CN114464718A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光装置，包含一载板、一发光单元设置在载板上、一反射元件设置于发光单元上，以及一光学元件位于载板上并环绕发光单元。

Description

发光装置
本申请是中国发明专利申请(申请号：201811258011.4，申请日：2018年10月26日，发明名称：发光装置)的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种发光装置，尤其是涉及一种包含有反射层以及光学元件的发光装置。
背景技术
用于固态照明装置的发光二极管(Light-Emitting Diode；LED)具有耗能低、寿命长、体积小、反应速度快以及输出的光波长稳定等特性，因此发光二极管逐渐取代传统的光源。随着光电科技的发展，固态照明在照明效率、操作寿命以及亮度等方面有显著的进步，因此近年来发光二极管已经被应用于各种用途上，例如显示器的背光模块中。
发明内容
本发明关于一种发光装置，包含一载板、一发光单元设置在载板上、一第一光学元件设置于发光单元的正上方用以将来自发光单元的光线反射至发光单元的侧面、以及一第二光学元件位于载板上并环绕发光单元。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图，详细说明如下。
附图说明
图1A为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图1B为本发明一实施例中一发光装置的上视图；
图2A为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图2B为图2A中的装置的上视图；
图2C为图2A中的装置的光强度分布图；
图2D为图2A中的装置的光强度分布图；
图3A为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图3B为图3A中的装置的上视图；
图3C为图3A中的装置的光强度分布图；
图3D为图3A中的装置的光强度分布图；
图4A为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图4B为图4A中的装置的上视图；
图4C为图4A中的装置的光强度分布图；
图4D为图4A中的装置的光强度分布图；
图5为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图6A为本发明一实施例中一发光单元的剖面示意图；
图6B为本发明一实施例中一发光单元的剖面示意图；
图7为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图8为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图9A为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图9B为图9A中的装置的上视图；
图9C为图9A中的装置的光强度分布图；
图9D为图9A中的装置的光强度分布图；
图9E为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图10A为本发明一实施例中一发光装置的上视图；
图10B为图10A中的装置的剖面示意图；
图11A为本发明一实施例中一发光装置的上视图；
图11B为图11A中的装置的剖面示意图；
图11C为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图11D为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图11E为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图12A为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图12B为图12A中的装置的上视图；
图12C为图12A中的装置的光强度分布图；
图12D为图12A中的装置的光强度分布图；
图12E为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图13A为本发明一实施例中一发光装置的上视图；
图13B为图13A中的装置的剖面示意图；
图14A为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图14B为图14A中的发光装置的上视图；
图14C为图14A中的光学元件的下视图；
图14D1为本发明一实施例中一光学元件的下视图；
图14D2为图14D1中的光学元件的剖面示意图；
图14E为本发明一实施例中一光学元件的剖视图；
图14F1～图14F3为本发明一实施例中一光学元件的剖视图；
图14G为图14A中的装置的光强度分布图；
图15A为本发明一实施例中一发光装置的上视图；
图15B为图15A中的装置的剖面示意图；
图16A为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图；
图16B为图16A中的发光装置的上视图；
图16C为本发明另一实施例的发光装置的上视图。
符号说明
10、10a、10b：发光单元；
12：波长转换结构；
20、200：载板；
30：第一光学元件；
50：第二光学元件；
52：第三光学元件；
54：第四光学元件；
56：第五光学元件；
58：第六光学元件；
59：第七光学元件；
101：发光结构；
1011、1012：侧表面；
102、104、106、108：电极；
1018、1019：电极垫；
15：绝缘结构；
1501、1502、1503：部分；
105：透光层；
1051：荧光粉颗粒；
1052：基质；
201、202、501、502、503、561、562、563、5010、580、583、584、590、593：表面；
581、591：斜面；
582、592：底面；
5840：棱线；
5930：凹陷处；
300、301、302、203、203a1、203a2、203b1、203b2、203c1、203c2、203d1、203d2、204、2041、2042：电路层；
40：表面层；
1000、1000’、2000、3000、4000、5000、5002、6000、7000、7000’、8000、8000’、8002、9000、9000’：发光装置；
L0：中心线；
L1:光线；
C10、C20、C30：端点；
C1、C2、C3：切线；
AA’、BB’：线；
θ、θ1、θ2、θ3：夹角。
具体实施方式
以下实施例将伴随着附图说明本发明的概念，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在附图中，元件的形状或厚度可扩大或缩小。
图1A显示本发明的发光装置的剖面示意图。在图1A中，X轴与Z轴被设定是大体上相交于发光单元10的几何中心。以图1A来看，Z轴穿越发光单元10的几何中心(即虚拟中心线L0的位置)，而X轴则是在水平方向上穿过发光单元10的几何中心。发光装置1000包含一载板20、一发光单元10、一第一光学元件30与一第二光学元件50。发光单元10包含一发光结构101、一环绕并覆盖发光结构101的透光层105与电极102、104，发光结构101包含一基板(未显示)、一第一型半导体层(未显示)、一活性层(未显示)、及一第二型半导体层(未显示)。基板可以是一长晶基板，例如蓝宝石、碳化硅、氮化镓或砷化镓适于外延成长第一型半导体层、活性层与第二型半导体层。基板也可以是一非用于外延成长的材料，例如陶瓷等硬质基板，或是玻璃纤维或三氮杂苯树脂(BT)等具有弹性的基板。基板于制作工艺中可以被减薄或者被移除。第一型半导体层及第二型半导体层例如为包覆层(cladding layer)或限制层(confinement layer)，可分别提供电子、空穴，使电子、空穴于活性层中结合以发光。第一型半导体层、活性层、及第二型半导体层可包含Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，例如AlxInyGa(1-x-y)N或AlxInyGa(1-x-y)P，其中0≤x,y≤1；(x+y)≤1。依据活性层的材料，发光结构101可发出一峰值介于610nm及650nm之间的红光，峰值介于530nm及570nm之间的绿光，或是峰值介于450nm及490nm之间的蓝光。透光层105可以选择性地包含有波长转换材料，例如，染料、荧光粉、量子点材料。若选择荧光粉作为波长转换材料，部分相邻的荧光粉颗粒彼此接触，然而部分相邻的荧光粉颗粒彼此未接触。荧光粉的粒径(最大或平均粒径)介于5um～100um。荧光粉包含但不限于黄绿色荧光粉及红色荧光粉。黄绿色荧光粉的成分是例如铝氧化物(YAG或是TAG)、硅酸盐、钒酸盐、碱土金属硒化物、或金属氮化物。红色荧光粉的成分是例如硅酸盐、钒酸盐、碱土金属硫化物、金属氮氧化物、或钨钼酸盐族混合物。
在一实施例中，透光层105中包含荧光粉，荧光粉可吸收发光结构101所发出的第一光而转换成与第一光不同峰值波长的第二光。第一光与第二光混和可以产生白光。发光装置1000于热稳态下具有一白光色温为2200K～6500K(例如：2200K、2400K、2700K、3000K、5700K、6500K)，其色点值(CIE x,y)会落于七个麦克亚当椭圆(MacAdam ellipse)的范围，并具有一大于80或大于90的演色性(CRI)。在另一实施例中，透光层105还包含扩散粒子，扩散粒子例如是二氧化钛、氧化锆、氧化锌或氧化铝。
发光单元10可以通过电极102、104与载板20表面的电路(未显示)电连接，并通过载板20的电路供电发光结构101。更具体而言，电极102、104通过一导电材料与载板20表面的电路相连接，导电材料可以是焊锡或其他具有导电性质的粘性材料。在一实施例中，载板20的下表面202还包含有电极106、108以接收外部电力，位于下表面上的电极106、108通过载板20内的金属线路(未显示)与载板20表面的电路(未显示)电连接，其中的金属线路在载板20内可以垂直地或倾斜地穿过载板20。在一实施例中，载板20的上表面201还包含一反射层以反射发光单元10发出的光线。反射层可以是一漫射面(光线被反射后可能朝多个方向行进)，或者反射层是一镜面(光线被反射后朝单一方向前进，即入射角等于反射角)。当反射层为一漫射面时，发光结构101发出的光线射向载板20后部分会被反射会朝发光结构101行进，此时部分光线可能会被发光单元10再吸收，或在第一光学元件30与载板20之间来回反射而被局限(trapped)在发光装置1000内，进而减少了发光装置1000的发光强度。当反射层为一镜面时，发光结构101发出的光线射向载板20表面后会被反射向外朝远离发光结构101的方向前进。因此，当载板20的上表面201包含一镜面反射面的时候，与上表面201包含一漫射反射面时相比，有较多的光线会被反射到发光装置1000的周围，进而提升发光装置1000的周围的光强度，也让发光装置1000周围的光强度与中心的光强度的差异更大。
反射层的材料包含绝缘材料，例如白漆或陶瓷油墨，及/或导电材料，例如银、铝等金属。白漆包含一基底材料与多个散布在基底材料中的反射粒子(图未示)。基底材料包含有具有硅氧基的材料(Siloxane group containing material)、环氧树脂基的材料(epoxygroup containing material)、或具备前述两种官能基的材料，并具有介于约1.4～1.6或者1.5～1.6之间的折射率(n)。在一实施例中，基底材料可包含聚亚酰胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、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)。反射粒子包括二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锌，或二氧化锆。
在一实施例中，第一光学元件30设置于发光单元10之上，第一光学元件30的宽度与发光单元10大致等宽，并且大于发光结构101的宽度。参考图1A，第一光学元件30用以反射发光结构101的至少部分光线使其朝右下方((X,-Z)方向)及/或左下方((-X,-Z)方向)射出发光单元10之外，进而使得光线在离开发光结构101之后可以射向第二光学元件50，避免光线被局限(trapped)在发光单元10之内。因此，第一光学元件30能使发光单元10产生的光线分散到发光装置1000周围而非聚集在发光装置1000上方。第二光学元件50环绕发光单元10与第一光学元件30，并同时接触第一光学元件30与发光单元10。第二光学元件50更是在一剖视图上大致以相对于穿越发光单元10(或第一光学元件20)的中心线，例如一穿越发光单元10的中心的虚拟中心线L0，而对称地覆盖着发光单元10。第二光学元件50具有一上表面501与一下表面502，上表面501与第一光学元件30的侧表面直接相接但不接触第一光学元件30的最上表面，下表面502与载板20相接并且下表面502与电极102、104连接到载板20的表面大致共平面。在一实施例中，第二光学元件50的剖面形状为长方形或近似长方形，其上表面501在剖视图中为一平行于上表面201的水平面，并且上表面501与第一光学元件30的最上表面大致共平面。在一实施例中，上表面501与第一光学元件30的侧表面并不直接接触，第二光学元件50还存在一水平的最上表面连接上表面501与第一光学元件30的侧表面。第二光学元件50环绕发光单元10，并且上表面501的最高点位于发光单元10的最上表面之上。第一光学元件30可以是一单层结构或者是一多层结构。其中，包含绝缘材料单层结构例如是一由白漆或陶瓷油墨组成的单层反射层。包含导电材料的单层结构例如是由金属所构成的单层反射层，金属可以是银、铝等金属。第一光学元件30可以是一分布式布拉格反射器(distributed Bragg reflector，DBR)。布拉格反射镜包含至少两种以上折射率不同的可透光材料堆叠而成。布拉格反射结构可为绝缘材料或导电材料，绝缘材料包含但不限于聚亚酰胺(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(FluorocarbonPolymer)、玻璃(Glass)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、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)。
第二光学元件50与透光层105可被来自于发光结构101的光所穿透。第二光学元件50与透光层105的材料可以相同或者相似，材料包含有硅胶(Silicone)、环氧树脂(Epoxy)、聚亚酰胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、SU8、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、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)、氧化铝(Al2O3)、SINR、旋涂玻璃(SOG)。在一实施例中，第二光学元件50包含扩散粒子，例如：二氧化钛、氧化锆、氧化锌或氧化铝。在一实施例中，第二光学元件50包含波长转换材料，例如：染料、荧光粉、量子点材料(QD；Quantum Dot)。
图1B显示本发明的发光装置1000的上视图。在图1B中，X轴与Y轴被设定是大体上相交于发光单元10的几何中心。以图1B来看，Y轴在垂直穿过发光单元10的几何中心，而X轴水平穿过发光单元10的几何中心。由图1B观之，发光单元10完全被第一光学元件30所覆盖，并且第二光学元件50环绕整个发光单元10以及第一光学元件30。第二光学元件50具有一大致为圆形或椭圆形的轮廓。发光单元10的尺寸与第二光学元件50或载板20或上表面201上的反射层的尺寸在同一剖面上存在一比例关系。例如在图1A中，第二光学元件50的最大宽度是发光单元10的最大宽度的3倍或以上，或是载板20/上表面201上的反射层的最大宽度是发光单元10的最大宽度的3倍或以上。在一实施例中，第二光学元件50的最大宽度是发光单元10的最大宽度的5倍或以上。在一实施例中，载板20/上表面201上的反射层的最大宽度是发光单元10的最大宽度的10倍或以上。
图2A为依据本发明一实施例的发光装置的剖面示意图，其中的射线表示发光装置发出光线的轨迹。图2B为图2A中的装置的上视图。在图2A中，X轴与Z轴被设定是大体上相交于发光单元10的几何中心。以图2A来看，Z轴穿越发光单元10的中心(即虚拟中心线L0)，而X轴则水平穿过发光单元10的几何中心。第二光学元件50位于发光单元10一侧的部分具有类似梯形的形状，其中第二光学元件50的上表面501为斜面。载板20的上表面201可为一镜面或拟似镜面的反射面，用以将发光单元10发出的光线分散至发光装置1000的两侧。为了方便说明，图2A中发光装置1000左半部显示的是光线离开发光单元10之后于第二光学元件50内朝向上方前进的情况，右半部显示的是光线离开发光单元10之后于第二光学元件50内朝向下方前进的情况。第二光学元件50内的光线行进方式至少包含有前述向上与向下的路径，也可以是这两种路径的各种组合，并且都大致以远离发光单元10的方向前进。如图2A所示，光线在第二光学元件50内直线行进，直到在上表面501发生折射。举例而言，光线L1离开第二光学元件50后往靠近载板20的方向偏移。
图2B为图2A中的装置的上视图。图2C为图2A中的发光装置1000的直角坐标光形图，图中显示的三条曲线分别是从三个不同方位的平面上(如图2B所示的面A(90°)、面B(135°)与面C(180°))所测到的光强度。图2C中的横轴表示在一平面(面A、面B或面C)上的观测角度，纵轴表示相对光强度(a.u.)。由图2C观之，发光装置1000的光强度分布情况大致相对于0°角呈现对称的分布，在两侧约40°～70°具有最高的光强度(约为0.14a.u)，大约是中心区域+15°～-15°之间的最低光强度(约为0.01a.u)的14倍。为了方便比较，本发明将光强度进行归一化处理，因此各实施例中的光强度单统一为一任意单位(a.u.)。图2D为图2A中的装置的极坐标光形图。由图2D观之，发光装置1000的光强度也大致为一相对于发光单元10的几何中心或0°角呈现左右对称的分布，光线主要分布在40°～70°的范围内。
图3A为依据本发明一实施例的发光装置的剖面示意图，其中的射线表示发光装置发出光线的轨迹。图3B为图3A中的装置的上视图。在图3A中，X轴与Z轴被设定是大体上相交于发光单元10的几何中心。以图3A来看，Z轴穿越发光单元10的中心(即虚拟中心线L0)，而X轴则水平穿过发光单元10的几何中心。第二光学元件50的剖视图大致为两个设置于发光单元10两侧的梯形，其中第二光学元件两侧的上表面501为下凹面。载板20的上表面201为一镜面反射面，由此将发光单元10发出的光线导引至发光装置2000的两侧。图3A中左半部显示的是光线朝向上方前进的情况，而右半部显示的是光线朝向下方前进的情况。第二光学元件50内的光线行进方式至少包含有前述向上与向下的路径，也可以是这两种路径的各种组合，并且都大致以远离发光单元10的方向前进。光线同样在离开第二光学元件50时，在上表面501发生折射。值得注意的是，发光装置2000的第二光学元件50具有一下凹的上表面501。图3C为图3A中的发光装置2000的直角坐标光形图，图中显示的三条曲线分别是从三个不同方位的平面上(如图3B所示的面A(90°)、面B(135°)与面C(180°))所测到的光强度。图3C中的横轴表示的是所测量的角度，纵轴表示相对光强度(a.u.)。横轴上的0°、90°及-90°如同图3A中坐标轴所示，90°及-90°的方向大致为图3A中的+X与-X方向，而0°的位置与穿越发光单元10的中心的虚拟中心线L0相重叠。图3C中的横轴表示在一平面(面A、面B或面C)上的观测角度，纵轴表示相对光强度(a.u.)。由图3C观之，发光装置2000的光强度分布情况大致相对于0°角呈现对称的分布，在两侧约30°～60°具有最高的光强度(约为0.13a.u)，大约是中心区域+10°～-10°之间的最低光强度(约为0.018a.u)的7.2倍。图3D为图3A中的装置的极坐标光形图。由图3D观之，发光装置2000的光强度也大致为一相对于发光单元10的几何中心或0°角呈现左右对称的分布，光线主要分布在30°～60°的范围内。相较于图2A中的发光装置1000，发光装置2000的主要差异在于第二光学元件50具有一下凹的上表面501，这也影响了光学分布。具体而言，发光装置2000的最高光强度所在的位置由(发光装置1000的)40°～70°向发光单元10的几何中心靠近而变成了30°～60°，光线强度较低的中心区域分布则从+15°～-15°缩小为+10°～-10°，而发光装置2000的最大光强度与最低光强度的比值，也比发光装置1000的低。
图4A为依据本发明一实施例的发光装置的剖面示意图，其中的射线表示发光装置发出光线的轨迹。图4B为图4A中的装置的上视图。在图4A中，X轴与Z轴被设定是大体上相交于发光单元10的几何中心。以图4A来看，Z轴穿越发光单元10的中心(即虚拟中心线L0)，而X轴则水平穿过发光单元10的几何中心。第二光学元件50的剖视图大致为两个设置于发光单元10两侧的弧梯形，其中第二光学元件两侧的上表面501为凸起面。载板20的表面201为一镜面反射面，由此将发光单元10发出的光线导引至发光装置3000的两侧。图4A中左半部显示的是光线朝向上方前进的情况，而右半部显示的是光线朝向下方前进的情况。第二光学元件50内的光线行进方式至少包含有前述向上与向下的路径，也可以是这两种路径的各种组合，并且都大致以远离发光单元10的方向前进。光线同样在离开第二光学元件50时，在上表面501发生折射。值得注意的是，发光装置3000的第二光学元件50具有一外凸的上表面501。图4C为图4A中的发光装置3000的直角坐标光形图，图中显示的三条曲线分别是从三个不同方位的平面上(如图4B所示的面A(90°)、面B(135°)与面C(180°))所测到的光强度。图4C中的横轴表示的是所测量的角度，纵轴表示相对光强度(a.u.)。横轴上的0°、90°及-90°如同图4A中坐标轴所示，90°及-90°的方向大致为图4A中的+X与-X方向，而0°的位置与穿越发光单元10的中心的虚拟中心线L0相重叠。图4C中的横轴表示在一平面(面A、面B或面C)上的观测角度，纵轴表示相对光强度(a.u.)。由图4C观之，发光装置3000的光强度分布情况大致相对于0°角呈现对称的分布，在两侧约40°～60°具有最高的光强度(约为0.18a.u)，大约是中心区域+25°～-25°之间的最低光强度(约为0.01a.u)的18倍。图4D为图4A中的装置的极坐标光形图。由图4D观之，发光装置3000的光强度也大致为一相对于发光单元10的几何中心或0°角呈现左右对称的分布，光线主要分布在40°～60°的范围内。相较于图2A中的发光装置1000，发光装置3000的主要差异在于第二光学元件50具有一外凸的上表面501，这也影响了光学分布。具体而言，发光装置3000的最高光强度所在的位置由(发光装置1000的)40°～70°集中到40°～60°，光线强度较低的中心区域分布则从+15°～-15°扩大到+25°～-25°，并且发光装置3000的最大光强度与最低光强度的比值，也比发光装置1000的高，因此发光装置3000可以提供比发光装置1000更好的光强度对比。
图5显示本发明的发光装置4000的剖面示意图。发光装置4000包含一载板20、一发光单元10、一第一光学元件30、一第二光学元件50，以及一第三光学元件52设置于第二光学元件50之上。发光单元10包含一发光结构101、一环绕并覆盖发光结构101的透光层105与电极102、104，发光结构101包含一基板(未显示)、一第一型半导体层(未显示)、一活性层(未显示)、及一第二型半导体层(未显示)。基板可以是一长晶基板，例如蓝宝石、碳化硅、氮化镓或砷化镓适于外延成长第一型半导体层、活性层与第二型半导体层。基板也可以是一非用于外延成长的材料，例如陶瓷硬质基板，或是玻璃纤维或三氮杂苯树脂(BT)等具有弹性的基板。基板于制作工艺中可以被减薄或者被移除。第二光学元件50与第三光学元件52相对于发光单元10发出的光线而言都是可透光的元件。但第二光学元件50与第三光学元件52的折射率不同。举例来说，第二光学元件50包含折射率介于1.5～1.6的环氧树脂，而第三光学元件52包含折射率介于1.4～1.5的硅氧树脂。在一实施例中，第二光学元件50与第三光学元件52包含相同的材料，例如同为环氧树脂或硅氧树脂，但仍具有不同的折射率。发光单元10发出的光线先经过折射率较高的第二光学元件50，再通过折射率较低第三光学元件52，由此将光线集中到两侧，并保持中心区域的低亮度。发光装置4000中，光线从发光单元10离开后依序经过第二光学元件50与第三光学元件52后再进入空气。发光装置4000中光线在进入折射率较低的空气之前可以先经过一折射率介于空气与第二光学元件50之间的第三光学元件52，因此经过的介面的折射率差异较低，较不容易发生全反射，使得发光装置4000的光线的萃取效果可能更好。发光单元10的尺寸与第二光学元件50、第三光学元件52或载板20或上表面201上的反射层的尺寸在同一剖面上存在一比例关系。例如在图5中，第二光学元件50或第三光学元件52的最大宽度是发光单元10的最大宽度的3倍或以上，或是载板20/上表面201上的反射层的最大宽度是发光单元10的最大宽度的3倍或以上。在一实施例中，第二光学元件50或第三光学元件52的最大宽度是发光单元10的最大宽度的5倍或以上。在一实施例中，载板20/上表面201上的反射层的最大宽度是发光单元10的最大宽度的10倍或以上。
图6A为本发明一实施例中一发光单元的剖面示意图。发光单元10a包括发光结构101、一第一电极102、一第二电极104、一透光层105、及一绝缘结构15。发光结构101包含一基板(未显示)、一第一型半导体层(未显示)、一活性层(未显示)、及一第二型半导体层(未显示)。基板可以是一长晶基板，例如蓝宝石、碳化硅、氮化镓或砷化镓适于外延成长第一型半导体层、活性层与第二型半导体层。基板也可以是一非用于外延成长的材料，例如陶瓷基板等硬质基板，或是玻璃纤维或三氮杂苯树脂(BT)等具有弹性的基板。基板于制作工艺中可以被减薄或者被移除。发光结构101还包含有电极垫1018、1019设置于下表面，发光结构101的上表面与侧表面1101、1102与透光层105相接。透光层105包含有基质1052与荧光粉颗粒1051，并且部分荧光粉颗粒1051与发光结构101的上表面与侧表面1101、1102相接触。电极垫1018与第一电极102相接，电极垫1019与第二电极104相接。参考图6A，靠近发光单元10a中心区域的绝缘结构15直接接触发光结构101的下表面与电极垫1018、1019的部分表面，并且形成于电极垫1018、1019与对应的电极102、104之间。靠近发光单元10a两侧的绝缘结构15则形成于透光层105与电极102、104之间，并且透光层105与两侧的绝缘结构15相接的表面还存在有部分荧光粉颗粒1051靠近或直接接触绝缘结构15。参考图6A，绝缘结构15的最下表面有一弧形的轮廓，而电极102、104包含一部分因沿着绝缘结构15的轮廓而形成，因此也具有类似的形状。
基质1052包含有硅基底的基质材料、环氧树脂基底的基质材料、或前述两者。基质1052的折射率(n)介于约1.4～1.6或者1.5～1.6之间。荧光粉颗粒1051的相关描述请参阅前述段落，此处不另外重复。绝缘结构15是通过固化一白漆(white paint)所形成。白漆包含一基底材料与多个散布在基底材料中的反射粒子(图未示)。基底材料具有硅基底的基质材料(silicone-based material)、环氧树脂基底的基质材料(epoxy-based material)、或前述两者，并具有介于约1.4～1.6或者1.5～1.6之间的折射率(n)。在一实施例中，基底材料可包含聚亚酰胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、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)。反射粒子包括二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锌，或二氧化锆。在一实施例中，当发光结构101发射的光线撞击到绝缘结构15时，光线会被反射。具体而言，在绝缘结构15所产生反射是属漫反射(diffuse reflection)。
白漆具有约0.5～1000Pa·s的黏度(例如0.5、1、2、10、30、100、500、1000)及一介于约40～90之间的硬度(shore D)。或者，白漆具有约100～10000Pa·s的黏度(例如100、300、500、1000、5000、10000)及一介于约30～60之间的硬度(shore D)。
图6B为本发明一实施例中一发光单元的剖面示意图。发光单元10b包括发光结构101、一第一电极102、一第二电极104、一透光层105、及一绝缘结构15。发光结构101包含一基板(未显示)、一第一型半导体层(未显示)、一活性层(未显示)、及一第二型半导体层(未显示)。基板可以是一长晶基板，例如蓝宝石、碳化硅、氮化镓或砷化镓适于外延成长第一型半导体层、活性层与第二型半导体层。基板也可以是一非用于外延成长的材料，例如陶瓷等硬质基板，或是玻璃纤维或三氮杂苯树脂(BT)等具有弹性的基板。基板于制作工艺中可以被减薄或者被移除。发光结构101还包含有电极垫1018、1019设置于下表面，发光结构101的上表面与侧表面1101、1102与透光层105相接。透光层105包含有基质1052与荧光粉颗粒1051，并且部分荧光粉颗粒1051与发光结构101的上表面与侧表面1101、1102相接触。电极垫1018与第一电极102相接，电极垫1019与第二电极104相接。绝缘结构15包含第一部分1501、第二部分1502及第三部分1503，第一电极102形成于第一部分1501与第二部分1502之间，第二电极104形成于第三部分1503与第二部分1502之间，并且第二部分1502更直接接触发光结构101的下表面。第一电极102与第二电极104的最下表面大致与绝缘结构15的最下表面共平面。在一实施例中，发光单元10b省略了第一电极102与第二电极104，并连带使得绝缘结构15的最下表面大致与电极垫1018、1019的最下表面共平面。其中，基质1052、荧光粉颗粒1051与绝缘结构15请参考前述段落的描述，此处不另赘述。
在本发明的各实施例中，可以在不违反本发明的发明精神下任意的选择发光单元，例如发光单元10,10a,10b。也就是说前述各实施例中的发光单元10可以被发光单元10a或10b替换。
图7显示本发明一实施例的发光装置的剖面示意图。在图7中，X轴与Z轴被设定是大体上相交于发光结构101的几何中心。以图7来看，Z轴穿越发光结构101的中心(即虚拟中心线L0)，而X轴则水平穿过发光结构101的几何中心。发光装置5000包含一载板20、一发光结构101、一第一光学元件30、一第二光学元件50与电极106、108。发光结构101通过电极垫1018、1019与载板20上表面201上的电路相连接，再经由电路连接到载板20下表面202上的电极106、108，通过电极106、108与外部电路相接并接收电力发光。发光结构101包含一基板(未显示)、一第一型半导体层(未显示)、一活性层(未显示)、及一第二型半导体层(未显示)。基板可以是一长晶基板，例如蓝宝石、碳化硅、氮化镓或砷化镓适于外延成长第一型半导体层、活性层与第二型半导体层。基板也可以是一非用于外延成长的材料，例如陶瓷等硬质基板，或是玻璃纤维或三氮杂苯树脂(BT)等具有弹性的基板。基板于制作工艺中可以被减薄或者被移除。发光结构101通过电极垫1018、1019经由导电材料(例如焊锡)接触载板20上的电路。发光装置5000与发光装置1000具有类似的光学特性，发光装置5000与发光装置1000的结构差异在于发光装置5000不包含透光层105。光学特性包括发光强度、光强度分布、色温以及发光波长。参考图7，第一光学元件30直接形成于发光结构101之上，第二光学元件50环绕并直接接触发光结构101与第一光学元件30。第一光学元件30的宽度与发光结构101大致等宽。第二光学元件50环绕发光结构101，并同时接触第一光学元件30与发光结构101。第二光学元件50具有一上表面501与一下表面502，上表面501与第一光学元件30的侧表面直接相接但不接触第一光学元件30的最上表面。在一实施例中，上表面501与第一光学元件30的侧表面并不直接接触，第二光学元件50还存在一近似水平的最上表面5010连接上表面501与第一光学元件30的侧表面。第二光学元件50环绕发光结构101，并且上表面501的最高点在发光结构101的最上表面之上但低于第一光学元件30的最上表面。在一实施例中，发光装置5000中发光结构101与第一光学元件30间的距离因为彼此直接接触而缩短，使得发光结构101往第一光学元件30方向发出的光线没有足够的空间离开发光结构101而容易被反射回发光结构101，发光结构101发出的光线容易被局限(trapped)在发光结构101与第一光学元件30之间，而不易被引导到发光结构101的侧面。
图8显示本发明一实施例的发光装置的剖面示意图。在图8中，X轴与Z轴被设定是大体上相交于发光单元10的几何中心。以图8来看，Z轴穿越发光单元10的中心(即虚拟中心线L0)，而X轴则水平穿过发光单元10的几何中心。发光装置6000包含一载板20、一发光单元10、一第一光学元件30与一第二光学元件50。发光单元10包含一发光结构101、一环绕并覆盖发光结构101的透光层105与电极102、104、106、108。发光结构101包含一基板(未显示)、一第一型半导体层(未显示)、一活性层(未显示)、及一第二型半导体层(未显示)。基板可以是一长晶基板，例如蓝宝石、碳化硅、氮化镓或砷化镓适于外延成长第一型半导体层、活性层与第二型半导体层。基板也可以是一非用于外延成长的材料，例如陶瓷等硬质基板，或是玻璃纤维或三氮杂苯树脂(BT)等具有弹性的基板。基板于制作工艺中可以被减薄或者被移除。发光装置6000与发光装置1000、2000、3000、4000中相同名称或者标号的元件请参考前述说明，此处不另赘述。参考图8，第二光学元件50的上表面501具有一弧形的轮廓，并且上表面501高于第一光学元件30。因此发光装置6000的第二光学元件50大体上完全覆盖着发光单元10以及第一光学元件30，并且第一光学元件30的侧壁也被第二光学元件50所覆盖。然而，在某些情况下，第一光学元件30的侧壁仍可能未被第二光学元件50所覆盖而暴露于外部介质中。第二光学元件50的上表面501可以与第一光学元件30的边缘或侧面直接接触或相距一段大于零的距离。发光装置6000中，上表面501与下表面502(或载板20的上表面201)相接处形成一夹角θ。在一实施例中，夹角θ小于90°，例如为45°。在一实施例中，夹角θ大于90°，例如为120°。发光单元10的尺寸与第二光学元件50或载板20或上表面201上的反射层的尺寸在同一剖面上存在一比例关系。例如在图8中，第二光学元件50的最大宽度是发光单元10的最大宽度的3倍或以上，或是载板20/上表面201上的反射层的最大宽度是发光单元10的最大宽度的3倍或以上。在一实施例中，第二光学元件50的最大宽度是发光单元10的最大宽度的5倍或以上。在一实施例中，载板20/上表面201上的反射层的最大宽度是发光单元10的最大宽度的10倍或以上。
图9A显示本发明一实施例的发光装置的剖面示意图。图9B为9A图中的装置的上视图。在图9A中，X轴与Z轴被设定是大体上相交于发光结构101的几何中心。以图9A来看，Z轴穿越发光结构101的中心(即虚拟中心线L0)，而X轴则水平穿过发光结构101的几何中心。发光装置7000包含一载板20、一发光结构101、一第一光学元件30、一第二光学元件50与电极106、108。发光结构101包含电极垫1018、1019、一基板(未显示)、一第一型半导体层(未显示)、一活性层(未显示)、及一第二型半导体层(未显示)。基板可以是一长晶基板，例如蓝宝石、碳化硅、氮化镓或砷化镓适于外延成长第一型半导体层、活性层与第二型半导体层。基板也可以是一非用于外延成长的材料，例如陶瓷等硬质基板，或是玻璃纤维或三氮杂苯树脂(BT)等具有弹性的基板。基板于制作工艺中可以被减薄或者被移除。发光装置7000与发光装置5000中相同名称或者标号的元件请参考前述说明，此处不另赘述。参考图9A，第二光学元件50的上表面501具有一弧形的轮廓，并且上表面501高于第一光学元件30。因此发光装置7000的第二光学元件50大体上完全覆盖着发光单元10以及第一光学元件30，并且第一光学元件30的侧壁也被第二光学元件50所覆盖。然而，在某些情况下，第一光学元件30的外缘仍可能未被第二光学元件50所覆盖而暴露于外部介质中。第二光学元件50的上表面501可以与第一光学元件30的边缘或侧面直接接触或相距一段大于零的距离。第二光学元件50覆盖着第一光学元件30的侧壁，而上表面501与下表面502相接处(或与载板20的上表面201)相接处形成一夹θ。在一实施例中，夹角θ小于90°，例如为45°。在一实施例中，夹角θ大于90°，例如为120°。
图9C为图9A中的发光装置7000的直角坐标光形图，图中显示的三条曲线分别是从三个不同方位的平面上(如图9B所示的面A(90°)、面B(135°)与面C(180°))所测到的光强度。图9C中的横轴表示的是所测量的角度，纵轴表示相对光强度(a.u.)。横轴上的0°、90°及-90°如同图9A中坐标轴所示，90°及-90°的方向大致为图3A中的+X与-X方向，而0°的位置与穿越发光结构101的中心的虚拟中心线L0相重叠。图9C中的横轴表示在一平面(面A、面B或面C)上的观测角度，纵轴表示相对光强度(a.u.)。由图9C观之，发光装置7000的光强度分布情况大致相对于0°角呈现对称的分布，在两侧约40°～50°具有最高的光强度(约为1.2a.u)，大约是中心区域+10°～-10°之间的最低光强度(约为0.3a.u)的4倍。图9D为图9A中的装置的极坐标光形图。由图9D观之，发光装置7000的光强度大致为一相对于发光结构101的几何中心或0°角呈现左右对称的分布，光线主要分布在40°～50°的范围内。相较于图2A中的发光装置1000，发光装置7000的差异在于第二光学元件50覆盖着发光结构101以及第一光学元件30，并且第一光学元件30的侧壁也完全被第二光学元件50所覆盖，因而影响发光装置7000的光学分布。具体而言，发光装置7000的最高光强度所在的位置由(发光装置1000的)40°～70°向发光结构101的几何中心靠近而变成了40°～50°，光线强度较低的中心区域分布则从+15°～-15°缩小为+10°～-10°，而发光装置7000的最大光强度与最低光强度的比值，也小于发光装置1000的最大光强度与最低光强度的比值。
在另一实施例中，第二光学元件50位于发光结构101一侧的部分具有类似梯形的形状，如图9E所示。图9E为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图，其中第二光学元件50的上表面501为斜面，并且上表面501与下表面502(或与载板20的上表面201)相接处形成一角度小于90°的夹角θ。在一实施例中，夹角θ为45。
图10A显示本发明一实施例的发光装置的上视图。此一上视图所在的平面由一X轴与Y轴所构成，X轴与Y轴相交于发光装置8000的几何中心。以图10A来看，Y轴在垂直方向上穿过发光装置8000的几何中心，而X轴则是在水平方向上穿过发光装置8000的几何中心。发光装置8000包含一载板200、多个发光装置1000与覆盖这些发光装置的一第四光学元件54(参考图10B)。发光装置1000包含一载板20、一发光单元10、一第一光学元件30、一第二光学元件50与电极106、108(未显示)。发光单元10包含一发光结构101(未显示)、一环绕并覆盖发光结构101的透光层105(未显示)与电极102、104(未显示)，发光结构101包含一第一型半导体层(未显示)、一活性层(未显示)、及一第二型半导体层(未显示)。前述的各元件相关描述请参考前述段落中具有相同编号或名称的元件，此处不另赘述。载板200的上表面201为一镜面反射面，以有效的萃取发光单元10发出的光线。这些发光装置1000在载板200上以一定的间隔在X方向与Y方向上规律的排列成一矩形阵列，每一个发光装置1000的光学特性，例如发光强度、光强度分布、色温以及发光波长大致相同。在其他实施例中，发光装置之间的间隔距离可以相同或不同，或者在同一方向上的间隔往一方向渐增或者渐减。在其他实施例中，发光装置1000也可以替换成其他的发光装置，例如发光装置2000、3000、4000、5000、6000及7000。
图10B为图10A中的装置的剖面示意图。此一剖视图所在的平面由一X轴与Z轴所构成，X轴与Z轴相交于发光装置8000的几何中心。以图10B来看，Z轴在垂直方向上穿过发光装置8000的几何中心，而X轴则是在水平方向上穿过发光装置8000的几何中心。第四光学元件54覆盖多个发光装置1000，第四光学元件54可以调整这些发光装置1000发出的光线。第四光学元件54可以是一单层结构或多层结构，包含有增亮膜、棱镜膜、扩散膜及/或配向膜，由此达到调整光线行进方向等光学效果。在一实施例中，第四光学元件54还包含有荧光粉或者量子点等波长转换材料的膜片。参考图10B，发光装置8000中在X方向与Y方向上以一定的距离设置发光装置1000，并且发光装置1000具有两侧光强度大于中心光强度的特性(请参考前述各直角坐标/极坐标光形图)，使得发光装置8000可以提供一具有高均匀性，并且较没有亮点或暗区的平面光场。更具体而言，此平面光场上的最大亮度与最低亮度的差异小于最大亮度的3％～10％，或者没有肉眼可以轻易观察到的暗线或亮线。
图11A显示本发明一实施例的发光装置的上视图。此一上视图所在的平面由一X轴与Y轴所构成，X轴与Y轴相交于发光装置9000的几何中心。以图11A来看，Y轴在垂直方向上穿过发光装置9000的几何中心，而X轴则是在水平方向上穿过发光装置9000的几何中心。发光装置9000包含一载板200、多个发光单元10、多个第一光学元件30、多个第二光学元件50、多个电路层301、302以及一个第四光学元件54(参考图11B)。
在图11A中，这些发光单元10在载板200上以一定的间隔在X方向与Y方向上以一定规则的排列成一阵列，阵列的整体尺寸可以符合显示器影像的长宽比(Aspect Ratio)，例如，4:3、3:2、16:9、18:9、1.85:1、2.39:1，更多资料可以参见维基百科的长宽比(影像)条目。每一个发光单元10的光学特性，例如发光强度、光强度分布、色温以及发光波长以大致相同尤佳。然而，若发光单元10的以上特性分布不均匀，也可以通过将发光单元10在全区域或部分区域随机排列以降低发光单元10特性不均匀造成的视觉影响。在其他实施例中，发光单元10之间的间隔距离可以相同或不同，或者在同一方向上的间隔往一方向渐增或者渐减。在其他实施例中，发光单元10也可以替换成其他的发光单元，例如图6A中的发光单元10a及图6B中的发光单元10b。
图11B为图11A中的装置的剖面示意图。此一剖视图所在的平面由一X轴与Z轴所构成，X轴与Z轴相交于发光装置9000的几何中心。以图11B来看，Z轴在垂直方向上穿过发光装置9000的几何中心，而X轴则是在水平方向上穿过发光装置9000的几何中心。在图11B中，第四光学元件54设置在发光单元10之上并同时覆盖多个第一光学元件30以及多个第二光学元件50。在一实施例中，第四光学元件54还包含有荧光粉或者量子点等波长转换材料的膜片。发光单元10包含一发光结构101、一环绕并覆盖发光结构101的透光层105与电极102、104，发光结构101包含一第一型半导体层(未显示)、一活性层(未显示)、及一第二型半导体层(未显示)。前述的各元件相关描述请参考相关段落中具有相同编号或名称的元件，此处不另赘述。载板200设置有电路层300用与各个发光单元10的电极102、104电连接。更具体而言，电路层300包含电路层301、302分别与电极102、104电连接。电路层301、302与发光单元10相接的表面用于反射或漫射发光单元10发出的光线，而电路层301、302与发光单元10相接的表面包含银、金、铜、铝等反射性金属材料除用以电连接发光单元10之外还可以将来自于发光单元10的光线朝上/侧面反射。反射的型态可以为镜面反射或漫反射，若电路层301、302可以镜面反射光线，较可以有效的将发光单元10发出的光线分散至发光装置9000的两侧。
在一实施例中，参考图11C，载板200上还设置有一表面层40与电路层300全部或部分重叠，并且表面层40被第四光学元件54覆盖。图11C为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图。表面层40是对应着每一个发光单元10设置，用于反射发光单元10发出的光线。表面层40可以是一漫射面(光线被反射后可能朝多个方向行进)，或者表面层40是一镜面(光线被反射后朝单一方向前进，即入射角等于反射角)。表面层40的材料包含绝缘材料，例如白漆或陶瓷油墨，及/或导电材料，例如银、铝等金属。镜面、漫射面及白漆。相关材料的描述请参考前述段落，此处不另赘述。为了反射发光单元10发出的光线，表面层40的面积以大于第一光学元件30的面积尤佳。具体而言，表面层40于载板200上的投影面积大于第一光学元件30于载板200上的投影面积。更进一步来说，表面层40于载板200上的投影面积也大于第二光学元件50于载板200上的投影面积。在一实施例中，表面层40的投影面积小于或等于第二光学元件50的投影面积。在一实施例中，第一光学元件10于一表面上(例如X轴与Y轴所组成的平面上)具有一125μm*225μm的投影面积，并且表面层40在相同的表面上具有一1mm*1mm的投影面积。在一实施例中，在一相同平面上的第一光学元件30与表面层40的投影，在同一个方向上的长度具有一比例介于十分之一到二分之一之间，例如0.25、0.125。更具体而言，在一实施例中，在X轴与Y轴所组成的平面上的第一光学元件30的投影具有一边长为250μm，在同一个方向上的表面层40的投影具有一边长为1mm，两者之间的比例为0.25。若表面层40为电绝缘，与电极102、104电连接处的至少一部份的电路层301、302上并未被表面层40覆盖。表面层40形成在载板200的表面之上，并且可以选择性的延伸到电极102、104与载板200之间。在一实施例中，表面层40设置在载板200上，与发光单元10、第一光学元件30及第二光学元件50重叠。
图11D为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图。参考图11D，发光装置9000’包含一载板200、多个发光单元10、多个第一光学元件30、多个第五光学元件56以及一个第四光学元件54。第四光学元件54设置在发光单元10之上并同时覆盖多个第一光学元件30以及多个第五光学元件56。第五光学元件56具有一上表面561、一下表面562以及一侧表面563。侧表面563位于上表面561与下表面562之间，上表面561略高于第一光学元件30的上表面(例如，上表面501与第一光学元件30的上表面间的距离不大于第一光学元件30的1～5倍厚度，例如，不大于2倍厚度。)，或齐平第一光学元件30的上表面，下表面562与载板200相接。在一实施例中，上表面561与第一光学元件30的上表面大致共平面(或齐平)。发光单元10包含一发光结构101、一环绕并覆盖发光结构101的透光层105与电极102、104，发光结构101包含一第一型半导体层(未显示)、一活性层(未显示)、及一第二型半导体层(未显示)。载板200包含一电路层300，电路层包含有电路层301、302分别与电极102、104电连接。前述的各元件相关描述请参考前述段落中具有相同编号或名称的元件，此处不另赘述。在图11D中，每一个第五光学元件56环绕一个发光单元10，并且至少部分的发光单元10发出的光线经过第一光学元件30反射(及/或漫射)之后，经由上表面561与侧表面563离开第五光学元件56。
在一实施例中，参考图11E，载板200上还设置一表面层40与电路层300重叠。图11E为本发明一实施例中一发光装置的剖面示意图。发光装置9000’包含有表面层40设置在载板200上，并且表面层40与第五光学元件56重叠。在一实施例中，表面层40包含一部分超出侧表面563，并未被第五光学元件56覆盖。表面层40的面积还可以根据不同需求调整，例如大于、小于或等于第五光学元件56覆盖的面积。表面层40的相关描述请参考前述段落中具有相同编号或名称的元件，此处不另赘述。
发光装置9000、9000’中在X方向与Y方向上以一定的距离设置发光单元10、第一光学元件30、第五光学元件56及第四光学元件50，达到将发光单元10发出的光线分散至两侧的效果(请参考图2A及其相关段落，以及前述各直角坐标/极坐标光形图)，使得发光装置9000、9000’可以提供一具有高均匀性，并且较没有亮点或暗区的平面光场。更具体而言，此平面光场上的最大亮度与最低亮度的差异小于最大亮度的3％～10％，或者没有肉眼可以轻易观察到的暗线或亮线。在其他实施例中，发光装置9000,9000’包含发光单元10a或10b。在其他实施例中，发光装置8000、9000、9000’包含两种或者多种发光单元，发光单元可以是发光单元10、10及10b。
图12A为依据本发明一实施例的发光装置的剖面示意图，其中的射线表示发光装置发出光线的轨迹。图12B为图12A中的装置的上视图。在图12A中，X轴与Z轴被设定是大体上相交于发光单元10的几何中心。以图12A来看，Z轴穿越发光单元10的中心(即虚拟中心线L0)，而X轴则水平穿过发光单元10的几何中心。发光装置1000’中，第二光学元件50的剖视图大致为两个设置于发光单元10两侧的矩形，其中第二光学元件50两侧的上表面501为大致与载板20的上表面201平行的平面，并且上表面501略高于(例如，上表面501与第一光学元件30的上表面间的距离不大于第一光学元件30的1～5倍厚度，例如不大于2倍厚度。)或齐平第一光学元件30的上表面。载板20的上表面201为一镜面反射面，由此将发光单元10发出的光线导引至发光装置1000’的两侧。图12A中并显示光线朝向两侧前进的情况，光线被上表面201以及第一光学元件30反射后，经由侧表面503离开第二光学元件50。部分光线会经由上表面501离开第二光学元件50。图12C为图12A中的发光装置1000’的直角坐标光形图，图中显示的三条曲线分别是从三个不同方位的平面上(如图12B所示的面A(90°)、面B(135°)与面C(180°))所测到的光强度。图12C中的横轴表示的是所测量的角度，纵轴表示相对光强度(a.u.)。横轴上的0°、90°及-90°如同图12A中坐标轴所示，90°及-90°的方向大致为图12A中的+X与-X方向，而0°的位置与穿越发光单元10的中心的虚拟中心线L0相重叠。图12C中的横轴表示在一平面(面A、面B或面C)上的观测角度，纵轴表示相对光强度(a.u.)。由图12C观之，发光装置1000’的光强度分布情况大致相对于0°角呈现对称的分布，在两侧约30°～50°具有最高的光强度(约为1.1a.u)，大约是中心区域+10°～-10°之间的最低光强度(约为0.6a.u)的1.8倍。图12D为图12A中的装置的极坐标光形图。由图12D观之，发光装置1000’的光强度也大致为一相对于发光单元10的几何中心或0°角呈现左右对称的分布，光线主要分布在30°～90°的范围内。相较于图1A中的发光装置1000，发光装置1000’的主要差异在于第二光学元件50往左右延伸至载板20的边缘，并且侧表面503与载板20的侧表面大致共平面。另外，第二光学元件50的具有一平坦的上表面501，这也影响了光学分布。具体而言，发光装置1000’的最高光强度所在的位置由(发光装置1000的)40°～70°向发光单元10的几何中心靠近而变成了30°～50°，光线强度较低的中心区域分布则从+15°～-15°缩小为+10°～-10°，而发光装置1000’的最大光强度与最低光强度的比值，也比发光装置1000的低。
也可以用其他的发光元件取代发光装置1000’中的发光单元10。参考图12E，图12E为依据本发明一实施例的发光装置的剖面示意图。发光装置1000’包含一载板20、一发光结构101、一第一光学元件30、一第二光学元件50与电极106、108，发光结构101的相关描述请参考与前述段落。发光装置1000’中，穿越发光结构101的中心的虚拟中心线L0与第二光学元件50的上表面501垂直，并且存在一平面包含有虚拟中心线L0并与第二光学元件50的侧表面503平行。发光结构101与第一光学元件30以及第二光学元件50相接。与图12A的发光装置1000’相比，光线不经过透光层105而不会被透光层105吸收。第一光学元件30可以通过镀膜(coating)、沉积(deposition)或贴合(adhesion)的方式形成发光结构101之上。在一实施例中，一粘着层形成于第一光学元件30与发光结构101之间用以结合两者或增强两者间的接着强度。第二光学元件50的剖视图大致为两个设置于发光结构101两侧的矩形，使得第二光学元件50两侧的上表面501为大致与载板20的上表面201平行的平面，而上表面501略高于(例如，上表面501与第一光学元件30的上表面间的距离不大于第一光学元件30的1～5倍厚度，例如不大于2倍厚度。)或齐平第一光学元件30的上表面。载板20的上表面201为一镜面反射面，由此将发光单元10发出的光线导引至发光装置1000’的两侧。由第一光学元件30反射并通过第二光学元件50配合上表面201将发光结构101发出的光线导引至发光装置1000’的两侧经由侧表面503以离开第二光学元件50的光线。因此，发光装置1000’在上表面501的方向上，靠近虚拟中心线L0上的光强度低于远离虚拟中心线L0(例如靠近侧表面503的部分)的光强度。换句话说，发光装置1000’具有两侧光强度大于中心光强度的特性。值得注意的是，发光装置1000’的光强度分布可以通过调整上述各元件的物理尺寸、组成成分等规格参数而改变，例如通过调整前述各元件的规格参数，使发光装置1000’具有类似图2C～图2D、图3C～图3D、图4C～图4D、图9C～图9D或图12C～图12D所显示的两侧高而中心低的光强度分布。
在一实施例中，一反射层设置于载板20的上表面，此反射层可以为镜面反射面、漫射面(光线被反射后可能朝多个方向行进)或一包含有镜面反射面以及漫射面的复合反射层。第一光学元件30与第二光学元件50的相关描述请参考前述段落。
图13A显示本发明一实施例的发光装置的上视图。发光装置8000’包含一载板200、多个发光装置1000’与覆盖这些发光装置1000’的一第四光学元件54(参考图13B)。发光装置1000’的相关描述请参考前述段落，此处不另赘述。在一实施例中，载板200的上表面201为一镜面反射面，可以有效的萃取发光结构101发出的光线，并将光线往第四光学元件54的方向反射。这些发光装置1000’在载板200上以一定的间隔在X方向与Y方向上规律的排列成一矩形阵列，每一个发光装置1000’的光学特性，例如发光强度、光强度分布、色温以及发光波长大致相同。在其他实施例中，发光装置之间的间隔距离可以相同或不同，或者在同一方向上的间隔往一方向渐增或者渐减。在一实施例中，多个发光装置1000’拥有不同的光学特性，例如光色、光强度及/或色温不同。同样地，发光装置1000’也可以替换成其他的发光装置，例如发光装置1000、2000、3000、4000、5000、6000及7000。
图13B为图13A中的装置的剖面示意图。第四光学元件54覆盖多个发光装置1000’，第四光学元件54可以调整这些发光装置1000’发出的光线。具体而言，第四光学元件54可以是一单层结构或多层结构，包含有增亮膜、棱镜膜、扩散膜及/或配向膜，以提供调整光线，诸如行进方向、均匀度、等光学效果。在一实施例中，第四光学元件54包含有荧光粉或者量子点材料等波长转换材料的膜片。在发光装置8000’内，在X方向与Y方向上，以一定的距离设置发光装置1000’。由于发光装置1000’具有两侧光强度大于中心光强度的特性，使得发光装置8000’可以提供一具有高均匀性，并且较没有亮点或暗区的平面光场。更具体而言，此平面光场上的最大亮度与最低亮度的差异小于最大亮度的3％～10％，或者没有肉眼可以轻易观察到的暗线或亮线。
除了单独应用前述段落所描述的发光装置(例如发光装置1000、2000、3000…)，或是结合多个发光装置成新的装置的应用(例如发光装置8000、8000’、9000…)，发光装置还可以根据不同的需求搭配光学元件使用。图14A显示本发明一实施例的发光装置的剖面示意图。发光装置5002与发光装置5000相似，相关的描述请参阅前述段落，此处不另外重复。在图14A中，发光装置5002包含一第六光学元件58设置于图7中的发光装置5000之上。更具体而言，第六光学元件58包含一内表面与发光装置5000的表面201、501以及第一光学元件30相接。并且第六光学元件58与第二光学元件50具有大致相同的光学特性，例如折射率。在其他实施例中，也可以在发光装置5000上设置粘性材料与第六光学元件58相接，粘性材料可以选择性地设置于第一光学元件30、第二光学元件50及/或载板20靠近第六光学元件58的一侧。从图14A观之，第六光学元件58大致为一镜射对称的结构，使得虚拟中心线L0大致同时穿越发光结构101与第六光学元件58的(几何)中心。第六光学元件58具有一下表面580、斜面581、底面582与一上表面583，都为大致光滑的面，因而减少了发光结构101所发出的光线经过光学元件58时在这些面上产生散射、折射或全反射的损耗，以及改变光线行进路线的影响。下表面580、斜面581、底面582构成的轮廓大致与相接的发光装置5000的表面形状相符，可以减少光学元件58与发光装置5000之间的气体量，也减少了光线在光学元件58与发光装置1000之间的损耗。下表面580的最小宽度与发光结构101、第一光学元件30大致等宽，发光单元58的最大宽度与发光装置5000大致等宽，而下表面580大致平行于第一光学元件30的表面。在一实施例中，下表面580为一斜面或一具有凹陷及/或突起的平面。如前述段落所示，发光结构101发出的光线往右下方((X,-Z)方向)及/或左下方((-X,-Z)方向)射出发光装置5000之外，使得光线在离开发光结构101之后可以射向第二光学元件50，并使光线分散到发光装置5002的周围而非聚集在正上方。设置第六光学元件58后，如图14A所示，光线离开第二光学元件50之后，先经过第六光学元件58再进入空气。此时，利用第六光学元件58与空气不同的折射率，让让光线均匀地往四周传分散，并使得光场分布的峰值往远离虚拟中心线L0的方向移动，例如参考图14G，让光场分布的峰值落在70°～80°的范围内。在一实施例中，第六光学元件58设置于发光装置5000之上，并且部分第二光学元件50位于底面582与载板20之间或超出第六光学元件58之外。
第六光学元件58与第二光学元件50的材料可以相同或者相似，相关材料的描述请参考前述段落。第六光学元件58可以选择性地包含有波长转换材料，例如，染料、荧光粉、量子点材料。若选择荧光粉作为波长转换材料，部分相邻的荧光粉颗粒彼此接触，然而部分相邻的荧光粉颗粒彼此未接触。荧光粉的粒径(例如在特定区域中的最大或平均粒径)介于5um～100um。波长转换材料或荧光粉的相关描述请参考前述段落，此处不另重复。在另一实施例中，第六光学元件58还包含扩散粒子，扩散粒子的材料例如是二氧化钛、氧化锆、氧化锌或氧化铝。
图14B显示本发明的发光装置5002的上视图。在图14B中，X轴与Y轴被设定是大体上相交于发光结构101的几何中心。由图14B观之，发光结构101完全被第一光学元件30所覆盖，并且第六光学元件58环绕整个发光结构101以及第一光学元件30。由上视图观之，第六光学元件58具有一大致为圆形或椭圆形的轮廓，并且第六光学元件58的边缘较载板20的边缘内缩。第六光学元件58的大小可以根据需求调整，例如使第六光学元件58的边缘与载板20的一个或多个边缘相切。发光结构101的尺寸与载板20或上表面201上的反射层的尺寸在剖面上存在一比例关系。发光结构101的尺寸与第二光学元件50、六光学元件58的尺寸在剖面上存在一比例关系。例如在图14B中，第二光学元件50或第六光学元件58的最大宽度是发光结构101的最大宽度的3倍或以上，或是载板20/上表面201上的反射层的最大宽度是发光结构101的最大宽度的3倍或以上，使光线可以均匀散布到四周，并且让光场分布的峰值落在远离虚拟中心线L0的范围内，或是落在大角度(例如图14G的70°～80°)的范围内。在一实施例中，第二光学元件50或第六光学元件58的最大宽度是发光结构101的最大宽度的5倍或以上。在一实施例中，载板20/上表面201上的反射层的最大宽度是发光结构101的最大宽度的10倍或以上。
图14C为图14A中的光学元件58的下视图。由下视图观之，第六光学元件58大致为一镜面对称的结构，下表面580位于第六光学元件58的中心位置，斜面581由下表面580往四周大致延伸至底面582，因此第六光学元件58可以提供一大致对称的光学效果。以图14A为例，第六光学元件可以提供一以虚拟中心线L0为中心而左右对称的光场分布。或是以图14B为例，可以提供一以第六光学元件58或发光装置5002的(几何)中心(未绘示)为中心而对称的圆形光场分布。其中，下表面580为一平坦的面且较底面582内凹，以形成一容置空间与发光装置结合。此外，第六光学元件58内凹的程度可以按照发光装置的高度做调整，例如下表面580的平坦程度、斜面581的倾斜程度、底面582的宽度，及/或这些面的尺寸以及相对位置。
图14D1为本发明一实施例中一光学元件的下视图。在图14D1-图14D2中，第六光学元件58为一镜面对称的结构，下表面580位于第六光学元件58的中心位置。图14D2为图14D1中的光学元件的剖面示意图。更具体而言，图14D2为图14D1中的光学元件沿着线AA’的剖面示意图。凹陷的表面584类似斜面581，由下表面580往四周大致均匀地延伸至底面582。凹陷的表面584包含有比斜面581更靠近表面583的部分，尤其是表面584之间的棱线5840。棱线5840连接下表面580与底面582，并且棱线5840为一平坦的直线，棱线5840的数量等同于下表面580的角落数量。在一实施例中，棱线5840为一具有单个或多个往远离或靠近表面583的方向弯曲的曲线。参考图14D1，斜面581位于凹陷的表面584之间，与下表面580的侧边位置共线，且斜面581的数量等同于下表面580的侧边数量，斜面581更在与底面582相接处具有一弯曲的接面。在一实施例中，棱线5840的数量与下表面580的角落数量不同。在一实施例中，斜面581的数量与下表面580的侧边数量不同。凹陷的表面584在靠近下表面580的部分比较宽，靠近底面582的部分比较窄。在一实施例中，凹陷的表面584在下表面580与底面582之间具有一致的宽度。在一实施例中，凹陷的表面584在靠近下表面580的部分比较窄，靠近底面582的部分比较宽。
由于第六光学元件58为一对称的结构，因此第六光学元件58可以提供一大致对称的光学效果。其中，下表面580为一平坦的面且较底面582内凹，以形成一容置空间与发光装置结合。此外，下表面580内凹的程度可以按照发光装置的高度做调整，并且下表面580大致平行于发光装置的表面，尤其是平行于发光装置，特别是位于最高处的光学元件(例如光学元件30)的上表面。
图14E为本发明一实施例中一光学元件的剖视图。第七光学元件59与第六光学元件58类似，下表面590位于第七光学元件59的中心位置，斜面591由下表面590往四周大致均匀地延伸至底面592。值得注意的是，第七光学元件59的表面593并非一完全平坦的表面并具有多个凹陷处5930。凹陷处5930以大致规律的方式设置于表面593之上，并且使得表面593具有一变动的切线斜率。在一实施例中，表面593具有多个凹陷处5930以不规律的方式随意设置于表面593之上。具体而言，参考图14E，端点C20的位置比端点C10的位置高，而端点C10处的切线C1的斜率大于在端点C20处的切线C2的斜率。然而，在位于更高点的端点C30处，切线C3的斜率却比切线C2的斜率大。换句话说，表面593上不同位置的端点的切线斜率，并非随着远离底面592的垂直距离越大(或端点的位置越高)，其切线就越平缓，也就是切线斜率的绝对值在某个高度区间内变小，并在更高的某个高度区间内变大，与图14A中表面583的切线(未绘示)斜率随高度增加而渐缓的特性不同。例如前面段落中端点C20与端点C10之间的斜率绝对值随高度增加而变小，但在另外一个端点C30与端点C20的高度区间内，则呈现位置较高的端点C30的斜率的绝对值比端点C20的斜率的绝对值大的情况。这些切线的特性也可以用切线与底面592之间的夹角θ表示，参考图14F1～图14F3，图14F1～图14F3为本发明一实施例中一光学元件的剖视图。在某个高度区间内通过一个点的切线与底面的夹角，将随着该点距离底面592的高度增加而变小。例如图14F1与图14F2中的夹角θ1代表(通过端点C10的)切线C1与底面592的夹角，而夹角θ2代表(通过端点C20的)切线C2与底面592的夹角，并且夹角θ2比夹角θ1小。而图14F3中的夹角θ3代表(通过端点C30的)切线C3与底面592的夹角，并且夹角θ3比夹角θ2大。也就是说，在某个高度区间内的夹角随距离底面592的高度增加而变小，例如夹角θ2比夹角θ1小，并且可以在更高的高度区间内再找到至少一个点的切线与底面592之间的夹角，比前一个高度区间内的得到的其中一个夹角θ值大，例如夹角θ3比夹角θ2大。值得注意的是，符合前述在高度区间内斜率(或夹角θ)变动条件的这些切线与底面592的夹角最多不大于90°，最小不小于0°。在一实施例中，表面593包含多个弧面，并且这些弧面具有相同或者相异的曲率半径。值得注意的是，图14A～图14E中所揭露的第六光学元件58与第七光学元件59，都可以搭配前述的发光结构101、发光单元(例如发光单元10、10a、10b)与发光装置(例如发光装置1000、1000’、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、9000’)使用。
图14G为图14A中的装置的光强度分布图。图14G与前述图2C中表示光强度的方式类似，关于横轴与纵轴的意义请参考前述段落，不另重复描述。由图14G观之，发光装置5002的光强度分布情况大致相对于0°角呈现对称的分布，在两侧约60°～80°具有最高的光强度(约为0.2a.u)，大约是中心区域+10°～-10°之间的最低光强度(约为0.09a.u)的3倍。
图15A为本发明一实施例中一发光装置的上视图。参考图15A，发光装置8002与发光装置8000类似，发光装置8002包含一载板200、多个发光装置5002与覆盖这些发光装置5002的一第四光学元件54(参考图15B)，具有相同或类似标号的各元件相关描述请参考前述段落中具有相同编号或名称的元件，此处不另赘述，在此不重复介绍，请参考前述段落。由图15A观之，第六光学元件58覆盖着载板20，并露出至少一部分的载板20。这些发光装置5002在载板200上以一定的间隔在X方向与Y方向上规律的排列成一矩形阵列，每一个发光装置5002的光学特性，例如发光强度、光强度分布、色温以及发光波长大致相同。在其他实施例中，发光装置之间的间隔距离可以相同或不同，或者在同一方向上的间隔往一方向渐增或者渐减。
图15B为图15A中的装置的剖面示意图。第四光学元件54覆盖多个发光装置5002以调整这些发光装置5002发出的光线，使得发光装置8002可以提供一具有高均匀性，并且较没有亮点或暗区的平面光场。更具体而言，此平面光场上的最大亮度与最低亮度的差异小于最大亮度的3％～10％，或者没有肉眼可以轻易观察到的暗线或亮线，第四光学元件54的相关描述请参考前述段落。值得注意的是，通过第六光学元件58的设置，更进一步让光线均匀地往四周传递，让发光装置8002可以提供更均匀的平面光场。在一实施例中，可以用第七光学元件59取代发光装置5002内的第六光学元件58。
图16A为依据本发明一实施例的发光装置的剖面示意图。图16B为图16A中发光装置7000’的上视图。图16A是在X轴与Z轴所构成的平面上的剖面示意图，图16B是在X轴与Y轴所构成的平面上的上视图，并且图16A是沿着图16B中的线BB’的剖面示意图。发光装置7000’包含一载板20、一发光结构101、一第二光学元件50、电路层203、位于载板20内的电路层204与电极106、108，电路层203、204以外的各元件的描述请参考前述相关段落。电路层203形成于载板20之上，而电路层204贯穿载板20。更具体而言，电路层204的第一线路2041与第二线路2042电连接位于上表面201的电路层203以及下表面202的电极106、108。发光装置7000’中，第二光学元件50与发光结构101直接接触，一部分由发光结构101发出的光线往上方前进并经由第二光学元件50的上表面501离开发光装置7000’，而一部分光线是往载板20的方向前进，并由载板20表面的电路层203反射后经由侧面503及/或上表面501离开发光装置7000’。电路层203可以是一镜面反射面或一漫射面，由此将发光结构101发出的光线导引至发光装置7000’的上方及/或四周，关于镜面反射面与漫射面的相关描述请参考前述相关段落。
参考图16B，发光结构101大致设置于载板20的几何中心位置。电路层203包含有第一电路层203a1、第二电路层203a2、第三电路层203b1、第四电路层203b2、第五电路层203c1与第六电路层203c2。发光结构101分别与第一电路层203a1与第二电路层203a2重叠，并且第一电路层203a1与电极垫1019直接接触，第二电路层203a2与电极垫1018直接接触。第一电路层203a1通过第五电路层203c1与第三电路层203b1相连，第二电路层203a2通过第六电路层203c2与第四电路层203b2相连，并且电路层203a1、203a2的最大宽度比电路层203c1、203c2的最大宽度宽。较窄的电路层203c1、203c2可以使得用以粘着发光结构101与电路层203的粘着材料(未显示)能够停留在电路层203a1、203a2上，而不易经由电路层203c1、203c2流动到电路层203b1、203b2。粘着材料可以是焊锡等容易在加工过程中流动的导电材料。具体而言，粘着材料在金属材料(如电路层203)比在绝缘材料(如载板20)上容易流动，因此粘着材料通常会沿着金属电路层的布线流动。通过设置电路层203c1、203c，由于电路层203c1、203c的最大宽度比电路层203a1、203a2的最大宽度窄，使得粘着材料往电路层203b1、203b2流动的路径缩减而不易往电路层203b1、203b2流动，藉以在电路层203a1、203a2与电路层203b1、203b2之间保存足够的粘着材料以维持可靠的电连接，并且可以避免粘着材料流到电路层203b1、203b2上进而影响其反射性。第一电路层203a1与第二电路层203a2的形状都大致为矩形，并且相对于发光结构101左右对称设置于载板20之上。第三电路层203b1与第四电路层203b2的形状不同，但对应地设置于发光结构101的两侧，而第五电路层203c1与第六电路层203c2则相对于发光结构101构成一旋转对称的结构。在一实施例中，第三电路层203b1与第四电路层203b2的形状相同，并且以发光结构101为中心，电路层203在上表面201上旋转180°后的图形与原本的图形一致，使得电路层203为一旋转对称(rotational symmetrical)的图形。电路层204的第一线路2041与第三电路层203b1重叠，第二线路2042与第四电路层203b2重叠。在一实施例中，第一线路2041与第二线路2042是形成在载板20中的通孔内壁上或通孔的几乎全部空间中，其材料为金属或其他导电材料。值得注意的是，线路2041、2042与电路层203相接的表面为非平坦的表面，例如突起或凹陷的表面。在一实施例中，线路2041、2042与电极106、108相接的表面为非平坦的表面，例如突起或凹陷的表面。
图16C为依据本发明另一实施例的发光装置的上视图。参考图16C，电路层203还包含第七电路层203d1与第八电路层203d2，第七电路层203d1与第八电路层203d2以相对于发光结构101大体上对称地设置于载板20之上。值得注意的是，电路层203由可以反射发光结构101发出的光线的材料所构成。因此，第七电路层203d1与第八电路层203d2的设置可以改善由发光结构101往电路层203d1、203d2的方向上的光强度，使原本照射到载板20的光线由电路层203d1、203d2向外反射。换句话说，与图16A～图16B的实施例相比，图16C的电路层203通过在载板20的表面上覆盖更大的区域，达到更好的反射效果。具体而言，在图16C的实施例中，由上视图观之，发光装置7000’可以在X轴与Y轴构成的平面上提供一以发光结构101为圆心且大致为圆形的光强度分布。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围。

Claims (10)

1.一种发光装置，其特征在于，包含：
载板，具有反射面以及相对于该反射面的底面；
发光结构，在该反射面之上；
第一光学元件，设置于该发光结构之上以反射来自该发光结构的光线；
第二光学元件，环绕该发光结构，具有上表面与下表面，并接触该第一光学元件；
其中，该上表面与该下表面平行，该上表面高于该发光结构并低于该第一光学元件，且该下表面接触该反射面。
2.如权利要求1所述的发光装置，在一剖视图上，该发光结构有虚拟中心线，该第二光学元件大致对称该中心线并环绕该发光结构。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第一光学元件是白漆反射层、陶瓷油墨反射层、金属反射层、或分布式布拉格反射器。
4.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第二光学元件包含波长转换材料。
5.如权利要求1所述的发光装置，还具有透光层位于该第一光学元件与该发光结构之间，并同时接触该第一光学元件与该发光结构。
6.如权利要求1所述的发光装置，还包含电极在该底面之下。
7.如权利要求1所述的发光装置，还包含侧表面位于该上表面与该下表面之间，且不与该上表面与该下表面垂直。
8.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第一光学元件及该发光结构分别具有平行于该反射面的第一宽度及第二宽度，且该第一宽度大于该第二宽度。
9.如权利要求1所述的发光装置，还包含虚拟中心线穿过该发光装置，并且该发光装置的发光强度具有基本上对称于该虚拟中心线的分布。
10.如权利要求9所述的发光装置，其中该发光装置的该发光强度具有最大值在相对于该虚拟中心线两侧的40°～60°之间的角度内。
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