分案申請的相關(guān)信息

本案是分案申請。該分案的母案是申請日為2013年1月25日、申請?zhí)枮?01380008594.4、發(fā)明名稱為“有源發(fā)光二極管模塊”的發(fā)明專利申請案。

本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(led)且特定來說涉及一種含有與led串聯(lián)以控制穿過led的電流的有源電路的單裸片。

背景技術(shù)：

led通常形成為具有陽極端子及陰極端子的裸片。led裸片通常安裝在較大襯底上用于散熱及封裝。襯底可含有額外電路，例如無源靜電放電裝置。隨后通常對led裸片及任選的襯底進行封裝，其中封裝具有穩(wěn)固陽極及陰極引線以焊接到印刷電路板(pcb)。

led可由電流源控制以實現(xiàn)所要亮度。電流源可為形成在單獨裸片中的mosfet或雙極晶體管。電流源及l(fā)ed通常由導線或pcb連接在一起。

提供與led裸片分開的電流源需要額外空間及互連，從而增加成本。存在其它缺點，所述缺點包含與組件不匹配的可能性。需要提供一種具有集成電流源驅(qū)動器電路的非常緊湊的led模塊。

當驅(qū)動多色彩led時出現(xiàn)額外問題，例如在彩色顯示器中或為了形成白光源。led為具有非線性電壓對電流特性的兩端子電裝置。在特定電壓閾值之下，led具有高阻抗。在所述閾值之上，led的阻抗低得多。此閾值主要取決于半導體led的帶隙。帶隙是針對特定峰值發(fā)射波長而選擇。紅光led具有2ev的量級的帶隙，藍光led具有3ev的量級的帶隙且綠光led具有介于2ev到3ev之間的帶隙。由于正向電壓與帶隙能量直接相關(guān)，所以紅光、綠光及藍光led無法簡單并聯(lián)連接以輸出所要色彩或光；每一色彩的led必須具有其自身的驅(qū)動器電路。用于形成不同色彩的led的不同材料(例如，gaas、gan等)也影響正向電壓。此外，即使在輸出相同波長的led內(nèi)，其正向電壓也歸因于工藝變化而變化，因此甚至連并聯(lián)連接相同色彩的led也存在問題。提供每一led的單獨驅(qū)動器電路并將其互連到led增加了空間及成本。這在試圖使顯示器中的rgb像素的大小最小化時特別有問題。

led可組織為無源矩陣可尋址陣列。舉例來說，一組led可與其連接到行選擇驅(qū)動器的陰極及其連接到列數(shù)據(jù)總線的陽極連接。數(shù)個這些行可用于形成可通過行及列尋址的較大陣列。通過經(jīng)尋址行-列提供受控電流將在經(jīng)尋址位置上給led通電以例如針對顯示器中的彩色像素發(fā)射所要色彩及強度的光。由于led之間的互連為非零阻抗，所以遍及互連網(wǎng)絡(luò)的電壓降可無意地使未尋址led組正向偏壓。此偶然正向偏壓將在未尋址段中導致過量光，此減小陣列的亮暗對比度。

此問題因面朝下印刷led的放置而惡化，其中面朝下led用于反向偏壓瞬時電壓抑制。向下led與面朝上led反平行。在簡單尋址方案中，僅向上led旨在發(fā)射光。當行未被選擇時，相關(guān)聯(lián)led以亞閾值電壓偏壓或可能反向偏壓。反平行向下led在未選定行被反向偏壓的情況下是有問題的，其使向下led正向偏壓，從而導致其發(fā)射光而減小陣列的亮-暗對比度。

可能需要創(chuàng)建在連接為可尋址陣列時避免上述問題的集成led模塊。

還可能需要創(chuàng)建集成led模塊，其中不同色彩的led可并聯(lián)連接以形成高密度的緊湊rgb像素。

還可能需要創(chuàng)建不同色彩的集成led模塊，其可在單個面板中廉價地封裝在一起以產(chǎn)生用于背光照明、用于通用照明或用于彩色顯示器的光。

還可能需要創(chuàng)建多個led模塊的互連及尋址方案以形成緊湊光或顯示面板。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

與例如彩色顯示器中的led的平行及可尋址連接相關(guān)的問題可通過使用有源led模塊而解決。在一個實施例中，單個垂直led模塊包含與垂直驅(qū)動晶體管(電壓-電流轉(zhuǎn)換器)串聯(lián)的led。在模塊上提供三個端子：正電壓端子、負電壓端子及用于控制穿過led的電流的控制端子。當控制端子被供應(yīng)最大值控制信號時，施加到正電壓端子及負電壓端子的電壓之間的差必須足以將led通電到其全所要亮度。

控制端子可連接到與led串聯(lián)連接的mosfet的柵極或源極。添加控制端子使得led阻抗的閾值非線性被有源而非無源地控制。對于跨模塊的電力端子提供電壓的led模塊，低阻抗狀態(tài)(其中l(wèi)ed正發(fā)射光)由施加到控制端子的控制電壓決定。led的并聯(lián)或可尋址網(wǎng)絡(luò)中的此有源led將總是處于高阻抗狀態(tài)直到控制信號激活低阻抗狀態(tài)為止。此有源阻抗控制減小對正向電壓及寄生電壓降及反向電流路徑的敏感度。

在一個實例中，紅光、綠光及藍光led模塊在多色彩顯示器的陣列中并聯(lián)連接，其中任何組的rgbled(形成單個像素)可通過跨三個模塊的電壓端子施加相同電壓而尋址。每一模塊的控制端子連接到不同的可變控制電壓以實現(xiàn)像素中的紅光、綠光及藍光led的所要亮度?？刂齐妷喊?0hz或更大依序施加使得rgbled的不同正向電壓不再相關(guān)。

在另一實施例中，模塊針對白光源而串聯(lián)及并聯(lián)連接，其中白點通過紅光、綠光及藍光的相對組合而設(shè)定。每一色彩的控制電壓及每一色彩的工作周期經(jīng)設(shè)定以實現(xiàn)所要白點。

在其它實施例中，各種電路與led集成以使led的亮度對輸入電壓的變化較不敏感。

模塊可通過將led晶片接合到驅(qū)動器晶體管晶片而形成，借此將每一led的端子連接到每一驅(qū)動器晶體管的端子以形成串聯(lián)連接。接合晶片隨后被單件化以一次性形成數(shù)千個模塊。在另一實施例中，led及驅(qū)動器晶體管在彼此上方生長為外延層，或驅(qū)動器晶體管可通過摻雜劑的擴散或植入而形成。模塊極為緊湊，這是因為占據(jù)面積可大致與單個常規(guī)led裸片相同(例如，0.5mm²到1mm²)。

在一個實施例中，led絲網(wǎng)印刷在晶片上?？捎∷ed可形成有介于50um²到5000um²的頂部表面積范圍，從而允許模塊具有相同頂部表面積。

在使用數(shù)百個中等功率led的大型照明系統(tǒng)中，為led中的每一者提供常規(guī)驅(qū)動電路可能不可行。對于此類白光源，許多l(xiāng)ed通常串聯(lián)連接，且高電壓跨串連接。在現(xiàn)有技術(shù)中，提供此高電壓有時需要升壓調(diào)節(jié)器從而增加系統(tǒng)成本。本發(fā)明固有地為每一led提供其自身的驅(qū)動器，從而允許甚至不同色彩的許多l(xiāng)ed并聯(lián)連接使得其可用低壓(例如，5伏特)驅(qū)動。為每一led提供其自身的驅(qū)動器還使每一led能被控制以輸出所需亮度，而不管工藝變化、亮度隨溫度的改變及亮度隨時間的改變?nèi)绾巍?/p>

連同適于led顯示器或白光源的led模塊的各種可尋址陣列一起描述各種模塊實施例。

在一個實施例中，模塊的封裝通過印刷形成。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的單個led模塊的示意圖。

圖2為接合到驅(qū)動器晶體管晶片的led晶片的小部分的截面圖。

圖3為單個單件化模塊的簡化橫截面圖。

圖4說明取決于led的位置及所使用的驅(qū)動器晶體管的類型而將固定電壓及可變控制電壓施加到3中的模塊的三個端子的不同方式。

圖5及6說明通過生長外延層而形成的led及驅(qū)動器晶體管。

圖7說明封裝之后，例如面板中的單件化模塊裸片。

圖8說明連接到led的陽極的pmos驅(qū)動器晶體管。

圖9說明連接到led的陽極的pnp雙極驅(qū)動器晶體管。

圖10說明連接到led的陽極的nmos驅(qū)動器晶體管。

圖11說明連接到led的陽極的npn雙極驅(qū)動器晶體管。

圖12說明連接到led的陰極的pmos驅(qū)動器晶體管。

圖13說明連接到led的陰極的pnp雙極驅(qū)動器晶體管。

圖14說明連接到led的陰極的nmos驅(qū)動器晶體管。

圖15說明連接到led的陰極的npn雙極驅(qū)動器晶體管。

圖16說明用于瞬時電壓抑制的led的反平行布置。

圖17說明針對彩色顯示器或白光而并聯(lián)連接的rgbled模塊。

圖18說明圖17中的rgbled可如何使用控制電壓排序以形成任何色彩，包含白光。

圖19說明封裝在一起，例如在彩色顯示器中的單獨rgbled模塊。

圖20說明使用行及列尋址的rgbled模塊的可尋址網(wǎng)絡(luò)。

圖21說明rgbled模塊的陣列的尋址方案。

圖22說明用于圖21的網(wǎng)絡(luò)中的rgbled模塊的封裝配置。

圖23說明針對改善的色彩混合的彩色led模塊的z形布置。

圖24到38說明各種兩端子led模塊。

圖24說明與led串聯(lián)用于設(shè)定穿過led的電流的電阻器。

圖25說明與led串聯(lián)用于調(diào)整穿過led的電流的可變電阻器。

圖26說明與led串聯(lián)的電壓鉗位器或調(diào)節(jié)器。

圖27說明與led串聯(lián)的限流器或調(diào)節(jié)器。

圖28、圖29及30說明跨led的不同電壓鉗位器。

圖31及32說明使用晶體管及電阻器形成的電流調(diào)節(jié)器及鉗位器。

圖33及34說明使用晶體管、電阻器及二極管形成的電流調(diào)節(jié)器及鉗位器。

圖35說明使用兩個晶體管的電流源。

圖36說明使用兩個晶體管的電壓源。

圖37說明使用兩個晶體管的串聯(lián)電流源。

圖38說明針對彩色像素(包含白光像素)并聯(lián)連接的兩端子rgbled模塊。

在圖式中相同或類似的元件用相同數(shù)字標注。

具體實施方式

圖1說明三端子led模塊10中的電路。模塊10形成為從晶片單件化的單個裸片。模塊10含有l(wèi)ed12及其源極及漏極與led12串聯(lián)以控制穿過led12的電流的pmos驅(qū)動器晶體管14。漏極-源極阻抗增加led12的阻抗。因此，總串聯(lián)阻抗可通過調(diào)制晶體管14的柵極而控制。以此方式，晶體管14執(zhí)行可變電阻或切換行為。因而，正向電流可僅在柵極偏壓超過pmos晶體管接通閾值的情況下流動。模塊10可封裝為僅具有三個端子16、17及18。

如下文所述，單個晶體管、有源led的其它配置是可能的。led及晶體管的特定配置及晶體管的特定類型的選擇取決于應(yīng)用的控制要求或限制。

圖2說明模塊10的結(jié)構(gòu)的一個實施例。圖2說明兩個晶片20及21的小部分，其可使用不同材料及技術(shù)來形成。

晶片20為含有數(shù)千垂直led的led晶片。對于藍光，材料系統(tǒng)可為alingan，其中化學計量決定峰值發(fā)射波長。形成此類led是眾所周知的。藍光led最終可被磷光體覆蓋以產(chǎn)生任何色彩。led晶片20可替代地使用其它材料系統(tǒng)以實現(xiàn)從綠光到紅光的范圍寬廣的峰值波長。如眾所周知的，led可包含多阱有源層。晶片20非常簡化地展示，這是因為形成led是常規(guī)的?；旧希琻型外延層23及p型外延層24生長在生長襯底(例如，藍寶石、sic或gaas)上方。光在pn界面上產(chǎn)生。有源層可形成在所述界面處。生長襯底應(yīng)在高電阻或光吸收的情況下移除。n型外延層23還可薄化。

在一個實施例中，led晶片20的底部表面涂布有透明導體層，例如薄金層，以形成與層23的歐姆接觸并散布電流。每一led部分具有形成端子t1的至少一個金屬電極。金屬電極可形成為薄指狀物、星形或以其它方式占據(jù)小面積，以不阻擋向下方向上的大量光。在另一實施例中，led晶片20的底部表面涂布有反射體層，使得光僅從每一單件化led的側(cè)面或頂部發(fā)射。

圖2中的底層26代表任何形式的底部導體，包含上述導體。在實例中，底部導體為陰極導體，但是在一些實施例中，底部導體為陽極導體。

led晶片20的頂部表面準備用于接合到晶片21的底部表面，以形成實質(zhì)歐姆接觸。在一個實施例中，晶片20的頂部表面為通過壓力及加熱接合到晶片21上類似金屬層30的非常平坦的反射金屬層28。在另一實施例中，晶片20及21的接合表面可通過ziptronix公司的專有工藝執(zhí)行，例如第7,842,540號美國專利所述，其以引用的方式并入本文中。led晶片20可具有任何直徑，例如3到8英寸。施加于led晶片20的頂部表面與底部表面之間的適當電壓將導致led發(fā)射光。

頂部晶片21形成與led晶片20中的每一led部分相關(guān)聯(lián)的垂直p溝道m(xù)osfet。通常將存在形成在晶片中的數(shù)千led及mosfet。晶片21可使用p型硅襯底，其中通過常規(guī)光刻技術(shù)形成p型漏極阱32、n型柵極34及p型源極36。每一漏極阱32可具有與模塊的單件化邊緣相符的正方形形狀。

晶片21上方的各種電介質(zhì)層及金屬電極可通過印刷或通過使用常規(guī)真空腔技術(shù)而形成。如果使用印刷，例如絲網(wǎng)印刷，那么電介質(zhì)層38形成為在柵極34及源極36上方具有開口。隨后使用用于掩蔽的絲網(wǎng)在開口中印刷第一金屬層40以接觸柵極34及源極36。第一金屬層40可為含墨金屬(例如，ni、ti、al等)粒子及溶劑。當墨固化時，溶劑蒸發(fā)且金屬粒子燒結(jié)在一起。另一電介質(zhì)層42被印刷為在源極36金屬與柵極34金屬上方具有開口。額外金屬層44(例如鋁)被印刷在源極36金屬上方，隨后為厚源極電極層46。金屬層可包含勢壘層。圖2中的端子t2及t3被設(shè)計用于下文描述的特定類型的封裝及模塊陣列。端子t2及t3可取決于應(yīng)用及封裝而不同地設(shè)計。

晶片21上方的各種電介質(zhì)層及金屬層可在將晶片20及21歐姆性接合在一起后形成以避免對導體造成損壞。

可印刷的led可形成為具有介于50um²到5000um²的頂部表面積范圍，從而允許模塊具有相同頂部表面積。對于非常小的led大小，蝕刻為優(yōu)選單件化方法。

隨后使用常規(guī)技術(shù)，例如蝕刻、鋸割、劃線及斷裂、激光等將經(jīng)接合晶片20及21單件化。

圖3說明簡化的經(jīng)單件化led模塊10。在一個實施例中，模塊10的大小(占據(jù)面積)為大約0.1mm²到1mm²。端子t1展示為占據(jù)模塊10的底部表面的小部分以允許光從底部表面逸出。

為了控制圖3的模塊10以發(fā)射光，假設(shè)圖1的配置，正電壓施加到源極端子t3、負電壓施加到陰極端子t1，且超過mosfet閾值的柵極-源極電壓(vgs)施加到柵極端子t2。在一個實施例中，為了使led正向偏壓，跨端子t3及t1的電壓差大于2伏特。對于藍光led12，所需的電壓差可能大于4伏特。

圖4識別取決于led的位置及所使用的mosfet的類型控制led模塊的各種方式。舉例來說，代替通過控制其柵極電壓而控制mosfet，柵極電壓可能固定(正)且源極電壓可經(jīng)控制以實現(xiàn)所要vgs。led及電流/電壓控制晶體管的其它配置展示在下文所述的圖8到15中。

使用晶片接合以將led部分接合到晶體管部分的優(yōu)點在于可使用用于兩個晶片的不同材料(例如，si及gan)。如果led及晶體管可基于相同材料(例如，gan或gaas)，那么led層及晶體管層可外延生長在相同生長襯底上方。在一個實施例中，眾所周知的類型的基于gaas或gan的晶體管(被稱作高電子遷移率晶體管(hemt)、異構(gòu)fet(hfet)、金屬半導體fet(mesfet)或調(diào)制摻雜fet(modfet))在alingap或alinganled之前或之后生長在生長襯底(例如，gaas、gan、sic、藍寶石等)上方，從而生成藍光到紅光。生長襯底可在高電阻或吸收光的情況下移除。

圖5說明其中在生長襯底50上方生長led層52，之后為晶體管層54的實例。led模塊56的頂部表面上方的電介質(zhì)層及金屬層可類似于圖2中的那些層。如果襯底50是導電的(例如sic)，那么其可保留在模塊上。光可取決于材料及應(yīng)用而離開頂部表面、底部表面或側(cè)表面。

圖6說明其中在生長襯底上方生長led層52及晶體管層54的實例。生長襯底隨后被移除且金屬電極(未展示)形成在led層52的暴露表面上方。晶體管上方的電介質(zhì)層及金屬層可類似于圖2中的所述層。光隨后可從與晶體管表面相對的led層52的底部表面離開。

圖6還可說明其中晶體管層54生長在襯底晶片上且led層52隨后生長在晶體管層54上方的實例。晶體管層54因此充當led層52的生長襯底。在一個實施例中，生長襯底可為用于生長gan層的常規(guī)襯底，例如藍寶石、sic、gan、硅等。如上所述，晶體管層54針對fet可為一或多個gan層。led層52隨后生長以形成發(fā)射藍光的常規(guī)基于gan的異質(zhì)結(jié)led。生長襯底隨后例如通過使用激光剝離或研磨而移除以暴露晶體管層54。晶體管層54隨后可薄化。在一個實施例中，晶體管層54為n型gan層且在襯底移除后，晶體管層54的n型表面隨后經(jīng)歷常規(guī)光刻掩蔽及摻雜工藝(例如，通過擴散或植入)以形成圖2所示的p型柵極區(qū)域及n型源極區(qū)域。圖2所示的電介質(zhì)層及金屬層隨后可印刷以形成圖2所示的晶體管結(jié)構(gòu)。

在圖6所代表的另一實施例中，晶體管為異質(zhì)結(jié)型且層54可生長為n型源極層、p型柵極層及n型漏極層?？墒褂孟喾磳щ娦?。led層52隨后生長在晶體管層54的頂層上方。在生長襯底移除后，可蝕刻半導體層且金屬層可沉積以電接觸晶體管中的各種層。圖2所示的電介質(zhì)層及金屬層隨后可印刷以完成fet結(jié)構(gòu)。其它類型的晶體管可與led層52一體形成。形成基于gan的晶體管是常規(guī)的。

所得晶片隨后被單件化以用低成本形成數(shù)千個個別led模塊10。

通過生長led層52及晶體管層54以形成一體結(jié)構(gòu)，跨接合勢壘(如圖2中)的任何電壓降得以避免且效率提高。制造成本與圖2的接合結(jié)構(gòu)相比也小得多。

圖7說明經(jīng)封裝以囊封其且提供用于施加電力及控制信號到模塊10的導體的模塊10。經(jīng)囊封模塊10可形成其中許多模塊囊封在同一面板中的顯示面板的部分。在圖7中，提供襯底62，例如透明塑料或玻璃面板，具有用于直接接合到led模塊10的端子t1的金屬導體64。在面板中，可能存在連接到陣列中的各種led模塊的許多導體64，或單個導體板可并聯(lián)連接led模塊。金屬導體64最終連接到電力端子。來自led的光可向下發(fā)射穿過襯底62。金屬導體64可具有用于接合到端子t1的金屬墊。金屬導體64還可包含透明導體部分。電介質(zhì)層66隨后絲網(wǎng)印刷在襯底62上方以囊封模塊10的側(cè)面。電介質(zhì)層66還可囊封襯底62所支撐的其它模塊。

模塊10可具有在囊封之前形成在其側(cè)面上以防止側(cè)向光發(fā)射的反射膜68，或電介質(zhì)層66可為反射的，例如白色。如果需要，膜68還可代表電介質(zhì)涂層?；蛘?，來自led的側(cè)光被電介質(zhì)層66向上及向下反射，例如其中電介質(zhì)層66含有白色二氧化鈦粒子。在此情況中，襯底62可為反射性的，因此所有光最終穿過面板的頂部表面離開。

第二金屬導體70形成在mosfet及電介質(zhì)66上方以接觸柵極端子t2。電介質(zhì)層72形成在金屬導體70上方，且第三金屬導體74形成在電介質(zhì)層72上方以接觸源極端子t3。在一個實施例中，金屬導體64、70及72為可尋址led面板(例如彩色顯示器或白光源)的窄列及行線。

在多數(shù)情況中，電介質(zhì)層66將比電介質(zhì)層72厚得多。薄電介質(zhì)層72適于在導體70及74傳導pmos晶體管的正電壓及控制電壓的情況下將導體70與74分開，因為這兩個導體之間的泄漏不成問題。因此，端子t1應(yīng)為負電壓端子。端子t2或t3的哪個應(yīng)為正電壓端子及哪個應(yīng)為控制端子的選擇取決于應(yīng)用。通常，頂部導體74的電阻率將低于中間導體70。因而，端子t3的良好選擇將為較高電流正電壓端子。

面板可包含各種色彩的數(shù)千個led模塊10，例如原色紅色、綠色及藍色或其它色彩，例如黃色及白色。所有l(wèi)ed可為藍光led，而紅色及綠色由紅光及綠光磷光體形成。如果面板為待用于通用照明或用作lcd的背光的白光面板，那么每一led可為涂布有增加綠光及紅光分量以形成白光的磷光體的藍光led。面板的厚度可為2mm的量級且可為任何大小。各種led可連接為任何配置，例如串聯(lián)、并聯(lián)或組合以實現(xiàn)所要電壓降及電流。

光可以多種方式從經(jīng)封裝模塊10發(fā)射。如果晶體管晶片21對可見光透明，導體70及74是透明的或較窄且晶片20與21之間的接合界面透明，那么led光可發(fā)射穿過圖7的定向的頂部表面。透明晶片21可為sic或gan，且晶體管可為眾所周知的ganhemt、mosfet或mesfet。底部導體64及襯底62可為反射性的。

或者，光可發(fā)射穿過封裝的底部，其中導體64較薄或透明且襯底62透明。晶片接合界面可為反射性金屬。

或者，所有l(wèi)ed光可透射穿過led的側(cè)壁，隨后向上或向下反射穿過封裝的頂部或底部表面。晶片接合界面可為反射性金屬。電介質(zhì)層66可為漫射反射的以向上及向下反射光。如果光將發(fā)射穿過頂部表面，那么導體70和74可為窄或透明的。導體64及襯底62隨后可為反射的。針對底部表面透射，導體70及74可為反射的，導體64為窄或透明的且襯底62為透明的。

在模塊(例如圖3的單裸片模塊)中，控制晶體管可連接為高壓側(cè)晶體管或低壓側(cè)晶體管，且晶體管可為mosfet、雙極晶體管或本文所述的任何其它類型的晶體管。所有晶體管類型形成為垂直晶體管。圖8到15說明一些可能的配置。形成所有垂直晶體管類型是眾所周知的。

圖8與圖1相同。

圖9使用高壓側(cè)pnp雙極晶體管作為控制晶體管。

圖10使用高壓側(cè)n溝道m(xù)osfet作為控制晶體管。

圖11使用高壓側(cè)npn雙極晶體管作為控制晶體管。

圖12使用低壓側(cè)p溝道m(xù)osfet作為控制晶體管。

圖13使用低壓側(cè)pnp雙極晶體管作為控制晶體管。

圖14使用低壓側(cè)n溝道m(xù)osfet作為控制晶體管。

圖15使用低壓側(cè)npn雙極晶體管作為控制晶體管。

形成在每一單件化led模塊的晶片21(圖2)中的電路可包含以任何方式互連的多個晶體管及其它組件，例如電阻器。每一led模塊還可包含與形成在晶片21中的組件互連的多個led。接合led晶片及“電子器件”晶片的界面可包含形成led與電子器件晶片中的組件之間的多個導電路徑的電極圖案。舉例來說，形成在led晶片頂部上的電極圖案可對應(yīng)于形成在電子器件晶片底部上用于形成機械接合及提供特定電子互連的電極圖案。粘著劑也可用于額外機械接合晶片。

涉及采用薄電介質(zhì)層及薄導體的led模塊的高密度布置的問題可能是復雜的。舉例來說，印刷導電層之間的泄漏會形成可能增強可控制性或使可控制性降級的寄生電流路徑。歸因于泄漏的可能寄生電阻在圖16的電路中說明為rlk1、rlk2及rlk3。圖16的電路80可為顯示面板的小部分，其中反平行連接的模塊緊密封裝在一起以形成單色彩的像素。

“面朝上”led82旨在經(jīng)控制以發(fā)射顯示面板的光且“面朝下”led83旨在通過在高反向瞬態(tài)電壓的情況下使端子86及94短路而提供led82的反向電壓瞬態(tài)保護。在簡單尋址方案中，僅led82旨在被點亮。當一行未被選定時，相關(guān)聯(lián)led(例如，led82)以亞閾值偏壓或可能反向偏壓。反平行l(wèi)ed(例如，led83)在未選定行被反向偏壓的情況下存在問題，此使那些led正向偏壓，從而導致其發(fā)射光并減小陣列的亮-暗對比度。

在圖16中，led82在柵極控制端子84為低于施加到端子86的正電壓的閾值電壓時發(fā)射光，使得mosfet88接通。此時，mosfet90及l(fā)ed83斷開。電阻rlk1代表端子84與正電壓端子86之間的泄漏。此泄漏有利，這是因為其提供p溝道m(xù)osfet88及90兩者的弱上拉，從而斷開mosfet88及90(且斷開led82及83)作為默認、非受控狀態(tài)。正電壓端子86與負電壓端子94之間的泄漏(表示為rlk2)導致功率損耗且因此降低功率效率；但是，rlk2為高電阻?？刂贫俗?4與負電壓端子94之間的泄漏(表示為rlk3)為mosfet88的弱柵極下拉且因此使led82的可控制性降級。但是，rlk3導致mosfet90的柵極與源極之間的一些追蹤，因此有利于斷開led83。

如所見，寄生電阻問題應(yīng)在高密度應(yīng)用中予以考慮。寄生電容也可予以考慮。

圖17說明含有至少三個led模塊的單個封裝中的電路。封裝可為含有可尋址led的陣列的顯示面板。一個模塊包含發(fā)射紅光的led98，一個模塊包含發(fā)射綠光的led99且一個模塊包含發(fā)射藍光的led100。led98及99可為磷光體涂布的藍光led。類似于圖1及2，模塊包含p溝道m(xù)osfet101、102及103。封裝包含將源極電連接在一起的導體106(例如，x地址線)及將led的陰極連接在一起的導體108(x地址線)使得模塊并聯(lián)連接。每一led被由導體110到112(例如，y地址線)施加到其相應(yīng)mosfet的柵極的單獨控制電壓控制。以此方式，任何色彩的光(包含白光)可由封裝產(chǎn)生。三個模塊可形成顯示器中的單色像素或可為白光面板的部分。

集成模塊在控制并聯(lián)連接的不同色彩的led時的優(yōu)點在于模塊可具有連接到正電壓及負電壓的兩個共同端子，第三端子每次選擇單個led。通過每次僅接通一個色彩的led，其正向電壓不影響跨越其它led的電壓。舉例來說，如果控制電壓皆同時被拉低，那么紅光led98的低正向電壓可防止綠光及藍光led接通。只要每次僅一個led色彩活動，則不同正向電壓之間不存在沖突。不同led色彩的接通持續(xù)時間可在時間上分割(時分多路復用)，且控制電壓電平可針對有源led正向電壓而調(diào)整。在一個實施例中，施加到mosfet101到103的柵極的控制電壓按高于大約60hz的頻率依序提供，其中控制電壓的相對工作周期控制所感知的光的色彩。

圖18為單個循環(huán)中用于控制來自三個模塊的光發(fā)射的紅光、綠光及藍光led98到100的相對接通時間的實例?？刂齐妷嚎舍槍γ恳簧实膌ed而不同以導致相應(yīng)led發(fā)射特定預(yù)定通量級(例如，標稱最大亮度)，借此任何總體亮度級及色彩(包含白光或中性光)可通過控制每個循環(huán)的絕對接通時間(針對亮度)及相對接通時間(針對色彩)而實現(xiàn)。

圖19說明含有三個led模塊109、110及111的封裝108。封裝可為可尋址led的整個面板，且圖19可僅說明面板的一小部分。模塊109含有紅光led，模塊110含有綠光led且模塊111含有藍光led。在圖19的實例中，led的陰極端子t1由導體114連接在一起、由襯底116支撐。來自封裝108的光發(fā)射的方向可為參考圖7所述的那些方向中的任何者。模塊109到111中的晶體管為p溝道m(xù)osfet，其中充分低于源極電壓的柵極電壓接通晶體管及l(fā)ed。晶體管的柵極由導體118共同連接且晶體管的源極分別被導體120、121及122接觸，延伸到附圖頁面中且延伸出附圖頁面?？鐚w114及118的電壓高于led中的任何者的正向電壓。通過以時分方式個別控制源極電壓，可分別控制相應(yīng)晶體管以傳導任何電流以控制rgb色彩的混合。

電介質(zhì)層66及72可與圖7中相同。

或者，圖19中的晶體管的源極可由取代導體120到122的導體連接在一起，且柵極被取代共同導體118的導體分別接觸以允許經(jīng)由柵極電壓個別控制晶體管。

在一個實施例中，圖19的結(jié)構(gòu)代表具有五個端子的單個三模塊封裝。在另一實施例中，圖19的結(jié)構(gòu)僅為具有單個襯底116的大得多的面板的一部分，其中每一彩色像素位置含有三個rgb模塊。電介質(zhì)66可為囊封面板上的所有模塊的單個電介質(zhì)層。行中的像素可通過跨行(x)導體114及118施加電壓而尋址，且經(jīng)尋址的行中的任何像素位置上的個別led可通過施加適當控制電壓到列(y)導體120到122而接通。列中的許多模塊可接收相同控制電壓，但未尋址行中的led將不會接通。

在許多l(xiāng)ed可同時接通的高功率(>0.1w/in²)照明應(yīng)用(包含背光照明lcd)中，對于給定功率增大操作電壓及減小電流是有利的。印刷互連件中的功率損耗與電流的平方成比例；因此，效率可通過串聯(lián)連接多個led段而增大，其加總為較大電壓但較低電流。圖20說明具有多段串聯(lián)連接(列)的并聯(lián)rgbled(行)的照明面板。面板可能大得多。led124及p溝道m(xù)osfet125的每一組合為以上述任何方式形成的單個模塊。

在使用圖20的面板的一個實例中，白光形成如下。正電壓(例如，15伏特)施加到導體130且負電壓(例如，接地)施加到導體132。由于led中的任一者的最大正向電壓假設(shè)為4伏特且存在串聯(lián)的三個led，所以15伏特足以驅(qū)動每一串。在圖20的實例中，紅光led在最左一列中，綠光led在中央一列中，且藍光led在最右一列中。列中的所有紅光led由施加到導體136的相同紅光控制電壓控制，列中的所有綠光led由施加到導體138的相同綠光控制電壓控制且列中的所有藍光led由施加到導體140的相同藍光控制電壓控制?？刂齐妷毫考壙刹煌詫崿F(xiàn)穿過每一列l(wèi)ed的所要電流?？刂齐妷喊蠢缛鐖D18所示的次序及工作周期施加，以實現(xiàn)所要總體色彩輸出。沿著導體136、138及140的電阻分壓器導致列中的每一mosfet具有相同vgs。導體132與130之間由高值電阻器形成的另一電阻分壓器確保每一行的模塊在led斷開時具有跨越其的相同電壓，因此列中的所有mosfet將同時接通。

來自rgbled的光將在距離面板的表面僅幾毫米處混合及/或漫射面板可用于提高光的均勻度。

代替使用導體130與132之間的電阻分壓器，單獨電壓可施加到x導體130、134、142及144中的每一者以跨每一行施加5伏特。

許多小面板可連接在一起以形成單個大面板。小面板可取決于所要電壓及電流連接為串聯(lián)及并聯(lián)的任何組合，或每一面板可由其自身的電力供應(yīng)器分別驅(qū)動。在一個實施例中，面板形成用于通用照明的2x4英尺天花板面板(燈)。

在另一實施例中，圖20的面板可為彩色顯示器。對于彩色顯示器，導體130與132之間的電阻分壓器被免除，且每次通過跨行提供例如5伏特的電壓而對單行模塊尋址。隨后，控制電壓依序施加到導體136、138及140以產(chǎn)生單色像素的rgb色彩。顯示器可為任何大小。

如果圖20的面板將用于通用照明，那么無需行尋址，且串聯(lián)紅光、綠光及藍光led的列僅通過施加控制電壓到導體136、138及140以接通各種mosfet而以快速時分重復模式尋址。對于人眼，色彩混合在一起而無閃爍。每一色彩的接通時間(串聯(lián)的led的特定數(shù)量)或每一色彩的控制電壓可經(jīng)選擇以產(chǎn)生所要的感知色彩(例如，白點)。所發(fā)射的色彩可經(jīng)控制以可供用戶選擇。

對于照明面板(相對于具有可尋址像素的彩色顯示器)，個別rgb元素的會聚對于減小未混合色彩的視覺公害很重要。因此，必須使個別led色彩圖案化為常規(guī)圖案，其將會聚為特定漫射長度內(nèi)的所要色彩。其次，對于暖白色，需要比綠光及藍光大得多的紅光功率。具有常規(guī)圖案及兩倍于綠光及藍光led的紅光led的兩級rgb陣列展示于圖21中。圖21說明用于通用照明的燈中的rgbled的尋址方案。兩級互連將紅光控制導體與綠光及藍光導體分開。藍光及綠光led的行交替，而紅光led在每一行中介于藍光led與綠光led之間。

在圖21中，面板中的所有l(wèi)ed的陰極連接到共同接地導體且所有晶體管(例如，p溝道m(xù)osfet)的柵極連接到共同正電壓導體。因此，將控制源極電壓以控制穿過led的電流。藍光通道地址總線150將藍光x導體152耦合到藍光led的晶體管的源極。綠光通道地址總線154將綠光x導體156耦合到綠光led的晶體管的源極。如果藍光及綠光led使用大致相同的正向電壓，那么地址總線150及154可連接在一起。紅光通道地址總線158較寬且耦合到紅光led的晶體管的源極。因此，由面板輸出的總體色彩由施加到三個地址總線150、154及158的電壓及控制電壓的工作周期控制。連接到導體及總線的紅光、綠光及藍光led模塊的陣列159布滿面板。紅光、綠光及藍光led的數(shù)量及類型可經(jīng)選擇以實現(xiàn)面板的最佳效率。

圖22展示圖21的兩級rgb陣列面板的小部分的沿著圖21中的線22-22的鋸齒狀橫截面圖，其展示一組rgbled封裝模塊。所有電介質(zhì)層及導體層可通過印刷形成。

在圖22中，襯底160可為透明板。支撐在襯底160上的接地(或負電壓)導體162連接到紅光模塊166、綠光模塊167及藍光模塊168的陰極端子。導體162可為透明或薄的以允許光發(fā)射穿過襯底160。電介質(zhì)層164囊封模塊166到168的側(cè)面。柵極導體166連接到模塊166到168中的mosfet的柵極。固定正電壓(相對于導體162電壓)施加到柵極導體166。電介質(zhì)層168形成在導體166上方。單獨導體152及156(延伸到附圖中且延伸出附圖)連接到藍光模塊168及綠光模塊167的相應(yīng)源極電極157以分別控制到藍光及綠光led的電流。每一紅光led模塊具在導體152及156上方延伸的凸起源極接觸件170。電介質(zhì)層172形成在導體152及156上方及電介質(zhì)層168上方。紅光通道地址總線158隨后形成在電介質(zhì)層172上方以接觸紅光led模塊166的所有源極173?？偩€158覆蓋rgbled模塊的整個陣列且還充當反射體。如所見，所得面板具有兩級控制導體以分別控制到紅光、綠光及藍光led的電流。如上所述，圖21的陣列中的led并聯(lián)連接且led的不同色彩以依序方式控制。多個陣列可串聯(lián)及并聯(lián)連接在一起而以最佳電壓及電流實現(xiàn)具有任何總體亮度的任何大小面板。

在一個實施例中，導體152及156的寬度為大約1mm或更小。led可產(chǎn)生50um²到1mm²的像素大小。對于需要跨面板的均勻光的白光源，rgb色彩僅在面板上方大約1mm到2mm的高度上混合。還可使用漫射板。紅光、綠光及藍光led可按60hz或更大頻率依序通電以避免閃爍。相應(yīng)工作周期決定面板所發(fā)射的總體色彩。

或者，圖22可表示形成彩色顯示器或任何其它應(yīng)用的單個可控像素的單個、封裝rgb燈。

圖23說明針對改善的色彩混合的紅光、綠光及藍光led模塊的z形布置。在圖23中，紅光led模塊180的短對角線布置為z形列。類似地，綠光led模塊182的短對角線布置為z形列且藍光led模塊184的短對角線布置為z形列。額外紅光led模塊列可插入綠光列與藍光列之間以增加更大暖度到所得白光。rgb光的z形針對跨面板的更均勻白光而更好地混合光。到rgbled模塊的連接可與參考圖21及22所述相同，因此為簡潔起見不展示。

在一些應(yīng)用中，將相同色彩的led模塊并聯(lián)連接有好處?？赡艽嬖谌魏螖?shù)量的并聯(lián)連接的足部。led模塊串可形成并聯(lián)電路的每一足部且每一足部可包含不同數(shù)量的串聯(lián)led模塊。單個足部中的led一起通電且各足部被獨立控制。此技術(shù)可用于調(diào)整從并聯(lián)電路發(fā)射的總體亮度(通量)，同時允許led以最大效率操作，其通常在相對較低電流下獲得。因此，為了實現(xiàn)更高亮度，代替增大穿過led模塊串的電流(其導致較低效率)，具有較少led的一串led模塊可在最佳電流下通電。時分多路復用可用于高效獲得任何亮度級。

圖24到38說明可形成為晶片接合模塊的兩端子led模塊或其中無源或有源電路外延生長在與led的相同晶片上或其中無源或有源電路通過使摻雜物擴散或植入led晶片中而形成的各種配置。模塊可具有頂部電極及底部電極，其中底部電極為led的陰極且頂部電極為無源或有源電路的電極。設(shè)想led的其它定向。圖24到38的電路控制穿過led的電流及/或通過減小對輸入電壓變化的敏感度而提供led的實質(zhì)上均勻照度。

圖24說明在單個模塊裸片194中與led192串聯(lián)的用于調(diào)整穿過led的電流的電阻器190。如圖24，最簡單的v-i轉(zhuǎn)換器用串聯(lián)電阻實現(xiàn)。電阻緩沖led電壓的變化。對于led的大輸入電壓及相對較小正向電壓，電流大致等于輸入電壓除以串聯(lián)電阻。如果輸入電壓比正向led電壓大得多，那么如圖24中，固定電阻可足以減小led性質(zhì)的不確定性。對于并聯(lián)連接的rgbled模塊，每一模塊中的串聯(lián)電阻可經(jīng)選擇使得每一led同時被照亮。這防止具有低正向電壓的led(例如紅光led)將跨綠光及藍光led的電壓鉗位為低于綠光及藍光led的正向電壓的電壓。串聯(lián)電阻下降足夠電壓以防止此鉗位。

對于接近正向led電壓的輸入電壓，可變電阻196(例如圖25所示)用在兩端子模塊中以調(diào)整穿過led192的電流。使用可變電阻，這是因為led的正向電壓在led之間稍微變化且電阻值的精確度對于實現(xiàn)所需電流很重要。可變電阻可為有源裝置，包含晶體管。

圖26說明與單個模塊中的led192串聯(lián)或跨單個模塊中的led192的電壓鉗位器或調(diào)節(jié)器198。串聯(lián)電阻器實現(xiàn)不減小對輸入電壓變化的照度敏感度。為了緩沖電壓源不確定性，可使用圖27所示的電壓鉗位器或調(diào)節(jié)器198或電流調(diào)節(jié)器或限流器200。對于足夠大的輸入電壓，照度因此獨立于輸入電壓。

圖28、29及30說明跨led的不同電壓鉗位器202、206及210。電壓鉗位器可由單個二極管(圖28)、串聯(lián)的數(shù)個二極管(圖29)或齊納二極管(圖30)實現(xiàn)。二極管鉗位器限制施加到led的電壓且串聯(lián)電阻限制到led的電流。

電壓鉗位及二極管限制的更穩(wěn)健方法可使用晶體管實現(xiàn)。圖31說明跨led的鉗位器212且圖32說明使用晶體管及電阻器形成的限流器214。晶體管提供有源構(gòu)件以改變串聯(lián)電阻及因此減小對輸入電壓的敏感度。圖9的模塊可用于通過在連接在晶體管的基極與負端子之間的半導體材料中形成電阻器而形成圖31的電路。類似地，圖11的模塊可用于通過在連接在晶體管的基極與正端子之間的半導體材料中形成電阻器而形成圖32的電路。

圖24到38的電路中的不同另一者可使用圖9及11的模塊通過在半導體材料中形成額外電路元件及在元件之間形成連接而形成。

圖33說明鉗位器218且圖34說明使用晶體管、電阻器及二極管形成的電流調(diào)節(jié)器222及鉗位器。

圖35說明使用兩個晶體管的電流源226。如果使用更多晶體管，那么可實現(xiàn)更好調(diào)節(jié)。

圖36說明使用兩個晶體管的電壓源230。

圖37說明使用兩個晶體管的串聯(lián)電流源234。

圖38說明并聯(lián)連接的圖24到37的兩端子模塊中的任何者，其中三個模塊240、242、244含有紅光、綠光及藍光led以在照明面板中形成單個照明元件，例如用于通用照明或背光照明。電路246針對每一色彩的led設(shè)定以發(fā)射所要亮度(通過設(shè)定穿過led的特定電流)同時還設(shè)定跨模塊的所要電壓降以允許rgbled中的每一者接通。集成led模塊可并聯(lián)以在無其它外部組件的情況下實現(xiàn)均勻照度。在另一實施例中，所有l(wèi)ed為相同色彩，包含具有磷光體涂布以產(chǎn)生白光的藍光led。

圖24到38的模塊中的任何者還可包含與led串聯(lián)以形成三端子模塊的圖1到23的晶體管控制器。

本文所述的所提出的解決方案將v-i驅(qū)動器與led集成在單個裸片中。驅(qū)動器及l(fā)ed形成集成電路，其制造于兩個晶片接合襯底或同一襯底上。此集成減小led及到全局系統(tǒng)的互連的固有及寄生不確定性。集成與使用非集成v-i驅(qū)動器相比還極大地減小電路的大小及成本。這允許每一led具有其自身的專用驅(qū)動器。

此外，為每一led提供其自身的可控驅(qū)動器使每一led能被控制以輸出所要亮度，而不管工藝變化、亮度隨溫度的改變及亮度隨時間的改變?nèi)绾巍?/p>

上述實例已使用mosfet及雙極晶體管；但是本發(fā)明的范圍不受晶體管技術(shù)的限制。實現(xiàn)可使用cmos、bicmos、bcd或其它集成電路工藝形成。還可使用未展示的額外晶體管技術(shù)，例如jfet、igbt、閘流晶體管(scr)、三端雙向可控硅元件及其它。

雖然已展示及描述本發(fā)明的特定實施例，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解可進行改變及修改而不脫離本發(fā)明的較寬泛方面，且因此所附權(quán)利要求書將在其范圍內(nèi)涵蓋落在本發(fā)明的真實精神及范圍內(nèi)的所有此類改變及修改。