TW201023388A - Light emitting device - Google Patents

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201023388 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於發光裝置’特別是有關於一種可發出 準直化極化光之發光裝置。 【先前技術】 發光裝置譬如顯示裝置（display device)等已廣泛地應 用於商業、娛樂、軍事、醫學、工程及民生等領二中，且 隨著顯示裝置應用領域逐漸擴大，使得顯示裝置也朝向 輕、薄、短、小等趨勢發展，以達到節能及環保等目的。 般而a，顯示裝置皆需要光源。例如，傳統中的投 影機(projector)係使用 UHE (ultra high efficiency)及 UHP (ultra high performance)等超高壓汞燈泡作為光源。然而， 上述燈泡所發出的光需經光學系統準直化(colHmated)成光 束後才可提供給投影機使用。此外，上述傳統燈泡所發出 的光’其光發射角超10度時，並無法被光學系統準直化而 導至光能量的耗損。再加上UHE及UHP燈泡也會發出紅 外線波段的光，這些無法使用的光能量會轉化為大量的熱 能及雜光，而限制投影機縮小的可行性。而，針對平面顯 示器（flat panel display)而言，其需使用許多的偏光片 (polarizer)及濾光片（filter)，使其具有較大的體積，且上述 光學零件（optical components)造成許多可利用光能量的耗 損。 因此，業界亟需一種可發射準直化極化光的發光裝 置，以解決上述問題。 5 201023388 【發明内容】 依據本發明技術揭露一可發射準直化極化光的發光裝 置。 依據本發明技術之實施例提供一種發光裝置，包括： 一表面層；一發光層，發出光為具一波長的光；及一反射 層；其中該發光層位於該反射層與該表面層之間，且該發 光層和該反射層之間的光學厚度（optical thickness)約為四 分之一該波長的整數倍。 • 依據本發明技術之實施例提供另一種發光裝置，一種 發光裝置，包括：一表面層；一發光層，發出光為具一波 長的光；一反射層；及一光轉化層；其中該發光層位於該 反射層與該表面層之間；其中該發光層和該反射層之間的 光學厚度約為四分之一該波長整數倍；其中該光轉化層鄰 近於該發光層。 茲配合下列圖示、實施例之詳細說明及申請專利範 圍，將上述及本發明之其他目的與優點詳述於後。 ©【實施方式】 接下來，藉由實施例配合圖式，以詳細說明本發明概 念及具體實施的範示例。在圖式或描述中，相似或相同部 份之元件係使用相同之符號。此外，在圖式中，實施例之 元件的形狀或厚度可擴大，以簡化或是方便標示。可以了 解的是，未繪示或描述之元件，可以是具有各種熟習該項 技藝者所知的形式。 有鑑於此，依據本發明揭露一發光裝置實施例，包括: 6 201023388 一多數層的堆疊結構。該堆疊結構包括一反射層；一發光 層發出具一波長的光、及一表面層；其中該發光層位於該 反射層與該表面層之間’且從該發光層至該反射層之間具 一光學厚度（optical thickness)或一光學路徑（optical path)，其中該光學厚度可約為四分之一該波長(χ) ^倍， 且該光學厚度的範圍可大抵滿足nD = m*X74 ，或滿足 (m-1) * λ/4 < nD<(m+l)* λ/4且可容許士ι5%差異，使該發

光裝置發射光具有準直化特性；以及其中該光學厚度等於 該發光層至該反射層之間的實際厚度乘以對應各層材料的 折射率。參數可表示為(nD = ni*dl+n2*d2 . . nm*dm)，（D = dl+d2+..…+ dm)’ *nD=光學厚度，f際總厚度， n =平均折射率，ni =第1層材料的折射率，d二第i層 材料的厚度’卜以…❿其中以正整數’且卜心^ 依據本發明揭露另一發光裝置實施例，包括:一多數層 的堆疊結構。該堆疊結構包括一反射層、—光轉化層、一 發光層發出具-波長的光’以及—表面層；其中該光轉化 層位於該反㈣與該發光層之間；其中該發光層位於該反 射層與該表面層之間；其中從該發光層至該反射層之間具 有一光學厚度；其中該光學厚度可約為四分之—該波長w m倍，且該光學厚度的範圍可大抵滿足n d = ^，或 滿足㈣”^❿^^以/斗且可容許土抓差異， 其中m為正整數，i ! <m“〇。；以 為具有複數個結構之-介面層，該些結構可係以—圖幸分 佈於該光轉化㈣-介面’且該介面的介電性 7 201023388 function)可為隨著該圖案變化的一空間函數，使該發光裝 置發射光具有一準直化特性。 後續章郎中，本發明將以發光二極體（light emitting diode ; LED)的實施範例作為說明。然而，可以了解的是， 在本發明的實施例中，其可應用於其它型式的發光裝置， 例如有機發光二極體（OLED)、高分子發光二極體(PLED) 或半導體光放大器（SOA)等。 如第ΙΑ、1B圖所示’分別提供一例如是發光二極體 籲 的發光裝置1〇〇、l〇〇b結構示意圖，且此發光二極體可包 括:一多數個沈積層（multi-layer)的堆疊層，其設置在例如是 藍寶石（sapphire)的基底（未顯示）上方。上述沈積層可包括 一反射層102、一導電層1〇4、一例如第一載子導電層 可以是p型的載子導電層、一發光層108、一例如第二載 子導電層110可以是η型的載子導電層，以及一極化層 116，其係為一可將通過的光偏極化之薄膜層。又如第1Α 圖所示，導電電極112設置於上述第二載子導電層110上， 可作為η型侧的接觸塾(contact pad)，而導電電極114係設 置於反射層102上方，其可作為p型侧的接觸墊，其中相 對於η型侧之導電電極112，此卩型侧之導電電極114係 維持在正電壓。此外，在另一實施例中，上述第一載子導 電層106可以是η型載子導電層，而第二載子導電層η〇 可以是是ρ型載子導電層。據此，在此實施方式中，導電 電極112係作為ρ型側的接觸墊，而導電電極114係作為 η型側的接觸整。另外’根據本發明實施之發光裝置結構 8 201023388 100和薄LED結構100b，底導電電極114則可不限於 發光裝置100 +的多數層的堆疊結構包括反射層 102、發光層⑽、及—表面層，其中該發光層位於該反射 層與該表面層之間’且從該發光層至該反射層之間具一光 學距離。再者，該光學厚度等於該發光層至該反射層之間 的實際厚度乘以對應各層材料的折射率。 該發光層發出的光具有—波長，其中該光學厚度約為 四分之一該波長(λ) m倍，m為正整數，且該光學厚度可大 籲抵滿足 n D — m*X/4，或滿足(m-Ι) *λ/4< n D< (ιη+1)*λ/4 且可容許±15%差異’使該發光裝置發射光具有準直化特 性。 於實施時，該表面層可為：一極化層116、一具微結 構之表面層、一近乎平面之表面層、或上述材料層的任意 組合選用。再者’該表面層至該反射層的該光學距離(厚度) 約等於或小於該波長的5倍，或者20倍，且其中該表面層 為出光面’該發光裝置所發出的光大部分集中於垂直該出 籲 光面之方向’或者該表面層為出光面，該發光裝置所發出 的光大部分集中於出光面垂直方向之兩側方向。 反射層102包括：一金屬、一多種金屬混合、一金屬 合金、一多重介電質堆疊之反射層（Multi-layer Dielectric Mirror Layer)、或上述材料之任意組合選用。並且，此反 射層102可用來反射上述發光層108所發出之朝向此反射 層102方向的光，其具有至少50%的反射率。 導電層104可以是一透明的導電層，例如是銦錫氧化 9 201023388 層（ITO)，且此導電層104可用來促進第一載子導電層1〇6 與反射層102間的導電性。此導電層104並不以銦錫氧化 層為限，其也可以是一具有小於第一載子導電層1〇6之折 射率(η)的透明導電材料。此外’在一實施例中，若第一恭 子導電層106與反射層間具有較佳的導電性，實施時也可 以選擇性地省略此導電層104。

在一以氮化鎵(GaN)為主之發光二極體的實施例中，上 述第一載子導電層106可以是摻雜鎮之氮化鎵(GaN)沈積 層（n-d〇Ped)，而第二載子導電層11〇可以是摻雜矽的氧化 鎵沈積層（p-doped)。在此實施例中，上述發光層1〇8可以 是氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)量子井（quantum well)的沈 積層，該發光層發出具有一波長（λ)的光，且此發光層1〇8 較佳係設置於一離反射層約四分之一該波長整數倍的位 置。也就是說，第一載子導電層1〇6與導電層1〇4的厚度 較佳約為四分之一該波長整數倍。此外，上述第二載子導 電層110至導電層⑽之堆疊層的總光學厚度可以是小於 5倍之發光層1G8的發光波長，且其中該表面層為出光面， 該發光裝置所發出的光大部分集中於垂直該出光面之方 向或者該表面層為出光面，該發光裝置所發出的光大部 刀集中於出光面垂直方向之兩側方向。在〆實施例中，例 如是上述以氮化鎵為主之發光二極體，其 導電層104的厚 度也可以是小於或等於約0.3微米。八 二機：子=無二點:: 201023388 *光的頻寬波之任意組合選用。該發光層所發 或其他波長範圍、包括··可見光、UV紫外光、紅外光、 以-圖中，上述極化層（p〇larizer — 116可 金屬層的奈米金屬柵結構_〇 於第二載子導電以週期性地或非週期性地排列 所發出的光線，面：，使得可極化發光層108 #。在一眘吏發光一極體或100b可提供極化 (H)可以3約〗nil，構成上述極化層n6之金屬層的厚度 的_Γ列。可:且各金屬層以一約120奈米(腿） 的週期與發光層的發1=述金屬層的厚度與其設置 度與週期並不用以限制本發明。此，上述金屬層的厚 部性1m述第1α，ιβ圖之極化層116也可以是具有局 则itii 的結構，例如一多層堆疊介電層（dielectric 平行條狀⑽^ thhl咖1 —)、一多重 或-多曹滩矗、面排列金屬之平面層、一有機極化材料層 屬戶、一夕舌::5層之極化薄膜。該極化層可包括：-金 料；一：壬平仃條狀間隔排列之金屬層、-有機極化材 任意組： = = 之極化薄膜、或上述— 亦可地或周期性地平;排列之金屬層 以β藉1夂極體100 (第1A圖），1〇〇b(第1B圖）的堆疊層可 疋 種不同的步驟，例如沈積製程(deposition)、雷 201023388 射製程(laser processing)、微影及蝕刻製程等的方式，形成 上述各沈積層。而，對於例如是奈米金屬栅結構之極化層 116的實施例，其可以是先沈積一金屬層，接著利用例如 是奈米壓印微影及蝕刻製程（nan〇-imprint lithography/etching)的方式形成。 該發光裝置的構成材料包括：一 Ιπ—ν族半導體材料、 一有機材料、一高分子材料、或上述材料之任意組合選用， 其中該III-V族半導體材料包括：一氮基她福⑽⑷材 料、或一以GaAs或InP為基材的磊晶（Epitaxial 6r〇wth) 材料。氮基(nitridedbased)材料包括一非極化(n〇n_p〇lar)材 料或一半極化(semi-polar)材料。於另一實施例中，該發光 裝置更包括一出光面，其發出的光線與該出光面的法線之 間的夾角均小於或等於30度’法線是垂直表面層，（為第 1E圖中角度介於90 - 60度之間）。 第1C，1D圖顯示在根據本發明第一實施例之發光裝置 中局部剖面示意圖。如第1C, 1D圖所示，發光層108係以 一離反射層102足夠短的距離設置，例如是四分之一或其 整數倍之發光層108的發光波長並且容許土15%差異，使得 可決定較佳之發光層108所發出之光的Radiati〇n pattem 光形光瓣（lobe)數，且使得由發光層108所發出之朝向出 光面122的光具有較佳之出光角度，進而可準直化發光層 108所發射的光。此外，由於上述發光層1〇8與反射層1〇2 間的距離足夠小’便可控制出光的光形及出光錐（escape cone)的角度，使得發光裝置可提供具有較佳化之準直效果 12 201023388 的光，而非是lambertian分佈的光’而所謂傳統LED發光 lambertian分佈，則如第2圖所示。第lc，1D圖顯示如第 1A，1B圖所示之發光裝置100 (第1A圖），或1〇〇b (第1B 圖）的局部剖面圖。在第1C，ID圖中，為了簡要的說明， 上述極化層116係以一連續沈積層表示。如第lc，1D圖所 示，發光層108至反射層102的距離，亦即第一載子導電 層106(如p型載子導電層）及導電層1〇4的厚度係以1)1表 示，極化層116至發光層108的距離，亦即第二載子導電 • 層110及發光層108的厚度係以D2表示，極化層116至 反射層102的距離，亦即第二載子導電層(如n型載子 導電層）、發光層108、第一載子導電層106及導電層1〇4 的厚度係為總厚度D。 在一實施例中，上述第二載子導電層110(如η型載子 導電層）與發光層108的厚度D2(微米）可以是大於或等於 0.164倍之第1A圖或第1B圖極化層116、第二載子導電 .層110及發光層108的折射率平均值（0164ηι μιη ;〜為 極化層、載子導電層及發光層的折射率平均值）。而，上述 第一載子導電層110至導電層104的總厚度d可以是小於 或等於約0.82倍之第1A圖或第1B圖極化層U6、第二載 子導電層110、發光層108、第一載子導電層I%及導電層 1〇4的折射率平均值（〇·82χη μηι ; n為極化層、載子導電 層、發光層、載子導電層及導電層的折射率平均值）。在一 特定實施例中，例如以氮化鎵為主，且其發光波長為475議 之發光二極體’上述叱可以是約2.45，且〇2可以是小於 13 201023388 或等於約0.4微米（μπι)。在同一實施例中，上述ηι也可以 是約2.45 ’且D可以是小於或等於2微米（μπι)。 又如第1C, 1D圖所示’當發光層ι〇8發射光時，光會 朝向出光面（極化層116)發射，例如第1D圖中的Α及Β箭 頭’以及朝向反射層102發射，例如第id圖中的c箭頭。 由於，本發明第一實施例之發光裝置具有極化層116(第 1A圖）、或116(第1B圖）的設計，使得部分的光會直接穿 透，例如B ’而部分的光會被折射，例如a，以極化發光 0 層108所發射的光。被極化層116折射的光，會經由第一 載子導電層106及導電層104至反射層1〇2,且再由此反 射層102反射，經由導電層104、第一載子導電層J 〇6、發 光層108及第二載子導電層110至極化層ιΐ6(如第id圖 中1-5箭頭所示），藉此在極化層116與反射層1〇2間來回 進行光循環，直至光的行進方向接近一特定方向（接近可 通過極化層116之光的相位卽落在如第1C圖圓錐0C之 内）’使其通過極化層116。而’往反射層102發射之光， ❷ 例如第1C，1D圖的C箭頭，亦可依上述方式，直至通過極 化層116。 在第1C, 1D圖中，由於發光層108所發射的光係具有 較佳之準直效果，故經由發光裝置之出光面的光向量120 與垂直於出光面之法線118的夾角Θ (出光發射角）大部分 會小於等於一最大出光發射角Θ。（而度，對於 based LED之100或100b而言），法線是垂直表面層。 第1E，1F圖顯示根據本發明一實施例（第1D圖）之發光 14 201023388 裝置結構100 (第1A圖）、或100b (第1B圖）之光輝度及極 化比率（P/S ratio)的模擬圖表。如第1E，1F圖所示，在此 實施例之發光裝置100、或100b所發射之光的幅射場圖 (radiation pattern)中，其發射角皆收斂於±30度内。而在 第1E，1F圖中，可以發現當發光裝置1〇〇、或l〇〇b的發光 波長為460奈米（nm)時，其極化比率可達75以上。 由於上述實施例發光層108所發射的光係具有較佳之 準直效果，故經由發光裝置之出光面的光向量120與垂直 • 於出光面之法線118的夾角0 (出光發射角）大部分會小於 等於一最大出光發射角Θ。（而ec»30度，對於GaNbased LED之1〇〇或l〇〇b而言），法線是垂直表面層。 對應以上第1C，1D圖、第1E圖中Θ值可介於10至60 度’其值可由設計參數決定。 根據本發明第二實施例，該發光裝置更包括一第一載 子導電層106，位於該發光層108與該反射層102之間， ® 以及一第二載子導電層110,位於該表面層與該發光層108 之間。一光轉化層，位於第一載子導電層106與反射層102 之間（如第2A，2B圖105所示），或位於第二載子導電層11〇 與表面層之間（如第3A，3B圖1〇9所示）。該光轉化層的材 料包括：一透明導電材料、或一載子導電材料。於一實施 例中’該第二載子導電層與該發光層的厚度總和大於或等 於一極化層116、該第二載子導電層及該發光層的各折射 率的平均值的0.164倍。於另一實施例中，該第二載子導 15 201023388 電層至該導電層的厚度總和小於或等於該極化層、該第二 載子導電層、該發光層、該第一載子導電層及該透明導電 層的各折射率的平均值的0.82倍或2倍。 上述第二實施例，其中該發光層與該反射層之間的光 學厚度約亦可為四分之一該波長瓜倍，其中m為正整數， 1 幺 40。 此外，在一實施例中，也可以依第一載子導電層1〇6 與反射層間是否具有較佳的導電性，選擇性地實施或省略 鲁一前述導電層104。 於另一實施例中，該光轉化層為具有複數個結構之一 介面層’其中該些結構係以一圖案分佈於該光轉化層的介 面，且該介面的介電性質（Dielectric functi〇n)為隨著該圖案 變化的一空間函數’舉例如第2C，2d、3C，3D圖。該些結 構包括：一開口 124、一柱子、一孔洞126或一長條攔柵 (Grating) 128、或上述結構之任意組合選用。再者，該圖案 ❹分佈包括：一週期性重覆圖案、一非週期性圖案、或上述 圖案之任意組合選用。更有甚者’該週期性圖案包括：一 蜂巢狀、一不等邊平行四邊形、一等邊平行四邊形、一環 狀 拇狀（grating)、一準晶相的（Quasi photonic crystal)、或上述形狀之任意組合選用。 於實施時，該表面層可為：一極化層116、一具微結 構之表面層、-近乎平面之表面層、或上述材料層的任意 組合選用。再者，該表面層至該反射層的該光學距離(厚度) 約等於或小於該波長的5倍，或者2〇倍，其中該表面層為 16 201023388 出光面，該發光裝置所發出的光大部分集中於垂直該出光 面之方向，或者該表面層為出光面’該發光裝置所發出的 光大部分集中於出光面垂直方向之兩侧方向。 根據本發明實施例之LED 100b或LED 100結構如第 1B，1A圖的示意圖所示。第一和第二載子導電層106和 110,對應之P型和n塑載子導電唐上下對換亦成立，底導 電電極114則不限於Cu。 如第2A，3A圖所示’提供一發光裝置結構1〇〇、或 • l〇〇b，其可包括一多數個沈積層的堆疊層。此堆疊層可以 是包括反射層102、導電層104、第一載子導電層106、發 光層108、第二載子導電層110以及極化層116。相較於上 述實施例，在此實施例中’導電層104的表面形成多數個 開口，且此導電層1〇4表面的介電性質會隨著該些開口所 構成的圖案而變化，此在後續將更詳細說明。據此’在第 二實施例中，相似的元件係以相同之元件符號表示’且其 ^ 形成方式及材料也玎參閱上述實施例說明’在此並不再贅 述。 如第二實施例所述之發光裝置’其中該光轉化層的材 料至少包括一透明導電材料或一載子導電材料。 在第2A, 3A圖中，發光層108係設置於離反射層1〇2 四分之一或其四分之一之此發光層108發光的波長整數倍 位置並且容許±15%差異，且第二載子導電層u〇、發光層 108、第一載子導電層106及導電層1〇4的光學厚度（亦 可包括極化層）小於、等於此發光層之發光的波長2〇 17 201023388 倍左右。如同第一實施例中的第1A或1B圖所示，發光 層108係以一離反射層102足夠短的距離設置，因此，也 可準直化發光層108所發射的光。 又如第3A圖所示，在一實施例中’極化層116較佳可 以一多數個平行條狀間隔的金屬層，並以一週期性或一非 週期性地排列於第二載子導電層110的表面上。在第二實 施例中，極化層116之金屬層的厚度及排列週期可以是與 第一實施例的相似。此外，在一實施例中，例如是以氮化 馨嫁為主之發光·一極體，第一载子導電層106和導電層1〇4 的厚度較佳係小於或專於〇.3微米，而此導電層表面 之開口，例如是孔洞126或溝槽128的深度⑴可以約為〇·2 微米。再者，形成有上述開口的表面可以是盡可能靠近發 光層108，例如第2A，3A圖中的h所示，以增加準直化的 效果。 第2B，3B圖顯示如第2A，3A圖之發光襞置結構100 ❿（第1A圖）、或100b (第1B圖）的局部剖面圖。如第2B圖 所不’發光層108至反射層1〇2的距離，亦即第一載子導 電層106及導電層i〇4的厚度係以表示極化層川 至發光層108的距離，亦即第二載子導電層110及發光層 108的厚度係μ D2表示，以及極化層116至反射層1〇2的 距離’亦即第一載子導電I 11〇、發光層1〇8、第一載子導 電層導電層104的總厚度為D。 在一實施例中’上述第二載子導電層11G與發光層108 的厚度D2 (微米）可以是大於或等於〇 倍之極化層 18 201023388 (第1A圖Mll6b (第⑺圖）、第二载子導電層ιι〇及發光 層108的折射率平均值（〇 164ηι _ ; η!為極化層、載子 導電層及發光層的折射率平均值）。而，上述第二載子導電 層110至導電層104的總厚度D可以是小於或等於約〇 82 倍之極化層116(第1A圖）或116b (第1B圖）、第二載子導 電層發光層應、第-載子導電層1()6及導電層1〇4 的折射率平均值（〇.82χη μιη ; η為極化層、載子導電層、 發光層、载子導電層及導電層的折射率平均值）。在一特定 實施例中’例如以氮化鎵為主，且發光波長為”允爪之發 光二極體，上述〜可以是約2.45，且D2可以是小於或等 於約0.4微米Qnn)。在同一實施例中，上述〜也可以是約 2.45 ’且D可以是小於或等於4.5微米（gm)。 又如第2B，3B圖所示，當發光層108發射光時，光會 朝向出光面，如第1C, 1D圖中的A&B箭頭所示，以及 朝向反射層102。由於，本發明第二實施例之發光裝置的 出光面具有極化層116的設計，使得部分的光會直接穿 透，例如A箭頭的光線，而部分的光會被此極化層折 射，例如B箭頭的光線，使得可極化發光層ι〇8所發射的 光。被極化層116折射的光，會經由第一載子導電層1〇6 及導電層104至反射層102，且再由此反射層1〇2反射， 經由導電層104、第一載子導電層1〇6、發光層ι〇8及第二 載子導電層110至極化層116 (如第2B, 3B圖中1-3箭頭所 示）’藉此在極化層116與反射層1〇2間來回進行光猶環， 直至光的行進方向接近一特定方向（接近可通過極化層U6 19 201023388 之光的相位），使其通過極化層116。 導電層104表面的該些開口所構成之圖案會形成一光 子晶體（photonic lattice)，可有助於準直化發光層1〇8所 發射的光，甚至可轉換光在極化層116與反射層1〇2間來 回循環的極化態。例如，請參閱第3B圖，被極化層116 折射回發光裝置内部的光，在經由此光子晶體結構的表面 時，可轉換光的極化態，使其轉換成可穿透極化層116的 光，該些在導電層104表面之可形成光子晶體的開口不 但可增加光的準直化效果，更可提高極化光的出光效率。 請參閱第2B，3B圖所示，由於發光層1〇8所發射的光 係具有較佳之準直效果，故經由此發光裝置之出光面的光 向量120與垂直於出光面之法線118的夾角（出光發射 角）0會小於或等於15度，法線118是垂直表面層（為第 2E圖中介於90-75度之間）。 第2C，3C及2D，3D圖顯示在根據本發明第二實施例 的發光裝置中，導電層1〇4表面的開口 124示意圖。如第 3C圖所不，上述開口 124可以是孔洞126，且全面性或局 邰性地形成在導電層1〇4的表面。上述各孔洞126可以是 以間隔即夂距離或散亂的設置。且，上述孔洞126也可 以疋以數個孔洞聚集成數個次圖案（sub_patterns)，且各次 圖案以即定距離彼此間隔。例如，上述孔洞126之開口 124所構成之圖案可以是一週期性圖案（periodic PatternS)或者是一非週期性圖案(non-periodic pattern)。 週』丨生圖案包括蜂巢狀(honeycomb)、一不等邊平 20 201023388 行四邊形、一等邊平行四邊形、一環狀、一 1D拇狀 (grating)、一準晶相的（quasi photonic crystal)或上述形狀之 任意組合選用。 又如第3D圖所示，上述導電層104表面的開口 124 也可以是溝槽（grooves)128，且該些溝槽128也可以是以週 期性或非週期性的方式間隔排列，藉此，可轉換經過此導 電層表面之光的極化態。在一實施例中，上述導電層104 表面的開口 124的形成方式’可以是在形成第一載子導電 層106之前’利用奈米壓印微影（nan〇 imprint lithography) 及钱刻製程，形成上述例如是孔洞126或溝槽128的開口 124。此外’上述孔洞126或溝槽丨28的深度也可以是位於 導電層104之中’或至導電層1〇4與反射層1〇2間的介面， 甚至也可以延伸入反射層1〇2。 第2E-2F圖顯示根據本發明第二實施之發光裝置之光 輝度及極化比率的模擬圖表，由於第二實施之發光層1〇8 • 所發射的光係具有較佳之準直效果，故經由此發光裝置之 出光面的光向量120與垂直於出光面之法線118的夾角（出 光發射角）0會小於或等於15度，法線是垂直表面層（為 第2E圖中角度介於90 -75度之間）。 .對於上述本發明第一、二實施例的發光裝置，一般是 製做在傳統LED發光裝置結構1〇〇中，如圖1A，但是本 發明第一、二實施例的發光裝置亦可是製做在薄lEd 100b 結構，第一和第二載子導電層106和110,對應之p型和η 里載子導電層上下對換亦成立，底導電電極η#則不限於 21 201023388

Cu 〇 綜合上述，根據本發明實施例之發光裝置， 該發光層發出具有一波長的光而該一波長的光為具一 波峯波長且有·一頻寬。 其發光層可設置於一離反射層約四分之一或其四分之 一之發光層發光的波長整數倍位置’亦可在發光裝置的出 光面設置一極化層’使得發光裝置可發出具有準直化之極 ❿化光源。再者，也可以選擇性地在任意兩相鄰之沈積層的 介面間’例如載子導電層與導電層間，形成光子晶體的開 口圖案，其可用來轉換光在發光裝置内部的極化態，進而 增加發光裴置之發射光的準直化效果及極化比率。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限疋本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内’當可作此許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。 22 201023388 【圖式簡單說明】 第1A圖顯示根據本發明第一或第二實施例之發光裝 置結構100、l〇〇b的示意圖； 第1B圖係顯示根據本發明第一或第二實施例之Thin GaN LED結構100b的示意圖； 第1C及ID圖顯示在根據本發明第一實施的發光裝置 局部剖面不意圖， 第1E，1F圖顯示根據本發明第一實施例之發光裝置的 • 發光光線之幅射場型與極化比率的模擬圖表； 第2圖係顯示根據本發明實施例之lambertian的參考 圖； 第2A，3A圖顯示根據本發明第二實施例之發光裝置的 示意圖； 第2B，3B圖顯示如第2A，3A圖之發光裝置結構1〇〇 (第1A圖）、或100b (第1B圖）的局部剖面示意圖； 第2C，3C、2D，3D圖顯示在根據本發明第二實施的發 ® 光裝置局部剖面示意圖；及 第2E, 2F圖顯示根據本發明第二實施例之發光裝置的 發光光線之幅射場型與極化比率的模擬圖表。 【主要元件符號說明】 100、100b〜發光裝置； 102〜反射層； 104〜導電層； 23 201023388 105、109〜光轉化層； 106〜第一載子導電層； 110〜第二載子導電層; 10 8〜發光層； 112、114〜導電電極； 116〜極化層； 118~法線； 120〜光向量； ❹ 122〜出光面； 124〜開口； 126〜孔洞； 128〜溝槽。

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Claims (1)

1. 201023388 十、申請專利範圍： 1. 一種發光裝置，至少包括： 一表面層； 一發光層，發出光為具一波長的光；及 一反射層； 其中該發光層位於該反射層與該表面層之間，且 該發光層和該反射層之間的光學厚度（〇ptical thickness)約為四分之一該波長的整數倍。 2. 如申δ青專利範圍第1項所述之發光裝置，甘中 該發光層與該反射層之間的光學厚度約為介於四分之 一該波長的整數m-1倍與m+1倍之間。 3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中 該發光層與該反射層之間的光學厚度約為四分之一該 波長m倍’其中m為正整數，且Is 12。 4. 如申請專利範圍第i項所述之發光裝置，其中 該表面層位於一載子導電層之上方。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之發光裝置其中 該表面層為一極化層，該極化層位於一載子導電層之 上方。 6. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中 該表面層和該反射層之間的光學厚度約等於或小於該 波長的5倍。 7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中 該發光層至少包括一量子井結構或一量子點。 25 201023388 8.如 該發光層 料。 申請專利範圍第1項所述之發光裝置， 至少包括一螢光無機材料或一璘光無 其中 機材 申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中 至少包括一螢光有機材料或一碟光有機材 1〇.如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中 該反，層至少包括一金屬。 、 _ U.如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中 § 層至少包括：一金屬層或一週期性平行條狀間 隔排列之金屬層。 _ .如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中 該極化層至少包括：複數個介電質堆疊結構之極化薄 膜或—有機極化材料層。 1 ^ •如申請專利範圍第4或5項所述之發光裝置， ❿ 9.如 該發光層 料。 其中該栽子導電層或發光層的材質包括一 III-V族半 導體材料。 14·如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其 中該πι〜v族半導體材料至少包括：—氮基(nitrided 以化句材料、或一 GaAs或InP為基材的磊晶（epitaxial growth)材料。 15.如申請專利範圍第4或5項所述之發光裝 置’其中該載子導電層或發光層的材料至少包括一有 機材料或一高分子材料。 26 201023388 16. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中 該發光裝置包括一發光二極體、一有機發光二極體、 或一高分子發光二極體。 17. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中 該波長至少包括：一可見光、一 UV紫外光、或一紅 外光。 18. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中 該表面層至該反射層的該光學厚度約等於或小於該波 長20倍，但大於或等於約二分之一該波長。 19. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包 括： 一第一載子導電層，位於該發光層與該反射層之 間；及 一第二載子導電層，位於該表面層與該發光層之 間。 20. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包 括一導電層，位於該發光層與該反射層之間。 21. —種發光裝置，至少包括： 一表面層； 一發光層，發出光為具一波長的光； 一反射層；及 一光轉化層； 其中該發光層位於該反射層與該表面層之間；其 中該發光層和該反射層之間的光學厚度約為四分之一 27 201023388 該波長整數倍；其中該光轉化層鄰近於該發光層。 22. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，其 中該光轉化層為具有複數個結構之一介面層，該些結 構係以一圖案分佈於該光轉化層的一介面，且該介面 的介電性質（dielectric function)為隨著該圖案變化的 一空間函數，使該發光裝置發射光具有準直化特性。 23. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，其 $ 中該發光層與該反射層之間的光學厚度約為介於四分 之一波長的整數m-1倍與m+1倍之間。 24. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，其 中該發光層與該反射層之間的光學厚度約為四分之一 該波長m倍，其中m為正整數，且m2 40。 25. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，更 包括： 一第一載子導電層，位於該發光層與該反射層之 參 間；及 一第二載子導電層，位於該表面層與該發光層之 間。 26. 如申請專利範圍第25項所述之發光裝置，其 中該光轉化層，位於該第一載子導電層與該反射層之 間。 27. 如申請專利範圍第25項所述之發光裝置，其 中該光轉化層，位於該第二載子導電層與該表面層之 間。 28 201023388 28. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，其 中，其中該表面層至該反射層之間的該光學厚度等於 或小於約該波長20倍。 29. 如申請專利範圍第22項所述之發光裝置，其 中該些結構至少包括：一開口、/枉子、一孔洞、或 一長條欄橋(Grating>。

   30. 如申請專利範圖第項所述之發光裝置，其 中該些圖案為一週期性圖案。 31. 如申請專利範圖第22項所述之發光裝置，其 中該些圖案為一非週期性圖案。 32. 如申請專利範圍第3〇項所述之發光裝置，其 中該週期性圖案至少包括：一蜂巢狀、一不等邊平行 四邊形、一等邊平行四邊形、一環狀、一 1D栅狀 (gratmg)、或準晶相的（Quasi photonic crystal)。 33. 如申請專利範圍第2i項所述之發光裝置，、其 中該光轉化層的材料至少包括一透明導電材料或一載 子導電材料。 _ 34.如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，其 中該表面層為-極化層’且該極化層至少包括：-金 :層、-週期性平行條狀間隔排列之金屬層、或一有 極化材料層、或複數個介電質堆疊結構之極化薄膜。 中玲3主5.如中4專利範圍第21項所述之發光裝置，其 為一極化層’且該極化層至少包括：-有 化材料層或—複數個介電質堆疊結構之極化薄 29 201023388 膜。 36. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，其 中該波長至少包括：一可見光、一 UV紫外光、或一 紅外光。 37. 如申請專利範圍21項所述之發光裝置，其中 該發光裝置至少包括：一發光二極體、一有機發光二 極體、一高分子發光二極體、或一半導體光放大器。 φ 38.如申請專利範圍第25項所述之發光裝置，其 中該第一、第二載子導電層或發光層的材料至少包括 一 III-V族半導體材料。 39. 如申請專利範圍第38項所述之發光裝置，其 中該III-V族半導體材料至少包括：一氮基(nitrided based)材料、或一以GaAs或InP為基材的蠢晶成長 (epitaxial growth)材料之材料。 40. 如申請專利範圍第25項所述之發光裝置，其 ❿ 中該第一、第二載子導電層或發光層的材料至少包括 一有機材料或一高分子材料。 41. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，更 包括一導電層，位於該光轉化層與該反射層之間。 30