CN101414651A - 以高折光率纳米粒子堆积所装置之发光二极管组件及其制造方法 - Google Patents

以高折光率纳米粒子堆积所装置之发光二极管组件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可提升发光二极管封装组件的出光效率的方法与构造。其采用本质上光学透明且具有高折光率的纳米尺度粒子为主体，经由一定的均匀堆积处理，或再辅以其它物质填充于上述纳米粒子的间隙中，形成一具高折光率的纳米透光层，并与发光二极管芯片光学接触，以导出芯片所发出的光线。经此材料所装置的发光二极管组件，因其纳米透光层与发光芯片材料间的折光率差减小，甚至为零，故可大为增加光线于材料界面上的临界全反射角，即减少光线的内部全反射，大为提升发光二极管组件的出光效率。

Description

以高折光率纳米粒子堆积所装置之发光二极管组件及其制造方法
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管封装组件，特别是有关于以具高折光率透明纳米粒子所装置的发光二极管组件及其制造方法。
背景技术
近几年来，发光二极管(Light Emitting Diode；LED)的运用领域不断地被开发，由于发光二极管具有体积小、耐震动、符合环保、寿命长等诸多优点，已普遍使用于信息、通讯及消费性电子产品的指示灯与显示装置上，成为日常生活中不可或缺的重要组件。尤其是应用在一般照明的高亮度(High Power)发光二极管产品，更是为各家大厂所竞相投入的研发标的。提起此照明产品，主要须克服的技术障碍乃是发光效率、散热管理与可靠度。尤以发光效率的提升与否，被视为新世纪能否取代现有照明产品的最重要的技术指标。
发光二极管的光源因发光芯片中的半导体磊晶发光层可将外加的电能转化为光能后，而自芯片内部射出，通过包封于芯片外层的透明封装材料而射入空气中，但有大部份光线却无法射出。请参照图1，绘示光线由折光率较大的介质11进入折光率较小4的介质时的三种光线路径示意图。光线从一介质11进入另一介质4，其中折光率no大于折光率ne，当入射角θ大于临界全反射角θc时，光线L不会产生折射而是以相同反射角全反射回介质11，即光线L无法有效穿透介质4。而可以产生折射且穿透的光线仅限于入射角小于临界角θc，即为以θc为圆锥角的立体锥状范围的光线；又已知sinθc＝ne/no，当no远大于ne时，θc更小，能折射而出的光线就更少了。
请参照图2为现有发光二极管封装组件的结构，发光二极管晶粒1以正面固晶打线23的方式，使其结构与电性连接于现有封装基座2(于此图示中为模塑支架类)的基座本体21与导电金属22上，现有的透明封胶4封装于发光二极管芯片1的外围，而由芯片所发出的光线，经由透明封胶4而至空气中。再请参照下表中所列的物质折光率值，由于发光二极管晶体材料的折光率(如蓝光LED的磊晶材料氮化镓GaN：2.4、其磊晶氧化铝基板：1.77、红光LED的磊晶材料砷化镓GaAs：3.4)皆远大于透明封胶的折光率(如硅橡胶：1.4、环氧树脂：1.5)，于是乎由磊晶发光层所发出射向各方的光线，于接触晶体与封胶的界面时，由于两介质间的高折光率差之故，而使大部分光线产生内部全反射(以蓝光磊晶11与环氧树脂封胶4为例，其临界全反射角
 
芯片 折光率 透明封胶 折光率 氧化物 折光率 氧化物 折光率 化合物 折光率
蓝光GaN 2.4 环氧树脂 1.5 TiO2金红石 2.75 ZrO2 2.3 GaP 3.2
磊晶基板Al2O3 1.77 硅胶 1.42 TiO2锐钛矿 2.55 ZnO 2.0 GaN 2.4
磊晶基板GaN 2.4 (空气) 1.0003 SrTiO3 2.5 SnO 2.0 AlN 2.2
绿光GaP 3.2 BaTiO3 2.4 Sb2O5 1.95 ZnS 2.37
红光GaAs 3.4 Al2O3 1.77 SiC 2.65
θc仅为39°)，而回到芯片中，并因发光层的上下界面为平行之故，于辗转几次的全反射之后，终将被芯片本身的晶格缺陷、杂质或其电极、基板所吸收，而转化为组件的热能。除了严重地造成出光效率低下之外，其所产生的额外热量并将使得组件的工作温度升高，而再次使得发光的内部量子效率更为降低，甚而影响组件的使用寿命。如美国专利号码7,053,419和7,064,355中所揭露的使用一高温黏贴于发光二极管芯片上的透明光学固体组件的方法，正是为了改善此一缺点，列于此间作为参考。又如美国专利号码6,870,311、7,083,490、日本特许公开番号2004-15063、2007-51053、2007-70603、2007-204354，以纳米粒子分散于封装树脂中，藉由增加封装树脂的折光率，以提高发光二极管的出光效率。又中国台湾专利公告号码I220067专利中，也有以纳米粒子分散以强化封装树脂的作法，皆列于此间作为参考。
发明内容
本发明人针对现有发光二极管封装材料低折光率所造成出光效率低下的缺点，发明出一种可提升各种发光二极管组件的出光效率的方法与构造，并具有绝佳的可量产性。
本发明的发光二极管组件，包含：至少一发光二极管芯片；一基座，提供该发光二极管芯片结构的固定与电性的连接；一纳米透光层，光学接触于所述发光二极管芯片的至少一部份的表面；所述纳米透光层至少是由折光率大于1.65、平均粒径小于100nm且均匀堆积的纳米粉体所构成，所述纳米粉体对所述芯片所发出的光波长大体上为透明。
所述纳米粉体为经过表面修饰或表面接枝的纳米颗粒。
所述纳米透光层包含由所述纳米粉体的表面接枝物质或其它透明物质填充于所述纳米粉体颗粒的至少部份间隙中。
所述纳米透光层进一步由较低折光率的封装材料包封于所述纳米透光层与所述发光二极管芯片的外围。
所述纳米粉体为以两种或两种以上不同粒径大小的纳米颗粒所混合而成。
所述纳米透光层与空气的界面形成具有适当直径的近似半球状，并将所述发光二极管芯片设置于球中心的位置。
所述纳米透光层与空气的界面形成具有以大约光波长为周期的周期性凹凸结构，即光子晶体结构。
所述纳米透光层与空气的界面形成具有数微米至数百微米等级程度的表面粗糙度。
所述纳米透光层的内部中心处或外部添加光致发光荧光粉，以转换所述发光二极管芯片所发出的光波长。
所述纳米粉体为具有核壳结构、即表面层与内部为不同材料的纳米颗粒所构成。
所述发光二极管芯片为蓝光芯片、绿光芯片、红光芯片或其它色光芯片或其他不可见光芯片。
所述基座为陶瓷基板、塑料基板、金属基板、灌胶支架、模塑支架。
所述纳米粉体为氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化锡、氧化锑、氧化铝、钛酸钡、钛酸锶、氮化铝、氮化镓、磷化镓、硫化锌、碳化硅等高折光率透明氧化物或半导体化合物或其组合所构成。
本发明的另一种发光二极管组件，包含：至少一发光二极管芯片；一基座，提供该发光二极管芯片结构的固定与电性的连接；一纳米透光层，光学接触于该发光二极管芯片的至少一部份的表面；所述纳米透光层至少是由折光率大于1.65、平均粒径小于100nm的纳米粉体且均匀堆积于一透明物质中的纳米复合材料所构成，所述纳米粉体对所述芯片所发出的光波长大体上为透明。
所述纳米透光层中的所述纳米粉体的体积分率大于25％。
所述纳米透光层中的所述透明物质为液态或固态的高分子、有机物或无机物。
本发明的发光二极管制造方法，包含：提供一发光二极管芯片，提供一由基本透明、具高折光率的纳米颗粒所形成具有可操作黏度的纳米分散胶体，将所述纳米胶体定量点胶于一光滑平面上后，挥发胶体的溶剂，使胶体自由收缩，至形成一上表为曲面、下表为平面，并具有塑性的纳米透光凝胶块体，将所述纳米透光凝胶快体移至所述发光二极管芯片的一表面，使两界面自然产生光学接触，进而硬化成一纳米透光层于所述发光二极管芯片的一发光表面。
所述纳米分散胶体中溶解有一透明液态树脂。
为达上述目的，本发明所提供的方法为采用本质上光学透明且具有高折光率的纳米尺度粒子为主体，经由一定的均匀堆积处理，形成一具高折光率的纳米透光层，并与发光二极管芯片光学接触，以导出芯片所发出的光线。根据本发明另一实施方式，该纳米透光层是由本质上光学透明且具有高折光率的纳米粒子均匀堆积于一透明物质中所构成。根据本发明另一实施方式的制造方法，其包含预先以纳米溶胶形成一上表为曲面、下表为平面，并具有塑性的纳米透光凝胶体，再将该凝胶体移至发光二极管芯片的一表面，使两界面自然产生光学接触后，进而硬化成一纳米透光层。
经上述材料所装置的发光二极管组件，因其纳米透光层与发光芯片材料间的折光率差减小，甚至为零，故可大为减少光线的内部全反射，提升发光二极管组件的出光效率。
本发明可藉由下列的图式得到更充分地说明。
附图说明
图1绘示光线由折光率较大的介质进入折光率较小的介质时的光线路径示意图；
图2绘示现有的正面封装发光二极管封装结构示意图；
图3绘示本发明由纳米二氧化钛透光层所装置的覆晶发光二极管组件结构示意图；
图4绘示本发明由纳米二氧化钛复合材料透光层与外封环氧树脂所装置的发光二极管组件结构示意图；
图5绘示本发明由纳米二氧化锆复合材料透光层与外封硅橡胶所装置的发光二极管组件结构示意图；
图6绘示本发明经由纳米透光凝胶块体所装置的发光二极管组件结构示意图；
图7绘示本发明由具半球面的纳米透光层所装置的发光二极管组件结构示意图。
具体实施方式
已知空气的折光率为1.0003，而现有的发光二极管所用的透明封胶，如环氧树脂，其折光率约为1.50；如硅胶，其折光率约为1.42。如参考专利中以纳米粒子分散于树脂中，其折光率亦仅增加0.1～0.2而已。本发明即是为了改善此等封装材料低折光率的缺点。
首先从基础光学原理中得知：单分散的透明微粒子对可见光的散射程度除了和该粒子与其周围的折光率差成正比外，并与该粒子的粒径有关。当粒径为光波长(400～700nm)的二分之一时，其散射程度为最大，当粒径小于光波长的二分之一且渐渐趋小时，其散射程度依对数公式迅速减小，并趋近于零，而其外观也从完全的白色而渐趋透明，换言之，此不使可见光产生散射并显现透明特性的粒径位于一般所定义的纳米尺度。再者，一般未经处理的纳米粒子其粒径虽小，但因其粒子本身相互间具有的凡得瓦力，而会处于团聚的状态下，且其团聚造成所谓二次颗粒的大小，可能处于可见光的波长或更大的范围，因此仍然会对可见光产生散射效果而显现白色，意即只有单分散无团聚或均匀堆积的纳米粒子，对可见光为透明的。
举例而言：一般的粉体因粒径(微米等级)接近于可见光波长，故会对可见光造成散射而非透明，当粉体粒径小于可见光波长即100nm以下，例如30nm，且又均匀单分散于水中而非自然团聚的状态下，此水溶胶对可见光仅造成轻微的散射，形成接近透明的水溶液外观。而当水份去除后，则分散的纳米粒子自身均匀堆积形成一具有强度的透光固体，而不再具有一般粉末的特性与外观。而经分散后均匀堆积于特定透明固体中的所谓纳米复合材料情况亦相同。
又已知分散均匀堆积的纳米复合材料的总合折光率等于其中的纳米粒子与其周围间隙的二折光率依各自的体积分率为系数所加成的总合。
利用以上观念，采用本质上光学透明且具有高折光率的纳米尺度粒子为主体，经由一定的均匀堆积处理，或再辅以其它物质填充于上述纳米粒子的间隙中，形成一具高折光率的纳米透光层，并与发光二极管芯片光学接触，以导出芯片所发出的光线。
本发明可经由如下各实施方式的阐述，得到更进一步的说明。然所用的组合选择与条件参数，只为来说明最佳实施方法，不应解释为限制本发明的范围。实施方式一
考虑一以现有覆晶固晶的发光二极管组件，请参照图3，所谓覆晶封装，即是将芯片翻面、以其底面的透明磊晶氧化铝基板12朝上，做为发光面的封装方式。于此方式下，光线由磊晶发光层11产生，经由基板12与一般现有的透明封装层(未图示)而射入空气中。
请参照图3所示，首先将一高功率蓝光发光二极管芯片1以覆晶法封装于封装基座2上，再取一平均粒径为10nm、且已经过静电斥力分散处理的市售5wt％浓度锐钛矿相的纳米二氧化钛透明分散水溶胶，先将其部份水份缓慢挥发，使其浓缩至二氧化钛粒子约为40vol％的胶体，同时抽真空以去除气泡，再将此胶体以点胶的方法，涂点于以覆晶方式固晶的发光二极管晶粒1的上表面。经过最缓慢地干燥约72小时后，此胶体中的纳米粒子彼此接触并产生适当键结强度，且形成一由纳米二氧化钛粒子所均匀堆积而成、如图3所示具有自然形成曲面的纳米透光层3。以阿基米得法测量此纳米粉体的堆积密度，经换算为透光层总体积的49％，此时可得其透光层的视折光率为1.76，几乎与磊晶基板的折光率1.77相同，藉此由发光层所发出而进入基板的光线可完全进入纳米透光层3中，并藉由纳米透光层3的弯曲表面而更易于射入空气中，如此即提高了发光二极管的出光效率。
再考虑一以传统正面封装的蓝光发光二极管组件，由于此封装的氮化镓磊晶发光层11朝上，其材料折光率为2.4。请参照图4所示，在于以相同方式完成上述纳米透光层的结构后，可更进一步地以现有的发光二极管封胶如环氧树脂等，适量地点胶于其该纳米透光层3表面，并利用毛细现象，且辅以抽真空的方式，使环氧树脂渗入填充于该纳米透光层3粉体颗粒的间隙中，并升温至120℃，将环氧树脂硬化1小时，如此则纳米颗粒的间隙由原来的空气变为环氧树脂，使得纳米复合透光层3的复合折光率更高，最高可达2.0，更为接近氮化镓磊晶发光层的折光率2.4。同时，可进一步控制环氧树脂的点胶量，供给较多的环氧树脂4包封于纳米复合透光层3与发光芯片1的外围，藉由使光线由内而外经由材料折光率的梯度变化，以减低其佛氏(Fresnel)损失，如此可进一步地提升发光二极管组件的出光效率。实施方式二
依照一以传统正面封装的小功率发光二极管组件的构造，先将晶粒1固晶打线于封装基座2上，请参照图5所示。再取一平均粒径为20nm、且已经过分散处理的市售10wt％浓度的纳米二氧化锆透明分散水溶胶，另外准备一高纯度75wt％的硅酸钾(K2SiO3)水溶液，依二氧化锆：硅酸钾为40：60的体积剂量比，搅拌混合纳米二氧化锆水溶胶与硅酸钾水溶液，先将其部份水份挥发，使其浓缩至具可操作黏度的胶体，同时抽真空以去除气泡，再将此胶体以点胶的方法，涂点于发光二极管晶粒1外围，使其完全包封发光二极管晶粒1与导电金线23。经缓慢干燥后，此胶体形成由纳米二氧化锆粒子均匀堆积于硅酸钾固体中、且如图5所示具有自然形成曲面的纳米复合透光层3。以阿基米得法测量此纳米透光层3的密度，经换算纳米二氧化锆粒子体积为透光层总体积的40％，正与配方比率相同，此时可得其透光层的折光率为1.86，远大于现有透明封胶的折光率。藉此由发光层所发出的光线可大部份进入纳米透光层3中，并藉由透光层3的弯曲表面而更易于射入空气中，即提高了发光二极管的出光效率。
再者，可进一步地以现有的发光二极管封胶如硅橡胶等，点胶于该纳米透光层3表面，使硅橡胶4包封于纳米复合透光层3与发光芯片1的外围，藉由使光线由内而外经由材料折光率的梯度变化，以减低其佛氏(Fresnel)损失，如此可进一步地提升发光二极管组件的出光效率。
实施方式三
依照一以传统正面封装的小功率发光二极管组件的构造，先将晶粒1固晶打线于封装基座2上，请再次参照图5所示。再取一平均粒径为15nm，未经分散处理的市售金红石晶相的纳米二氧化钛粉末，以常用的甲氧基硅烷偶联剂作表面接枝处理的分散方法，先完成单分散于正丁醇中。再依二氧化钛：环氧树脂主剂：正丁醇为30：15：55的体积剂量比，将纳米二氧化钛正丁醇溶胶搅拌混合现有的发光二极管封胶环氧树脂后，使得纳米二氧化钛粒子分散于环氧树脂正丁醇溶液中备用。使用时再依环氧树脂：硬化剂为1：1的剂量比搅拌混合环氧树脂硬化剂，此时溶胶中的二氧化钛与表面接枝的偶联剂与树脂的体积比为1：1：1，先将其部份正丁醇挥发，使其浓缩至正丁醇含量约为20vol％，并具可操作黏度的胶体，同时抽真空以去除气泡，再将此胶体以点胶的方法，涂点于发光二极管晶粒1外围，使其完全包覆发光二极管晶粒1与导电金线23，经缓慢干燥正丁醇后，此时胶体体积约收缩16vol％，形成由环氧树脂液体填充于纳米二氧化钛粒子均匀堆积的间隙中、且不具流动性的硬凝胶体，(而非纳米粒子分散于环氧树脂液体中的液态胶体)，再升温至120℃，将环氧树脂硬化1小时，使此胶体形成由环氧树脂固体填充于纳米二氧化钛粒子均匀堆积的间隙中、且如图5所示的固体纳米复合透光层3。以阿基米得法测量此纳米透光层3的密度，经换算纳米二氧化钛粒子体积为透光层总体积的32％，加上颗粒表面披覆的接枝偶联剂层的体积共为64％，树脂的体积只占32％，而约有4％的空气间隙。仅管如此，相对于分散的结构，堆积的结构仍具有较高的粒子密度。此时可得其透光层的折光率为1.88，远大于现有的透明封胶的折光率。藉此由发光层所发出的光线可大部份进入纳米透光层3中，并藉此厚的透光层3而更易于射入空气中，即提高了发光二极管的出光效率。由实验结果得到整体的发光效率一般提升10～40％的。
实施方式四
另一方面，从本发明的制程方法的观点而言，考虑纳米透光层于溶剂快速干燥下，因本身三度空间的收缩，加以发光二极管芯片的阻力，会产生某种程度的内应力，为避免此一问题，本发明同时提供另一实用的制程方法，其方法的一例为：先将发光二极管芯片1以覆晶封装固晶于封装基座2上，请参照图6所示，再取上述实施方式一中的纳米透明分散水溶胶，使其浓缩至具可操作黏度的胶体，再将约0.01CC的此胶体以现有点胶的方法，预先点胶于一塑料光滑平面上后，于室温下控制缓慢挥发其水份，使胶体自由无阻力地产生三维收缩，于其水份未完全挥发时，形成一上表为曲面31、下表为平面32且大于芯片面积，并具有塑性的纳米透光凝胶块体，再将此凝胶块体移至已固晶的发光二极管芯片1的上表面，利用其所具有的塑性，使两界面自然产生光学接触，之后缓慢完全干燥，形成纳米透光层3。
在一类似的实施例中则以实施方式三中的纳米透明分散胶体来点胶于平面上，但可使其溶剂完全挥发，由于此纳米胶体组份中的液态环氧树脂的作用，仍能形成具有塑性的纳米透光凝胶体，而可于移至芯片表面之后，硬化环氧树脂，使两界面自然产生光学接触与结合强度，并形成纳米透光层3。
如此，因纳米透光层于未接触发光二极管表面时，已完成了绝大部分或全部的收缩，即可消除收缩应力，避免可靠度的问题。
于各实施方式中，发光二极管芯片1及封装基座2以及纳米透光层3中的纳米粉体种类并不限定于实施例中所举出的那一种，原则上所述芯片可以是蓝光芯片、绿光芯片、红光芯片或其它色光芯片或其它不可见光芯片皆可。所述基座可以是陶瓷基板、塑料基板、金属基板、灌胶支架、模塑支架等各类型基座。而所述纳米粉体材质可以是氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化锡、氧化锑、氧化铝、钛酸钡、钛酸锶、磷化镓、氮化镓、氮化铝、硫化锌、碳化硅等高折光率透明氧化物或半导体化合物或其组合所构成，或者其它材质，只要求所选用的材料对于配合的芯片所发出的色光波长大体上为透明；又其折射率为1.65以上时，才有较明显的效果；至于其平均粒径则须于100nm以下。
于说明各实施方式后，在此作进一步的解释：于本创作中，高折光率的纳米粒子为发明目的所需的主体，不可或缺的要素，而纳米颗粒的间隙中，若存在透明物质则可增加折光率，但却不是绝对必要的。如同纳米粒子均匀配置对于表现足够的透明度与贡献折光率是不可或缺的，但分散只是为达到均匀堆积可使用的过程手段其中之一而已，却不是绝对必要的。
在此说明书中“堆积”一词常用于描述传统陶瓷粉末的状态，再此更明确定义为：于一系统中的绝大部份的纳米粒子彼此直接或间接接触，并保持有如团聚粒子般的最小间距的无序或有序排列状态，一者或因粒子间具相互吸引净力，同时溶媒分子的热振动不足以克服此吸引净力与粒子的重力而使粒子作布朗运动，一者或因粒子间因溶媒的减少而不再具有足够空间可做相对的位移，两者皆使得系统于宏观上形成具有轻微或完全无流动性的凝胶体、软塑性体、甚至是硬固体，除非另有外力加诸于粒子上。而最致密的堆积为粒子本身自发性的以一种有序、对称的方式排列，例如“面心立方(FCC)”堆积，此即纳米科技领域所特称的“纳米粒子自组装(Self-assembly)”。有别于粒子“分散”于溶媒的状态：粒子间彼此未接触，可做任意的相对位移，系统宏观上为液体、粒子的间距随溶媒的体积而改变。
于本发明结构中，“堆积”较之于“分散”因有所述的差异，导至具有几点优势：其一为堆积粒子对光线的散射率小很多、因而纳米透光层透明度很高，而且对于堆积密度的微小变化相当敏感；其二为堆积粒子的密度相对较高、纳米透光层的折光率相对较大，对于发光二极管出光效率的提升也变得显着。现有的纳米分散溶胶，由于纳米粒子所具有独特的凝胶特性，使得在可操作黏度的前题下，所能得到最高的纳米粒子体积分率只在8～14％之间，而其对发光二极管封装层折光率的增益亦仅限于0.08～0.17左右而已，若不能以粒子堆积的结构加以改进，进一步增加粒子密度及折光率，则其应用就会受到相当程度的限制。
在此补充几个强化本发明的方法：依据本发明的基本精神之一，为了提升发光二极管的出光效率，除了尽可能选择具较高折光率的纳米粒子外，尚必须增加其在纳米透光层中的堆积密度。为达此目的，于各实施例中所述的纳米颗粒，可使用以两种以上不同粒径大小的纳米颗粒所混合而成，以期能得到以小粒子填充大颗粒间隙中的较致密堆积。例如取平均粒径为20nm、5nm，两种市售二氧化钛纳米粉体，来形成纳米透光层，于干燥后纳米粉体堆积密度约可增加10％，由于纳米透光层折光率的提高，发光二极管出光效率也因此提升。
再者，请参阅图7所示，可将该纳米透光层与空气接触的表面31形成为一具有适当直径的近似半球面31，例如大于正方形芯片边长3倍以上的直径，并将发光二极管芯片1设置于球中心的位置，藉此使由发光芯片所发出进入纳米透光层的光线，能全部以几近垂直的方向穿透纳米透光层与空气的界面31，而不因全反射现象而返回纳米透光层内部后被吸收，因此可进一步提升纳米透光层与空气界面这部份的出光效率。
再此一并说明两种处理纳米透光层与空气接触界面的方式，其一为利用光罩与溶剂溶解法使纳米透光层的表面形成具有以约为光波长为周期的周期性凹凸结构(未图标)，即所谓的光子晶体结构的方法，其二为以溶剂随机溶解、蚀刻或模具成型法，使纳米透光层的表面，形成具有数微米至数百微米等级程度的表面粗糙度(未图示)的方法，两法皆可而使透出纳米透光层而进入空气的光线比率增加，同样地可进一步提升纳米透光层与空气界面这部份的出光效率。
至于考虑到白光发光二极管于照明应用中经常内建的光色转换构造，则可于该纳米透光层的内部中心紧靠芯片处或于外部可添加现有的光致发光荧光粉，以转换该发光二极管所射出的光波长，其出光效率提升的效果不变。
此外，于现有的光触媒相关知识中得知，部分纳米氧化物具有光触媒的特性，即容易吸收紫外光而分解周围的有机物而变黄。若考虑避免此种效应，一般是在纳米氧化物颗粒表面包覆某种中性物质，形成所谓的核壳结构。例如于纳米二氧化钛颗粒表面包覆氧化铝层的核壳结构。经此表面改质的纳米二氧化钛粒子，不仅更易于分散，且无分解颗粒周围有机物的疑虑。
综上所述，本发明的发光二极管组件采用高折光率的纳米粒子堆积为主体，形成一具高折光率的纳米透光层，以导出发光芯片所发出的光线，大为提升出光效率。且由实施方式内容得知，基于此创作基本精神上可作的变化极多，惟以上所述者，仅为较佳实施例而已，当不能以此限定本发明的范围；即大凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (18)

1、一种发光二极管组件，包含：
至少一发光二极管芯片；
一基座，提供该发光二极管芯片结构的固定与电性的连接；
一纳米透光层，光学接触于所述发光二极管芯片的至少一部份的表面；
其特征在于：
所述纳米透光层至少是由折光率大于1.65、平均粒径小于100nm且均匀堆积的纳米粉体所构成，所述纳米粉体对所述芯片所发出的光波长大体上为透明。
2、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米粉体为经过表面修饰或表面接枝的纳米颗粒。
3、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米透光层包含由所述纳米粉体的表面接枝物质或其它透明物质填充于所述纳米粉体颗粒的至少部份间隙中。
4、如权利要求1的的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米透光层进一步由较低折光率的封装材料包封于所述纳米透光层与所述发光二极管芯片的外围。
5、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米粉体为以两种或两种以上不同粒径大小的纳米颗粒所混合而成。
6、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米透光层与空气的界面形成具有适当直径的近似半球状，并将所述发光二极管芯片设置于球中心的位置。
7、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米透光层与空气的界面形成具有以大约光波长为周期的周期性凹凸结构，即光子晶体结构。
8、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米透光层与空气的界面形成具有数微米至数百微米等级程度的表面粗糙度。
9、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米透光层的内部中心处或外部添加光致发光荧光粉，以转换所述发光二极管芯片所发出的光波长。
10、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米粉体为具有核壳结构、即表面层与内部为不同材料的纳米颗粒所构成。
11、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述发光二极管芯片为蓝光芯片、绿光芯片、红光芯片或其它色光芯片或其他不可见光芯片。
12、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述基座为陶瓷基板、塑料基板、金属基板、灌胶支架、模塑支架。
13、如权利要求1的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米粉体为氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化锡、氧化锑、氧化铝、钛酸钡、钛酸锶、氮化铝、氮化镓、磷化镓、硫化锌、碳化硅等高折光率透明氧化物或半导体化合物或其组合所构成。
14、一种发光二极管组件，包含：
至少一发光二极管芯片；
一基座，提供该发光二极管芯片结构的固定与电性的连接；
一纳米透光层，光学接触于该发光二极管芯片的至少一部份的表面；
其特征在于：
所述纳米透光层至少是由折光率大于1.65、平均粒径小于100nm的纳米粉体且均匀堆积于一透明物质中的纳米复合材料所构成，所述纳米粉体对所述芯片所发出的光波长大体上为透明。
15、如权利要求14的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米透光层中的所述纳米粉体的体积分率大于25％。
16、如权利要求14的发光二极管组件，其特征在于：所述纳米透光层中的所述透明物质为液态或固态的高分子、有机物或无机物。
17、一种发光二极管制造方法，包含：
提供一发光二极管芯片，
提供一由基本透明、具高折光率的纳米颗粒所形成具有可操作黏度的纳米分散胶体，
将所述纳米胶体定量点胶于一光滑平面上后，挥发胶体的溶剂，使胶体自由收缩，至形成一上表为曲面、下表为平面，并具有塑性的纳米透光凝胶块体，
将所述纳米透光凝胶快体移至所述发光二极管芯片的一表面，使两界面自然产生光学接触，进而硬化成一纳米透光层于所述发光二极管芯片的一发光表面。
18、如权利要求17的发光二极管制造方法，其特征在于：所述纳米分散胶体中溶解有一透明液态树脂。
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