201242109 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 式的節能照明工具。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 Aluminum Garnet，YsAlsOu)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nformai Coating)及分離式螢光粉(Remote Phosphor)二種做法。敷型塗 佈’如圖一所示’係將螢光粉直接塗佈於LED晶片1〇2上形 成螢光粉層103。由於是直接塗佈於LED晶片102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會吸收螢光粉層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102直接接觸， 在LED晶片102於操作時產生i〇〇°c至15〇。〇的高溫的情形 下’螢光粉層會因此逐漸變質退化，而影響其轉換效率。 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2(H、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203所發 出之光直接被LED晶片202吸收。也由於螢光粉層203係以 4 201242109 遠離LED晶片202之方式設置，螢光粉層2〇3中之勞光粉 不易因LED晶片202操作時的高溫而退化。
然而’分離式S光粉之結構其發光效率通常$受樹 響，如圖三A所示之LED晶片所發出之光之行進路線圖^ 於LED晶片302本身之折射率n =2 4，_震樹脂3〇4 射率η = 1.5，因此，根據斯涅爾定律(Sndl，s Uw)，當led 入射至封裝樹脂304表面之角度小於臨界角0c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LEg 光入射至封裝樹脂304表面之角度大於臨界角0C時，如路徑 B，則光會在LED晶片内部產生全反射(T〇tal RefleetiQ 而被LED晶片302吸收。因此，當LED晶片與其外之封裝材 料之折射率差異過大時，LED晶片的發光效率，就會受到报 大的影響。 此外，請參見圖三B。圖三B顯示螢光粉粒子本身之散射 效應。螢光粉粒子330a接收來自LED晶片之光後，會受到激 發並產生另一種顏色的光。然而，螢光粉粒子3〇3a所產生之 光線，乃是朝向所有方向。因此，部分螢光粉粒子3〇3a所發 出之光會入射至封裝樹脂304的表面，也就是產生向内傳遞丄 光線’而非向外部傳遞之光線，因此降低發光效率。 【發明内容】 根據本發明之一實施例，此發光裝置包含一載板、設置於 此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 一第一導光層、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 漸變折射率’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。 201242109 【實施方式】 麻搭關式就本㈣之較佳實_加以詳細說明。 =出之貫施例仙赌本發明所屬技術領域巾 識者得以明瞭本發明之精神。本發不限定^ ^ ^而亦可使用其他做法。在本說明書之圖式中，^出 厚度及其他類似之尺寸會視需要純放大，以方便說明 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_是’當本書描述-元件或一 材料層係設置於或連接於另—元件或另—材·上時， 以直接設置或連接於另-元件或另—材制之上，或者^接地 设置或連接於另一元件或另一材料層之上，也就是二者之間再 夾雜其他元件或材料層。相反地，若是本說明書係描述一^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 上時，即表示二者之間沒有再設置其他元件或材料層。曰 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4〇包含一載板4〇1及一發光元件4〇2， 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410。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404亦可以 是其他形狀之結構。 第二導光層406設置於載板401之上，並且涵蓋第一導光 6 201242109 層404及發光元件402。此外，在波長轉換層4〇3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’第二導光層傷可以是一半球 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，或者是一麵s形。 除了本實施例所揭露之具圓頂之結構外，在其他實施例中，第 二導光層406亦可以是其他形狀之結構。 在本實施例中，發光元件402為方形，位於第一導光層4〇4 於載板表面上之投影圖案的中心。如圖五A所示，第一導光層 4〇4於載板表面上之投影圖案為圓形，其投影直徑大於或等^ 發光元件402之尺寸長度的2.5倍。如圖所示，投影圖案 為橢圓形’其長雜大於鱗於發光元件長度的2 5倍。若投 影圖案為;ίτ形，所述的；形長度A於或等於發光元件長度的 2.5倍。因此’可降低光線在第一導光層4〇4表面之反射現象， 使光線可以自由地輕射出去。第二導光層4〇6於載板表面投影 之直控大於或等於第一導光層4〇4於載板表面投影之直徑的2 倍，可減少光線在第二導光層4〇6表面之反射現象。 在本實施例巾’載板401可為一封裝載板；或者當發光元 件402與一封裝載板、組合形紐光模組時，載板401可為一印 刷電路板。而發光元件4〇2為一 GaN藍光LED晶片。本實施 =雖然疋使用藍光led Baa>； ’但是亦可以視需要使用可發出 八他色光之LED晶片。此外，發光元件4〇2並不限於具有一 ，LED ^ ’亦可以具有複數個LED晶片。複數個LED晶 =可以由複數個不同色光或相同色光之LED晶片組成，例如 k光LED晶片加上紅光LED晶片或藍光LED晶片加上藍光 LED晶片。 另外立請參見圖六。®1六所示為本發明另-實施例之發光 裝置不意圖。如圖所示，發光元件4〇2之形狀並不限定於常見 之方形，其亦可以是-半球型之晶片，其第—導光層.於载 201242109 板表面上投影圖案之直徑大於或等於晶片直徑之2 5倍。此 處發光元件402亦可以其他種類之發光元件取代，例如可以 使用有機發光二極體（〇rganic Light Emitting Diode，。 5月參照圖七，圖中所示為本實施例第一導光層4〇4之示意圖。 第導光層404為具有增進光取出效率jjght Extraetion Efficiency)之材料層。發光元件上設置第—ng ^〇4後，其光取出效率高於與空氣直接接觸之發光元件。在本 實施例中，第一導光層404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4〇4b及一 第三折射率層404c。其中，第一折射率層4〇4a之折射率為％、 第二折射率層404b之折射率為nb，及第三折射率層4〇知之^斤 射率為〜，並且符合下列關係式：na>nb> %。 在本實施例中，第一折射率層404a為氮化矽⑸此加 Nitride，Si#4)，其折射率為na = h95。第二折射率層4〇牝為 氮氧化石夕(Silicon Oxynitride，SiON)，或三氧t:^(Aluminum Oxide ’ Al2〇3)，其折射率為nb=丨7。第三折射率層4〇4c為矽 膠(Silicone) ’其折射率為145。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5〜丨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 Oxide ’ Ti〇2，折射率為 ^•2〜2.4)、二氧化石夕(Silicon 〇xide ’ Si〇2 ’ 折射率為！ 7)或 氟化鎂(Magnesium Fluoride，MgF，折射率為1.38)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4〇4a之折射率為1.95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2.4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，彳氏折射率層々A 201242109 為一空氣層。空氣層之折射率為n=1。因此’第—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】〇，同曰樣 以降低因為折射率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-具有將入射光線之波長加 以轉換之材料，例如是螢光材料(ph〇sph〇〇。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LED晶片（圖未示）所發出之 I光LB，經由第一導光層（圖未示)及低折射率層(圖未示 長轉換層403之後，會激發黃光營光粉層内之螢 子二〇3a，例如YAG或TAG ’並且發出黃光w。由_該光 LED:曰曰片所發出之藍光Lb，與黃光螢光粉層所發出之黃光 二產生白光“。在本實施例中，波長轉換層403 ίίίΐ 一導光層概之内部表面。第二導光層.為具有增 之材料層。發光元件上設置第二導光層406後， ΐ mm氣直jf觸之發光元件。在本實施例 n η具有一第四折射率層與一第五折射率 以折；率為其= 條機，但是 折:率為=)
Like Carbon，DLC，折射率我 9n 1 h ^ 22 24^ - ' } ' "A'bl"(Tlt— ic 1 1 .) 一氣化石夕(Silicon Oxide，Si02， 率為1 38)箄二化鎮⑽卿⑻咖Fluoride，MgF，折射 層糊與= Π射率為U °因此’波長轉換 象。 射羊差異過大所造成之光線的全反射現 如圖四或圖六所示，低折射率層405係用以反射來自波長 201242109 轉換暨導光層410之光線。此處反射指當一定量之來自波長轉 換暨導光層410之光線，到達低折射率層405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’因此此低折射率層々ο〗且有 反射光線之作用。 θ 特別說明的是，本實施例之波長轉換層403之折射率為η = 1.8,而作為低折射率層405之空氣層折射率為n=1。根據斯 >圼爾定律(8收11’8!^)’臨界角0(： = 31^111(111/112)，111為光疏介 質之折射率，而叱為光选介質之折射率，因此當光彳^法县錄 換層4〇3進入低折射率層4〇5時，臨界角= arcsin(1/1；^ arcsm(0.56)=33°。亦即，當光線的入射角>33。，光線即合 生全反射。 是故，由於此低折射率層405之存在，即使波長轉換暨導 光層410所發出之黃光或是被螢光粉粒子所散射之光線彳；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402。載板4〇1可為一 封裝載板，或者當發光元件402與一封裝載板組合形成發光模 組時，載板401可為一印刷電路板，而發光元件4〇2為GaN 藍光LED晶片。 接著’利用化學氣相沉積法於發光元件402上方進行薄膜 沉積，依序形成包覆此發光元件402之一氮化矽層(圖未示)及 一^氧化矽層（圖未示）。之後，於氮氧化矽層上方塗佈矽膠(圖 未示)並使其乾燥，以形成氮化矽層/氮氧化矽層/石夕膠層之疊 層，並作為第一導光層404。 、在本實施例中，氮化矽層的形成方法例如是化學氣相沉積 法’所使用之反應氣體例如是矽甲烧(Silane，&私)及氨氣 (NH3)。氮氧化矽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⑽r〇us 〇xide ，N20) 〇 201242109 知4麵_，此處不再加以費述。 層4〇3V二 ==莫=:螢光粉層以作為波長轉換 弁於Μ夕古、^ ,足之杈具，例如疋半球型之玻璃模具。塗佈螢 佈二且Γΐ如是將黃光勞光粉與黏膠混合均勻之後，再塗 佈於核+具之表面並使其乾燥。 主 居接二:m哮1^目沉餘於*絲層表面形成氮氧化石夕 ;®、’j二、塗佈矽膠並乾燥，以形成氮氧化矽層/石夕膠層之 為第二導光層如6。然後’進行脫膜程序，移除半 It 轉本實酬發絲置4G之波換暨導光 波長轉換暨導光層彻使用黏著劑使第二導光層4〇6 ^黏合至載板401之表面。由於第二導光層·於載板表面投 衫之面積大於鱗於第—導光層於載板表面投影之的4 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裝置4〇之製作。 第二實施例 立π參見圖九，圖中所示為本發明第二實施例之發光裝置示 意圖。第二實施例之發光裝置40包含一載板401、一發朵开 件術、-第-導光層404、-低折射率及一波 暨導光層420。其中，載板401、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，故不再士 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設置於第二導光 層416之外部表面。第二導光層416為具有增進光取出效率 (Improved Light Extraction Efficiency)之材料層。更詳細地 έ兒’發光元件402上包覆第一導光層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，第二導光 201242109 層416具有複數個材料層，並具有漸變折射率伽出咖 Refractive Index ’ GRIN)。具體而言，在本實施例中，第二導 光層406由氮化矽(SiN)層及氮氧化矽(別〇冲層所構成，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 化石夕層及氮氧化⑽，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1.54.9)、樹脂(Resin，折射率為 1.5〜1.6 ’ 折射率為 2.0〜2.4)、類鑽碳膜(Diam〇nd Like Carb〇n， DLC ’ 折射率為 2.2〜2.4)、二氧化鈦(Titanium 〇xide，丁i〇2， 折射率為1.5〜1.7)、二氧化矽(Silicon 〇xide，Si〇2)或氟化鎂 (MagnesiumFluoride ’ MgF，折射率為 1.38)等。 本實施例之波長轉換層413為螢光粉層。本實施例之螢光 粉層之作法為將黃光螢光粉’例如YAG(Y3Al5〇i2)或 TAGCn^AlsO〗2) ’與折射率為1.45之矽膠混合所製得，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405及一 波長轉換暨導光層430。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。本實施例之波長轉換暨導光層430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位於第二導光層426與第三導光層427 之間。第二導光層426之折射率例如為η〗、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 12 201242109 三導光層427時，其光取出效率會高於與 ’ ΐ折射率為丨·95。第三導光層其ί 射率為1.45。雖然本實施例之第二導光屛 ;?二，m，折射率為1-5〜1,6)、類鑽碳膜(Dia_d ^ ΓγΓΙ^，折射率為2〇〜24)、二氧化鈦⑽‘ OxKle ’ T1〇2，折射率為2.2〜2.4)、二氧化石夕(驗〇η ο*，卿， 折身f率為1.5〜1.7)或ι氧化石夕(siiiconQxyj^tride，折射率為1 7) 等。 本貫把例之波長轉換層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L6)混合後製得之螢光粉層，其 率為1.7。 、 本實把例之苐二導光層427為石夕膠，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〜〗9)、樹脂(Resin， 折射率為1·5〜1.6)、二氧化鈦(Titanium Oxide，Ti〇2，折射率 為 2.2〜2.4)、二氧化石夕(Silicon Oxide，Si02，折射率為 ι·5〜1 7) 或氟化鎂(Magnesium Fluoride，MgF，折射率為 1.38)等。 第四實施例 請參見圖十一，此圖為本發明第四實施例。其特徵為第一 實施例之第一導光層404使用多孔性材料(p〇r〇us Material)製 備，而其他部分皆與第一實施例相同。 如圖十一所示，第一導光層404具有三個材料層：第一孔 隙密度層404e、第二孔隙密度層404f及第三孔隙密度層 404g。其中，第一孔隙密度層404e之孔隙密度(P0re Density) <第二孔隙密度層404f之孔隙密度，第二孔隙密度層4〇4f之 孔隙密度<第三孔隙密度層404g之孔隙密度。亦即，第一導 光層404具有漸變式孔隙密度(Gradient Pore Density)。由於孔 13 201242109 射率：低’折射率愈高’因此’第一孔隙密度層404e之折 狀如^一孔隙密度層404f之折射率〉第三孔隙密度層4〇4g之 @率。是故，第一導光層4〇4具有漸變折射率。 光層概亦可為—具有不同孔 ^體，S，本實施例之第一導光層4〇4為具有漸變式孔隙 之夕，性二氧化鈦層。製備多孔性二氧化鈦層之之方法例
疋斜向，儿積法(Qancjng Angie Deposition，GLAD)。GLAD 4的原理疋在電子束蒸鑛(Electr〇nbeam Evaporation)過程中， 、=載板之角度，進而控制蒸氣(Vap〇r)於載板上之入射角，來 ίίί孔性之材料此方法所成長之多孔性材料亦稱為奈 求往材料（Nano-Rods)。 本貫k例所使用之蒸氣源(Yap〇r g〇urce)例如是五氧化三鈦 (Ti3〇£。沉積過程分成三個步驟，第一步驟用以形成具有^低 ，隙密f之第一孔隙密度層4〇4e，第二步驟用以形成具有較 π孔隙密度之第二孔隙密度層4〇4f，第三步驟用以形成具有較 ，孔隙密度之第三孔隙密度層4〇4g。在第一步驟中，蒸、氣(五 氧化二鈦)之入射角為0e(圖未示）。在第二步驟中，蒸氣(五氧 ^匕二鈦)之入射角為圖未示）。在第三步驟中，蒸氣(五氧化 二鈦)之入射角為<9g(圖未示），並且符合下列關係式： < 0g。利用此法製得之第一孔隙密度層4〇4e為折射率n=1 9 之多孔性二氧化鈦層、第二孔隙密度層4〇4f為折射率n=1.7 之多孔性二氧化鈦層，而第三孔隙密度層4〇4g為折射率 n=l.45之二氧化鈦層。 同理，類似於上述做法，當使用二氧化矽(Si〇2)做為蒸氣源 時’可製得具有漸變折射率之多孔性二氧化矽層。在其^實施' 例中’第一孔隙密度層404e、第二孔隙密度層404f^第三孔 隙密度層404g亦可以多孔性二氧化矽層或其他多孔性材料加 以取代。 此處需特別加以說明的是，由於利用GLAD法製作出來之 201242109 例如是n=1.05。此 因此，本實_之
Hi iΛ率層4G5亦可以為多級二氧化石夕層。 者所習用，此處; 第五實施例 干®巾所*為本發㈣五實_之發光裝置 401 -發11不’第五實施例之發光裝置40包含一載板 件402、一第一導光層404、一低折射率層415 ίΐίίΐ導光層 °其中，載板401、發光元件402、 第-^先層404及波長轉換暨導光層彻之結構皆與第一實施 ==故3,說明。本實施例之低折射率層415為非氣 ，士層’例如是-多孔性材料層(p_sMa她1Layer)。具 而δ，低折射率層415為多孔性二氧化矽層。多孔性二氧化 石夕層之製作方法例如是溶膠·凝膠法(S()1_Gel p_ss)。其方法 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，TEOS)，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，並加入水及氫氧化鈉加以混合，以形成溶膠溶液(s〇i Solution)。 接著’攪拌此溶膠溶液，直到溶膠溶液成為膠狀(Gel)。此 膠狀(Gel)為TE0S進行水解聚合反應後產生之矽氧烷 (Siloxane) ° 之後，將此膠狀之矽氧烧塗佈於第一導光層404外部(圖未 示）’並進行乾燥及熱處理後，便可於第一導光層404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率，其^ 折射率例如是1.2。 〃 如圖十二所示，波長轉換暨導光層410直接接觸此多孔性 15 201242109 材料層415。在本實施例中，波長轉換層4〇3直接和多孔性 料層415接觸。與第-實施例相同，本實施例之波長轉換芦 403例如是折射率為！.8之螢光粉層。由於勞光粉層之折射^ (U)與多孔性二氧化補之折醉(12)的差異，使光線從榮光 粉層傳遞至多孔性二氧切層時，A部分光線會在多孔性 化矽層表面產生全反射。 s雖然本，施例所使用之多孔性材料為多孔性二氧化矽，但 是在其他實關巾’亦可以制其他纽性域材料，例如二 氧化鈦、氧化銘(Aluminum Oxide)、氧化鋅(zinc 0xide)、氧化 鍅(Zirconium Oxide)、氧化组(Tantalum 〇xide)、氧化鎢 (Tungsten Oxide)、氧化錫(Tin 0xide)或氧化鎮恤即㈣咖 Oxide)等。 雖然本實施例所使用之前驅物為TE〇s，但是在其他實施例 中，亦可以使用其他烧氧基單體，例如四甲氧基石夕烧 (Tetramethoxysilane)、三甲氧基甲基矽烷 (Trimethoxymethylsilane)或二曱氧基二甲基矽烷 (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(sulftiric acid)或乙酸(Acetic Acid)等，或其他鹼性催 化劑’例如是氨(Ammonia)、D比咬(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 凊參見圖四’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。本實施例使用螢光粉前驅物(Phosphor Precursor Method) 16 201242109 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(含鈽紀鋁石榴石， YsAlA/Ce ’ YAG:Ce)前驅物。第一種溶液包含由氯化纪 (YC13 · 6H20)、氣化鋁(a1Ci3 · 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Ni^HCOs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 製得螢光粉前驅物。 之後’請參照圖十三A，將瑩光粉前驅物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(Al2〇3)、氧化錯(Zr〇2) 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， 以適用於發光裝置40。 第七實施例 本實施例使用螢光粉聚喷塗法(Spray Coating Method)製備 作為波長轉換層403之陶瓷螢光材料。 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)、旋塗 式玻璃(Spin On Glass，S0G)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，將螢光粉漿噴塗於一模 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 17 201242109 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400，以適用於發光 裝置40。 第八實施例 一請參照圖十四，圖中所示為本發明第八實施例之發光裝置 示意圖。如圖所示，第七實施例之發光裝置4〇包含一載板 40卜一發光元件402、一第一導光層404、一低折射率層405 及一波長轉換暨導光層440。 其中’載板40卜發光元件402、第一導光層4〇4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。 本貫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， 在本實施例中，透明導電層438形成於第二導光層436之内部 表面二波長轉換層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可設置於透明導電層438及第 二導光層436之間。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4〇2上設置第二導光層436後， f光取出效率高於與空氣直接接觸之發光元件4〇2。具體而 吕’第二導光層436為玻螭，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，例如是銦锡氧化物(Indium
Tin Oxide ’ ITO)。雖然在本實施例巾，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’可以由其他觀構成’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 濺鑛法。以練·凝膠法為例，首先顿—玻賴具以作為一 第二導光層436 ’接著將混合有IT0粉末之溶液，以旋塗之方 18 201242109 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433之裝置示意圖。如圖所示，此裝置包含一反應槽 60，例如是電泳槽、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 62以及分別電性連接至透明導電層438及電極62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(Is〇pr〇pyl
Alcohol)、水、硕酸鎂(Magnesium Nitrate)及 YAG 螢光粉所組 成。加入硝酸鎂之目的為使不導電之YAG螢光粉表面，因為 吸附鎂離子(Mg+)而帶正電。亦即，反應溶液61具有表面電 之YAG螢光粉粒子。 由電源供應器63所提供之電壓，會於電極62與透明導電 層438之間形成一電場，使表面帶電之YAG螢光^粒子往透 明導電層438移動’並於透明導電層438表面堆積形成一緻密 的螢光粉層。所製得之螢光粉層用以作為波長轉換層。 在本實施例中，反應溶液61中之溶劑雖為異丙醇，但是在 其他實施例中’亦可使用其他有機溶劑；而反應溶液中之電解 質雖為确酸錢，在其他實施例中亦可為$練醜，例如琐酸銘 (Aluminum Nitrate)、硝酸鈉(s〇dium Nitrate) ’ 或其他金屬鹽類 (Salt)、酸類(Acid)及鹼類(Base)化合物等。 孤、 藉由在波長轉換暨導光層440内設置一透明導電層438，外 部電壓得以施加至波長轉換暨導光層44〇之表面1 法得以運用於螢光粉層之製作。 早使電冰 、請參見圖十六，利用電泳法在透明導電層438表面堆積形 成-波長轉換層433後，緊接著再以電鍍的方式將金屬氧化^ 435鍍入該螢光粉的孔隙中。本實施例之波長轉換層*幻為一 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)。沉積波長轉換層433不限定於電泳法也可以包 19 201242109 括其它可將螢光材料沉積的方法，例如重力沉積法。所述的金 屬氧化物435 ’例如是ITO或ZnO等，具有和螢光粉相近的 折射率，可以減少光的散射(scattering)損失，增加白光的出光 效率。同時所述的金屬氧化物435可以當作螢光粉層的黏著劑 以增加螢光粉層的強度。金屬氧化物435沉積的厚度可依榮光 粉的顆粒及孔隙大小不同而調整。。沉積金屬化物435不限定 於電鍍，也可以包括其它可將金屬化物435鍍入螢光粉的孔隙 中的方法，例如CVD法、Sol-Gel法。圖十七為螢光粉顆粒於 . IT0玻璃上的SEM照片圖。圖十八為使用電鍍法將Zn〇填滿 螢光粉孔隙的SEM照片圖。 第九實施例 請參見圖十九，圖中所示為本發明第九實施例之發光裝置 示意圖。如圖所示，第九實施例之發光裝置5〇包含一載板 501、一發光元件502、一第一導光層504、一低折射率層505 及一波長轉換暨導光層540。其中，載板50卜發光元件5〇2、 第一導光層504及低折射率層505之結構皆可以為第一實施例 至第八實施例的任一種，故不再重複說明。波長轉換暨導光層 540，另請參照第一實施例至第八實施例，波長轉換暨導光層 540可以是一圓頂之結構，並不限定於半球形之結構，另請參 照圖五A及圖五B，其於載板5〇1表面上的投影可以是一& 形，或者是一橢圓形。除了圓頂之結構外，亦可以是其他 之結構。 本實施例之波長轉換暨導光層54〇包含一透明導電層 538、一」波長轉換層533形成於透明導電層538之内側，接著 將金屬氧化物535鍍入波長轉換層533的螢光粉孔隙中，以及 一第一導光層536形成於透明導電層538的外部。 在其它實施例中’波長轉換層533形成於透明導電層538 =外部表面’將金屬氧化物鍍入波長轉換層533的螢光粉孔隙 中’第二導光層536形成於透明導電層538的内部表面。在又 201242109 一實施，中，波長轉換層533形成於第二導光層536的外部， 將金屬氧化物鍍入波長轉換層533的螢光粉孔隙中，再形成第 二導光層536於波長轉換層533的外部。波長轉換暨導光層 540由内而外包含第二導光層536、波長轉換層533'^ ^ 電層538。 第二導光層536為具有增進光取出效率之材料層。更詳細 ，說，發光元件502上設置第二導光層536後，其光取出效率 高於與空氣直接接觸之發光元件5〇2。 表1顯示本發明實施例所揭露的光電元件測試的出光強 度，比較具有金屬氧化物535及SOG材料填充於波長轉換層 533孔隙中及未具有金屬氧化物535的光學效率比較表。波長 轉換層533孔隙未具有金屬氧化物535時，其光通量為121 流，，發光效率為53.42流明/瓦；波長轉換層533孔隙中有金 ^氧化物535時，其光通量為150.97流明，發光效率為66.51 ，明/瓦；若波長轉換層533孔隙中鍍有s〇G材料時，其光通 ，為144.39流明，發光效率為63 61流明/瓦。本發明之金屬 氧^物535混合波長轉換層533之結構，出光強度比未混合金 屬氧化物535的出光強度高出約24.5% ;金屬氧化物535混和 波長轉換層533結構之出光強度比波長轉換層533混和SOG 結構之出光強度增加約4 6%，其結果如表一所示。 表一.螢光粉混和金屬氧化物及S〇G之光強度出光測試示意圖。 一 — 一通量〔流明〕 發光效率〔流明/瓦1 勞光粉沒有鑛ZnO _______121.27 53.42 ~~ 螢光粉孔隙鍍ZnO ___ 150.97 —-- 66.51 螢光粉孔隙鍍SOG ___144.39 63.61 本發明之發光裝置之較佳實施例已說明如前 ’但並不限於 21 201242109 f之方法’本發明所屬技術領 離本發明之精神與範圍内n ς有通㊉知識者，在不脫 在本發明之申請專利範咖疋成之4效改變或修錦，均包含 【圖式簡單說明】 為習知技術使職型塗佈縣粉之自光發缝置之示意 圖e為習知技術使用分離式螢光粉之 片所發出之光之行W圖之示意圖; 為本=圭實施例之贱裝意 圖五Α為本發明第—實施 ^ 意圖。 ㊉導先層於基板上之投影式 圖五B為本發明第一實施例 影式意圖。 導先層於基板上之另—投 圖六為本發明另一實施例之發光裝置之示音圖。 明第一實施例之第-導光層=圖。 u明之第一實施例之白光產生方式示意圖。 ίίΓ 實_之發光裝置之另―示意圖。 圖九為本發明第二實施例之發光裝置之示音圖。 圖十為本發明第三實施例之發光裝置之示ί圖。 發明第四實施例之第—導光層“意圖。 圖十一為本發明第五實施例之發光裝置之示音圖。 圖十SA及圖十^為本發明第六實_=造方 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专圖r =六為本發明第八實施例波長轉換層合金屬氧化物 思圖。 =七^發明第八實施例波長轉換層之電子顯微鏡照片圖。 圖十八為本發明第八實施舰長轉換層混合金屬氧化物之電 22 201242109 子顯微鏡照片圖。 圖十九為本發明第九實施例之發光裝置之示意圖。 【主要元件符號說明】 10 發光裝置 101 載板 102 LED晶片 103 螢光粉 104 封裝材料 20 發光裝置 201 載板 202 LED晶片 203 螢光粉 204 封裝樹脂 40 發光裝置 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 23 201242109 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 435 金屬氧化物 436 第二導光層 438 透明導電層 440 波長轉換暨導光層 50 發光裝置 501 載板 502 發光元件 504 第一導光層 505 低折射率層 540 波長轉換暨導光層 533 波長轉換層 538 透明導電層 536 第二導光層 535 金屬氧化物 60 反應槽 61 反應溶液 62 電極 63 電源供應器 901 模具 902 營光粉前驅物 903 喷塗設備 904 陶瓷螢光材料 24 201242109 A 光折射路徑 B 光反射路徑
Lb 藍光 Ly 黃光 Lw 白光