可應用於交流迴路的發光二極體結構及其驅動方法

2023-05-20 06:07:46

專利名稱：可應用於交流迴路的發光二極體結構及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體結構，特別是一種可應用於交流 迴路的發光二極體結構。
背景技術：
發光二極體(LED)是用半導體材料製作的正向偏置的PN結 二才及管。其發光才幾理是當在PN結兩端注入正向電流時，注入的 非平衡載流子(電子_空穴對)在擴散過程中複合發光。發光二 極管的發光原理與白熾燈發熱的發光原理不同，所以發光二極體 被稱為冷光源。使用發光二極體照明具有以下優點1丄ED在結 構上沒有玻璃外殼，不需要像白熾燈或者螢光燈那樣在燈管內抽 真空或者充入特定氣體，因此LED抗震、抗沖擊性良好，給生產、 運輸、使用各個環節帶來便利。2丄ED元件的體積可以做的非常 小，更加便於各種設備的布置和設計。3丄ED的發出的光線能量 集中度很高，集中在較小的波長窗口內，純度高。4丄ED元件的 壽命非常長，普遍在5萬-10萬小時之間，即使是頻繁的開關，也 不會影響到使用壽命。5丄ED響應時間非常快，在微秒級別。6丄ED 的發光指向性非常強，亮度衰減比傳統光源低很多。7丄ED在生 產過程中不要添加"汞，，，非常環保。由於發光二極體具有以上眾 多優點，發光二極體的應用也日益廣泛。
但是由於發光二極體一些自身存在的特點令其在應用上會受 到限制。發光二極體因為先天物理特性的影響，使其於應用上受 到的限制主要為必須接收低壓(〈6V)的直流電(DC)。在這種情況 下，由於市用交流電特性為高壓(110V or 220V),而不論在順向或 逆向電壓的操作下，都可能損壞發光二極體，所以使用市用交流 電時都必須配合直流轉換電路才能採用市電系統。關於這點，目 前的作法不外乎以下1.必須將發光二極體組件串聯數十個使 用，2.將交流電利用轉換器(AC—DC)轉換為直流電並降壓。3.把發光二極體組件並聯其它整流器組件一起使用。但若使用多顆發光二極體串聯的問題在於一旦串聯電路上只要有一顆發光二極體組件失效或損壞後，將會嚴重影響其它在串聯線路上的發光二極體組件；要減少此狀況，則必須儘量降低串聯的發光二極體組 件數量，可是一旦減少數量，又必須增加其它組件(如電阻)來消耗 電壓。發明內容為解決發光二極體在交流迴路中存在的問題，本發明提供一 種可應用於交流迴路的發光二極體結構。為了達到以上目的，本發明提供的發光二極體結構包括一 村底； 一緩衝層，設置於該襯底上方； 一第一發光單元，包括一 第一 n型層與一第一 p型層，位於該基板上方； 一隧道結，位於 第一發光單元與第二發光單元之間； 一第二發光單元，包括一第 二n型層與一第二p型層，位於該隧道結上方； 一第一電極，與 該第一發光單元的第一 n型層以及該第二發光單元的第二 p型層 進行電性連接；以及一第二電極，連接該隧道結進行電性連接。本發明提供的可應用於交流迴路的二極體結構具有第 一發光 單元與第二發光單元，可在交流電正半周和負半周依次發光，由於該發光二極體結構在交流電的正負半周皆可發光具有正嚮導通 特性，因而該發光二極體不僅可直接與交流電連接使用，同時具 有耐高壓及靜電擊穿保護的功能。


圖la為可應用於交流回^各的發光二才及管結構示意圖。 圖lb為圖la的等效電路圖。圖2a為可應用於交流迴路的發光二極體結構經螢光粉塗布後 的示意圖。圖2b為圖2a的輸出光結果。圖3為可應用於交流迴路的發光二極體結構經另一螢光粉塗布後的示意圖。圖4a為多個發光二極體結構串接示意圖。 圖4b為圖4a等效電路圖。
具體實施方式
請參閱圖la與圖lb，圖la為可應用於交流迴路的發光二極 管結構示意圖，其等效電路圖如圖lb所示，由第一發光單元20 和第二發光單元30進行反向並聯。在圖la中，該發光二極體的 結構100包括 一襯底102; —緩沖層126,設置於該襯底102上 方； 一第一發光單元20,包括一第一n型層104、 一第一p型層 108以及第一發光層106,並位於該襯底102上方； 一隧道結110, 大致位於第一發光單元20與第二發光單元30之間； 一第二發光 單元30,包括一第二n型層124、 一第二 p型層120以及一第二 發光層122,並位於該隧道結110上方； 一第一電極118,與該第 一發光單元20的第一 n型層104以及該第二發光單元30的第二 p型層120進行電性連接； 一第二電極112，與該隧道結110進行 電性連接； 一氧化層114,隔離第一電4及118對其他層的接觸；以 及抗氧化層116,防止該二極體內部結構氧化。當向可應用於交流回^各的發光二極體結構施加交流電時，在 交流電的正半周，電流由第一電極118流經第二發光單元30再流 到第二電極112，第二發光單元30被驅動點亮，而第一發光單元 20不被點亮；在交流電的負半周，電流由第一電極118流經第一 發光單元20再流到第二電極112，第一發光單元20被驅動點亮，導通發光特性，不僅可直接與交流電連接使用，同時具有耐高壓 及靜電擊穿保護的功能。在該可應用於交流迴路的發光二極體結構中，襯底102的材 料可為Sapphire, SiC， Si, GaAs， LiA102, MgO， ZnO， GaN， A1N或InN中的任一種。緩衝層126可為GaN層。第一 n型層104 可為摻Si的n型GaN層，第一p型層108可為摻Mg的p型GaN層，第一發光層106為InGaN層。隧道結110可為重摻雜Si的 InGaN層以及重摻雜Mg的InGaN層。第二 n型層124可為摻Si 的n型GaN層，第二 p型層120是摻Mg的p型GaN層，第 一發 光層122為InGaN層。請參見圖2a,圖2a為可應用於交流迴路的發光二極體結構經 焚光粉塗布後的示意圖。圖2a中的發光二極體的結構基本與圖la 中的發光二極體結構相同，區別在於圖2a中的二極體結構比圖la 增加了一焚光粉層128,該焚光粉層128可吸收能量比紅光高的 光，同時令第一發光單元20被驅動時發出綠光，令第二發光單元 30被驅動時發出藍光，則該二極體結構在交流迴路中的輸出結果 會形成如圖2b所示的R+G+B三色混合的AC-White LED的光。請參見圖3,圖3為可應用於交流迴路的發光二極體結構經 另一螢光粉塗布後的示意圖。圖3中的發光二極體的結構基本與 圖la中的發光二極體結構相同，區別在於圖3中的二極體結構比 圖la增加了一螢光粉層138,該螢光粉層138可吸收藍光，同時 令第一發光單元20以及第二發光單元30被驅動時均發出藍光， 則該二才及管結構在交流迴路中輸出AC-White LED的光。實際應用上，請參閱圖4a，可通過添加一第二氧化層430和 一連接層428將兩個或兩個以上的發光二極體結構連接起來，其 等效電路圖如圖4b所示，等效於多個竄聯在一起的第一發光單元 20與多個竄聯在一起的第二發光單元30並聯。該二極體結構在 串才妻一定的數量之後，可以直4妄應用於交流回i 各的市電環境下， 如110V或是220V。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依據本發明作出的均 等變化，均在本發明的權利要求之內。
權利要求
1. 一種可應用於交流迴路的發光二極體結構，其特徵在於，包括一襯底；一緩衝層，設置於該襯底上方；一第一發光單元，包括一第一n型層與一第一p型層，位於該基板上方；一隧道結，位於第一發光單元與第二發光單元之間；一第二發光單元，包括一第二n型層與一第二p型層，位於該隧道結上方；一第一電極，與該第一發光單元的第一n型層以及該第二發光單元的第二p型層進行電性連接；以及一第二電極，連接該隧道結進行電性連接。
2. 如權利要求1所述發光二極體結構，其特徵在於該發光二極 管還包括一氧化層。
3. 如權利要求1所述發光二極體結構，其特徵在於該襯底的材 料可為Sapphire, SiC， Si, GaAs， LiA102, MgO, ZnO, GaN, A1N或InN中的任一<種。
4. 如權利要求1所述發光二極體結構，其特徵在於該第一發光 單元與第二發光單元發出的光的波長相同或不同。
5. 如權利要求1所述發光二極體結構，其特徵在於該第一發光 單元更包括一第一發光層。
6. 如權利要求1所述發光二極體結構，其特徵在於該第二發光 單元更包括一第二發光層
7. 如權利要求1所述發光二極體結構，其特徵在於該第一發光 單元的第一 n型層是摻Si的n型GaN層。
8. 如權利要求1所述發光二極體結構，其特徵在於該第一發光 單元的第一 p型層是摻Mg的p型GaN層。
9. 如權利要求1所述發光二極體結構，其特徵在於該第二發光 單元的第二n型層是摻Si的n型GaN層，而第二 p型層是摻 Mg的p型GaN層。
10. —種如權利要求1所述發光二極體結構的驅動方法，其特徵在於，當向可應用於交流回i 各的發光二極體結構施加交流電 時，在交流電的正半周，使第二發光單元被驅動點亮，且在 交流電的負半周，使第一發光單元被驅動點亮。
全文摘要
一種可應用於交流迴路的發光二極體結構，包括一襯底；一緩衝層，設置於該襯底上方；一第一發光單元，包括一第一n型層與一第一p型層，位於該基板上方；一隧道結，位於第一發光單元與第二發光單元之間；一第二發光單元，包括一第二n型層與一第二p型層，位於該隧道結上方；一第一電極，與該第一發光單元的第一n型層以及該第二發光單元的第二p型層進行電性連接；以及一第二電極，連接該隧道結進行電性連接。該發光二極體結構在交流電的正負半周皆可發光具有正嚮導通特性，因而該發光二極體不僅可直接與交流電連接使用，同時具有耐高壓及靜電擊穿保護的功能。
文檔編號H05B37/02GK101281946SQ200810028289
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月21日 優先權日2008年5月21日
發明者賴志銘 申請人:旭麗電子(廣州)有限公司;光寶科技股份有限公司