CN101752472B

CN101752472B - 发光装置

Info

Publication number: CN101752472B
Application number: CN200810185203.7A
Authority: CN
Inventors: 王日富; 赵嘉信; 黄承扬; 薛翰聪; 赖俊峰; 叶文勇; 孙健仁
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: CN101752472A

Abstract

本发明披露发光装置，包括反射层、表面层以及发光层，其中此发光层可发出具有一波长的光，位于反射层与表面层之间，且从此发光层至反射层的光学厚度约为四分之一该发光波长λ的整数倍，或者亦可还包括光转化层，其中该光转化层邻近于该发光层，可使上述发光装置发射出光具有准直化及偏振特性。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及一种发光装置，特别是涉及一种可发出准直化偏振光的发光装置。

背景技术

发光装置譬如显示装置(display device)等已广泛地应用于商业、娱乐、军事、医学、工程及民生等领域中，且随着显示装置应用领域逐渐扩大，使得显示装置也朝向轻、薄、短、小等趋势发展，以达到节能及环保等目的。

一般而言，显示装置皆需要光源。例如，传统中的投影机(projector)使用UHE(ultra high efficiency)及UHP(ultra high performance)等超高压汞灯泡作为光源。然而，上述灯泡所发出的光需经光学系统准直化(collimated)成光束后才可提供给投影机使用。此外，上述传统灯泡所发出的光，其光发射角超过10度时，并无法被光学系统准直化而导致光能量的耗损。再加上UHE及UHP灯泡也会发出红外线波段的光，这些无法使用的光能量会转化为大量的热能及杂光，而限制投影机缩小的可行性。而，针对平面显示器(flat paneldisplay)而言，其需使用许多的偏振片(polarizer)及滤光片(filter)，使其具有较大的体积，且上述光学零件(optical components)造成许多可利用光能量的耗损。

因此，业界亟需一种可发射准直化偏振光的发光装置，以解决上述问题。

发明内容

依据本发明技术披露可发射准直化偏振光的发光装置。

依据本发明技术的实施例提供一种发光装置，包括：表面层；发光层，发出光为具有一波长的光；及反射层；其中该发光层位于该反射层与该表面层之间，且该发光层和该反射层之间的光学厚度(optical thickness)约为四分之一该波长的整数倍。

依据本发明技术的实施例提供另一种发光装置，一种发光装置，包括：表面层；发光层，发出光为具有一波长的光；反射层；及光转化层；其中该发光层位于该反射层与该表面层之间；其中该发光层和该反射层之间的光学厚度约为四分之一该波长整数倍；其中该光转化层邻近于该发光层。

兹配合下列附图、实施例的详细说明及权利要求，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。

附图说明

图1A显示根据本发明第一或第二实施例的发光装置结构100、100b的示意图；

图1B显示根据本发明第一或第二实施例的薄GaN LED结构100b的示意图；

图1C及1D显示在根据本发明第一实施的发光装置局部剖面示意图；

图1E，1F显示根据本发明第一实施例的发光装置的发光光线的辐射场型与偏振比率的仿真图表；

图2显示根据本发明实施例的朗伯分布的参考图；

图2A，3A显示根据本发明第二实施例的发光装置的示意图；

图2B，3B显示如图2A，3A的发光装置结构100(图1A)、或100b(图1B)的局部剖面示意图；

图2C，3C、2D，3D显示在根据本发明第二实施的发光装置局部剖面示意图；及

图2E，2F显示根据本发明第二实施例的发光装置的发光光线的辐射场型与偏振比率的仿真图表。

附图标记说明

100、100b～发光装置；

102～反射层；

104～导电层；

105、109～光转化层；

106～第一载流子导电层；

110～第二载流子导电层；

108～发光层；

112、114～导电电极；

116～偏振层；

118～法线；

120～光向量；

122～出光面；

124～开口；

126～孔洞；

128～沟槽。

具体实施方式

接下来，通过实施例配合附图，以详细说明本发明概念及具体实施例。在附图或描述中，相似或相同部份的组件使用相同的符号。此外，在附图中，实施例的组件的形状或厚度可扩大，以简化或是方便标示。可以了解的是，未绘示或描述的组件，可以是具有各种本领域一般技术人员所知的形式。

有鉴于此，依据本发明披露发光装置实施例，包括：多个层的堆叠结构。该堆叠结构包括反射层；发光层，发出具有一波长的光；表面层；其中该发光层位于该反射层与该表面层之间，且从该发光层至该反射层之间具光学厚度(optical thickness)或光学路径(optical path)；其中该光学厚度可约为四分之一该波长(λ)m倍，且该光学厚度的范围可大抵满足nD＝m*λ/4，或满足(m-1)*λ/4＜nD＜(m+1)*λ/4且可容许±15％差异，使该发光装置发射光具有准直化特性；以及其中该光学厚度等于该发光层至该反射层之间的实际厚度乘以对应各层材料的折射率。参数可表示为(n D＝n₁*d₁+n₂*d₂.....n_m*d_m)，(D＝d₁+d₂+.....+d_m)，而n D＝光学厚度，D＝实际总厚度，n＝平均折射率，n_i＝第i层材料的折射率，d_i＝第i层材料的厚度，i＝1，2，...m，其中m为正整数，且1≤m≤12。

依据本发明披露另一发光装置实施例，包括：多个层的堆叠结构。该堆叠结构包括反射层、光转化层、发出具有一波长的光的发光层，以及表面层；其中该光转化层位于该反射层与该发光层之间；其中该发光层位于该反射层与该表面层之间；其中从该发光层至该反射层之间具有光学厚度；其中该光学厚度可约为四分之一该波长(λ)m倍，且该光学厚度的范围可大抵满足n D＝m*λ/4，或满足(m-1)*λ/4＜n D＜(m+1)*λ/4且可容许±15％差异，其中m为正整数，且1≤m≤40；以及其中该光转化层为具有多个结构的界面层，这些结构可以图案分布于该光转化层的界面，且该界面的介电性质(Dielectricfunction)可为随着该图案变化的空间函数，使该发光装置发射光具有准直化特性。

后续章节中，本发明将以发光二极管(light emitting diode；LED)的实施范例作为说明。然而，可以了解的是，在本发明的实施例中，其可应用于其它型式的发光装置，例如有机发光二极管(OLED)、高分子发光二极管(PLED)或半导体光放大器(SOA)等。

如图1A、1B所示，分别提供例如是发光二极管的发光装置100、100b结构示意图，且此发光二极管可包括：多个沉积层(multi-layer)的堆叠层，其设置在例如是蓝宝石(sapphire)的基底(未显示)上方。上述沉积层可包括反射层102、导电层104、例如第一载流子导电层106可以是p型的载流子导电层、发光层108、例如第二载流子导电层110可以是n型的载流子导电层，以及偏振层116，其为可将通过的光偏振化的薄膜层。又如图1A所示，导电电极112设置于上述第二载流子导电层110上，可作为n型侧的接触垫(contact pad)，而导电电极114设置于反射层102上方，其可作为p型侧的接触垫，其中相对于n型侧的导电电极112，此p型侧的导电电极114维持在正电压。此外，在另一实施例中，上述第一载流子导电层106可以是n型载流子导电层，而第二载流子导电层110可以是p型载流子导电层。据此，在此实施方式中，导电电极112作为p型侧的接触垫，而导电电极114作为n型侧的接触垫。另外，根据本发明实施例的发光装置结构100和薄LED结构100b，底导电电极114则可不限于Cu。

发光装置100中的多个层的堆叠结构包括反射层102、发光层108、及一面层，其中该发光层位于该反射层与该表面层之间，且从该发光层至该反射层之间具光学距离。再者，该光学厚度等于该发光层至该反射层之间的实际厚度乘以对应各层材料的折射率。

该发光层发出的光具有一波长，其中该光学厚度约为四分之一该波长(λ)m倍，m为正整数，且该光学厚度可大抵满足n D＝m*λ/4，或满足(m-1)*λ/4＜nD＜(m+1)*λ/4且可容许±15％差异，使该发光装置发射光具有准直化特性。

于实施时，该表面层可为：偏振层116、具有微结构的表面层、近乎平面的表面层、或上述材料层的任意组合选用。再者，该表面层至该反射层的该光学距离(厚度)约等于或小于该波长的5倍，或者20倍，且其中该表面层为出光面，该发光装置所发出的光大部分集中于垂直该出光面的方向，或者该表面层为出光面，该发光装置所发出的光大部分集中于出光面垂直方向的两侧方向。

反射层102包括：金属、多种金属混合、金属合金、多重介电质堆叠的反射层(Multi-layer Dielectric Mirror Layer)、或上述材料的任意组合选用。并且，此反射层102可用来反射上述发光层108所发出的朝向此反射层102方向的光，其具有至少50％的反射率。

导电层104可以是透明的导电层，例如是铟锡氧化层(ITO)，且此导电层104可用来促进第一载流子导电层106与反射层102间的导电性。此导电层104并不以铟锡氧化层为限，其也可以是具有小于第一载流子导电层106的折射率(n)的透明导电材料。此外，在实施例中，若第一载流子导电层106与反射层间具有优选的导电性，实施时也可以选择性地省略此导电层104。

在以氮化镓(GaN)为主的发光二极管的实施例中，上述第一载流子导电层106可以是掺杂镁的氮化镓(GaN)沉积层(n-doped)，而第二载流子导电层110可以是掺杂硅的氧化镓沉积层(p-doped)。在此实施例中，上述发光层108可以是氮化铟镓/氮化镓(InGaN/GaN)量子井(quantum well)的沉积层，该发光层发出具有波长(λ)的光，且此发光层108优选为设置于离反射层约四分之一该波长整数倍的位置。也就是说，第一载流子导电层106与导电层104的厚度优选约为四分之一该波长整数倍。此外，上述第二载流子导电层110至导电层104的堆叠层的总光学厚度可以是小于5倍的发光层108的发光波长，且其中该表面层为出光面，该发光装置所发出的光大部分集中于垂直该出光面的方向，或者该表面层为出光面，该发光装置所发出的光大部分集中于出光面垂直方向的两侧方向。在实施例中，例如是上述以氮化镓为主的发光二极管，其导电层104的厚度也可以是小于或等于约0.3微米。

再者，该发光层包括：量子井结构、量子点、荧光无机材料、荧光有机材料、磷光无机材料、磷光有机材料、或上述材料的任意组合选用。该发光层所发出光的频宽波长范围包括：可见光、UV紫外光、红外光、或其它波长范围。

在图1A，1B中，上述偏振层(polarizer layer)116可以是多个平行间隔的金属层的纳米金属栅结构(nano wire grating)，且这些金属层以周期性地或非周期性地排列于第二载流子导电层110的表面上，使得可偏振发光层108所发出的光线，进而使发光二极管100或100b可提供偏振光。在实施例中，构成上述偏振层116的金属层的厚度(H)可以是约100纳米(nm)，且各金属层以约120纳米(nm)的周期排列。可以了解的是，上述金属层的厚度与其设置的周期与发光层的发光波长有关，因此，上述金属层的厚度与周期并不用以限制本发明。

此外，上述图1A，1B的偏振层116也可以是具有局部性反射功能的结构，例如多层堆叠介电层(dielectric multi layer)、金属层(extremely thin metallayer)、多重平行条状间隔平面排列金属的平面层、有机偏振材料层或多重堆叠介电层的偏振薄膜。该偏振层可包括：金属层、多重平行条状间隔排列的金属层、有机偏振材料层、多重介电质堆叠结构的偏振薄膜、或上述材料的任意组合选用。于实施例中，该多重间隔排列的金属层亦可是以非周期地或周期性地平行间隔排列。

发光二极管100(图1A)，100b(图1B)的堆叠层可以是通过各种不同的步骤，例如沉积工艺(deposition)、激光工艺(laser processing)、光刻及蚀刻工艺等的方式，形成上述各沉积层。但是，对于例如是纳米金属栅结构的偏振层116的实施例，其可以是先沉积金属层，接着利用例如是纳米压印光刻及蚀刻工艺(nano-imprint lithography/etching)的方式形成。

该发光装置的构成材料包括：III-V族半导体材料、有机材料、高分子材料、或上述材料的任意组合选用，其中该III-V族半导体材料包括：氮基(nitrided based)材料、或以GaAs或InP为基材的外延(Epitaxial Growth)材料。氮基(nitrided based)材料包括非偏振(non-polar)材料或半偏振(semi-polar)材料。于另一实施例中，该发光装置还包括出光面，其发出的光线与该出光面的法线之间的夹角均小于或等于30度，法线是垂直表面层，(为图1E中角度介于90-60度之间)。

图1C，1D显示在根据本发明第一实施例的发光装置中局部剖面示意图。如图1C，1D所示，发光层108以离反射层102足够短的距离设置，例如是四分之一或其整数倍的发光层108的发光波长并且容许±15％差异，使得可决定优选的发光层108所发出的光的Radiation Pattern光形光瓣(lobe)数，且使得由发光层108所发出的朝向出光面122的光具有优选的出光角度，进而可准直化发光层108所发射的光。此外，由于上述发光层108与反射层102间的距离足够小，便可控制出光的光形及出光锥(escape cone)的角度，使得发光装置可提供具有优选化的准直效果的光，而非是朗伯(lambertian)分布的光，而所谓传统LED发光的朗伯分布，则如图2所示。图1C，1D显示如图1A，1B所示的发光装置100(图1A)，或100b(图1B)的局部剖面图。在图1C，1D中，为了简要的说明，上述偏振层116为以连续沉积层表示。如图1C，1D所示，发光层108至反射层102的距离，亦即第一载流子导电层106(如p型载流子导电层)及导电层104的厚度以D1表示，偏振层116至发光层108的距离，亦即第二载流子导电层110及发光层108的厚度以D2表示，偏振层116至反射层102的距离，亦即第二载流子导电层110(如n型载流子导电层)、发光层108、第一载流子导电层106及导电层104的厚度为总厚度D。

在实施例中，上述第二载流子导电层110(如n型载流子导电层)与发光层108的厚度D2(微米)可以是大于或等于0.164倍的图1A或图1B偏振层116、第二载流子导电层110及发光层108的折射率平均值(0.164n₁μm；n₁为偏振层、载流子导电层及发光层的折射率平均值)。而，上述第二载流子导电层110至导电层104的总厚度D可以是小于或等于约0.82倍的图1A或图1B偏振层116、第二载流子导电层110、发光层108、第一载流子导电层106及导电层104的折射率平均值(0.82xnμm；n为偏振层、载流子导电层、发光层、载流子导电层及导电层的折射率平均值)。在特定实施例中，例如以氮化镓为主，且其发光波长为475nm的发光二极管，上述n₁可以是约2.45，且D2可以是小于或等于约0.4微米(μm)。在同一实施例中，上述n₁也可以是约2.45，且D可以是小于或等于2微米(μm)。

又如图1C，1D所示，当发光层108发射光时，光会朝向出光面(偏振层116)发射，例如图1D中的A及B箭头，以及朝向反射层102发射，例如图1D中的C箭头。由于，本发明第一实施例的发光装置具有偏振层116(图1A)、或116(图1B)的设计，使得部分的光会直接穿透，例如B，而部分的光会被折射，例如A，以偏振发光层108所发射的光。被偏振层116折射的光，会经由第一载流子导电层106及导电层104至反射层102，且再由此反射层102反射，经由导电层104、第一载流子导电层106、发光层108及第二载流子导电层110至偏振层116(如图1D中1-5箭头所示)，由此在偏振层116与反射层102间来回进行光循环，直至光的行进方向接近特定方向(接近可通过偏振层116的光的相位即落在如图1C圆锥θ_c之内)，使其通过偏振层116。而，往反射层102发射的光，例如图1C，1D的C箭头，亦可依上述方式，直至通过偏振层116。

在图1C，1D中，由于发光层108所发射的光具有优选的准直效果，故经由发光装置的出光面的光向量120与垂直于出光面的法线118的夹角θ(出光发射角)大部分会小于等于最大出光发射角θ_c(而θ_c≈30度，对于GaN基LED的100或100b而言)，法线是垂直表面层。

图1E，1F显示根据本发明实施例(图1D)的发光装置结构100(图1A)、或100b(图1B)的光辉度及偏振比率(P/S ratio)的仿真图表。如图1E，1F所示，在此实施例的发光装置100、或100b所发射的光的幅射场图(radiationpattern)中，其发射角皆收敛于±30度内。而在图1E，1F中，可以发现当发光装置100、或100b的发光波长为460纳米(nm)时，其偏振比率可达75以上。

由于上述实施例发光层108所发射的光具有优选的准直效果，故经由发光装置的出光面的光向量120与垂直于出光面的法线118的夹角θ(出光发射角)大部分会小于等于最大出光发射角θ_c(而θ_c≈30度，对于GaN基LED的100或100b而言)，法线是垂直表面层。

对应以上图1C，1D、图1E中θ值可介于10至60度，其值可由设计参数决定。

根据本发明第二实施例，该发光装置还包括第一载流子导电层106，位于该发光层108与该反射层102之间，以及第二载流子导电层110，位于该表面层与该发光层108之间。光转化层，位于第一载流子导电层106与反射层102之间(如图2A，2B105所示)，或位于第二载流子导电层110与表面层之间(如图3A，3B109所示)。该光转化层的材料包括：透明导电材料、或载流子导电材料。于实施例中，该第二载流子导电层与该发光层的厚度总和大于或等于偏振层116、该第二载流子导电层及该发光层的各折射率的平均值的0.164倍。于另一实施例中，该第二载流子导电层至该导电层的厚度总和小于或等于该偏振层、该第二载流子导电层、该发光层、该第一载流子导电层及该透明导电层的各折射率的平均值的0.82倍或2倍。

上述第二实施例，其中该发光层与该反射层之间的光学厚度约亦可为四分之一该波长m倍，其中m为正整数，且1≤m≤40。

此外，在实施例中，也可以依第一载流子导电层106与反射层间是否具有优选的导电性，选择性地实施或省略前述导电层104。

于另一实施例中，该光转化层为具有多个结构的界面层，其中这些结构以图案分布于该光转化层的界面，且该界面的介电性质(Dielectric function)为随着该图案变化的空间函数，举例如图2C，2D、3C，3D。这些结构包括：开口124、柱子、孔洞126或长条栏栅(Grating)128、或上述结构的任意组合选用。再者，该图案分布包括：周期性重复图案、非周期性图案、或上述图案的任意组合选用。更有甚者，该周期性图案包括：蜂巢状、不等边平行四边形、等边平行四边形、环状、1D栅状(grating)、准晶相的(Quasi photoniccrystal)、或上述形状的任意组合选用。

于实施时，该表面层可为：偏振层116、具有微结构的表面层、近乎平面的表面层、或上述材料层的任意组合选用。再者，该表面层至该反射层的该光学距离(厚度)约等于或小于该波长的5倍，或者20倍，其中该表面层为出光面，该发光装置所发出的光大部分集中于垂直该出光面的方向，或者该表面层为出光面，该发光装置所发出的光大部分集中于出光面垂直方向的两侧方向。

根据本发明实施例的LED 100b或LED 100结构如图1B，1A的示意图所示。第一和第二载流子导电层106和110，对应的p型和n型载流子导电层上下对换亦成立，底导电电极114则不限于Cu。

如图2A，3A所示，提供发光装置结构100、或100b，其可包括多个沉积层的堆叠层。此堆叠层可以是包括反射层102、导电层104、第一载流子导电层106、发光层108、第二载流子导电层110以及偏振层116。相较于上述实施例，在此实施例中，导电层104的表面形成多个开口，且此导电层104表面的介电性质会随着这些开口所构成的图案而变化，此在后续将更详细说明。据此，在第二实施例中，相似的组件以相同的组件符号表示，且其形成方式及材料也可参阅上述实施例说明，在此并不再赘述。

如第二实施例所述的发光装置，其中该光转化层的材料至少包括透明导电材料或载流子导电材料。

在图2A，3A中，发光层108设置于离反射层102四分之一或其四分之一的此发光层108发光的波长整数倍位置并且容许±15％差异，且第二载流子导电层110、发光层108、第一载流子导电层106及导电层104的光学厚度(亦可包括偏振层)小于、等于此发光层108的发光的波长20倍左右。如同第一实施例中的图1A或图1B所示，发光层108为以离反射层102足够短的距离设置，因此，也可准直化发光层108所发射的光。

又如图3A所示，在实施例中，偏振层116优选可以多个平行条状间隔的金属层，并以周期性或非周期性地排列于第二载流子导电层110的表面上。在第二实施例中，偏振层116的金属层的厚度及排列周期可以是与第一实施例的相似。此外，在实施例中，例如是以氮化镓为主的发光二极管，第一载流子导电层106和导电层104的厚度优选小于或等于0.3微米，而此导电层104表面的开口，例如是孔洞126或沟槽128的深度(t)可以约为0.2微米。再者，形成有上述开口的表面可以是尽可能靠近发光层108，例如图2A，3A中的h所示，以增加准直化的效果。

图2B，3B显示如图2A，3A的发光装置结构100(图1A)、或100b(图1B)的局部剖面图。如图2B所示，发光层108至反射层102的距离，亦即第一载流子导电层106及导电层104的厚度以D1表示，偏振层116至发光层108的距离，亦即第二载流子导电层110及发光层108的厚度以D2表示，以及偏振层116至反射层102的距离，亦即第二载流子导电层110、发光层108、第一载流子导电层106及导电层104的总厚度为D。

在实施例中，上述第二载流子导电层110与发光层108的厚度D2(微米)可以是大于或等于0.164倍的偏振层116(图1A)或116b(图1B)、第二载流子导电层110及发光层108的折射率平均值(0.164n₁μm；n₁为偏振层、载流子导电层及发光层的折射率平均值)。而，上述第二载流子导电层110至导电层104的总厚度D可以是小于或等于约0.82倍的偏振层116(图1A)或116b(图1B)、第二载流子导电层110、发光层108、第一载流子导电层106及导电层104的折射率平均值(0.82xnμm；n为偏振层、载流子导电层、发光层、载流子导电层及导电层的折射率平均值)。在特定实施例中，例如以氮化镓为主，且发光波长为475nm的发光二极管，上述n₁可以是约2.45，且D2可以是小于或等于约0.4微米(μm)。在同一实施例中，上述n₁也可以是约2.45，且D可以是小于或等于4.5微米(μm)。

又如图2B，3B所示，当发光层108发射光时，光会朝向出光面，如图1C，1D中的A及B箭头所示，以及朝向反射层102。由于，本发明第二实施例的发光装置的出光面具有偏振层116的设计，使得部分的光会直接穿透，例如A箭头的光线，而部分的光会被此偏振层116折射，例如B箭头的光线，使得可偏振发光层108所发射的光。被偏振层116折射的光，会经由第一载流子导电层106及导电层104至反射层102，且再由此反射层102反射，经由导电层104、第一载流子导电层106、发光层108及第二载流子导电层110至偏振层116(如图2B，3B中1-3箭头所示)，由此在偏振层116与反射层102间来回进行光循环，直至光的行进方向接近特定方向(接近可通过偏振层116的光的相位)，使其通过偏振层116。

导电层104表面的这些开口所构成的图案会形成光子晶格(photoniclattice)，可有助于准直化发光层108所发射的光，甚至可转换光在偏振层116与反射层102间来回循环的偏振态。例如，请参阅图3B，被偏振层116折射回发光装置内部的光，在经由此光子晶格结构的表面时，可转换光的偏振态，使其转换成可穿透偏振层116的光，这些在导电层104表面的可形成光子晶格的开口，不但可增加光的准直化效果，更可提高偏振光的出光效率。

请参阅图2B，3B所示，由于发光层108所发射的光具有优选的准直效果，故经由此发光装置的出光面的光向量120与垂直于出光面的法线118的夹角(出光发射角)θ会小于或等于15度，法线118是垂直表面层(为图2E中介于90-75度之间)。

图2C，3C及2D，3D显示在根据本发明第二实施例的发光装置中，导电层104表面的开口124示意图。如图3C所示，上述开口124可以是孔洞126，且全面性或局部性地形成在导电层104的表面。上述各孔洞126可以是以间隔即定距离或散乱的设置。且，上述孔洞126也可以是以数个孔洞聚集成数个次图案(sub-patterns)，且各次图案以即定距离彼此间隔。例如，上述孔洞126的开口124所构成的图案可以是周期性图案(periodic patterns)，或者是非周期性图案(non-periodic pattern)。

周期性图案包括：蜂巢状(honeycomb)、不等边平行四边形、等边平行四边形、环状、1D栅状(grating)、准晶相的(quasi photonic crystal)或上述形状的任意组合选用。

又如图3D所示，上述导电层104表面的开口124也可以是沟槽(grooves)128，且这些沟槽128也可以是以周期性或非周期性的方式间隔排列，由此，可转换经过此导电层表面的光的偏振态。在实施例中，上述导电层104表面的开口124的形成方式，可以是在形成第一载流子导电层106之前，利用纳米压印光刻(nano imprint lithography)及蚀刻工艺，形成上述例如是孔洞126或沟槽128的开口124。此外，上述孔洞126或沟槽128的深度也可以是位于导电层104之中，或至导电层104与反射层102间的界面，甚至也可以延伸入反射层102。

图2E-2F显示根据本发明第二实施的发光装置的光辉度及偏振比率的仿真图表，由于第二实施的发光层108所发射的光具有优选的准直效果，故经由此发光装置的出光面的光向量120与垂直于出光面的法线118的夹角(出光发射角)θ会小于或等于15度，法线是垂直表面层(为图2E中角度介于90-75度之间)。

对于上述本发明第一、二实施例的发光装置，一般是制作在传统LED发光装置结构100中，如图1A，但是本发明第一、二实施例的发光装置亦可是制作在薄LED 100b结构，第一和第二载流子导电层106和110，对应的p型和n型载流子导电层上下对换亦成立，底导电电极114则不限于Cu。

综合上述，根据本发明实施例的发光装置，

该发光层发出具有一波长的光而该波长的光具有波峰波长且有频宽。

其发光层可设置于离反射层约四分之一或其四分之一的发光层发光的波长整数倍位置，亦可在发光装置的出光面设置偏振层，使得发光装置可发出具有准直化的偏振光源。再者，也可以选择性地在任意两相邻的沉积层的界面间，例如载流子导电层与导电层间，形成光子晶格的开口图案，其可用来转换光在发光装置内部的偏振态，进而增加发光装置的发射光的准直化效果及偏振比率。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作此许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。

Claims

1.一种发光装置，至少包括：

表面层；

发光层，位于该表面层的下方，且发出光为具有一波长的光；

反射层，位于该发光层的下方；

第一载流子导电层，位于该发光层与该反射层间；

其中该发光层位于该反射层与该表面层之间，且该发光层和该反射层之间的光学厚度为四分之一该波长的整数倍，并容许±15％；

导电层，位于该发光层与该反射层之间且位于该第一载流子导电层的下方；及

光转化层，位于该导电层的表面，并位于该第一载流子导电层和该反射层之间，该光转化层包括孔洞，延伸入该反射层。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光层与该反射层之间的光学厚度为介于四分之一该波长的整数m-1倍与m+1倍之间。

3.如权利要求1所述的发光装置，其中该表面层和该反射层之间的光学厚度等于或小于该波长的5倍。

4.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光层至少包括量子井结构或量子点。

5.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光层至少包括荧光无机材料或荧光有机材料。

6.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光层至少包括磷光无机材料或磷光有机材料。

7.如权利要求1所述的发光装置，其中该反射层至少包括金属。

8.如权利要求1所述的发光装置，其中该表面层为偏振层，且该偏振层至少包括：金属层。

9.如权利要求8所述的发光装置，其中该金属层至少包括周期性平行条状间隔排列的金属层。

10.如权利要求8所述的发光装置，其中该偏振层至少包括：多个介电质堆叠结构的偏振薄膜或有机偏振材料层。

11.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光装置包括发光二极管。

12.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光装置包括有机发光二极管。

13.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光装置包括高分子发光二极管。

14.如权利要求1所述的发光装置，其中具有该波长的光至少包括：可见光、UV紫外光或红外光。

15.如权利要求1所述的发光装置，其中该表面层至该反射层的该光学厚度等于或小于该波长20倍，但大于或等于二分之一该波长。

16.如权利要求1所述的发光装置，还包括：

第二载流子导电层，位于该表面层与该发光层之间。

17.如权利要求1所述的发光装置，其中该光转化层为具有多个结构的界面层，这些结构以图案分布于该光转化层的界面，且该界面的介电性质为随着该图案变化的空间函数，使该发光装置发射光具有准直化特性。

18.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光层与该反射层之间的光学厚度为四分之一该波长m倍，其中m为正整数，且1≤m≤40。

19.如权利要求17所述的发光装置，其中这些图案为周期性图案。

20.如权利要求17所述的发光装置，其中这些图案为非周期性图案。

21.如权利要求19所述的发光装置，其中该周期性图案至少包括：蜂巢状、不等边平行四边形、等边平行四边形、环状、1D栅状或准晶相的。

22.如权利要求1所述的发光装置，其中该光转化层的材料至少包括透明导电材料或载流子导电材料。

23.如权利要求1所述的发光装置，其中该发光装置至少包括：半导体光放大器。

24.如权利要求16所述的发光装置，其中该第一、第二载流子导电层或发光层的材料至少包括III-V族半导体材料。

25.如权利要求24所述的发光装置，其中该III-V族半导体材料至少包括：氮基材料、GaAs或InP为基材的外延材料。

26.如权利要求16所述的发光装置，其中该第一、第二载流子导电层或发光层的材料至少包括有机材料。

27.如权利要求26所述的发光装置，其中该有机材料为高分子材料。