CN102588816A

CN102588816A - 发光装置、混光装置及发光装置的制造方法

Info

Publication number: CN102588816A
Application number: CN2011100023917A
Authority: CN
Inventors: 谢明勋; 王健源; 李宗宪; 王志铭; 许明祺; 巫汉敏
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: CN102588816B

Abstract

本发明公开了一种发光装置、混光装置及发光装置的制造方法。该发光装置包括载板、设置于此载板上的发光元件、包覆此发光元件并设置于此载板上的第一导光层、包覆此第一导光层及此发光元件并设置于此载板上的波长转换暨导光层，以及设置于此第一导光层与此波长转换暨导光层间的低折射率层。其中，此第一导光层具有渐变折射率，此波长转换暨导光层具有圆顶型的形状并用以转换此发光元件所发出光线的波长及传递光线，以及此低折射率层用以反射来自此波长转换暨导光层的光线。

Description

发光装置、混光装置及发光装置的制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光装置，特别是涉及一种具有高光取出效率(LightExtraction Efficiency)的发光装置。

背景技术

近年来，由于能源问题逐渐受到重视，因而发展出许多新式的节能照明工具。其中，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有发光效率高、耗电量少、无汞及使用寿命长等优点，成为极被看好的下一代照明工具。

就照明用的白光LED而言，已知技术已披露多种制作方法。其中包括将LED芯片与荧光粉搭配运用的做法，例如，利用蓝光LED芯片所产生的蓝光，激发YAG(Yttrium Aluminium Garnet，Y₃Al₅O₁₂)黄色荧光粉产生黄光，再将二者混合而形成白光。

荧光粉涂布的方法，常见的技术包括敷型涂布(Conformal Coating)及分离式荧光粉(Remote Phosphor)二种做法。敷型涂布，如图1所示，是将荧光粉103直接涂布于每一个LED芯片102上。由于是直接涂布于LED芯片102之上，此种做法具有厚度较均匀的优点。但是由于LED芯片102及载板101都会吸收荧光粉103所发出的光，因此整体发光效率便会降低。另外，由于荧光粉103是与LED芯片102直接接触，在当LED芯片102于操作时产生100℃至150℃的高温的情形下，荧光粉层会因此逐渐变质退化，而影响其发光效率。

分离式荧光粉的做法，就是为了解决上述敷型涂布的问题。图2为分离式荧光粉的LED发光装置。此发光装置20包括载板201、LED芯片202、半球型封装树脂204以及涂布于其上的荧光粉层203。如图2所示，由于荧光粉层203是与LED芯片202分开，因此，可以尽量避免荧光粉层203所发出的光直接被LED芯片202吸收。也由于荧光粉层203是以远离LED芯片202的方式设置，荧光粉层203中的荧光粉较不易因LED芯片202操作时的高温而退化。

然而，分离式荧光粉的结构其发光效率通常易受树脂影响，如图3A所示的LED芯片所发出的光的行进路线图。由于LED芯片302本身的折射率n＝2.4，而封装树脂304的折射率n＝1.5，因此，根据斯涅尔定律(Snell’sLaw)，当LED光入射至封装树脂304表面的角度小于临界角θc时，如路径A，光线会产生折射，并且进入封装树脂304内部。但是当LED光入射至封装树脂304表面的角度大于临界角θc时，如路径B，则光会在LED芯片内部产生全反射(Total Internal Reflection)而被LED芯片302吸收。因此，当LED芯片与其外的封装材料的折射率差异过大时，LED芯片的发光效率，就会受到很大的影响。

此外，请参见图3B。图3B显示荧光粉粒子本身的散射效应。荧光粉粒子330a接收来自LED芯片的光后，会受到激发并产生另一种颜色的光。然而，荧光粉粒子303a所产生的光线，乃是朝向所有方向。因此，部分荧光粉粒子303a所发出的光会入射至封装树脂304的表面，也就是产生向内传递的光线，而非向外部传递的光线，因此降低发光效率。

发明内容

根据本发明的实施例，此发光装置包括载板、设置于此载板上的发光元件、包覆此发光元件并设置于此载板上的第一导光层、包覆此第一导光层及此发光元件并设置于此载板上的波长转换暨导光层，以及设置于此第一导光层与此波长转换暨导光层间的低折射率层。其中，此第一导光层包括渐变折射率，而此波长转换暨导光层用以转换此发光元件所发出光线的波长及传递光线并具有圆顶型的形状，以及此低折射率层用以反射来自此波长转换暨导光层的光线。

附图说明

图1为已知技术使用敷型涂布荧光粉的白光发光装置的示意图。

图2为已知技术使用分离式荧光粉的白光发光装置的示意图；

图3A为LED芯片所发出的光的行进路线图。

图3B为荧光粉粒子本身的散射效应的示意图。

图4为本发明优选实施例的发光装置的示意图。

图5A为本发明第一实施例的第一导光层于基板上的投影式意图。

图5B为本发明第一实施例的第一导光层于基板上的另一投影式意图。

图6为本发明另一实施例的发光装置的示意图。

图7为本发明第一实施例的第一导光层的示意图。

图8为本发明第一实施例的白光产生方式示意图。

图9为本发明第二实施例的发光装置的示意图。

图10为本发明第三实施例的发光装置的示意图。

图11为本发明第四实施例的第一导光层的示意图。

图12为本发明第五实施例的发光装置的示意图。

图13A及图13B为本发明第六实施例的制造方法示意图。

图14为本发明第八实施例的发光装置的示意图。

图15为本发明第八实施例的电泳法示意图。

附图标记说明

10发光装置 101载板

102LED芯片 103荧光粉

104封装材料 20发光装置

201载板 202LED芯片

203荧光粉 204封装树脂

40发光装置 401载板

402发光元件 403波长转换层

403a荧光粉粒子 404第一导光层

404a第一折射率层 404b 第二折射率层

404c第三折射率层 404e 第一孔隙密度层

404f第二孔隙密度层 404g 第三孔隙密度层

405低折射率层 406第二导光层

410波长转换暨导光层 413波长转换层

416第二导光层 420波长转换暨导光层

423波长转换层 426第二导光层

427第三导光层 430波长转换暨导光层

433波长转换层 436第二导光层

438透明导电层 440波长转换暨导光层

60反应槽 61反应溶液

62电极 63电源供应器

901模具 902荧光粉前驱物

903喷涂设备 904陶瓷荧光材料

A光折射路径 B光反射路径

L_B蓝光 L_Y黄光

L_W白光

具体实施方式

以下，将参照附图就本发明的优选实施例加以详细说明。所列出的实施例是用以使本发明所属技术领域中普通技术人员得以明了本发明的精神。本发明并不限定于所列出的实施例，而亦可使用其他做法。在本说明书的附图中，宽度、长度、厚度及其他类似的尺寸会视需要加以放大，以方便说明。在本说明书的所有附图中，相同的元件符号代表相同的元件。

此处特别需要加以说明的是，当本说明书描述元件或材料层设置于或连接于另一元件或另一材料层上时，其可以直接设置或连接于另一元件或另一材料层之上，或者间接地设置或连接于另一元件或另一材料层之上，也就是二者之间可再夹杂其他元件或材料层。相反地，若是本说明书是描述元件或材料层直接地设置或连接于另一元件或另一材料层之上时，即表示二者之间没有再设置其他元件或材料层。

请参见图4，图中所示为本发明优选实施例的发光装置。如图4所示，发光装置40包括载板401及发光元件402，而此发光元件402设置于载板401之上。此发光装置40还包括第一导光层404，此第一导光层404包覆此发光元件402并设置于此载板401之上。

此发光装置40还包括波长转换暨导光层410。此波长转换暨导光层410由第二导光层406及波长转换层403所构成。

第一实施例

如图4所示，第一导光层404例如是具有圆顶的结构。具体而言，第一导光层404可以是半球形的结构。另请参照图5A及图5B，第一导光层404并不限定于半球形的结构，其于载板401表面上的投影可以是圆形，或者是椭圆形。除了圆顶的结构外，在其他实施例中，第一导光层404亦可以是其他形状的结构。

第二导光层406设置于载板401之上，并且包覆第一导光层404及发光元件402。此外，在波长转换层403与第一导光层404之间，设置有低折射率层405。第二导光层406例如是具有圆顶的结构。具体而言，第二导光层406可以是半球形的结构。然而第二导光层406并不限定于半球形的结构，如同第一导光层404及图5A及图5B所示，第二导光层406于载板401表面上的投影可以是圆形，或者是椭圆形。除了本实施例所披露的具圆顶的结构外，在其他实施例中，第二导光层406亦可以是其他形状的结构。

在本实施例中，第一导光层404于载板表面上的投影图案的直径(或椭圆形的长直径)优选地大于或等于发光元件402的长度的2.5倍，且发光元件402设置于第一导光层404于载板401表面上的投影图案的圆心位置。因此，可降低光线在第一导光层404表面的反射现象，使光线可以自由地辐射出去。第二导光层406于载板表面投影的直径优选地大于或等于第一导光层404于载板表面投影的直径的2倍，亦可减少光线在第二导光层406表面的反射现象。

在本实施例中，载板401可为封装载板；或者当发光元件402与封装载板组合形成发光模块时，载板401可为印刷电路板，而发光元件402为GaN蓝光LED芯片。本实施例虽然是使用蓝光LED芯片，但是亦可以视需要使用可发出其他色光的LED芯片。此外，发光元件402并不限于具有一个LED芯片，亦可以具有多个LED芯片。多个LED芯片可以由多个不同色光或相同色光的LED芯片组成，例如蓝光LED芯片加上红光LED芯片或蓝光LED芯片加上蓝光LED芯片。

另外，请参见图6。图6所示为本发明另一实施例的发光装置示意图。如图所示，发光元件402的形状并不限定于常见的立方形，其亦可以是半球型的芯片。此处，发光元件402亦可以其他种类的发光元件取代，例如可以使用有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)。亦即，GaN蓝光LED芯片可以用蓝光OLED加以取代。

请参照图7，图中所示为本实施例第一导光层404的示意图。第一导光层404为具有增进光取出效率(Improved Light Extraction Efficiency)的材料层。更详细地说，发光元件402上设置第一导光层404后，其光取出效率高于与空气直接接触的发光元件402。在本实施例中，第一导光层404具有多个材料层，并具有渐变折射率(Gradient Refractive Index，GRIN)。如图所示，第一导光层404包括第一折射率层404a、第二折射率层404b及第三折射率层404c。其中，第一折射率层404a的折射率为n_a、第二折射率层404b的折射率为n_b，及第三折射率层404c的折射率为n_c，并且符合下列关系式：n_a＞n_b＞n_c。

在本实施例中，第一折射率层404a为氮化硅(Silicon Nitride，Si₃N₄)，其折射率为n_a＝1.95。第二折射率层404b为氮氧化硅(Silicon Oxynitride，SiON)，或三氧化二铝(Aluminum Oxide，Al₂O₃)，其折射率为n_b＝1.7。第三折射率层404c为硅胶(Silicone)，其折射率为n_c＝1.45。虽然本实施例的第一导光层404由氮化硅、氮氧化硅及硅胶所构成，但在其他实施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率为1.5～1.9)、树脂(Resin，折射率为1.5～1.6)、类金刚石碳膜(Diamond Like Carbon，DLC，折射率为2.0～2.4)、二氧化钛(Titanium Oxide，TiO₂，折射率为2.2～2.4)、二氧化硅(Silicon Oxide，SiO₂，折射率为1.5～1.7)或氟化镁(Magnesium Fluoride，MgF，折射率为1.38)等。在本实施例中，GaN蓝光LED芯片的折射率为2.4。当第一导光层404的第一折射率层404a的折射率为1.95时，发光元件402与第一导光层404界面的折射率变化为2.4至1.95，因此，折射率差异较小，可以有效地降低光线的全反射现象。

此外，请参照图4，本实施例的发光装置40的第一导光层404外侧为低折射率层405。在本实施例中，低折射率层405为空气层。空气层的折射率为n＝1。因此，第一导光层404与低折射率层405的界面的折射率变化为1.45至1.0，同样可以降低因为折射率差异过大所造成的光线的全反射现象。此外，本实施例的波长转换层403为具有将入射光线的波长加以转换的材料，例如是荧光材料(Phosphor)。在本实施例中，波长转换层403为黄光荧光粉层。请参见图8，由GaN蓝光LED芯片(图未示)所发出的蓝光L_B，经由第一导光层(图未示)及低折射率层(图未示)，入射到波长转换层403之后，会激发黄光荧光粉层内的荧光粉粒子403a，例如YAG或TAG，并且发出黄光L_Y。由GaN蓝光LED芯片所发出的蓝光L_B，与黄光荧光粉层所发出的黄光L_Y，混光之后会产生白光L_W。由于第一导光层404、低折射率层405及波长转换暨导光层410的组合结构亦具有混光的作用，因此三者的组合结构亦可视为混光装置。此混光装置可以进一步包括用以设置发光元件402的载板401。

在本实施例中，波长转换层403形成于第二导光层406的内部表面。第二导光层406为具有增进光取出效率的材料层。更详细地说，发光元件402上设置第二导光层406后，其光取出效率高于与空气直接接触的发光元件402。在本实施例中，第二导光层406具有多个材料层并具有渐变折射率。具体而言，第二导光层406具有第四折射率层与第五折射率层(图未示)。第四折射率层为氮氧化硅(SiON)，其折射率为1.7，而第五折射率层为硅胶(Silicone)，其折射率为1.45。虽然本实施例的第二导光层406使用氮氧化硅层及硅胶层，但是在其他实施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率为1.5～1.9)、树脂(Resin，折射率为1.5～1.6)、类金刚石碳膜(Diamond LikeCarbon，DLC，折射率为2.0～2.4)、二氧化钛(Titanium Oxide，TiO₂，折射率为2.2～2.4)、二氧化硅(Silicon Oxide，SiO₂，折射率为1.5～1.7)或氟化镁(Magnesium Fluoride，MgF，折射率为1.38)等。此外，在其他实施例中，第二导光层406亦可以是具有聚光作用的光学透镜，或者是折射率介于波长转换层403与低折射率层405之间的材料层，例如是树脂或玻璃等。在本实施例中，黄光荧光粉层的折射率为1.8。因此，波长转换层403与第二导光层406界面的折射率变化为1.8至1.7。是故，可以降低因为折射率差异过大所造成的光线的全反射现象。

低折射率层405是用以反射来自波长转换暨导光层410的光线。此处反射指当一定量的来自波长转换暨导光层410的光线，到达低折射率层405的界面时，光线进行光全反射的比例大于进行光折射的比例。由于大部分的光线会进行光全反射更甚于光折射，因此此低折射率层405具有反射光线的作用。

特别说明的是，本实施例的波长转换层403的折射率为n＝1.8，而作为低折射率层405的空气层折射率为n＝1。根据斯涅尔定律(Snell′s Law)，临界角θ_c＝arcsin(n₁/n₂)，n₁为光疏介质的折射率，而n₂为光密介质的折射率，因此当光从波长转换层403进入低折射率层405时，临界角

。亦即，当光线的入射角＞33°，光线即会产生全反射。

是故，由于此低折射率层405的存在，即使波长转换暨导光层410所发出的黄光或是被荧光粉粒子所散射的光线行进至低折射率层405表面时，大部分光线会因为低折射率层405的低折射率而产生全反射。

以下，将说明本实施例的发光装置40的制作方法。

首先，在载板401上形成发光元件402。载板401可为封装载板；或者当发光元件402与封装载板组合形成发光模块时，载板401可为印刷电路板，而发光元件402为GaN蓝光LED芯片。

接着，利用化学气相沉积法于发光元件402上方进行薄膜沉积，依序形成包覆此发光元件402的氮化硅层(图未示)及氮氧化硅层(图未示)。之后，在氮氧化硅层上方涂布硅胶(图未示)并使其干燥，以形成氮化硅层/氮氧化硅层/硅胶层的叠层，并作为第一导光层404。

在本实施例中，氮化硅层的形成方法例如是化学气相沉积法，所使用的反应气体例如是硅甲烷(Silane，SiH₄)及氨气(NH₃)。氮氧化硅层的形成方法例如是化学气相沉积法，所使用的反应气体例如是硅甲烷及氧化亚氮(Nitrous Oxide，N₂O)。由于化学气相沉积法的相关细节，已为本发明所属技术领域中普通技术人员所已知，此处不再加以赘述。

另外，在半球型的模具上涂布荧光粉层以作为波长转换层403。此半球型的模具，例如是半球型的玻璃模具。涂布荧光粉层的方法例如是将黄光荧光粉与粘胶混合均匀之后，再涂布于模具的表面并使其干燥。

接着，利用化学气相沉积法于荧光粉层表面形成氮氧化硅层，并于其上涂布硅胶并干燥，以形成氮氧化硅层/硅胶层的叠层，并作为第二导光层406。然后，进行脱膜程序，移除半球型的模具，以取得本实施例发光装置40的波长转换暨导光层410。

之后，将波长转换暨导光层410以覆盖第一导光层404的方式连接至载板401的表面上。波长转换暨导光层410连接至载板401的方式例如是使用粘着剂使第二导光层406的边缘粘合至载板401的表面。由于第二导光层406于载板表面投影的直径优选地大于或等于第一导光层404于载板表面投影的直径的2倍，因此二者之间会存在空气层。此空气层作为低折射率层405。如此，便可完成本实施例的发光装置40的制作。

第二实施例

请参见图9，图中所示为本发明第二实施例的发光装置示意图。如图所示，第二实施例的发光装置40包括载板401、发光元件402、第一导光层404、低折射率层405及波长转换暨导光层420。其中，载板401、发光元件402、第一导光层404及低折射率层405的结构皆与第一实施例相同，故不再重复说明。

本实施例的波长转换暨导光层420包括第二导光层416及波长转换层413，其中，波长转换层413设置于第二导光层416的外部表面。第二导光层416为具有增进光取出效率(Improved Light Extraction Efficiency)的材料层。更详细地说，发光元件402上设置第一导光层404后，其光取出效率高于与空气直接接触的发光元件402。在本实施例中，第二导光层416具有多个材料层，并具有渐变折射率(Gradient Refractive Index，GRIN)。具体而言，在本实施例中，第二导光层406由氮化硅(SiN)层及氮氧化硅(SiON)层所构成，其折射率分别为1.95及1.7。虽然本实施例的第二导光层416为氮化硅层及氮氧化硅层，但是在其他实施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率为1.5～1.9)、树脂(Resin，折射率为1.5～1.6，折射率为2.0～2.4)、类金刚石碳膜(Diamond Like Carbon，DLC，折射率为2.2～2.4)、二氧化钛(TitaniumOxide，TiO₂，折射率为1.5～1.7)、二氧化硅(Silicon Oxide，SiO₂)或氟化镁(Magnesium Fluoride，MgF，折射率为1.38)等。

本实施例的波长转换层413为荧光粉层。本实施例的荧光粉层的作法为将黄光荧光粉，例如YAG(Y₃Al₅O₁₂)或TAG(Tb₃Al₅O₁₂)，与折射率为1.45的硅胶混合所制得，混合后的荧光粉层折射率为1.6。

第三实施例

请参照图10，图中所示为本发明第三实施例的发光装置示意图。如图所示，第三实施例的发光装置40包括载板401、发光元件402、第一导光层404、低折射率层405及波长转换暨导光层430。其中，载板401、发光元件402、第一导光层404及低折射率层405的结构皆与第一实施例相同，故不再重复说明。本实施例的波长转换暨导光层430由第二导光层426、波长转换层423及第三导光层427所构成。其中，波长转换层423设置于第二导光层426与第三导光层427之间。第二导光层426的折射率例如为n_i、波长转换层423的折射率例如为n_j及第三导光层427的折射率例如为n_k，并且符合以下的关系式：n_i＞n_j＞n_k。亦即，本实施例的波长转换暨导光层430具有渐变折射率。

本实施例的第二导光层426及第三导光层427分别为具有增进光取出效率的材料层。更详细地说，发光元件402上设置第二导光层426或第三导光层427时，其光取出效率会高于与空气直接接触的发光元件402。在本实施例中，第二导光层426为氮化硅层，其折射率为1.95。第三导光层427为硅胶，其折射率为1.45。虽然本实施例的第二导光层426为氮化硅层，但是在其他实施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率为1.5～1.9)、树脂(Resin，折射率为1.5～1.6)、类金刚石碳膜(Diamond Like Carbon，DLC，折射率为2.0～2.4)、二氧化钛(Titanium Oxide，TiO₂，折射率为2.2～2.4)、二氧化硅(SiliconOxide，SiO₂，折射率为1.5～1.7)或氮氧化硅(Silicon Oxynitride，折射率为1.7)等。

本实施例的波长转换层423其折射率则介于第二导光层426与第三导光层427之间，例如为将黄光荧光粉与环氧树脂(Epoxy Resin，折射率为1.6)混合后制得的荧光粉层，其折射率为1.7。

本实施例的第三导光层427为硅胶，但是在其他实施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率为1.5～1.9)、树脂(Resin，折射率为1.5～1.6)、二氧化钛(Titanium Oxide，TiO₂，折射率为2.2～2.4)、二氧化硅(Silicon Oxide，SiO₂，折射率为1.5～1.7)或氟化镁(Magnesium Fluoride，MgF，折射率为1.38)等。

第四实施例

请参见图11，此图为本发明第四实施例的第一导光层404的示意图。本发明第四实施例与第一实施例的差异在于使用多孔性材料(Porous Material)制备第一导光层404或第二导光层406，而其他部分皆与第一实施例相同。

如图11所示，第一导光层404具有三个材料层：第一孔隙密度层404e、第二孔隙密度层404f及第三孔隙密度层404g。其中，第一孔隙密度层404e的孔隙密度(Pore Density)＜第二孔隙密度层404f的孔隙密度，第二孔隙密度层404f的孔隙密度＜第三孔隙密度层404g的孔隙密度。亦即，第一导光层404具有渐变式孔隙密度(Gradient Pore Density)。由于孔隙密度愈低，折射率愈高，因此，第一孔隙密度层404e的折射率＞第二孔隙密度层404f的折射率＞第三孔隙密度层404g的折射率。是故，第一导光层404具有渐变折射率。

同理，本实施例的第二导光层406亦可为具有不同孔隙密度的材料层。

具体而言，本实施例的第一导光层404为具有渐变式孔隙密度的多孔性二氧化钛层。制备多孔性二氧化钛层的方法例如是斜向沉积法(GlancingAngle Deposition，GLAD)。GLAD法的原理是在电子束蒸镀(ElectronbeamEvaporation)过程中，倾斜载板的角度，进而控制蒸气(Vapor)于载板上的入射角，来成长多孔性的材料。利用此方法所成长的多孔性材料亦称为纳米柱材料(Nano-Rods)。

本实施例所使用的蒸气源(Vapor Source)例如是五氧化三钛(Ti₃O₅)。沉积过程分成三个步骤，第一步骤用以形成具有较低孔隙密度的第一孔隙密度层404e，第二步骤用以形成具有较高孔隙密度的第二孔隙密度层404f，第三步骤用以形成具有较高孔隙密度的第三孔隙密度层404g。在第一步骤中，蒸气(五氧化三钛)的入射角为θ_e(图未示)。在第二步骤中，蒸气(五氧化三钛)的入射角为θ_f(图未示)。在第三步骤中，蒸气(五氧化三钛)的入射角为θ_g(图未示)，并且符合下列关系式：θ_e＜θ_f＜θ_g。利用此法制得的第一孔隙密度层404e为折射率n＝1.9的多孔性二氧化钛层、第二孔隙密度层404f为折射率n＝1.7的多孔性二氧化钛层，而第三孔隙密度层404g为折射率n＝1.45的二氧化钛层。

同理，类似于上述做法，当使用二氧化硅(SiO₂)作为蒸气源时，可制得具有渐变折射率的多孔性二氧化硅层。在其他实施例中，第一孔隙密度层404e、第二孔隙密度层404f或第三孔隙密度层404g亦可以多孔性二氧化硅层或其他多孔性材料加以取代。

此处需特别加以说明的是，由于利用GLAD法制作出来的多孔性二氧化硅层可以具有较低的折射率，例如是n＝1.05。此折射率与空气层的折射率(n＝1)相当接近。因此，本实施例的发光装置的低折射率层405亦可以为多孔性二氧化硅层。

GLAD法的细节已为本发明所属技术领域中普通技术人员所已知，此处不再加以赘述。

第五实施例

如图12所示，图中所示为本发明第五实施例的发光装置示意图。如图所示，第五实施例的发光装置40包括载板401、发光元件402、第一导光层404、低折射率层415及波长转换暨导光层410。其中，载板401、发光元件402、第一导光层404及波长转换暨导光层410的结构皆与第一实施例相同，故不再重复说明。本实施例的低折射率层415为非气体材料层，例如是多孔性材料层(Porous Material Layer)。具体而言，低折射率层415为多孔性二氧化硅层。多孔性二氧化硅层的制作方法例如是溶胶-凝胶法(Sol-GelProcess)。其方法说明如下：

首先，准备前驱物、溶剂及催化剂。前驱物例如是四乙氧基硅烷(Tetraethoxysilane，TEOS)，溶剂例如是丙酮(Acetone)，催化剂例如是氢氧化钠(Sodium Hydroxide)。将TEOS溶于丙酮中，并加入水及氢氧化钠加以混合，以形成溶胶溶液(Sol Solution)。

接着，搅拌此溶胶溶液，直到溶胶溶液成为胶状(Gel)。此胶状(Gel)为TEOS进行水解聚合反应后产生的硅氧烷(Siloxane)。

之后，将此胶状的硅氧烷涂布于第一导光层404外部(图未示)，并进行干燥及热处理后，便可于第一导光层404外部形成多孔性二氧化硅层。此多孔性二氧化硅层具有低折射率，其折射率例如是1.2。

如图12所示，波长转换暨导光层410包括直接接触此多孔性材料层415的部位。在本实施例中，此部位为波长转换层403。与第一实施例同，本实施例的波长转换层403例如是折射率为1.8的荧光粉层。由于荧光粉层的折射率(1.8)与多孔性二氧化硅层的折射率(1.2)的差异，使光线从荧光粉层传递至多孔性二氧化硅层时，大部分光线会在多孔性二氧化硅层表面产生全反射。

虽然本实施例所使用的多孔性材料为多孔性二氧化硅，但是在其他实施例中，亦可以使用其他多孔性无机材料，例如二氧化钛、氧化铝(AluminumOxide)、氧化锌(Zinc Oxide)、氧化锆(Zirconium Oxide)、氧化钽(TantalumOxide)、氧化钨(Tungsten Oxide)、氧化锡(Tin Oxide)或氧化镁(MagnesiumOxide)等。

虽然本实施例所使用的前驱物为TEOS，但是在其他实施例中，亦可以使用其他烷氧基单体，例如四甲氧基硅烷(Tetramethoxysilane)、三甲氧基甲基硅烷(Trimethoxymethylsilane)或二甲氧基二甲基硅烷(Dimethoxydimethylsilane)等。

虽然本实施例所使用的催化剂为氢氧化钠，但是在其他实施例中亦可以使用其他酸性催化剂，例如是盐酸(Hydrochloric acid)、硫酸(sulfuric acid)或乙酸(Acetic Acid)等，或其他碱性催化剂，例如是氨(Ammonia)、吡啶(Pyridine)或氢氧化钾(Potassium Hydroxide)等。

溶胶-凝胶法的细节已为本发明所属技术领域中普通技术人员所已知，此处不再加以赘述。

第六实施例

请参见图4，在第一实施例中，波长转换层403为荧光粉层，而在本实施例中，波长转换层403是陶瓷荧光材料(Ceramic Phosphor)。陶瓷荧光材料的优点在于光散射现象可被降低。本实施例使用荧光粉前驱物(PhosphorPrecursor Method)制作陶瓷荧光材料。其方法如下：

首先，准备二种溶液以制备荧光粉(含铈钇铝石榴石，Y₃Al₅O₁₂:Ce，YAG:Ce)前驱物。第一种溶液包括由氯化钇(YCl₃·6H₂O)、氯化铝(AlCl₃·6H₂O)及氯化铈(CeCl₃·7H₂O)混合而成的溶液。第二种溶液为包括还原剂NH₄HCO₃的水溶液。将此二种溶液混合后，置放于60℃的反应槽，反应后可制得荧光粉前驱物。

之后，请参照图13A，将荧光粉前驱物902，利用喷涂(Spray Coating)设备903，喷洒于模具901的表面。之后再进行干燥及烧结即可制得陶瓷荧光材料904，如图13B所示。此处，模具901的材料可以是三氧化二铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)或石英等。

制得陶瓷荧光材料904之后，再于其上形成第二导光层406，以适用于发光装置40。

第七实施例

本实施例使用荧光粉浆喷涂法(Spray Coating Method)制备作为波长转换层403的陶瓷荧光材料。

首先，荧光粉浆的调配可使用单色的荧光粉，例如YAG荧光粉；或者，亦可以使用多种颜色的荧光粉的组合。荧光粉颗粒大小为数纳米至数十微米皆可。

接着，将荧光粉、粘着剂(Binder)及溶剂加以混合，便可制得荧光粉浆。此处，粘着剂的种类例如是硅胶(Silicone)、旋涂式玻璃(Spin On Glass，SOG)或氧化锌(Zinc Oxide，ZnO)等，而溶剂例如是丙酮(Acetone)或甲苯(Toluene)等。制得荧光粉浆之后，利用类似于图13A的做法，将荧光粉浆喷涂于模具上。

之后，再于高温下进行压模成型的工艺。经过脱模后，便可制得陶瓷荧光材料。使用单色的荧光粉可制得单色陶瓷荧光材料，而使用多种颜色的荧光粉，分别喷涂于模具的不同部位上时，便可制得包括二种颜色以上的陶瓷荧光材料。制得陶瓷荧光材料之后，再于其上形成第二导光层406，以适用于发光装置40。

第八实施例

请参照图14，图中所示为本发明第八实施例的发光装置示意图。如图所示，第七实施例的发光装置40包括载板401、发光元件402、第一导光层404、低折射率层405及波长转换暨导光层440。

其中，载板401、发光元件402、第一导光层404及低折射率层405的结构皆与第一实施例相同，故不再重复说明。本实施例与第一实施例的差异在于波长转换暨导光层440。

本实施例的波长转换暨导光层440包括波长转换层433、透明导电层438及第二导光层436。如图14所示，在本实施例中，透明导电层438形成于第二导光层436的内部表面，波长转换层433形成于透明导电层438的内部表面。在其他实施例中，波长转换层433亦可设置于透明导电层438的外部表面，而透明导电层438亦可设置于第二导光层436的外部表面。第二导光层436为具有增进光取出效率的材料层。更详细地说，发光元件402上设置第二导光层436后，其光取出效率高于与空气直接接触的发光元件402。具体而言，第二导光层436为玻璃，波长转换层433为黄光荧光粉层，而透明导电层438为金属氧化物，例如是铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)。虽然在本实施例中，第二导光层436为玻璃，但是在其他实施例中，第二导光层436与第一导光层404相同，可以由其他材料构成，例如树脂或其他具有渐变折射率的材料层。

透明导电层438的制作方法例如是溶胶-凝胶法(Sol-Gel)或溅镀法。以溶胶-凝胶法为例，首先准备玻璃模具以作为第二导光层436，接着将混合有ITO粉末的溶液，以旋涂的方式(Spin On)涂布于此玻璃模具上，之后进行干燥及热处理，便可于玻璃模具上形成透明导电层438(ITO层)。

请参见图15，图中所示为本实施例利用电泳法形成波长转换层433的装置示意图。如图所示，此装置包括反应槽60，例如是电泳槽、已形成有透明导电层438的玻璃模具(作为第二导光层436)、反应溶液61，例如是电泳悬浮液、电极62以及分别电性连接至透明导电层438及电极62的电源供应器63。

具体而言，本实施例的反应溶液61由异丙醇(Isopropyl Alcohol)、水、硝酸镁(Magnesium Nitrate)及YAG荧光粉所组成。加入硝酸镁的目的为使不导电的YAG荧光粉表面，因为吸附镁离子(Mg⁺)而带正电。亦即，反应溶液61具有表面带电的YAG荧光粉粒子。

由电源供应器63所提供的电压，会于电极62与透明导电层438之间形成电场，使表面带电的YAG荧光粉粒子往透明导电层438移动，并于透明导电层438表面堆积形成致密的荧光粉层。所制得的荧光粉层用以作为波长转换层433。

在本实施例中，反应溶液61中的溶剂虽为异丙醇，但是在其他实施例中，亦可使用其他有机溶剂；而反应溶液中的电解质虽为硝酸镁，在其他实施例中亦可为硝酸盐类，例如硝酸铝(Aluminum Nitrate)、硝酸钠(SodiumNitrate)，或其他金属盐类(Salt)、酸类(Acid)及碱类(Base)化合物等。

通过在波长转换暨导光层440内设置透明导电层438，外部电压得以施加至波长转换暨导光层440的表面，以使电泳法得以运用于荧光粉层的制作。

本发明的发光装置的优选实施例已说明如前，但并不限于上述的方法，本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神与范围内，所完成的等同改变或修饰，均包括在本发明的权利要求内。

Claims

1.一种发光装置，包括：

载板；

发光元件，设置于该载板之上；

第一导光层，包覆该发光元件、设置于该载板之上并具有渐变折射率；

波长转换暨导光层，包覆该第一导光层及该发光元件并设置于该载板之上，用以转换该发光元件所发出光线的波长及传递光线；以及

低折射率层，设置于该第一导光层与该波长转换暨导光层之间，用以反射来自该波长转换暨导光层的光线。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第一导光层和/或该波长转换暨导光层包括圆顶的结构。

3.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第一导光层包括多孔性材料层。

4.如权利要求1所述的发光装置，其中，该波长转换暨导光层包括波长转换层及第二导光层，并且该波长转换层设置于该第二导光层的内部表面或外部表面。

5.如权利要求4所述的发光装置，其中，该第二导光层包括渐变折射率。

6.如权利要求1所述的发光装置，其中，该波长转换暨导光层包括渐变折射率，并且由内而外包括第二导光层、波长转换层及第三导光层。

7.如权利要求4或6所述的发光装置，其中，该波长转换层包括荧光粉层。

8.如权利要求7所述的发光装置，其中，该波长转换层包括黄光陶瓷荧光材料或二种色光以上的陶瓷荧光材料。

9.如权利要求1所述的发光装置，其中，该低折射率层包括空气层。

10.如权利要求1所述的发光装置，其中，该载板包括封装载板或印刷电路板。

11.如权利要求1所述的发光装置，其中，该发光元件包括发光二极管。

12.一种混光装置，包括：

载板；

第一导光层，设置于该载板之上并具有渐变折射率；

波长转换暨导光层，覆盖该第一导光层并设置于该载板之上，用以转换入射光线的波长且具有渐变折射率；及

间隙层，设置于该第一导光层与该波长转换暨导光层之间，该间隙层的折射率与该波长转换暨导光层界面的折射率的差异，使来自该波长转换暨导光层的光线于该间隙层的界面产生光全反射量大于光折射量。

13.一种发光装置，包括：

载板；

发光元件，设置于该载板之上；以及

波长转换暨导光层，包覆该发光元件并设置于该载板之上，用以转换该发光元件所发出光线的波长及传递光线；其中，该波长转换暨导光层包括透明导电层。

14.如权利要求13所述的发光装置，其中，该透明导电层为金属氧化物。

15.如权利要求13所述的发光装置，其中，该波长转换暨导光层还包括波长转换层，该波长转换层设置于该透明导电层的内部表面或外部表面。

16.如权利要求15所述的发光装置，其中，该波长转换层为荧光粉层。

17.如权利要求13所述的发光装置，其中，该波长转换暨导光层还包括第二导光层，而该透明导电层设置于该第二导光层的内部表面或外部表面。

18.一种发光装置的制造方法，包括：

提供载板；

形成发光元件于该载板之上；以及

形成波长转换暨导光层，包覆该发光元件并设置于该载板之上，用以转换该发光元件所发出光线的波长及传递光线；其中包括形成透明导电层于该波长转换暨导光层中。

19.如权利要求18所述的制造方法，其中形成该波长转换暨导光层的步骤包括于形成该透明导电层后以电泳法形成波长转换层。