TWI500188B - 發光裝置及其製造方法 - Google Patents

Description

發光裝置及其製造方法

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。

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，Y₃Al₅O₁₂)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(Conformal 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102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100℃至150℃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 遠離LED晶片202之方式設置，螢光粉層203中之螢光粉較不易因LED晶片202操作時的高溫而退化。

然而，分離式螢光粉之結構其發光效率通常易受樹脂影響，如圖三A所示之LED晶片所發出之光之行進路線圖。由於LED晶片302本身之折射率n=2.4，而封裝樹脂304之折射率n=1.5，因此，根據斯涅爾定律(Snell's Law)，當LED光入射至封裝樹脂304表面之角度小於臨界角θc時，如路徑A，光線會產生折射，並且進入封裝樹脂304內部。但是當LED光入射至封裝樹脂304表面之角度大於臨界角θc時，如路徑B，則光會在LED晶片內部產生全反射(Total Internal Reflection)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，就會受到很大的影響。

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303a所產生之光線，乃是朝向所有方向。因此，部分螢光粉粒子303a所發出之光會入射至封裝樹脂304的表面，也就是產生向內傳遞之光線，而非向外部傳遞之光線，因此降低發光效率。

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。

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，或者間接地設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40更包含一第一導光層404，此第一導光層404包覆此發光元件402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403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 層404及發光元件402。此外，在波長轉換層403與第一導光層4044之間，設置有一低折射率層405。第二導光層406例如是具有圓頂之結構。具體而言，第二導光層406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406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404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404於載板表面上之投影圖案為圓形，其投影直徑大於或等於發光元件402之尺寸長度的2.5倍。如圖五B所示，投影圖案為橢圓形，其長直徑大於或等於發光元件長度的2.5倍。若投影圖案為方形，所述的方形長度大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404表面之反射現象，使光線可以自由地輻射出去。第二導光層406於載板表面投影之直徑大於或等於第一導光層404於載板表面投影之直徑的2倍，可減少光線在第二導光層406表面之反射現象。

在本實施例中，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成發光模組時，載板401可為一印刷電路板。而發光元件402為一GaN藍光LED晶片。本實施例雖然是使用藍光LED晶片，但是亦可以視需要使用可發出其他色光之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，例如藍光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，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402之形狀並不限定於常見之方形，其亦可以是一半球型之晶片，其第一導光層404於載 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(Organic Light Emitting Diode，OLED)。請參照圖七，圖中所示為本實施例第一導光層404之示意圖。第一導光層404為具有增進光取出效率(Improved Light Extraction Efficiency)之材料層。發光元件上設置第一導光層404後，其光取出效率高於與空氣直接接觸之發光元件。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404a、一第二折射率層404b及一第三折射率層404c。其中，第一折射率層404a之折射率為n_a、第二折射率層404b之折射率為n_b，及第三折射率層404c之折射率為n_c，並且符合下列關係式：n_a>n_b>n_c。

在本實施例中，第一折射率層404a為氮化矽(Silicon Nitride，Si₃N₄)，其折射率為n_a=1.95。第二折射率層404b為氮氧化矽(Silicon Oxynitride，SiON)，或三氧化二鋁(Aluminum Oxide，Al₂O₃)，其折射率為n_b=1.7。第三折射率層404c為矽膠(Silicone)，其折射率為n_c=1.45。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 Oxide，TiO₂，折射率為2.2~2.4)、二氧化矽(Silicon Oxide，SiO₂，折射率為1.5~1.7)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404a之折射率為1.95時，發光元件402與第一導光層404界面之折射率變化為2.4至1.95，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40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405 為一空氣層。空氣層之折射率為n=1。因此，第一導光層404與低折射率層405之界面的折射率變化為1.45至1.0，同樣可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LED晶片(圖未示)所發出之藍光L_B，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403之後，會激發黃光螢光粉層內之螢光粉粒子403a，例如YAG或TAG，並且發出黃光L_Y。由GaN藍光LED晶片所發出之藍光L_B，與黃光螢光粉層所發出之黃光L_Y，混光之後會產生白光L_W。在本實施例中，波長轉換層403形成於第二導光層406之內部表面。第二導光層406為具有增進光取出效率之材料層。發光元件上設置第二導光層406後，其光取出效率高於與空氣直接接觸之發光元件。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。具體而言，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(SiON)，其折射率為1.7，而第五折射率層為矽膠(Silicone)，其折射率為1.45。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 Oxide，TiO₂，折射率為2.2~2.4)、二氧化矽(Silicon Oxide，SiO₂，折射率為1.5~1.7)或氟化鎂(Magnesium Fluoride，MgF，折射率為1.38)等。黃光螢光粉層的折射率為1.8。因此，波長轉換層403與第二導光層406界面之折射率變化為1.8至1.7。是故，可以降低因為折射率差異過大所造成之光線的全反射現象。

如圖四或圖六所示，低折射率層405係用以反射來自波長 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405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403之折射率為n=1.8，而作為低折射率層405之空氣層折射率為n=1。根據斯涅爾定律(Snell's Law)，臨界角θ_c=arcsin(n₁/n₂)，n₁為光疏介質之折射率，而n₂為光密介質之折射率，因此當光從波長轉換層403進入低折射率層405時，臨界角θ_c=arcsin(1/1.8)=arcsin(0.56)=33°。亦即，當光線的入射角>33°，光線即會產生全反射。

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行進至低折射率層405表面時，大部分光線會因為低折射率層405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40之製作方法。

首先，於一載板401上形成發光元件402。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成發光模組時，載板401可為一印刷電路板，而發光元件402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)及一氮氧化矽層(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/矽膠層之疊層，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烷(Silane，SiH₄)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烷及氧化亞氮(Nitrous Oxide，N₂O)。 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習用，此處不再加以贅述。

另外，於一半球型之模具上塗佈螢光粉層以作為波長轉換層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層，並於其上塗佈矽膠並乾燥，以形成氮氧化矽層/矽膠層之疊層，並作為第二導光層406。然後，進行脫膜程序，移除半球型之模具，以取得本實施例發光裝置40之波長轉換暨導光層410。

波長轉換暨導光層410使用黏著劑使第二導光層406之邊緣黏合至載板401之表面。由於第二導光層406於載板表面投影之面積大於或等於第一導光層404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40之製作。

第二實施例

請參見圖九，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420。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。更詳細地說，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 層416具有複數個材料層，並具有漸變折射率(Gradient 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(SiON)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為氮化矽層及氮氧化矽層，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，折射率為2.0~2.4)、類鑽碳膜(Diamond Like Carbon，DLC，折射率為2.2~2.4)、二氧化鈦(Titanium Oxide，TiO₂，折射率為1.5~1.7)、二氧化矽(Silicon Oxide，SiO₂)或氟化鎂(Magnesium Fluoride，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(Y₃Al₅O₁₂)或TAG(Tb₃Al₅O₁₂)，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n_i、波長轉換層423之折射率例如為n_j及第三導光層427之折射率例如為n_k，並且符合以下之關係式：n_i>n_j>n_k。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 第二導光層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 Oxide，TiO₂，折射率為2.2~2.4)、二氧化矽(Silicon Oxide，SiO₂，折射率為1.5~1.7)或氮氧化矽(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與第三導光層427之間，例如為將黃光螢光粉與環氧樹脂(Epoxy Resin，折射率為1.6)混合後製得之螢光粉層，其折射率為1.7。

本實施例之第三導光層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)、二氧化鈦(Titanium Oxide，TiO₂，折射率為2.2~2.4)、二氧化矽(Silicon Oxide，SiO₂，折射率為1.5~1.7)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(Porous 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(Pore Density)<第二孔隙密度層404f之孔隙密度，第二孔隙密度層404f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 隙密度愈低，折射率愈高，因此，第一孔隙密度層404e之折射率>第二孔隙密度層404f之折射率>第三孔隙密度層404g之折射率。是故，第一導光層404具有漸變折射率。

同理，第一實施例之第二導光層406亦可為一具有不同孔隙密度之多孔性材料層所組成。

具體而言，本實施例之第一導光層404為具有漸變式孔隙密度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是斜向沉積法(Glancing Angle Deposition，GLAD)。GLAD法的原理是在電子束蒸鍍(Electronbeam Evaporation)過程中，傾斜載板之角度，進而控制蒸氣(Vapor)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-Rods)。

本實施例所使用之蒸氣源(Vapor Source)例如是五氧化三鈦(Ti₃O₅)。沉積過程分成三個步驟，第一步驟用以形成具有較低孔隙密度之第一孔隙密度層404e，第二步驟用以形成具有較高孔隙密度之第二孔隙密度層404f，第三步驟用以形成具有較高孔隙密度之第三孔隙密度層404g。在第一步驟中，蒸氣(五氧化三鈦)之入射角為θ_e(圖未示)。在第二步驟中，蒸氣(五氧化三鈦)之入射角為θ_f(圖未示)。在第三步驟中，蒸氣(五氧化三鈦)之入射角為θ_g(圖未示)，並且符合下列關係式：θ_e<θ_f<θ_g。利用此法製得之第一孔隙密度層404e為折射率n=1.9之多孔性二氧化鈦層、第二孔隙密度層404f為折射率n=1.7之多孔性二氧化鈦層，而第三孔隙密度層404g為折射率n=1.45之二氧化鈦層。

同理，類似於上述做法，當使用二氧化矽(SiO₂)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。在其他實施例中，第一孔隙密度層404e、第二孔隙密度層404f或第三孔隙密度層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 多孔性二氧化矽層可以具有較低之折射率，例如是n=1.05。此折射率與空氣層之折射率(n=1)相當接近。因此，本實施例之發光裝置之低折射率層405亦可以為多孔性二氧化矽層。

GLAD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(Porous Material Layer)。具體而言，低折射率層415為多孔性二氧化矽層。多孔性二氧化矽層之製作方法例如是溶膠-凝膠法(Sol-Gel Process)。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矽烷(Tetraethoxysilane，TEOS)，溶劑例如是丙酮(Acetone)，催化劑例如是氫氧化鈉(Sodium Hydroxide)。將TEOS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(Sol 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TEOS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 材料層415。在本實施例中，波長轉換層403直接和多孔性材料層415接觸。與第一實施例相同，本實施例之波長轉換層403例如是折射率為1.8之螢光粉層。由於螢光粉層之折射率(1.8)與多孔性二氧化矽層之折射率(1.2)的差異，使光線從螢光粉層傳遞至多孔性二氧化矽層時，大部分光線會在多孔性二氧化矽層表面產生全反射。

雖然本實施例所使用之多孔性材料為多孔性二氧化矽，但是在其他實施例中，亦可以使用其他多孔性無機材料，例如二氧化鈦、氧化鋁(Aluminum Oxide)、氧化鋅(Zinc Oxide)、氧化鋯(Zirconium Oxide)、氧化鉭(Tantalum Oxide)、氧化鎢(Tungsten Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)或氧化鎂(Magnesium Oxide)等。

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)、三甲氧基甲基矽烷(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(Hydrochloric acid)、硫酸(sulfuric acid)或乙酸(Acetic Acid)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。本實施例使用螢光粉前驅物(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(含鈰釔鋁石榴石，Y₃Al₅O₁₂：Ce，YAG：Ce)前驅物。第一種溶液包含由氯化釔(YCl₃‧6H₂O)、氯化鋁(AlCl₃‧6H₂O)及氯化鈰(CeCl₃‧7H₂O)混合而成之溶液。第二種溶液為包含還原劑NH₄HCO₃之水溶液。將此二種溶液混合後，置放於60℃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，將螢光粉前驅物902，利用噴塗(Spray Coating)設備903，噴灑於模具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(Al₂O₃)、氧化鋯(ZrO₂)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漿噴塗法(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(Silicone)、旋塗式玻璃(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，分別噴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406，以適用於發光裝置40。

第八實施例

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405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440。

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，在本實施例中，透明導電層438形成於第二導光層436之內部表面，波長轉換層433形成於透明導電層438之內部表面。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402上設置第二導光層436後，其光取出效率高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(Indium Tin 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404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(Sol-Gel)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ITO粉末之溶液，以旋塗之方 式(Spin On)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(Isopropyl Alcohol)、水、硝酸鎂(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具有表面帶電之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螢光粉粒子往透明導電層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硝酸鎂，在其他實施例中亦可為硝酸鹽類，例如硝酸鋁(Aluminum Nitrate)、硝酸鈉(Sodium Nitrate)，或其他金屬鹽類(Salt)、酸類(Acid)及鹼類(Base)化合物等。

藉由在波長轉換暨導光層440內設置一透明導電層438，外部電壓得以施加至波長轉換暨導光層440之表面，俾以使電泳法得以運用於螢光粉層之製作。

請參見圖十六，利用電泳法在透明導電層438表面堆積形成一波長轉換層433後，緊接著再以電鍍的方式將金屬氧化物435鍍入該螢光粉的孔隙中。本實施例之波長轉換層433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 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沉積的厚度可依螢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ITO玻璃上的SEM照片圖。圖十八為使用電鍍法將ZnO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50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501、發光元件502、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501表面上的投影可以是一圓形，或者是一橢圓形。除了圓頂之結構外，亦可以是其他形狀之結構。

本實施例之波長轉換暨導光層540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之內側，接著將金屬氧化物535鍍入波長轉換層533的螢光粉孔隙中，以及一第二導光層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的外部表面，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的內部表面。在又 一實施例中，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由內而外包含第二導光層536、波長轉換層533及透明導電層538。

第二導光層536為具有增進光取出效率之材料層。更詳細地說，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502。

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121.27流明，發光效率為53.42流明/瓦；波長轉換層533孔隙中有金屬氧化物535時，其光通量為150.97流明，發光效率為66.51流明/瓦；若波長轉換層533孔隙中鍍有SOG材料時，其光通量為144.39流明，發光效率為63.61流明/瓦。本發明之金屬氧化物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。

本發明之發光裝置之較佳實施例已說明如前，但並不限於 上述之方法，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神與範圍內，所完成之等效改變或修飾，均包含在本發明之申請專利範圍內

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

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‧‧‧螢光粉前驅物

903‧‧‧噴塗設備

904‧‧‧陶瓷螢光材料

A‧‧‧光折射路徑

B‧‧‧光反射路徑

L_B‧‧‧藍光

L_Y‧‧‧黃光

L_W‧‧‧白光

圖一為習知技術使用敷型塗佈螢光粉之白光發光裝置之示意圖。

圖二為習知技術使用分離式螢光粉之白光發光裝置之示意圖；圖三A為LED晶片所發出之光之行進路線圖。

圖三B為螢光粉粒子本身之散射效應之示意圖。

圖四為本發明較佳實施例之發光裝置之示意圖。

圖五A為本發明第一實施例之第一導光層於基板上之投影式意圖。

圖五B為本發明第一實施例之第一導光層於基板上之另一投影式意圖。

圖六為本發明另一實施例之發光裝置之示意圖。

圖七為本發明第一實施例之第一導光層之示意圖。

圖八為本發明之第一實施例之白光產生方式示意圖。

圖八為本發明第一實施例之發光裝置之另一示意圖。

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意圖。

圖十一為本發明第四實施例之第一導光層之示意圖。

圖十二為本發明第五實施例之發光裝置之示意圖。

圖十三A及圖十三B為本發明第六實施例之製造方法示意圖。

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。

圖十六為本發明第八實施例波長轉換層混合金屬氧化物之示意圖。

圖十七為本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例波長轉換層混合金屬氧化物之電 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。

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

Claims (10)

1. 一種發光裝置，包含：一載板；一發光元件，設置於該載板之上；一第一導光層，包覆該發光元件並設置於該載板之上並具有漸變折射率；一波長轉換暨導光層，涵蓋該第一導光層及該發光元件並設置於該載板之上，其中該波長轉換暨導光層包含一波長轉換層，其中該波長轉換層內具有孔隙；一金屬氧化物填充於該波長轉換層之孔隙；以及一低折射率層，位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。
2. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該第一導光層及/或該波長轉換暨導光層為一圓頂之結構。
3. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該第一導光層包含一多孔性材料層。
4. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該波長轉換暨導光層包含一第二導光層，並且該波長轉換層設置於該第二導光層之內部表面或外部表面。
5. 如申請專利範圍第4項之發光裝置，其中該第二導光層包含漸變折射率。
6. 如申請專利範圍第4項之發光裝置，其中該波長轉換暨導光層更進一步包含一透明導電層，形成於該波長轉換層之表面。
7. 如申請專利範圍第4、5或6項之發光裝置，其中該波長轉換層為一螢光粉層，且該螢光粉層為黃光陶瓷螢光材料或二種色光以上之陶瓷螢光材料。
8. 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。
9. 一種發光裝置，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，其中該波長轉換暨導光層，包含一第二導光層，一透明導電層，一波長轉換層依次形成，其中該波長轉換層具有孔隙；一金屬氧化物填充於該波長轉換層之孔隙；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。
10. 一種發光裝置之製造方法，包含：提供一載板；形成一發光元件於該載板之上；以電泳法形成一波長轉換暨導光層，涵蓋該發光元件並設置於該載板之上，其中該波長轉換暨導光層包含一透明導電層及一波長轉換層形成於該透明導電層上，其中該波長轉換層具有孔隙；以及填充一金屬氧化物於該波長轉換層之孔隙。