TW201222890A - Light emitting device, light mixing device and manufacturing methods thereof - Google Patents

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201222890 四、指定代表圖·· (一) 本案指定代表圖為：第（四）圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 40 發光裝置 401 載板 402 發光元件 403 波長轉換層 404 第一導光層 405 低折射率層 406 第二導光層 410 波長轉換暨導光層 五、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 六、 發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光裝置，特別是一種具有高光取出 效率(Light Extraction Efficiency)之發光裝置。 【先前技術】 近年來，由於能源問題逐漸受到重視，因而發展出許多新 式的郎能照明工具。其中’發光二極體（Light Emitting Diode， LED)具有發光效率高、耗電量少、無汞及使用壽命長等優 點，成為極被看好的下一代照明工具。 就照明用的白光LED而言，習知技術已揭露多種製作方 法。其中包含將LED晶片與螢光粉搭配運用之做法，例如， 利用藍光LED晶片所產生之藍光，激發YAG(Yttrium 201222890

Aluminium Garnet，Υ3Α15012)黃色螢光粉產生黃光，再將二者 混合而形成白光。 螢光粉塗佈之方法’常見之技術包含敷型塗佈(c〇nf〇rmal Coating)及分離式螢光粉(Rem〇te phosphor)二種做法。敷塑塗 佈，如圖一所示，係將螢光粉103直接塗佈於每一個LED晶 片102上。由於是直接塗佈於LED晶片ι〇2之上，此種做法 具有厚度較均勻之優點。但是由於LED晶片102及載板101 都會吸收螢光粉103所發出之光，因此整體發光效率便會降 低。另外，由於螢光粉103係與LED晶片1〇2直接接觸，在 當LED晶片102於操作時產生1〇〇。〇至15〇°c的高溫的情形 下，螢光粉層會因此逐漸變質退化，而影響其發光效率。 分離式螢光粉的做法，就是為了解決上述敷型塗佈之問 題。圖二為一分離式螢光粉之LED發光裝置。此發光裝置20 包含載板201、LED晶片202、半球型封裝樹脂204以及塗佈 於其上之螢光粉層203。如圖二所示，由於螢光粉層203係與 LED晶片202分開，因此，可以儘量避免螢光粉層2〇3所發 出之光直接被LED晶片202吸收。也由於螢光粉層2〇3係以 遠離LED晶片202之方式設置’勞光粉層2〇3中之榮光粉較 不易因LED晶片202操作時的高溫而退化。 然而 _刀離式蛍元杨之結構其發光效率通常易受樹脂影 響，如圖二A所示之LED晶片所發出之光之行進路線圖。由 ^ED晶>} 3G2本身之折射率n =2 4，而封裝樹脂3〇4之折 射率n= 1.5 ’因此，根據斯涅爾定律(SneU，sLaw)，當led 光入射至封裝樹脂304表面之角度小於臨界角&時，如路徑 A’光線會產生折射，並且進入封裝樹脂3〇4内部。但是當led 光入射至封裝旨304表面之肖度大於臨界肖以時，如 ΒΊ-J^t^tLED Internal Reflection) 而被LED晶片302吸收。因此，當LED晶片與其外之 』 率差異過大時’LED晶片的發光效率 ^就會受到很 201222890 」匕外*’明參見圖三B。圖三B顯示螢光粉粒子本身之散射 21Ϊ絲粒子33Ga接收來自LED “之級，會受到激 ^令產生f 一種顏色的光。然而，螢光粉粒子303a所產生之 ，線、乃是朝向所有方向。因此，部分螢光粉粒子施所發 ft光會人射至封裝樹脂·的表面，也就是產生向内傳遞之 光線，而非向外部傳遞之光線，因此降低發光效率。 【發明内容】 j艮據本發明之—實施例，此發光裝置包含—載板、設置於 =載板上之一發光元件、包覆此發光元件並設置於此載板上之 第導光層、包覆此第一導光層及此發光元件並設置於此載 板上之一波長轉換暨導光層，以及設置於此第一導光層與此波 長轉換暨導光層間之一低折射率層。其中，此第一導光層包含 漸^折射率，而此波長轉換暨導光層用以轉換此發光元件所發 出光線之波長及傳遞光線並具有一圓頂型之形狀，以及此低折 射率層用以反射來自此波長轉換暨導光層之光線。 【實施方式】 以下，將搭配圖式就本發明之較佳實施例加以詳細說明。 所列出之實施例係用以使本發明所屬技術領域中具有通常知 識者得以明瞭本發明之精神。本發明並不限定於所列出之實施 例，而亦可使用其他做法。在本說明書之圖式中，寬度、長度' 厚度及其他類似之尺寸會視需要加以放大，以方便說明。在本 說明書之所有圖式中，相同的元件符號係代表相同之元件。 此處特別需要加以說明的是，當本說明書描述一元件或一 材料層係設置於或連接於另一元件或另一材料層上時，其係可 以直接設置或連接於另一元件或另一材料層之上，或者^桩 設置或連接於另一元件或另一材料層之上，也就是再 炎雜其他元件或材料層。相反地，若是本說明書係描述一元件 或一材料層係直接地設置或連接於另一元件或另一材料層之 201222890 上時’即表示二者之間沒有再設置其他元件或材料層。 請參見圖四，圖中所示為本發明較佳實施例之發光裝置。 如圖四所示’發光裝置40包含一載板401及一發光元件402， 而此發光元件402設置於載板401之上。此發光裝置4〇更包 含一第一導光層404 ’此第一導光層404包覆此發光元件4〇2 並設置於此載板401之上。 此發光裝置40更包含一波長轉換暨導光層41〇。此波長轉 換暨導光層410由一第二導光層406及一波長轉換層4〇3所構 成。 第一實施例 如圖四所示，第一導光層404例如是一具有圓頂之結構。 具體而言，第一導光層404可以是一半球形之結構。另請參照 圖五A及圖五B’第一導光層404並不限定於半球形之結構， 其於載板401表面上之投影可以是一圓形，或者是一橢圓形。 除了圓頂之結構外，在其他實施例中，第一導光層4〇4亦可以 是其他形狀之結構。 第一導光層406設置於載板401之上，並且包覆第一導光 層404及發光元件402。此外，在波長轉換層403與第一導光 層404之間，設置有一低折射率層4〇5。第二導光層' 4〇6例如 是具有圓頂之結構。具體而言，第二導光層4〇6可以是一半球 形之結構。然而第二導光層406並不限定於半球形之結構，如 同第一導光層404及圖五A及圖五B所示，第二導光層4〇6 於載板401表面上之投影可以是一圓形，或者是一橢圓0形。 除了本實施例所揭露之具圓頂之結構外，在其他實施 二導光層406亦可以是其他形狀之結構。 】中第 在本實施例中，第-導光層404於載板表面上之投影圖案 的直徑(或橢圓形之長直徑)較佳地大於或等於發光元件4〇2^ 長度的2.5倍’且發光元件402設置於第一導光層4〇4於載板 401表面上之投影圖案的圓心位置。因此，可降低光線在 導光層404表面之反射現象，使光線可以自由地輻射出去。第 201222890 ^導光層406於载板表面投影之直徑較佳地大於或等於 二導光二 ==直徑的2倍，亦可減少光線在第 在本實施例中’載板4()1可為一封裝載板；或者當發 件4〇2與-封裝载板組合形成發光模组時，載板_ 刷電路板，而發光元件4〇2為一 GaN藍光LED晶片。本 =雖然是使用藍光LED晶片’但是亦可以視需要使用可發^ 八他色光之LED晶片。此外，發光元件402並不限於具有一 個LED晶片，亦可以具有複數個LED晶片。複數個LED晶

片可以由複數個不同色光或相同色光之LED晶片組成，例= 藍光LED晶片加上紅光LED晶片或藍光LED晶 LED晶片。 工现尤 另外，請參見圖六。圖六所示為本發明另一實施例之發光 裝置示意圖。如圖所示，發光元件4〇2之形狀並不限定於常見 之立方形，其亦可以是一半球型之晶片。此處，發光元件4犯 亦可以其他麵之發光元件取代，例如可以制錢發光二極 體（Organic Light Emitting Diode，OLED)。亦即，GaN 藍光 LED晶片可以用藍光0LED加以取代。 請參照圖七，圖中所示為本實施例第一導光層4〇4之示意 圖。第一導光層404為具有增進光取出效率Ught Extraction Efficiency)之材料層。更詳細地說，發光元件4〇2上 δ又置第一導光層404後’其光取出效率高於與空氣直接接觸之 發光元件402。在本實施例中，第一導光層4〇4具有複數個材 料層’並具有漸變折射率(Gradient Refractive Index，GRIN)。 如圖所示，第一導光層404包含一第一折射率層4〇4a、一第 二折射率層404b及一第三折射率層4〇4c。其中，第一折射率 層404a之折射率為na、第二折射率層4〇4b之折射率為％，及 第二折射率層404c之折射率為〜，並且符合下列關係式：〜 >nb> nc。 在本實施例中，第一折射率層404a為氮化矽(Silicon 201222890

Nitride ’ SiW) ’其折射率為na= h95。第二折射率層4_為 氮氧化矽(Silicon Oxynitride ’ SiON)，或三氧化二銘(Aluminum

Oxide ’ ΑΙΛ)，其折射率為„b=丨.7。第三折射率層姻c為矽 膠(Smcone)，其折射率為n。= L45。雖然本實施例之第一導光 層404由氮化矽、氮氧化矽及矽膠所構成，但在其他實施例中 亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率為丨.54 9)、樹脂(Resin， 折射率為 1.5〜1.6)、類鑽碳膜(Diamond Like Carbon，DLC，折 射率為2.0〜2.4)、二氧化鈦(Titanium 〇恤’ Ti〇2，折射率為 2」2〜2.4)、二氧化石夕卿隱〇}^’沿〇2’折射率為15〜17)或 氟化鎂(Magnesium Fluoride，MgF，折射率為138)等。在本實 施例中，GaN藍光LED晶片之折射率為2.4。當第一導光層 404之第一折射率層404a之折射率為丨％時，發光元件4〇曰2 與第一導光層404界面之折射率變化為24至195，因此，折 射率差異較小，可以有效地降低光線之全反射現象。 此外，請參照圖四，本實施例之發光裝置4〇之第一導光層 404外側為低折射率層405。在本實施例中，低折射率層4〇5 為一空氣層。空氣層之折射率為n=l。因此，第一導光層4〇4 與低折射率層405之界面的折射率變化為145至丨〇，同樣可 以降低，為折料差異過大所造成之光線的全反射現象。此 外’本實施例之波長轉換層403為一具有將入射光線之波長加 以轉換之材料，例如是螢光材料(Phosphor)。在本實施例中， 波長轉換層403為一黃光螢光粉層。請參見圖八，由GaN藍 光_1^〇晶片（圖未示）所發出之藍光Lb，經由第一導光層（圖 未示)及低折射率層（圖未示）’入射到波長轉換層4〇3之後，會 激發黃光螢光粉層内之螢光粉粒子403a，例如YAG或TAG， 並且發出黃光LY。由GaN藍光LED晶片所發出之藍光lb， 與黃光螢光粉層所發出之黃光LY，混光之後會產生白光Lw。 由於第一導光層4〇4、低折射率層405及波長轉換暨導光層410 之組合結構亦具有混光之作用，因此三者之組合結構亦可視為 一混光裝置。此混光裝置可以進一步包含用以設置發光元件 201222890 402之載板401。 在本實施例中’波長轉換層403形成於第二導光層406之 内部表面。第二導光層406為具有增進光取出效率之材料層。 更詳細地說，發光元件402上設置第二導光層406後，其光取 出效率高於與空氣直接接觸之發光元件402。在本實施例中， 第二導光層406具有複數個材料層並具有漸變折射率。具體而 §，第二導光層406具有一第四折射率層與一第五折射率層（圖 未示）。第四折射率層為氮氧化矽(Si0N)，其折射率為17，而 第五折射率層為梦膠(siiicone)，其折射率為丨45。雖然本實施 例之第二導光層406使用氮氧化矽層及矽膠層’但是在其他實 施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率為15〜19)、樹脂 (Resin，折射率為 15〜1.6)、類鑽碳膜(Diamond Like Carbon，

DLC ’ 折射率為 2.0-2.4)、二氧化鈦(Titanium Oxide，Ti02 , 折射率為2.2〜2.4)、二氧化石夕(silicon 〇xide，Si〇2，折射率為 1.5〜1.7)或氟化鎂(Magnesium Fluoride，MgF，折射率為 1.38) 等。此外，在其他實施例中，第二導光層4〇6亦可以是一具有 聚光作用之光學透鏡’或者是折射率介於波長轉換層4〇3與低 折射率層405之間的材料層，例如是樹脂或玻璃等。在本^施 例中，黃光螢光粉層的折射率為u。因此，波長轉換層4〇3 與第二導光層406界面之折射率變化為18至17。是故，可 以降低因為折射率差異過域造成之光_全反射現象。 低折射率層405係用以反射來自波長轉換暨導光層41〇之 光線。此處反射指當-定量之來自波長轉換暨導光層41〇之光 、，’到，低折射率層4〇5之界面時’光線進行光全反射之比例 大於進行光折射之比例。由於大部分之光線會進行光全反射更 甚於光折射，目此此鋪·射率層4〇5具有反射光線之作用。 特別說明的是，本實施例之波長轉換層4〇3之折射率為η = 折Τ射率、層空氣層折射率為W。根據斯 T界角"，arcSm(ni/n2)，叫為光疏介 貝之折醉，^n2為絲介質之卿率，因此#光從波長轉 201222890 換層403進入低折射率層4〇5時，臨界角心=職邮八8卜 arcSin(〇.56)与33。。亦即，當光線的入射角％。，光線即會 產生全反射。 疋故，由於此低折射率層405之存在，即使波長轉換簪導 光層41G所發出之黃光或是被螢総粒子所散射之光線&進 至低折射率層405表面時，大部分光線會因為低折射率層4〇5 之低折射率而產生全反射。 以下，將說明本實施例之發光裝置4〇之製作方法。 首先’於一載板401上形成發光元件4〇2。載板4〇1可為一 巧載板；或者當發光元件4〇2與一封裝載板組合形成發光模 ^日’載板401可為-印刷電路板，而發光元件4〇2 藍光LED晶片。 接著，利用化學氣相沉積法於發光元件4〇2上方進行薄膜 沉積：依序形成包覆此發光^件4〇2之一氮化碎層(圖未示)及 :氮氧化石夕層(圖未示）。之後，於氮氧化石夕層上方塗佈矽膠(圖 示)並使其乾燥，以形成氮化石夕層/氮氧化石夕層/石夕 轟 層’並作為第一導光層404。 且 、在本貫細(例中，氮化石夕層的形成方法例如是化學氣相沉積 法，所巧，之反應氣體例如是矽曱烷(Silane，別氏)及氨氣 (N^3)。氮氧化石夕層的形成方法例如是化學氣相沉積法，所使 用的反應氣體例如是矽甲烧及氧化亞氮⑽醜〇xide，n2〇)。 由於化學氣相沉積法之相關細節，已為本發明所屬技術領域中 具有通常知識者所，歧不再純f述。賊職中 另外，於一半球型之模具上塗佈螢光粉層以作為波長轉換 二403。此半球型之模具，例如是半球型之玻璃模具。塗佈螢 光粉層之方法例如是將黃光螢光粉與黏膠混合均勻之後，再塗 佈於模具之表面並使其乾燥。 接著，利用化學氣相沉積法於螢光粉層表面形成氮氧化矽 2，並於其上塗佈矽膠並乾燥，以形成氮氧化矽層/石夕膠層之 且層，並作為第二導光層406。然後，進行脫膜程序，移除半 201222890 球型之模具，以取得本實施例發光裝置40之波長轉換暨導光 層 410。 、一 之後，將波長轉換暨導光層410以覆蓋第一導光層4〇4之 方式連接至載板401之表面上。波長轉換暨導光層41〇連接至 載板4〇1之方式例如是使用歸劑使第二導光層;^之邊緣黏 合至載板401之表面。由於第二導光層4〇6於載板表面投影之 直控較佳地大於或等於第-導光層4G4於載板表面投影之直 徑的2倍，因此二者之間會存在一空氣層。此空氣層作為低折 射率層405。如此，便可完成本實施例之發光震置之製作。 鲁 f二實施例 請參見圖九，圖中所示為本發明第二實施例私朵梦 意圖。如圖所示，第二實施例之發光裝置4〇包含„；載 一發光元件402、一第一導光層404、一低折射率層4〇5及一 波長轉換暨導光層420。其中，載板40卜發光元件4〇2、第 一導光層404及低折射率層405之結構皆與第一實施例相同， 故不再重複說明。 本實施例之波長轉換暨導光層420包含一第二導光層416 及一波長轉換層413，其中，波長轉換層413設置於第-導# • ㈣6之外部表面。第二導光層傷為具有增 (Improved Light Extraction Efficiency)之材料層。更祥細油 說’發^元請上設置第一導光層4〇4後，其;取=、^ 於與空氣直接接觸之發光元件4〇2。在本實施例中，第二導光 層416具有複數個材料層，並具有漸變折射率 Refractive Index ’ GRIN)。具體而言，在本實施例中，第二導 光層.由氮化石夕(SiN)層及氮氧化石夕(Si0N)層所構成，其折 射率分別為1.95及1.7。雖然本實施例之第二導光層416為氮 化石夕層及氮氧切層，但是在其他實施财亦可使用其= 料。例如玻璃(折射率為^〜丨为、樹脂(Resin，折射率為 1.5〜1.6 ’折射率為2.0〜2.4)、類鑽碳膜(d—Like Carbon， 201222890 DLC ’折射率為2.2〜2.4)、二氧化鈦(Titanium㈤如，Ή〇2， =射率為1·5〜U) '二氧化_lic〇n ，Si〇2)或氣化鎂 (MagnesiumFluoride，MgF，折射率為 U8)等。 本實施例之波長轉換層413為螢光粉層。本實施例之螢光 叔層之作法為將黃光螢光粉，例如YAG(Y3Al5〇i2)或 TAG(Tb3Al5012) ’與折射率為！ 45之石夕膠混合所製得混合後 之螢光粉層折射率為1.6。 第三實施例 請參照圖十，圖中所示為本發明第三實施例之發光裝置示 意圖。如圖所示，第三實施例之發光裝置4〇包含一載板4〇1、 ^ 一發光元件402、一第一導光層404、一低折射率層4〇5及一 波長轉換暨導光層430。其中，載板4〇1、發光元件402、第 一導光層404及低折射率層405之結構皆與第一實施例相同， 故不再重複說明。本實施例之波長轉換暨導光層43〇由一第二 導光層426、一波長轉換層423及一第三導光層427所構成。 其中，波長轉換層423設置於第二導光層420與第三導光層 427之間。第二導光層426之折射率例如為ni、波長轉換層423 之折射率例如為η〗及第三導光層427之折射率例如為nk，並 且符合以下之關係式：ni>nj>nk。亦即，本實施例之波長轉 換暨導光層430具有漸變折射率。 _ 本實施例之第二導光層426及第三導光層427分別為具有 增進光取出效率之材料層。更詳細地說，發光元件402上設置 第一導光層426或第三導光層427時’其光取出效率會高於與 空氣直接接觸之發光元件402。在本實施例中，第二導光層426 為氮化矽層’其折射率為1.95。第三導光層427為矽膠，其折 射率為1.45。雖然本實施例之第二導光層426為氮化矽層，但 是在其他實施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率為 1.5〜1_9)、樹脂(Resin ’折射率為1.5〜1.6)、類鑽碳膜(Diamond Like Carbon ’ DLC，折射率為 2.0〜2.4)、二氧化鈦(Titanium 12 201222890

Oxide，Ti〇2，折射率為 2.2〜2.4)、二氧化石夕(SiUc〇n 〇xide，泌2， 折射率為1.5〜1.7)或氮氧化石夕(Silicon Oxynitride，折射率為1.7) 等。 本實施例之波長轉換層423其折射率則介於第二導光層 426與第二導光層427之間，例如為將黃光螢光粉與環氧樹脂 (Epoxy Resin ’折射率為16)混合後製得之螢光粉層，其折射 率為1.7。 〃

本貫施例之第三導光層427為矽膠，但是在其他實施例中 亦可使用其域料。例如玻璃(折射率為i 5〜19)、樹脂收如， 折射率為1.5〜1.6)、二氧化鈦(Titanium 0xide，Ti〇2，折射率 為 3.2〜2:4)、二氧化石夕(Silicon 0xide，Si〇2，折射率為！n 7) 或氟化鎂(MagnesiumFluoride，MgF，折射率為 1 38)等。 第四實施例 讀f見圖十一 ’此圖為本發明第四實施例之第一導光層4 〇4 之示思圖。本發明第四實施例與第一實施例之差異在於使用多 孔性材料(P〇rous Material)製備第一導光層4〇4 二 406，而其他部分皆與第一實施例相同。 曰 、如圖十一所示，第一導光層4〇4具有三個材料層： =密度層4G4e、第二孔隙密度層砸及第三孔隙密度層 j。其中，第-孔隙密度層.之孔隙密度(p〇re Den吻曰) 上度層_之孔隙密度’第二孔隙密度層_之 =、也度〈第二孔隙密度層4G4g之孔隙密度。亦即 吆二4〇4具有漸變式孔隙密度(Gradient Fore Density)。由於孔 =度愈低，折射率愈高，因此，第-孔隙密度 二1 第一曰孔隙气度層衡之折射率 >第三孔隙密度層4〇々之 射率。疋故，第一導光層404具有漸變折射率。 密光層4G6亦可為—具有不同孔隙 具體而言’本實施例之第—導光層為具有漸變式孔隙 13 201222890 密，之多孔性二氧化鈦層。製備多孔性二氧化鈦層之之方法例

如疋斜向沉積法(Glancing Angle Deposition，GLAD)。GLAD 法的原理疋在電子束蒸鍍毋lectr〇nbeam Evap〇rati〇n)過程中， 傾斜載板之角度，進而控制蒸氣(Vap〇r)於載板上之入射角，來 成長多孔性之材料。利用此方法所成長之多孔性材料亦稱為奈 米柱材料（Nano-R〇ds)。 不 .本實施例所使用之蒸氣源(Vapor Source)例如是五氧化三鈦 (Ti3〇5)。沉積過程分成三個步驟，第一步驟用以 ，:密J之第一孔隙密度層404e，第二步驟用以形成= 二孔隙密度之第二孔隙密度層404f’第三步驟用以形成具 J孔，密度之第三孔隙密度層4G4g。在第—步驟中，蒸氣 一匕三鈦)之入射角為圖未示）。在第二步驟中，蒸g(五 化二鈦)之入射角為圖未示）。在第三步中，菽五 三，入射角為圖未示），並且符合下列關係f 匕 二用严法製得之第一孔隙密度層4〇4e為折射率㈣9f 之=孔性二氧化鈦層、第二孔隙密度層概為折射率. 404g 時，源 ^ 4〇4g ，勸⑽的㈣糊GLAD法製作出夾夕 者所習用，此處不^加以#^所屬技術倾巾具有通常知識 14 201222890 第五實施例 如圖十二所示，圖中所示為本發明第五實施例之發光裝置 示意圖。如圖所示’第五實施例之發光裝置4〇包含一載板 401、一發光元件4〇2、一第一導光層404、一低折射率層415 及一波長轉換暨導光層410。其中’載板401、發光元件402、 第一導光層404及波長轉換暨導光層410之結構皆與第一實施 例相同，故不再重複說明。本實施例之低折射率層415為非氣 體材料層’例如是一多孔性材料層(Por〇usMaterialLayer)。具 體而s ’低折射率層415為多孔性二氧化石夕層。多孔性二氧化 碎層之製作方法例如是溶膠-凝膠法(Sol-Gel Process)。其方法 Φ 說明如下： ' 首先，準備前驅物、溶劑及催化劑。前驅物例如是四乙氧 基石夕烧(Tetraethoxysilane ’ TE0S)，溶劑例如是丙酮(Acet〇ne), 催化劑例如是氫氧化鈉(Sodium Hydroxide)。將TE0S溶於丙 酮中，並加入水及氫氧化納加以混合，以形成溶膠溶液(s〇1 Solution) ° 接著，攪拌此溶膠溶液，直到溶膠溶液成為膠狀(Gd)。此 膠狀(Gel)為TE0S進行水解聚合反應後產生之矽氧烷 (Siloxane)。 • —之後、，將此膠狀之矽氧烷塗佈於第一導光層404外部(圖未 示）’並進行乾燥及熱處理後，便可於第一導光層外部形 成多孔性二氧化矽層。此多孔性二氧化矽層具有低折射 折射率例如是1.2。 、 如圖十二所示，波長轉換暨導光層41〇包含一直接接觸此 =孔性材料層415之部位。在本實施例中，此部位為波長轉換 a 403。與第一實施例同，本實施例之波長轉換層4〇3例如是 =射J為1.8之螢光粉層。由於螢光粉層之折射率⑽盘多孔 之折射雜2)的差異，使光線從螢級層傳遞至 ^性一乳化石夕層時，大部分光線會在多孔性二氧化石夕層 產生全及身+。 201222890 雖然本實施例所使用之多孔性材料為多孔性二氧化石夕，但 在其他，施例中’亦可以使用其他多孔性無機材料，例如 氧化鈦、氧化鋁(Aluminum Oxide)、氧化鋅(Zinc 〇xide)氧化 锆(Zirconium Oxide)、氧化鈕（Tantalum 0xide)、氧化鎢 (Tungsten Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)或氧化鎂(M um 雖然本實施例所使用之前驅物為TEOS，但是在其他實施例 中，亦可以使用其他烷氧基單體，例如四甲氧基矽烷 (Tetramethoxysilane)、 三甲氧基曱基=夕之 (Trimethoxymethylsilane)或二甲氧基二甲基矽烷 (Dimethoxydimethylsilane)等。 雖然本實施例所使用之催化劑為氫氧化鈉，但是在其他實 施例中亦可以使用其他酸性催化劑，例如是鹽酸(Hydr〇chl〇ric acid)、硫酸(sulfiiricacid)或乙酸(AceticAcid)等，或其他鹼性催 化劑，例如是氨(Ammonia)、吡啶(Pyridine)或氫氧化鉀 (Potassium Hydroxide)等。 溶膠-凝膠法之細節已為本發明所屬技術領域中具有通常知 識者所習用，此處不再加以贅述。 第六實施例 請參見圖四，在第一實施例中，波長轉換層403為一螢光 粉層’而在本實施例中’波長轉換層403是一陶瓷螢光材料 (Ceramic Phosphor)。陶瓷螢光材料之優點在於光散射現象可被 降低。本實施例使用榮光粉前驅物(Phosphor Precursor Method) 製作陶瓷螢光材料。其方法如下： 首先，準備二種溶液以製備螢光粉(含鈽釔鋁石榴石， Y3Al5〇12:Ce，YAG:Ce)前驅物。第一種溶液包含由氯化釔 (YC13 · 6H20)、氯化鋁(A1C13 · 6H20)及氣化鈽(CeCl3 · 7H20) 混合而成之溶液。第二種溶液為包含還原劑NH4HC03之水溶 液。將此二種溶液混合後，置放於60°C之反應槽，反應後可 201222890 製得螢光粉前驅物。 之後’請參照圖十三A，將螢光粉前驅物902，利用喷塗 (Spray Coating)設備903，喷灑於模具901之表面。之後再進 行乾燥及燒結即可製得陶瓷螢光材料904，如圖十三B所示。 此處’模具901之材料可以是三氧化二鋁(Aba)、氧化锆 或石英等。 製得陶瓷螢光材料904之後，再於其上形成第二導光層 406，以適用於發光裝置4〇。 曰 第七實施例

本實施例使用螢光粉漿喷塗法(Spray Coating Method)製備 作為波長轉換層403之陶竟螢光材料。 首先，螢光粉漿之調配可使用單色之螢光粉，例如YAG螢 光粉；或者，亦可以使用多種顏色之螢光粉之組合。螢光粉顆 粒大小為數奈米至數十微米皆可。 接著，將螢光粉、黏著劑(Binder)及溶劑加以混合，便可製 得螢光粉漿。此處，黏著劑之種類例如是矽膠(Silic〇ne)、旋^ 式玻璃(Spin On Glass ’ SOG)或氧化鋅(Zinc Oxide ’ ZnO)等， 而溶劑例如是丙酮(Acetone)或甲苯(Toluene)等。製得螢光粉漿 之後，利用類似於圖十三A之做法，將螢光粉漿喷塗於一模 具上。 、 之後，再於高溫下進行壓模成型之製程。經過脫模後，便 可製得陶瓷螢光材料。使用單色之螢光粉可製得單色陶瓷螢光 材料，而使用多種顏色之螢光粉，分別喷塗於模具之不同部位 上時，便可製得包含二種顏色以上之陶瓷螢光材料。製得陶瓷 螢光材料之後，再於其上形成第二導光層4〇6，以適用於發 裝置40。 第八實施例 凊參照圖十四，圖中所示為本發明第八實施例之發光裝置 17 201222890 示意圖。如圖所示，第七實施例之發光裝置40包含一載板 401、一發光元件402、一第一導光層404、一低折射率層4〇5 及一波長轉換暨導光層440。 其中’載板401、發光元件402、第一導光層404及低折射 率層405之結構皆與第一實施例相同，故不再重複說明。本實 施例與第一實施例之差異在於波長轉換暨導光層44〇。 本實施例之波長轉換暨導光層440包含一波長轉換層 433、一透明導電層438及一第二導光層436。如圖十四所示曰， 在本實施例中，透明導電層438形成於第二導光層436之内部 .表面，波長轉換層433形成於透明導電層438之内部表面。在 其他實施例中，波長轉換層433亦可設置於透明導電層438之 _ 外部表面，而透明導電層438亦可設置於第二導光層436之外 部表面。第二導光層436為具有增進光取出效率之材料層。更 詳細地說’發光元件402上設置第二導光層436後，其光取出 效率南於與空氣直接接觸之發光元件402。具體而言，第二導 光層436為玻璃，波長轉換層433為黃光螢光粉層，而透明導 電層438為金屬氧化物，例如是銦錫氧化物(^^丨^ 丁匕 Oxide，ITO)。雖然在本實施例中，第二導光層436為玻璃， 但是在其他實施例中，第二導光層436與第一導光層4〇4相 同，可以由其他材料構成，例如樹脂或其他具有漸變折射率之 材料層。 · 透明導電層438之製作方法例如是溶膠_凝膠法(s〇1_Gd)或 濺鍍法。以溶膠-凝膠法為例，首先準備一玻璃模具以作為一 第二導光層436 ’接著將混合有IT〇粉末之溶液，以旋塗之方 式(SpinOn)塗佈於此玻璃模具上，之後進行乾燥及熱處理便 可於玻璃模具上形成透明導電層438(ITO)。 請參見圖十五，圖中所示為本實施例利用電泳法形成波長 轉換層43曰3之裝置示意圖。如圖所示，此裝置包含一反應槽 60，例如;^電泳槽、已形成有透明導電層438之玻璃模具(作 為第二導光層436)、反應溶液61，例如是電泳懸浮液、電極 18 201222890 62以及分別電性連接至透明導電層438及電極⑽之電源供應 器63。 〜

具體而言’本實施例之反應溶液61由異丙醇 co 〇1)、水、硝酸鎂(Mag^sium抓如㈣及Yag螢光粉所組 成。加入硝酸鎂之目的為使不導電之YAG 正電。神，域魏61具絲面帶ί ”應器63戶斤提供之電壓’會於_ 62與透明導電 層438之間形成一電場，使表面帶雷^ ^ ^

明導電層438移動，並於透明導電# 子往透 的罄#私思όίι#ΐ/9妙守电曰4*38表面堆積形成一緻密 螢光粉層用以作為波長轉換層你。 ^實施例中’反應溶液61中之溶劑雖為異丙醇，但 ϊ雖吏，其他有機溶劑；而反應溶液中之電解 為υ實施例中亦可為硝_類 (Alummum Nitrate)、硝酸鈉(s〇dium 加 ^，鋁 (Salt)、酸類(Acid)及鹼類(Base)化合物等。t、他孟屬鹽類 藉由在波長轉換暨導光層44〇内机 部電壓得以施加至波長轉換二^月層4:8，外 法得以運用於螢光粉層之製;^九層440之表面，俾以使電泳

上，但並不限於 離本發明之精神與範圍内，所通常知識者’在不脫 在本發明之申請專利範圍内疋成之專效改變或修飾，均包含 【圖式簡單說明】 置之示意 圖 圖 為習知技細敷型塗佈螢光粉之白光蝴 ^ I,技術使用分離式螢 圖二A為LED晶片所發出之尤^裝置之不意圖； 圖三BA搖本始工4· ώ ..尤之仃進路線圖0 意圖 201222890 圖四為本發明触實_之發光裝置 g。人為本發卿—實_之第—導光^基板上之投影式 為本發明第—實施例之第—導光層於基板上之另-投 圖六為本發明另—實施例之發光裝置之示音圖。 =ίίί明第—實施例之第—導光層“意圖。 圖為本發明之第—實施例之白光產生方式示音圖。 ，2本發明第-實施例之發光裝置之另—示|圖。 圖九為本發明第二實施例之發光裝置之示意圖。 圖十為本發明第三實施例之發光裝置之示|圖。 圖十一為本發明第四實施例之第一導光層乂示意圖。 圖十亡為本發明第五實施例之發光裝置之示音^。 十三Β為本發明第六實施例之i造方法示意圖。 圖十四為本發明第八實施例之發光裝置之示意圖。 圖十五為本發明第八實施例之電泳法示意圖Γ 【主要元件符號說明】 10 發光裝置 1〇1載板 102 LED晶片 1〇3螢光粉 1〇4 封裝材料 2〇 發光裝置 2〇1載板 202 LED晶片 2〇3螢光粉 204封裝樹脂 40 發光裝置 201222890

401 載板 402 發光元件 403 波長轉換層 403a 螢光粉粒子 404 第一導光層 404a 第一折射率層 404b 第二折射率層 404c 第三折射率層 404e 第一孔隙密度層 404f 第二孔隙密度層 404g 第三孔隙密度層 405 低折射率層 406 第二導光層 410 波長轉換暨導光層 413 波長轉換層 416 第二導光層 420 波長轉換暨導光層 423 波長轉換層 426 第二導光層 427 第三導光層 430 波長轉換暨導光層 433 波長轉換層 436 第二導光層 438 透明導電層 440 波長轉換暨導光層 60 反應槽 61 反應溶液 62 電極 63 電源供應器 901 模具 21 201222890 902 螢光粉前驅物 903 喷塗設備 904 陶瓷螢光材料 A 光折射路徑 B 光反射路徑

Lb 藍光 Ly 黃光 Lw 白光

Claims (1)

1. 201222890 七、申請專利範圍： 1· 一種發光裝置，包含· 一載板； 二發光元件，設置於該載板之上； 導光層’包覆該發光元件並設置於該載板之上並具有漸變 折射罕； 二if轉換暨導光層，包覆該第—導光層及該發光元件並設置於 :.板之上，用以轉換該發光元件所發出光線之波長及傳遞光 綠，以及 二低折射率層，設置於該第一導光層與該波長轉換暨導光層之 間，用以反射來自該波長轉換暨導光層之光線。 如申請專利範圍第丨項之發光裝置，其中，該第—導光層及/ 或该波長轉換暨導光層包含一圓頂之結構。 3.，申請專利範圍第丨項之發絲置，其中，該第—導光層包含 一多孔性材料層。 ^如申5月專利範圍f 1項之發光裝置，其中，該波長轉換暨導光 —波長轉換層及—第二導光層’並且紐長轉換層設置於 该第二導光層之内部表面或外部表面。 5.如申請專利範圍第4項之發統置，其中，該第二導光層包含 漸變折射率。 6·如申請專利範㈣丨項之發光裝置，其中’該波長轉換暨導光 層包含漸變折射率，並且由内而外包含一第二導光層、一波長 換層及一第三導光層。 7. 如申請專利範圍第4項或第6項之發光裝置，其中，該波長轉 換層包含一螢光粉層。 8. 如申請專利範圍第7項之發光裝置，其中，該波長轉換層包含 黃光陶瓷螢光材料或二種色光以上之陶瓷螢光材料。 9. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，該低折射率層包含 空氣層。 23 201222890 ίο.如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，該載板包含一封裝 載板或一印刷電路板。 11. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，該發光元件包含發 光二極體。 12. —種混光裝置，包含： 一載板； 一第一導光層，設置於該載板之上並具有漸變折射率；

   一波長轉換暨導光層，覆蓋該第一導光層並設置於該載板之上， 用以轉換一入射光線之波長且具有漸變折射率；及 一間隙層，設置於該第一導光層與該波長轉換暨導光層之間，該 間隙層之折射率與該波長轉換暨導光層界面之折射率的差異，使 來自該波長轉換暨導光層之光線於該間隙層之界面產生光全反射 量大於光折射量。 13. —種發光裝置，包含： 一載板； 一發光元件，設置於該載板之上;以及 一波長轉換暨導光層，包覆該該發光元件並設置於該载板之上， 用以轉換該發光元件所發出光線之波長及傳遞光線；其中，該波 長轉換暨導光層包含一透明導電層。

   I4.，申請專利細第13項之發絲置’其巾，該透料電層為金 屬氧化物。 專利範圍第13項之發光裝置，其中，該波長轉換暨導光 曰，l含一波長轉換層，該波長轉換層設置於該透明導 部表面或外部表面。 專利範圍$15項之發光裝置，其中，該波長轉換層為 利範11第13項之發光裝置，其中，該波長轉換暨導光 第二導光層，而該透明導電層設置於該第二導光層之 内箱面或外部表面。 18.—種發光裝置之製造方法，包含： 24 201222890 提供一載板； 形成一發光元件於該載板之上;以及 形成一波長轉換暨導光層，包覆該該發光元件並設置於該載板 之上’用以轉換該發光元件所發出光線之波長及傳遞光線；其中 包含形成一透明導電層於該波長轉換暨導光層中。 H中請專利範圍第18項之製造方法，其巾形成該波長轉換暨 ϊί層之倾包含於形成該透料電層後以電泳法形成一波長轉

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