CN103972352B - 具有高效能反射结构的发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有高效能反射结构的发光元件，其具有一基板；一发光叠层，位于基板之上；窗户层，位于基板之下且接触基板，窗户层包含绝缘材料；以及布拉格反射结构，位于窗户层之下，包括：一第一布拉格反射结构，位于基板之下，具有一第一数量反射层对；一第二布拉格反射结构，位于第一布拉格反射结构之下，具有一第二数量反射层对，其中第一数量大于第二数量；其中，布拉格反射结构对于波长介于420nm至790nm之光线具有90％以上的反射率。
Description
技术领域
本发明关于一种发光元件，特别是关于一种具有高效能反射结构的发光元件。
背景技术
光电元件，例如发光二极管(Light-emitting Diode；LED)，目前已经广泛地使用在光学显示装置、交通号志、数据存储装置、通讯装置、照明装置与医疗器材上。此外，上述的LED可与其他元件组合连接以形成一发光装置。图6为现有现有的发光装置结构示意图，如图6所示，一发光装置6包含一具有一电路64的次载体(submount)62；一焊料66(solder)位于上述次载体62上，藉由此焊料66将LED 61固定于次载体62上并使LED 61与次载体62上的电路64形成电连接；以及一电性连接结构68，以电性连接LED 61的电极65与次载体62上的电路64；其中，上述的次载体62可以是导线架(lead frame)或大尺寸镶嵌基底(mountingsubstrate)。
发明内容
本发明提供一种发光元件，其包含一基板；一发光叠层，包含一主动层，位于基板之上；窗户层，位于基板之下且接触基板，窗户层包含绝缘材料；以及布拉格反射结构，位于该窗户层之下，包括：一第一布拉格反射结构，位于基板之下，具有一第一数量反射层对；以及一第二布拉格反射结构，位于第一布拉格反射结构之下，具有一第二数量反射层对，其中该第一数量大于该第二数量；其中，布拉格反射结构对于波长介于420nm至790nm之光线具有90％以上的反射率。
附图说明
图1为本发明一实施例的发光元件的剖面示意图。
图2为本发明实施例的布拉格反射单元与第一数量等于第二数量的布拉格反射单元对各波长的反射率示意图。
图3为本发明实施例的布拉格反射单元与第一数量小于第二数量的布拉格反射单元对各波长的反射率示意图。
图4为本发明实施例的布拉格反射单元与第一数量等于第二数量的布拉格反射单元对入射角度0度至70度的光线的反射率示意图。
图5为本发明一实施例的灯泡分解示意图。
图6为现有的发光装置结构示意图。
符号说明
1、60 发光元件
10 基板
11 窗户层
12 发光叠层
122 第一半导体层
124 发光层
126 第二半导体层
13 第一布拉格反射结构
131 第一子层
132 第二子层
14 第一电极
16 第二电极
15 第二布拉格反射结构
151 第三子层
152 第四子层
17 反射层
51 灯罩
52 透镜
53 载体
54 照明模块
55 载体
55 灯座
56 散热槽
57 连结部
58 电子连结器
6 发光装置
61 LED
62 次载体
63 基板
64 电路
65 电极
66 焊料
68 电性连接结构
F 法线
θi 入射角
具体实施方式
本发明的实施例会被详细地描述，并且绘制于图式中，相同或类似的部分会以相同的号码在各图式以及说明出现。
图1为本发明一实施例的发光元件的剖面图。如图1所示，一发光元件1具有一基板10；一发光叠层12，位于基板10之上；一窗户层11，位于基板10之下；一第一布拉格反射结构13，位于窗户层11之下；一第二布拉格反射结构15，位于第一布拉格反射结构13之下；以及一反射层17，位于第二布拉格反射结构15之下。发光叠层12具有一第一半导体层122，位于基板10之上；一主动层124，位于第一半导体层122之上；以及一第二半导体层126，位于主动层124之上。发光元件1还具有第一电极14，位于第一半导体层122之上，以及一第二电极16，位于第二半导体层126之上。
第一电极14及/或第二电极16用以接受外部电压，可由透明导电材料或金属材料所构成。透明导电材料包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、氧化铟锌(IZO)或类钻碳薄膜(DLC)。金属材料包含但不限于铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、锡(Sn)、金(Au)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、锑(Sb)、钴(Co)或上述材料的合金等。
发光叠层12可直接于基板10成长形成，或是藉由粘结层(未显示)固定于基板10之上。发光叠层12的材料可为半导体材料，包含一种以上的元素，此元素可选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、磷(P)、氮(N)、锌(Zn)、镉(Cd)与硒(Se)所构成的群组。第一半导体层122与第二半导体层126的电性相异，用以产生电子或空穴。主动层124可发出一种或多种色光，其结构可为单异质结构、双异质结构、双侧双异质结构、多层量子阱或量子点。
基板10可用以支持位于其上的发光叠层12与其它层或结构，其材料可为透明材料。透明材料包含但不限于蓝宝石(Sapphire)、钻石(Diamond)、玻璃(Glass)、环氧树脂(Epoxy)、石英(Quartz)、压克力(Acryl)、氧化铝(Al2O3)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)等；其中可用以成长发光叠层的材料例如为蓝宝石或砷化镓。
窗户层11对于发光叠层12所发的光为透明，用以提升出光效率，其材料可为绝缘材料或导电材料。绝缘材料例如为聚亚酰胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、氧化镁(MgO)、Su8、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、玻璃(Glass)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氮化硅(SiNx)、旋涂玻璃(SOG)或四乙氧基硅烷(TEOS)。导电材料包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)或氧化铟锌(IZO)。
第一布拉格反射结构13和第二布拉格反射结构15可形成一布拉格反射单元，其中第一布拉格反射结构13具有第一数量反射层对，第二布拉格反射结构15具有第二数量反射层对，第一数量与第二数量不同，例如第一数量大于第二数量。一实施例中，第一数量是3，第二数量是2。又一实施例中，第一布拉格反射结构13的厚度与第二布拉格反射结构15的厚度不同，例如第一布拉格反射结构13的厚度大于第二布拉格反射结构15的厚度。第一数量反射层对由一第一子层131与一第二子层132组成，于本实施例中，第一子层131位于窗户层11与第二布拉格反射结构15之间，第二子层132位于第一子层131与第二布拉格反射结构15之间。此外，第一子层131的厚度与第二子层132的厚度可不相同，例如第一子层131的厚度小于第二子层132的厚度。第二数量反射层对由一第三子层151与一第四子层152组成，于本实施例中，第三子层151位于第一布拉格反射结构13与反射层17之间，第四子层152位于第三子层151与反射层17之间。此外，第三子层151的厚度与第四子层152的厚度可不相同，例如第三子层151的厚度小于第四子层152的厚度。于另一实施例中，第一子层131的厚度大于第三子层151的厚度，及/或第二子层132的厚度大于第四子层152的厚度。
图2绘示布拉格反射单元对各波长的反射率的示意图，其中第一数量反射层对的第一数量大于第二数量反射层对的第二数量的布拉格反射单元对各波长的反射率以实线表示，而第一数量反射层对的第一数量等于第二数量反射层对的第二数量的布拉格反射单元对各波长的反射率以虚线表示。以实线而言，反射率在90％以上的波长约自420nm至790nm，790nm之后反射率降至90％以下，然后约自820nm至1080nm与1180nm之后反射率又上升至90％以上。以虚线而言，反射率在90％以上的波长约自420nm至770nm，770nm之后反射率降至90％以下，然后约自850nm至1150nm反射率才又上升至90％以上，1150nm之后反射率又降至90％以下。由上述可知，实线在反射率90％以上的波长范围较虚线涵盖范围广，对于第一数量大于第二数量的布拉格反射单元反射率90％以上的波长范围较第一数量等于第二数量的布拉格反射单元的波长范围大，因此具有第一数量大于第二数量的布拉格反射单元的发光元件1出光效率较高。图3绘示布拉格反射单元对各波长的反射率的示意图，其中第一数量大于第二数量的布拉格反射单元对各波长的反射率以实线表示，而第一数量小于第二数量的布拉格反射单元对各波长的反射率以虚线表示。以实线而言，反射率在90％以上的波长约自420nm至790nm，790nm之后反射率降至90％以下，然后约自820nm至1080nm与1180nm之后反射率又上升至90％以上。以虚线而言，反射率在90％以上的波长约自420nm至710nm，710nm之后反射率降至90％以下，然后约自760nm至950nm与1060nm之后反射率才上升至90％以上。由上述可知，实线在反射率90％以上的波长范围较虚线涵盖范围广，对于第一数量大于第二数量的布拉格反射单元反射率90％以上的波长范围较第一数量小于第二数量的布拉格反射单元的波长范围大，因此具有第一数量大于第二数量的布拉格反射单元的发光元件1出光效率较高。图4绘示布拉格反射单元对入射角θi0度至70度的光线的反射率示意图，其中第一数量大于第二数量的布拉格反射单元对入射角θi0度至70度的光线的反射率以实线表示，而第一数量等于第二数量的布拉格反射单元对入射角θi0度至70度的光线的反射率以虚线表示。如图1和图4所示，以实线而言，反射率在90％以上的入射角θi约自0度至50度，50度至52度之间反射率降至90％以下，然后约自52度至70度反射率上升至90％以上。以虚线而言，反射率在90％以上的波长约自0度至54度，54度与56度之间反射率降至90％以下，然后约自56度至64度反射率在90％以上，64度与65度之间反射率降至90％以下，然后约自65度反射率在90％以上。由上述可知，实线在反射率90％以上的角度范围较虚线涵盖范围广，所以对于第一数量大于第二数量的布拉格反射单元反射率90％以上的入射角θi角度范围较第一数量等于第二数量的布拉格反射单元的入射角θi角度范围大。当入射角θi较大时，例如52度至70度，第一数量大于第二数量的布拉格反射单元的反射率较第一数量等于第二数量的布拉格反射单元的反射率高，因此具有第一数量大于第二数量的布拉格反射单元的发光元件1出光效率较高。
第一布拉格反射结构13及/或第二布拉格反射结构15的材料对于发光叠层12所发的光为透明，可为绝缘材料或导电材料，绝缘材料例如为聚亚酰胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、氧化镁(MgO)、Su8、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、玻璃(Glass)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氮化硅(SiNx)、旋涂玻璃(SOG)或四乙氧基硅烷(TEOS)。导电材料包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)或氧化铟锌(IZO)。一实施例中，第一子层131的材料不同于第二子层132的材料，及/或第三子层151的材料不同于第四子层152的材料。又一实施例中，反射层对可由具有高折射率材料的子层与低折射率材料的子层相堆叠形成。例如第一子层131及/或第三子层151可具有高折射率材料，包含但不限于氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钽(Ta2O5)或氧化铌(Nb2O5)；第二子层132及/或第四子层152可具有低折射率材料，包含但不限于二氧化硅(SiO2)、氟化镧(LaF3)、氟化镁(MgF2)、氟化钠(NaF)、氟化钠铝(Na3AlF6)或氟化钙(CaF2)。其中，高折射率材料是指折射率在2以上的材料，低折射率材料是指折射率在1.9以下的材料。
反射层17可反射来自发光叠层12的光，其材料可为金属材料，包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、锡(Sn)、金(Au)、银(Ag)、铅(Pb)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、钨(W)或上述材料的合金等。
图5是绘示出一灯泡分解示意图，一灯泡5具有一灯罩51；一透镜52，置于灯罩51之中；一照明模块54，位于透镜52之下；一灯座55，具有一散热槽56，用以承载照明模块54；一连结部57；以及一电连结器58，其中连结部57连结灯座55与电连接器58。照明模块54具有一载体53；以及多个前述任一实施例的发光元件50，位于载体53之上。
上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本发明所属技术领域中具有通常知识者均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化。因此本发明的权利保护范围如附上的权利要求所列。
Claims (13)
1.一发光元件，包含︰
基板；
发光叠层，位于该基板之上；
窗户层，位于该基板之下且接触该基板，该窗户层为绝缘材料；以及
布拉格反射结构，位于该窗户层之下，包括：
第一布拉格反射结构，位于该基板之下，具有第一数量反射层对；以及
第二布拉格反射结构，位于该第一布拉格反射结构之下，具有第二数量反射层对，其中该第一数量大于该第二数量；
其中，该布拉格反射结构对于波长介于420nm至790nm之光线具有90％以上的反射率。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一布拉格反射结构的厚度大于该第二布拉格反射结构的厚度。
3.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一布拉格反射结构包含：
第一子层，位于该基板与该第二布拉格反射结构之间；以及
第二子层，位于该第一子层与该第二布拉格反射结构之间，其中该第一子层的厚度小于该第二子层的厚度。
4.如权利要求3所述的发光元件，其中该第一子层的折射率大于该第二子层的折射率。
5.如权利要求1所述的发光元件，其中该第二布拉格反射结构包含：
第三子层，位于该第一布拉格反射结构之下；以及
第四子层，位于该第三子层之下，其中该第三子层的厚度小于该第四子层的厚度。
6.如权利要求5所述的发光元件，其中该第三子层的折射率大于该第四子层的折射率。
7.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一布拉格反射结构包含：
第一子层，位于该基板与该第二布拉格反射结构之间；以及
第二子层，位于该第一子层与该第二布拉格反射结构之间；以及
该第二布拉格反射结构包含：
第三子层，位于该第一布拉格反射结构之下；以及
第四子层，位于该第三子层之下，
其中该第一子层的厚度大于该第三子层的厚度，该第二子层的厚度大于该第四子层的厚度。
8.如权利要求7所述的发光元件，其中该第一子层或该第三子层的折射率为2以上。
9.如权利要求7所述的发光元件，其中该第一子层或该第三子层的材料选自由氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)与上述材料的组合所构成的群组。
10.如权利要求7所述的发光元件，其中该第二子层或该第四子层的材料选自由二氧化硅(SiO2)、氟化镧(LaF3)、氟化镁(MgF2)、氟化钠(NaF)、氟化钠铝(Na3AlF6)、氟化钙(CaF2)与上述材料的组合所构成的群组。
11.如权利要求1所述的发光元件，其中，该布拉格反射结构对于波长455nm，入射角θi自52度至70度之间的光线具有90％以上的反射率。
12.如权利要求1所述的发光元件，还包含一反射层，位于该第二布拉格反射结构之下。
13.如权利要求12所述的发光元件，其中该反射层包含金属。
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