專利名稱：具有陣列式發(fā)光元件的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種陣列式發(fā)光元件及其顯示裝置。
背景技術(shù)：
藍(lán)光發(fā)光二極管的出現(xiàn)使得發(fā)光二極管光源應(yīng)用于照明領(lǐng)域的目標(biāo)不再遙不可 及。照明光源不外乎白光光源，目前成熟的技術(shù)包括以紅光、藍(lán)光、綠光發(fā)光二極管混光以 形成白光；另一成熟技術(shù)包括以藍(lán)光發(fā)光二極管搭配黃色熒光粉膠體封裝形成白光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種新穎的發(fā)光二極管晶粒結(jié)構(gòu)以及顯示裝置以廣泛應(yīng)用于各式光 源。本發(fā)明的一方面提供一具有陣列式發(fā)光元件的顯示裝置。所述的顯示裝置具有 多個(gè)像素，包含背光模塊、液晶模塊形成于背光模塊之上、彩色濾光模塊形成于液晶模塊之 上、以及控制模塊，用以控制所述的背光模塊及所述的液晶模塊。所述的背光模塊包含發(fā)光 元件用以提供所述的顯示裝置所需的光源；所述的彩色濾光模塊，包含多個(gè)濾光區(qū)塊分別 對(duì)應(yīng)于所述的顯示裝置的多個(gè)像素，且所述的多個(gè)濾光區(qū)決至少包含一第一濾光區(qū)塊用以 過濾除了具有第一光譜的第一光線以外的光線，以及透光區(qū)塊，實(shí)質(zhì)上不具有濾光功能。依 本發(fā)明的一實(shí)施例，所述的發(fā)光元件包含第一發(fā)光單元發(fā)出具有第一光譜的第一光線、第 二發(fā)光單元發(fā)出具有相異于第一光譜的第二光譜的第二光線、以及電路連接單元以連接形 式使第一發(fā)光單元及第二發(fā)光單元電性連接，使得顯示裝置于電源驅(qū)動(dòng)顯示時(shí)，第一發(fā)光 單元及第二發(fā)光單元依預(yù)定時(shí)脈交互點(diǎn)亮。


圖1顯示依本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管晶粒俯視圖；圖2顯示依本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管晶粒剖面結(jié)構(gòu)圖；圖3顯示依本發(fā)明第一實(shí)施例所形成的發(fā)光元件電路圖及時(shí)脈圖；圖4顯示依本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光二極管晶粒剖面結(jié)構(gòu)圖；圖5顯示依本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光二極管晶粒俯視圖；圖6顯示依本發(fā)明的顯示裝置的一實(shí)施例。主要元件符號(hào)說明101、501 發(fā)光元件；110、410、510、610 發(fā)光二極管晶粒；111:成長(zhǎng)基板；112:第一接觸層；113:發(fā)光層；1131 第一導(dǎo)電型束縛層；
3
1132:有源層；1133 第二導(dǎo)電型束縛層；114:第二接觸層；115:第二 電極；116:第一電極；117-1 第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層；117-2:第二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層；117-3:第三波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層；117-4:第四波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層；118、518:導(dǎo)電層；121 支持基板；122 :反射層；123 非單晶相接合層；320、520 交流式電源；600 顯示裝置；601 背光源模塊；602 第一偏光模塊；603 薄膜晶體管模塊；604 液晶模塊；605 第二偏光模塊；606 彩色濾光模塊；607 控制模塊；AA，剖面線；B:藍(lán)色濾光區(qū)塊；C 透光區(qū)塊；R 紅色濾光區(qū)塊；Rl、R2、R3、R4發(fā)光單元。
具體實(shí)施例方式圖1揭示一符合本發(fā)明的發(fā)光二極管晶粒110的俯視圖，包含一 2X2的發(fā)光陣 列。發(fā)光二極管晶粒Iio包含發(fā)光單元R1、發(fā)光單元R2、發(fā)光單元R3、以及發(fā)光單元R4彼 此絕緣地形成于一成長(zhǎng)基板111上，并與該成長(zhǎng)基板電性絕緣、一電路層118以一連接形式 使發(fā)光單元Rl R4電性連接、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-1、117-2、117-3、及117-4分別對(duì)應(yīng)形成于 發(fā)光單元R1、R2、R3、及R4之上。請(qǐng)同時(shí)參考圖3，揭示圖1的電路示意圖，其中，電路層118 的連接形式使得發(fā)光單元Rl及R3為串聯(lián)連接，發(fā)光單元R2及R4為串聯(lián)連接，串聯(lián)的發(fā)光 單元Rl及R3與串聯(lián)的發(fā)光單元R2及R4則為反向并聯(lián)(anti-parallel)連接，并共同連 接至一電源裝置的兩端，所述的電源裝置可為一交流式(Alternating Current ；AC)電源。圖2為圖1依AA’剖面線所示的結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)光單元Rl及R3共同形成于基板上， 并且以一溝渠隔開以彼此電性絕緣，發(fā)光單元Rl及R3各包含一第一接觸層112外延成長(zhǎng)于成長(zhǎng)基板111之上、一發(fā)光疊層113，由一具有第一導(dǎo)電型的第一束縛層1131 (cladding layer)、一有源層1132 (activelayer)、以及一具有第二導(dǎo)電型的第二束縛層1133依續(xù)外 延成長(zhǎng)于第一接觸層112之上、一第二接觸層114形成于第二束縛層1133之上、一第一電 極116形成于第一接觸層112之上、一第二電極115形成于第一接觸層114上、以及波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換層117-1及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-3對(duì)應(yīng)地形成于發(fā)光單元Rl及R3的第二接觸層114之上。 電路層118延伸自發(fā)光單元Rl的第一電極116上至發(fā)光單元R3的第二電極115上，使得發(fā) 光單元Rl及R3形成串聯(lián)連接。相同地，如圖1所示，發(fā)光單元R2的第二電極115藉由電 路層118串聯(lián)連接至發(fā)光單元R4的第一電極116 ；并且，發(fā)光單元Rl的第二電極115與發(fā) 光單元R2的第一電極116藉由電路層118共同連接至交流式電源的正極，發(fā)光單元R3的第 一電極116與發(fā)光單元R4的第二電極115藉由電路層118共同連接至交流式電源的負(fù)極， 以形成反向并聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)。于本發(fā)明的另一實(shí)施例，發(fā)光二極管晶粒110還包含一電流 分散層(未繪示)形成于第二接觸層114及第二電極115之間，以使電流分散于發(fā)光二極管 晶粒110表面，其中，所述的電流分散層具有低于第二接觸層114的電阻值(resistivity)。 如圖2所示，發(fā)光二極管晶粒110還包含一絕緣層119形成于電路層118與發(fā)光 單元Rl及R3側(cè)壁以及電路層118與基板111之間以防止發(fā)光單元Rl或R3因電路層118 而發(fā)生短路現(xiàn)象。相同地，發(fā)光單元Rl R4具有相似的結(jié)構(gòu)，即發(fā)光單元Rl R4具有相 同的發(fā)光疊層結(jié)構(gòu)，因此可發(fā)出具有相同光譜的光線，并且形成于其上的各所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換層可為不同的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，以因應(yīng)需求使各所述的發(fā)光單元藉由其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層 轉(zhuǎn)換為具有不同光譜的光線。于本發(fā)明的實(shí)施例，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層為一層狀結(jié)構(gòu)直接涂布于第 二接觸層114的表面并為發(fā)光二極管晶粒的一部分，且第二電極115突出于所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換層。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-1、117-2、117-3、及117-4包含至少一種材料選自于藍(lán)色熒光粉、黃 色熒光粉、綠色熒光粉、紅色熒光粉、硒化鋅、硒化鎘鋅、III族磷化物、III族砷化物、以及III族 氮化物所組成的材料群組。所述的藍(lán)色熒光粉指能將入射至熒光粉的光線轉(zhuǎn)換為藍(lán)光的熒 光粉；其他諸如黃色熒光粉、綠色熒光粉、及紅色熒光粉亦具有類似的意義。各熒光粉材料 及其組成屬該領(lǐng)域的習(xí)知技藝，不在此贅述。如圖3所示，發(fā)光元件101包含如圖1或圖2所示的發(fā)光二極管晶粒110，以及一 交流式電源連接至發(fā)光二極管晶粒110。下表例示發(fā)光單元Rl R4及其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 層117-1、117-2、117-3、及117-4的材料組合，其中，發(fā)光單元Rl R4發(fā)出波長(zhǎng)范圍大約介 于410 430nm左右的近紫外光(near UV)或波長(zhǎng)范圍大約介于440 480nm的藍(lán)光，并 分別經(jīng)過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-1、117-2、117-3、及117-4轉(zhuǎn)換成各種顏色的光線，以混合形成白 光。[表一]各波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層材質(zhì)的實(shí)施例 如上表的實(shí)施例一，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-1、117-2、117-3、及117_4的材質(zhì)分別包含黃 色、紅色、藍(lán)色、綠色熒光粉。于交流電源周期波的正向半周期，發(fā)光單元Rl及R3受驅(qū)動(dòng)發(fā) 出波長(zhǎng)范圍大約介于410 430nm左右的近紫外光，分別經(jīng)具有黃色熒光粉的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層 117-1及具有藍(lán)色熒光粉的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-3轉(zhuǎn)換后發(fā)出波長(zhǎng)范圍大約介于570 595nm 的黃光及波長(zhǎng)范圍大約介于440 480nm的藍(lán)光；于交流電源周期波的負(fù)向半周期，發(fā)光單 元R2及R4受驅(qū)動(dòng)發(fā)出的425nm近紫外光，分別經(jīng)具有紅色熒光粉的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-2及 具有綠色熒光粉的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-4轉(zhuǎn)換發(fā)出波長(zhǎng)范圍大約介于600 650nm的紅光及波 長(zhǎng)范圍大約介于500 560nm的綠光，并與正向半周期所發(fā)出的黃光及藍(lán)光混合形成白光。 于本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層亦可選擇性地僅形成于部分的發(fā)光單元Rl R4之上，如表一的實(shí)施例五。由于發(fā)光二極管晶粒110依交流頻率分區(qū)驅(qū)動(dòng)發(fā)光，且各波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換層僅分別涂布于對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元上，因此可有效降低各波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生不必要的二次 轉(zhuǎn)換所造成的光損失。其中，所述的交流頻率可為60Hz或其倍數(shù)頻率。為了提高元件的散熱效果，可將圖2的發(fā)光二極管晶粒110的成長(zhǎng)基板111移除， 并將一支持基板121以一非單晶相接合層123接合至第一接觸層112，形成如圖4所示的實(shí) 施例，并且，如支持基板121為不透光時(shí)，可于第一接觸層112與非單晶相接合層123之間 形成一反射層122以避免光線被支持基板121吸收。圖5揭示一符合本發(fā)明的發(fā)光元件501，包含一具有4乘4發(fā)光陣列的發(fā)光二極管 晶粒510，以及一電源裝置電性連接至發(fā)光二極管晶粒的兩端。發(fā)光二極管晶粒510包含發(fā) 光單元R1、發(fā)光單元R2、發(fā)光單元R3、以及發(fā)光單元R4彼此絕緣地形成于一成長(zhǎng)基板511 上，并與該成長(zhǎng)基板電性絕緣，其中發(fā)光單元Rl R4各為串聯(lián)的1X4發(fā)光陣列，一電路層 518以一連接形式使發(fā)光單元Rl R4電性連接，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層517-1、517-2、517-3、及517-4 分別對(duì)應(yīng)形成于發(fā)光單元Rl、R2、R3、及R4上。其中，電路層518的連接形式使得發(fā)光單 元Rl及R3為串聯(lián)連接，發(fā)光單元R2及R4為串聯(lián)連接，串聯(lián)的發(fā)光單元Rl及R3與串聯(lián)的 發(fā)光單元R2及R4則為反向并聯(lián)(anti-parallel)連接，并共同連接至電源裝置520的兩 端。電源裝置520可為一交流式(Alternating Current ；AC)電源。由于發(fā)光二極管晶粒 510依交流頻率分區(qū)驅(qū)動(dòng)發(fā)光，且各波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層僅分別涂布于對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元上，因此可有 效降低各波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生不必要的二次轉(zhuǎn)換所造成的光損失。上述各實(shí)施例的發(fā)光二極管晶粒具有一面積小于5mm2或小于2mm2以方便封裝 于一封裝體內(nèi)或形成于一具有電路的載板上，較佳為具有一符合商用規(guī)格的尺寸，例如 12mi 1 X 12mi 1、25mi 1 X 25mi 1、45mi 1 X 45mi 1、或 55mi 1 X 55mi 1 等。圖6揭示依本發(fā)明的一顯示裝置。顯示裝置600具有多個(gè)像素，包含一背光模塊 601、一第一偏光模塊602形成于背光模塊601上、一薄膜晶體管模塊603形成于第一偏光 模塊602上、一液晶模塊604形成于薄膜晶體管模塊603上、一第二偏光模塊605形成于液晶模塊604上、一彩色濾光模塊606形成于第二偏光模塊605上、以及一控制模塊607，包含 一控制電路用以控制顯示裝置600的上述模塊。其中，背光模塊601還包含一發(fā)光元件610 用以提供顯示裝置600所需的光源。發(fā)光元件610可為各式光源或相同于本發(fā)明先前所提 及的實(shí)施例的發(fā)光二極管晶粒110以及如表一的各實(shí)施例四所示的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-1 117-4的材質(zhì)分配。舉表一的實(shí)施例四為例，即波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-1、117-2、117-3、及117-4 的材質(zhì)分別包含紅色、綠色、藍(lán)色、綠色熒光粉。于交流電源周期波的正向半周期，發(fā)光單元 Rl及R3受驅(qū)動(dòng)發(fā)出的410 430nm近紫外光，分別經(jīng)具有紅色熒光粉的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-1 及具有藍(lán)色熒光粉的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層117-3轉(zhuǎn)換后發(fā)出波長(zhǎng)范圍大約介于600 650nm的紅光 及波長(zhǎng)范圍大約介于440 480nm的藍(lán)光；于交流電源周期波的負(fù)向半周期，發(fā)光單元R2 及R4受驅(qū)動(dòng)發(fā)出波長(zhǎng)范圍大約介于410 430nm的近紫外光，經(jīng)具有綠色熒光粉的波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換層117-2及117-4轉(zhuǎn)換后發(fā)出波長(zhǎng)范圍大約介于500 560nm的綠光。液晶模塊603包 含多個(gè)液晶區(qū)塊分別對(duì)應(yīng)于顯示裝置600的所述的多個(gè)像素。彩色濾光模塊606包含多個(gè) 紅色濾光區(qū)塊R用以過濾波長(zhǎng)范圍介于600 650nm的紅色光線以外的光線、多個(gè)藍(lán)色濾 光區(qū)塊B用以過濾波長(zhǎng)范圍介于440 480nm的藍(lán)色光線以外的光線、以及多個(gè)透光區(qū)塊 C，實(shí)質(zhì)上對(duì)于可見光透明，亦即不具有濾光功能。由于背光源所發(fā)出的紅、藍(lán)、及綠光依交 流電源的時(shí)脈60Hz交互點(diǎn)亮，即紅光及藍(lán)光于交流電源周期波的正向半周期期間受驅(qū)動(dòng) 發(fā)光，并分別于彩色濾光模塊606的紅色濾光區(qū)塊R及藍(lán)色濾光區(qū)塊B發(fā)出紅光及藍(lán)光；綠 光于交流電源周期波的負(fù)正向半周期期間受驅(qū)動(dòng)單獨(dú)發(fā)光，因此可于彩色濾光模塊606的 透光區(qū)塊C直接出光，勿須安排綠色濾光區(qū)塊于彩色濾光模塊606上。其中，透光區(qū)塊C包 含具有透光的材質(zhì)或?yàn)橐豢障丁＜t色濾光區(qū)塊R、藍(lán)色濾光區(qū)塊B、以及透光區(qū)塊C具有實(shí) 質(zhì)上相同的寬度、面積、及/或體積。關(guān)于顯示裝置600其他未詳述或未述及的部分則屬此 領(lǐng)域的習(xí)知技藝，不在此贅述。上述的諸實(shí)施例，其中，所述的第一接觸層、第一束縛層、第二束縛層、第二接觸 層、以及有源層的材料包含III -V族化合物AlxInyGaa_x_y)N，其中，0≤p，q≤1 ;p、q、χ、y均 為正數(shù)；(P+q) ≤^ 1 ； (x+y)≤1。所述的第一摻雜質(zhì)為η型摻雜質(zhì)，例如Si，或者是ρ型摻 雜質(zhì)，例如Mg或Zn ；所述的第二摻雜質(zhì)為具有與第一摻雜質(zhì)相異導(dǎo)電型的摻雜質(zhì)。所述的 電流分散層包含透明金屬氧化物，例如為氧化銦錫(ITO)、金屬、或金屬合金。所述的成長(zhǎng)基 板例如為包括至少一種透明材料或絕緣材質(zhì)選自于藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鎵、以及氮化鋁所 組成的群組。所述的支持基板例如為包括透明材料選自于磷化鎵、藍(lán)寶石、碳化硅、氮化鎵、 以及氮化鋁所組成的群組；或例如為包括導(dǎo)熱材料選自于鉆石、類鉆碳(DLC)、氧化鋅、金、 銀、鋁等金屬材質(zhì)所組成的群組。所述的非單晶相接合層包含至少一種材料選自于金屬氧 化物、非金屬氧化物、高分子聚合物、金屬、或金屬合金所組成的群組。本發(fā)明所列舉的各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的范圍。任何 人對(duì)本發(fā)明所作的任何顯而易知的修飾或變更皆不脫離本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
一種顯示裝置，具有多個(gè)像素，該顯示裝置包含背光模塊，包含發(fā)光元件用以提供該顯示裝置所需的光源，其中，該發(fā)光元件包含第一發(fā)光單元發(fā)出具有第一光譜的第一光線、第二發(fā)光單元發(fā)出相異于第一光譜的第二光譜的第二光線、以及電路連接單元以連接形式電性連接該第一發(fā)光單元及該第二發(fā)光單元，使得該顯示裝置于電源驅(qū)動(dòng)顯示時(shí)，該第一發(fā)光單元及該第二發(fā)光單元依預(yù)定時(shí)脈交互點(diǎn)亮；液晶模塊，包含多個(gè)液晶區(qū)塊分別對(duì)應(yīng)于該顯示裝置的該多個(gè)像素；彩色濾光模塊，包含多個(gè)濾光區(qū)塊分別對(duì)應(yīng)于該顯示裝置的該多個(gè)像素，各該多個(gè)濾光區(qū)塊至少包含一第一濾光區(qū)塊用以過濾除了具有第一光譜的第一光線以外的光線，以及透光區(qū)塊，不具有濾光功能；以及控制模塊，包含控制電路用以控制該背光模塊及該液晶模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其中該發(fā)光元件還包含第三發(fā)光單元發(fā)出具有第三 光譜的第三光線，其中，該第一光譜相異于該第三光譜。
3.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其中該發(fā)光元件包含發(fā)光二極管晶粒，其中該發(fā)光 二極管晶粒包含基板，且該第一發(fā)光單元、該第二發(fā)光單元、及該第三發(fā)光單元同時(shí)形成于 該基板上。
4.如權(quán)利要求3所述的顯示裝置，其中該發(fā)光二極管晶粒的面積小于5mm2。
5.如權(quán)利要求2所述的顯示裝置，其中該第一光譜、該第二光譜、及該第三光譜包含波 長(zhǎng)范圍選自于440 480nm、500 560nm、570 595nm、及600 650nm所組成的群組。
6.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其中該連接形式包含反向并聯(lián)。
7.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其中該電源為交流式電源。
8.如權(quán)利要求2所述的顯示裝置，其中該連接形式使得該第二發(fā)光單元及該第三發(fā)光 單元為串聯(lián)連接，以及使得該第一發(fā)光單元及該第二發(fā)光單元為反向并聯(lián)。
9.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其中各該多個(gè)濾光區(qū)塊及各該透光區(qū)塊具有實(shí)質(zhì)上 相同的寬度、面積、及/或體積。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一種具有陣列式發(fā)光元件的顯示裝置。所述的顯示裝置具有多個(gè)像素，包含背光模塊、液晶模塊形成于背光模塊之上、彩色濾光模塊形成于液晶模塊之上、以及控制模塊，用以控制所述的背光模塊及所述的液晶模塊。所述的彩色濾光模塊，包含多個(gè)濾光區(qū)塊分別對(duì)應(yīng)于所述的顯示裝置的所述的多個(gè)像素，且所述的多個(gè)濾光區(qū)塊至少包含一第一濾光區(qū)塊用以過濾除了具有第一光譜的第一光線以外的光線，以及透光區(qū)塊實(shí)質(zhì)上不具有濾光功能。
文檔編號(hào)G09G3/20GK101840101SQ20091012898
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者徐舒婷, 李宗憲, 陳威佑, 陳彥文 申請(qǐng)人:晶元光電股份有限公司