodeneinheit, die nicht nahe den Leuchtdiodeneinheiten sind, zu dem Umfang der Leuchtdiodeneinheit größer ist als 50%.
  2. Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leuchtdiodeneinheiten durch das epitaktische Verfahren auf der ersten Oberfläche des transparenten Substrats gebildet sind oder durch eine transparente Klebeschicht auf der ersten Oberfläche des transparenten Substrats angeordnet sind.
  3. Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die transparente Klebeschicht eine transparente organische Polymerkleberschicht, eine transparente leitfähige Metalloxidschicht oder eine anorganische Isolierschicht ist.
  4. Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Material der transparenten Klebeschicht aus einer Gruppe bestehend aus Polyimid, Benzocyclobuten (BCB), Perfluorcyclobutan (PFCB), Epoxid, Acrylharz, und Polyethylenterephthalat (PET) oder eine Kombination daraus, ausgewählt ist.
  5. Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Material der transparenten Klebeschicht aus einer Gruppe bestehend aus Indiumzinnxid (ITO), Indiumoxid (InO), Zinnoxid (SnO), Fluorzinnoxid (FTO), Antimonzinnoxid (ATO), Kadmiumzinnoxid (CTO), Aluminumzinkoxid (AZO), und galliumdotiertes Zinkoxid (GZO) oder Kombinationen daraus, ausgewählt ist.
  6. Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Material der transparenten Klebeschicht aus einer Gruppe bestehend aus Aluminumoxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2), Aluminumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (SiNx), Titanoxid (TiO2) und Kombinationen daraus, ausgewählt ist.
  7. Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Leuchtdiodeneinheit ferner aufweist: – eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, die auf der ersten Oberfläche des transparenten Substrats angeordnet ist; – eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; und – eine Lichtemittierschicht, die zwischen der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist.
  8. Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 7, wobei jede leitfähige Verbindungsstruktur zwischen zwei benachbarten Leuchtdiodeneinheiten angeordnet ist und die die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps von einem der zwei benachbarten Leuchtdiodeneinheiten und die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps von der anderen der zwei benachbarten Leuchtdiodeneinheiten elektrisch verbindet.
  9. Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Abstände zwischen den Lichtemittierschichten jeder Leuchtdiodeneinheit und ihrer benachbarten Leuchtdiodeneinheiten nicht kleiner ist als 35 μm.
  10. Zweidimensional-Array-Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das transparente Substrat eine Substratseite aufweist, wobei, wenn die erste Oberfläche des transparenten Substrats von oben betrachtet wird, die Abstände zwischen den Positionen der auf die erste Oberfläche des transparenten Substrats projizierten Lichtemittierschichten der Leuchtdiodeneinheiten nicht kleiner sind als 20 μm.
  11. Zweidimensionaler Leuchtdiodenvorrichtungs-Array, der umfasst: – ein transparentes Substrat, das eine erste Oberfläche umfasst; – eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten, wobei jede Leuchtdiodeneinheit umfasst: – eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, die auf der ersten Oberfläche des transparenten Substrats angeordnet ist; – eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; und – eine Lichtemittierschicht, die zwischen der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist; und – eine Mehrzahl von leitfähigen Verbindungsstrukturen, die die Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten elektrisch verbindet, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist; wobei die Abstände zwischen den Lichtemittierschichten jeder Leuchtdiodeneinheit und ihrer benachbarten Leuchtdiodeneinheiten größer sind als 35 μm.
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