发光元件、背光模块装置和照明装置

摘要

本发明提供一种发光元件、背光模块装置和照明装置。该发光元件包含：载体以及形成于载体之上的发光单元阵列。此发光单元阵列包含：多个第一发光单元，其中第一发光单元由第一种III-V族半导体材料所组成，且第一发光单元具有第一受热亮度衰减系数；及多个第二发光单元，其中第二发光单元由第二种III-V族半导体材料所组成，且第二发光单元具有第二受热亮度衰减系数；其中第一发光单元发光波长与第二发光单元发光波长不同，第一发光单元的第一受热亮度衰减系数的绝对值大于第二发光单元的第二受热亮度衰减系数的绝对值。

权利要求

1.一种发光元件，包含：

载体；以及

发光单元阵列，位于该载体之上，包含：

多个第一发光单元，其中任一该多个第一发光单元由第一种III-V族半导体结构所组成，且该第一发光单元具有第一受热亮度衰减系数；以及多个第二发光单元，其中任一该多个第二发光单元由第二种III-V族半导体结构所组成，且该第二发光单元具有第二受热亮度衰减系数；

其中该第一受热亮度衰减系数的绝对值大于与该第二受热亮度衰减系数的绝对值，其中该发光单元受热亮度衰减系数H/C符合下列公式：H/C＝((T2时标准化光通量)-(T1时标准化光通量))/(T2-T1)＝((f2/f1)-1)/(T2-T1)，其中当发光单元于温度T1时光通量为f1流明，在温度T2时光通量为f2流明；将T1时光通量标准化为1，则T2时光通量标准化为(f2/f1)。

2.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一受热亮度衰减系数与该第二受热亮度衰减系数二者差异值的绝对值小于0.8％/K。

3.如权利要求2所述的发光元件，其中该第一受热亮度衰减系数与该第二受热亮度衰减系数二者差异值的绝对值小于0.55％/K。

4.如权利要求1所述的发光元件，其中该发光元件可直接操作于交流电源。

5.如权利要求1所述的发光元件，其中该多个第一发光单元间和/或该多个第二发光单元间可以串联、并联、串并联接、反向串并联以及桥式电路连接的其中一种方式以形成电性连接；该多个第一发光单元与该多个第二发光单元间电连接可以串联、并联、串并联接、反向串并联以及桥式电路连接的其中一种方式以形成电性连接。

6.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一发光单元的该第一种III-V族半导体结构由磷化铝镓铟系列化合物所组成，该第二发光单元的该第二种III-V族半导体结构由氮化铝镓铟系列化合物所组成。

7.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一发光单元的该第一种III-V族半导体结构包含单异质结构或双异质结构，及/或其中该第二发光单元的该第二种III-V族半导体结构包含单量子阱结构或多重量子阱结构。

8.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一发光单元及该第二发光单元分别至少包含：第一导电型半导体层；

活性层位于该第一导电型半导体层之上；及

第二导电型半导体层位于该活性层之上。

9.如权利要求8所述的发光元件，其中该第一发光单元及/或该第二发光单元分别包含成长基板。

10.如权利要求8所述的发光元件，其中该第一发光单元及/或该第二发光单元分别通过接合层与该载体接合。

11.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一发光单元发光波长范围为600-750nm，该第二发光单元发光波长范围为460-530nm。

12.一种背光模块装置，包含：

光源装置，由权利要求1～11所述的发光元件任选其一所组成；

光学装置，置于该光源装置的出光路径上；以及电源供应系统，提供该光源装置所需的电源。

13.一种照明装置，包含：

光源装置，由权利要求1～11所述的发光元件任选其一所组成；

电源供应系统，提供该光源装置所需的电源；以及控制元件，控制该电源输入该光源装置。

说明书

发光元件、背光模块装置和照明装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种发光元件，特别是涉及一种包含发光单元阵列的发光元件。

背景技术

[0002] 近年来，由于外延与工艺技术的进步，使发光二极管(light emitting diode，简称LED)成为极具潜力的固态照明光源之一。基于物理机理的限制，LED仅能以直流电驱动，因此任何以LED作为光源的照明设计中，都需要与整流及降压等电子元件搭配，以将电力公司直接提供的交流电转换为LED可使用的直流电源。然而增加整流及降压等电子元件，除造成照明成本的增加外，整流及降压等电子元件的低交流直流转换效率、偏大的体积等均会影响LED使用于日常照明应用时的可靠度与使用寿命。

[0003] 交流发光二极管(ACLED)元件不需外加整流与降压等电子元件便可直接操作于交流电源，未来极有潜力成为定点固态照明的主要产品。而ACLED适用的操作瓦数、芯片尺寸、与效率与良率提升等因素对于该元件未来的实用性与普及性则有着举足轻重的影响。

发明内容

[0004] 本发明提出了一种发光元件，包含载体以及位于该载体之上的发光单元阵列。该发光单元阵列包含：多个第一发光单元，其中任一该多个第一发光单元由第一种III-V族半导体结构所组成，且该第一发光单元具有第一受热亮度衰减系数；以及多个第二发光单元，其中任一该多个第二发光单元由第二种III-V族半导体结构所组成，且该第二发光单元具有第二受热亮度衰减系数；其中该第一受热亮度衰减系数的绝对值大于与该第二受热亮度衰减系数的绝对值。

[0005] 本发明提出一种发光元件，包含：载体以及形成于载体之上的发光单元阵列，其中发光单元阵列包含：多个第一发光单元，其中第一发光单元由第一种III-V族半导体材料所组成，且第一发光单元具有第一受热亮度衰减系数(Hot/Cold Factor，(H/C)1)，其值小于0；及多个第二发光单元，其中第二发光单元由第二种III-V族半导体材料所组成，且第二发光单元具有第二受热亮度衰减系数(Hot/Cold Factor，(H/C)2)，其值小于0。

[0006] 本发明提出一种发光元件，其中第一发光单元的第一受热亮度衰减系数(H/C)1其值介于-085％/K至-0.95％/K之间，第二发光单元的第二受热亮度衰减系数(H/C)2其值介于-015％/K至-0.25％/K之间。

[0007] 本发明提出一种发光元件，其中第一发光单元发光波长大于第二发光单元发光波长。

[0008] 本发明提出一种发光元件，其中第一发光单元的第一受热亮度衰减系数(H/C)1的绝对值大于第二发光单元的第二受热亮度衰减系数(H/C)2的绝对值，且二者差异值的绝对值优选地小于0.8％/K。

[0009] 本发明提出一种发光元件，其中第一发光单元的第一受热亮度衰减系数(H/C)1的绝对值大于第二发光单元的第二受热亮度衰减系数(H/C)2的绝对值，且二者差异值的绝对值更佳地小于0.55％/K。

[0010] 本发明提出一种发光元件，其中多个第一发光单元间以串联、并联、串并联接、反向串并联以及桥式电路连接的其中一种方式以形成电性连接。

[0011] 本发明提出一种发光元件，其中多个第二发光单元间以串联、并联、串并联接、反向串并联以及桥式电路连接的其中一种方式以形成电性连接。

[0012] 本发明提出一种发光元件，其中多个第一发光单元与多个第二发光单元间以串联、并联、串并联接、反向串并联以及桥式电路连接的其中一种方式以形成电性连接。

[0013] 本发明提出一种发光元件，其中第一发光单元的第一种III-V族半导体材料由磷化铝镓铟系列化合物所组成，第二发光单元的第二种III-V族半导体材料由氮化铝镓铟系列化合物所组成。

[0014] 本发明提出一种发光元件，其中第一发光单元的第一受热亮度衰减系数(H/C)1的绝对值大于第二发光单元的第二受热亮度衰减系数(H/C)2的绝对值。

[0015] 本发明提出一种发光元件，其中第一发光单元发光波长范围为600-750nm，第二发光单元发光波长范围为460-530nm。

附图说明

[0016] 图1为本发明所揭示的发光元件结构100的示意图。

[0017] 图2为由不同材料所组成的发光单元的发光单元本体温度与光通量关系图。

[0018] 图3描述本发明实施例的背光模块结构200。

[0019] 图4描述本发明实施例的照明装置结构300。

[0020] 附图标记说明

[0021] 10：第一发光单元

[0022] 20：第二发光单元

[0023] 11，21：成长基板

[0024] 12，22：第一导电型半导体层

[0025] 13，23：活性层

[0026] 14，24：第二导电型半导体层

[0027] 15，25：第一电极

[0028] 16，26：第二电极

[0029] 31：载体

[0030] 33：绝缘结构

[0031] 34：电性连接结构

[0032] 100：发光元件

[0033] 200：背光模块装置

[0034] 210、310：光源装置

[0035] 220：光学装置

[0036] 230、320：电源供应系统

[0037] 300：照明装置

[0038] 330：控制元件

具体实施方式

[0039] 如图1所示，为本发明所揭示的发光元件100的示意图，其中发光元件100包含载体31以及形成于载体31之上的发光单元阵列；其中发光单元阵列由一个第一发光单元和一个第二发光单元串联为代表。此发光单元阵列包含：多个第一发光单元10，其中第一发光单元10由第一种III-V族半导体材料例如磷化铝镓铟系列化合物所组成，且第一发光单元10具有第一受热亮度衰减系数(Hot/Cold Factor，(H/C)1)；及多个第二发光单元20，其中第二发光单元20由第二种III-V族半导体材料例如氮化铝镓铟系列化合物所组成，且第二发光单元20具有第二受热亮度衰减系数(Hot/Cold Factor，(H/C)2)。

[0040] 发光单元受热亮度衰减系数(Hot/Cold Factor，(H/C))定义如下：

[0041] 若发光单元于温度T1时光通量为f1流明，在温度T2时光通量为f2流明；将T1时光通量标准化(normalized)为1，则T2时光通量标准化(normalized)为(f2/f1)；则此发光单元受热亮度衰减系数(Hot/Cold Factor，(H/C))可以下列公式表示，且其值小于0：

[0042] H/C＝((T2时标准化光通量)-(T1时标准化光通量))/(T2-T1)

[0043] ＝((f2/f1)-1)/(T2-T1)

[0044] 本实施例中，第一发光单元10其结构至少包含成长基板11，依序形成第一导电型半导体层12、活性层13及第二导电型半导体层14于成长基板11之上。其中成长基板11的材料包括至少一材料选自于砷化镓、蓝宝石、碳化硅、氮化镓、以及氮化铝所组成的材料群组，活性层13可为异质结构，包含单异质结构或双异质结构。第一电极15形成于成长基板11部分区域之上，且与第一导电型半导体层12电性连接；第二电极16形成于第二导电型半导体层14部分区域之上，且与第二导电型半导体层14电性连接。并于第一发光单元10侧壁、成长基板11未被第一电极15覆盖区域及第二导电型半导体层14未被第二电极
16覆盖区域形成绝缘结构33。多个第一发光单元间可以串联、并联、串并联接、反向串并联以及桥式电路连接的其中一种方式以形成电性连接。

[0045] 第二发光单元20其结构至少包含成长基板21，依序形成第一导电型半导体层22、活性层23及第二导电型半导体层24于成长基板21之上。其中成长基板21的材料包括至少一材料选自于砷化镓、蓝宝石、碳化硅、氮化镓、以及氮化铝所组成的材料群组，活性层23可为量子阱结构，包含单量子阱结构或多重量子阱结构；其优选结构为包含10层以上的多重量子阱结构，且此量子阱结构厚度大于100埃。第一电极25形成于成长基板21部分区域之上，且与第一导电型半导体层22电性连接；第二电极26形成于第二导电型半导体层24部分区域之上，且与第二导电型半导体层24电性连接。并于第二发光单元20侧壁、成长基板21未被第一电极25覆盖区域及第二导电型半导体层44未被第二电极26覆盖区域形成绝缘结构33。多个第二发光单元间可以串联、并联、串并联接、反向串并联以及桥式电路连接的其中一种方式以形成电性连接。且第一发光单元与第二发光单元间通过电性连接结构34可以串联、并联、串并联接、反向串并联以及桥式电路连接的其中一种方式以形成电性连接，进而形成发光单元阵列。此外，发光单元阵列中的第一发光单元10及第二发光单元20还可分别将其成长基板11、21移除，再通过接合层与载体31接合以形成发光元件。其中载体31的材料包含硅，硅化物、碳化物、金属、金属合金、金属氧化物、金属复合材料、钻石、类金刚石碳(diamond-like carbon)等材料；接合层可为有机高分子材料接合层，例如苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFBC)、环氧树脂(Epoxy)、硅胶(Silicone)；或金属或金属合金材料接合层，例如AuSn、PbSn、AuGe、AuBe、AuSi、Sn、In、Au、PdIn。

[0046] 于发光元件100中，第一发光单元10发光波长大于第二发光单元20发光波长；第一发光单元发光波长范围为600-750nm，第二发光单元发光波长范围为460-530nm。第一发光单元的第一受热亮度衰减系数(H/C)1的绝对值大于第二发光单元的第二受热亮度衰减系数(H/C)2的绝对值，且二者差异值的绝对值优选地小于0.8％/K，更佳地小于0.55％/K。

[0047] 图2为发光单元本体温度与光通量关系图；发光单元以发光二极管为例，其中曲线(a)代表于GaAs基板成长AlGaInP系列化合物的红光发光二极管(625nm)，曲线(b)代表于GaN基板成长GaInN系列化合物的绿光发光二极管(525nm)，曲线(c)代表于GaN基板成长GaInN系列化合物的蓝光发光二极管(470nm)。由图2可知：曲线(a)的斜率最大，即AlGaInP系列化合物其受热亮度衰减系数(H/C)的绝对值较大；曲线(b)、(c)的斜率较小，即GaInN系列化合物其受热亮度衰减系数(H/C)的绝对值较小。若发光元件包含由AlGaInP材料所组成的发光单元及GaInN材料所组成的发光单元，因二者的光电特性对温度的依存度不同，所以从开始操作到全部材料系统均达稳定状态的期间就会有亮度变动的不良现象发生。由其它实验结果显示包含异质结构的发光单元其受热亮度衰减系数(H/C)的绝对值比包含量子阱结构的发光单元其受热亮度衰减系数(H/C)的绝对值小，因此本实施例设计发光元件至少包含由多个具有异质结构的发光单元所组成，以降低亮度变动的机率。

[0048] 此外，各发光单元间可以电性串联(electrically connecting in series)成为具有多个发光单元的单芯片(Multiple-dies Chip，MC)；配合工作电压，以单一单芯片结构或是组合多个单芯片结构可应用于直流电源或是经过整流之后的交流电源上。亦可于单一单芯片里电性连接多个发光单元为包含桥式电路的电性布局，以应用于交流电源上。

[0049] 参照图3，其显示本发明实施例的背光模块结构。其中背光模块装置200包含由上述实施例的发光元件100所构成的光源装置210；光学装置220置于光源装置210的出光路径上，将光做适当处理后出光；以及电源供应系统230，提供上述光源装置210所需的电源。

[0050] 参照图4，其显示本发明实施例的照明装置结构。上述照明装置300可以是车灯、街灯、手电筒、路灯、指示灯等。其中照明装置300包含：光源装置310，由本发明上述的实施例的发光元件100所构成；电源供应系统320，提供光源装置310所需的电源；以及控制元件330，控制电源输入光源装置310。

[0051] 本发明所列举的实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。