专利名称：可应用于交流回路的发光二极管结构及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管结构，特别是一种可应用于交流 回路的发光二极管结构。
背景技术：
发光二极管(LED)是用半导体材料制作的正向偏置的PN结 二才及管。其发光才几理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的 非平衡载流子(电子_空穴对)在扩散过程中复合发光。发光二 极管的发光原理与白炽灯发热的发光原理不同，所以发光二极管 被称为冷光源。使用发光二极管照明具有以下优点1丄ED在结 构上没有玻璃外壳，不需要像白炽灯或者荧光灯那样在灯管内抽 真空或者充入特定气体，因此LED抗震、抗沖击性良好，给生产、 运输、使用各个环节带来便利。2丄ED元件的体积可以做的非常 小，更加便于各种设备的布置和设计。3丄ED的发出的光线能量 集中度很高，集中在较小的波长窗口内，纯度高。4丄ED元件的 寿命非常长，普遍在5万-10万小时之间，即使是频繁的开关，也 不会影响到使用寿命。5丄ED响应时间非常快，在微秒级别。6丄ED 的发光指向性非常强，亮度衰减比传统光源低很多。7丄ED在生 产过程中不要添加"汞，，，非常环保。由于发光二极管具有以上众 多优点，发光二极管的应用也日益广泛。
但是由于发光二极管一些自身存在的特点令其在应用上会受 到限制。发光二极管因为先天物理特性的影响，使其于应用上受 到的限制主要为必须接收低压(〈6V)的直流电(DC)。在这种情况 下，由于市用交流电特性为高压(110V or 220V),而不论在顺向或 逆向电压的操作下，都可能损坏发光二极管，所以使用市用交流 电时都必须配合直流转换电路才能采用市电系统。关于这点，目 前的作法不外乎以下1.必须将发光二极管组件串联数十个使 用，2.将交流电利用转换器(AC—DC)转换为直流电并降压。3.把发光二极管组件并联其它整流器组件一起使用。但若使用多颗发光二极管串联的问题在于一旦串联电路上只要有一颗发光二极管组件失效或损坏后，将会严重影响其它在串联线路上的发光二极管组件；要减少此状况，则必须尽量降低串联的发光二极管组 件数量，可是一旦减少数量，又必须增加其它组件(如电阻)来消耗 电压。发明内容为解决发光二极管在交流回路中存在的问题，本发明提供一 种可应用于交流回路的发光二极管结构。为了达到以上目的，本发明提供的发光二极管结构包括一 村底； 一緩冲层，设置于该衬底上方； 一第一发光单元，包括一 第一 n型层与一第一 p型层，位于该基板上方； 一隧道结，位于 第一发光单元与第二发光单元之间； 一第二发光单元，包括一第 二n型层与一第二p型层，位于该隧道结上方； 一第一电极，与 该第一发光单元的第一 n型层以及该第二发光单元的第二 p型层 进行电性连接；以及一第二电极，连接该隧道结进行电性连接。本发明提供的可应用于交流回路的二极管结构具有第 一发光 单元与第二发光单元，可在交流电正半周和负半周依次发光，由于该发光二极管结构在交流电的正负半周皆可发光具有正向导通 特性，因而该发光二极管不仅可直接与交流电连接使用，同时具 有耐高压及静电击穿保护的功能。
图la为可应用于交流回^各的发光二才及管结构示意图。 图lb为图la的等效电路图。图2a为可应用于交流回路的发光二极管结构经荧光粉涂布后 的示意图。图2b为图2a的输出光结果。图3为可应用于交流回路的发光二极管结构经另一荧光粉涂布后的示意图。图4a为多个发光二极管结构串接示意图。 图4b为图4a等效电路图。
具体实施方式
请参阅图la与图lb，图la为可应用于交流回路的发光二极 管结构示意图，其等效电路图如图lb所示，由第一发光单元20 和第二发光单元30进行反向并联。在图la中，该发光二极管的 结构100包括 一衬底102; —緩沖层126,设置于该衬底102上 方； 一第一发光单元20,包括一第一n型层104、 一第一p型层 108以及第一发光层106,并位于该衬底102上方； 一隧道结110, 大致位于第一发光单元20与第二发光单元30之间； 一第二发光 单元30,包括一第二n型层124、 一第二 p型层120以及一第二 发光层122,并位于该隧道结110上方； 一第一电极118,与该第 一发光单元20的第一 n型层104以及该第二发光单元30的第二 p型层120进行电性连接； 一第二电极112，与该隧道结110进行 电性连接； 一氧化层114,隔离第一电4及118对其他层的接触；以 及抗氧化层116,防止该二极管内部结构氧化。当向可应用于交流回^各的发光二极管结构施加交流电时，在 交流电的正半周，电流由第一电极118流经第二发光单元30再流 到第二电极112，第二发光单元30被驱动点亮，而第一发光单元 20不被点亮；在交流电的负半周，电流由第一电极118流经第一 发光单元20再流到第二电极112，第一发光单元20被驱动点亮，导通发光特性，不仅可直接与交流电连接使用，同时具有耐高压 及静电击穿保护的功能。在该可应用于交流回路的发光二极管结构中，衬底102的材 料可为Sapphire, SiC， Si, GaAs， LiA102, MgO， ZnO， GaN， A1N或InN中的任一种。緩冲层126可为GaN层。第一 n型层104 可为掺Si的n型GaN层，第一p型层108可为掺Mg的p型GaN层，第一发光层106为InGaN层。隧道结110可为重掺杂Si的 InGaN层以及重掺杂Mg的InGaN层。第二 n型层124可为掺Si 的n型GaN层，第二 p型层120是掺Mg的p型GaN层，第 一发 光层122为InGaN层。请参见图2a,图2a为可应用于交流回路的发光二极管结构经 焚光粉涂布后的示意图。图2a中的发光二极管的结构基本与图la 中的发光二极管结构相同，区别在于图2a中的二极管结构比图la 增加了一焚光粉层128,该焚光粉层128可吸收能量比红光高的 光，同时令第一发光单元20被驱动时发出绿光，令第二发光单元 30被驱动时发出蓝光，则该二极管结构在交流回路中的输出结果 会形成如图2b所示的R+G+B三色混合的AC-White LED的光。请参见图3,图3为可应用于交流回路的发光二极管结构经 另一荧光粉涂布后的示意图。图3中的发光二极管的结构基本与 图la中的发光二极管结构相同，区别在于图3中的二极管结构比 图la增加了一荧光粉层138,该荧光粉层138可吸收蓝光，同时 令第一发光单元20以及第二发光单元30被驱动时均发出蓝光， 则该二才及管结构在交流回路中输出AC-White LED的光。实际应用上，请参阅图4a，可通过添加一第二氧化层430和 一连接层428将两个或两个以上的发光二极管结构连接起来，其 等效电路图如图4b所示，等效于多个窜联在一起的第一发光单元 20与多个窜联在一起的第二发光单元30并联。该二极管结构在 串才妻一定的数量之后，可以直4妄应用于交流回i 各的市电环境下， 如110V或是220V。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依据本发明作出的均 等变化，均在本发明的权利要求之内。
权利要求
1. 一种可应用于交流回路的发光二极管结构，其特征在于，包括一衬底；一缓冲层，设置于该衬底上方；一第一发光单元，包括一第一n型层与一第一p型层，位于该基板上方；一隧道结，位于第一发光单元与第二发光单元之间；一第二发光单元，包括一第二n型层与一第二p型层，位于该隧道结上方；一第一电极，与该第一发光单元的第一n型层以及该第二发光单元的第二p型层进行电性连接；以及一第二电极，连接该隧道结进行电性连接。
2. 如权利要求1所述发光二极管结构，其特征在于该发光二极 管还包括一氧化层。
3. 如权利要求1所述发光二极管结构，其特征在于该衬底的材 料可为Sapphire, SiC， Si, GaAs， LiA102, MgO, ZnO, GaN, A1N或InN中的任一<种。
4. 如权利要求1所述发光二极管结构，其特征在于该第一发光 单元与第二发光单元发出的光的波长相同或不同。
5. 如权利要求1所述发光二极管结构，其特征在于该第一发光 单元更包括一第一发光层。
6. 如权利要求1所述发光二极管结构，其特征在于该第二发光 单元更包括一第二发光层
7. 如权利要求1所述发光二极管结构，其特征在于该第一发光 单元的第一 n型层是掺Si的n型GaN层。
8. 如权利要求1所述发光二极管结构，其特征在于该第一发光 单元的第一 p型层是掺Mg的p型GaN层。
9. 如权利要求1所述发光二极管结构，其特征在于该第二发光 单元的第二n型层是掺Si的n型GaN层，而第二 p型层是掺 Mg的p型GaN层。
10. —种如权利要求1所述发光二极管结构的驱动方法，其特征在于，当向可应用于交流回i 各的发光二极管结构施加交流电 时，在交流电的正半周，使第二发光单元被驱动点亮，且在 交流电的负半周，使第一发光单元被驱动点亮。
全文摘要
一种可应用于交流回路的发光二极管结构，包括一衬底；一缓冲层，设置于该衬底上方；一第一发光单元，包括一第一n型层与一第一p型层，位于该基板上方；一隧道结，位于第一发光单元与第二发光单元之间；一第二发光单元，包括一第二n型层与一第二p型层，位于该隧道结上方；一第一电极，与该第一发光单元的第一n型层以及该第二发光单元的第二p型层进行电性连接；以及一第二电极，连接该隧道结进行电性连接。该发光二极管结构在交流电的正负半周皆可发光具有正向导通特性，因而该发光二极管不仅可直接与交流电连接使用，同时具有耐高压及静电击穿保护的功能。
文档编号H05B37/02GK101281946SQ200810028289
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月21日 优先权日2008年5月21日
发明者赖志铭 申请人:旭丽电子(广州)有限公司;光宝科技股份有限公司