TWI702739B - 發光裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光裝置，包含磷光晶體片材與其上之磷光晶體粉的複合結構。發光裝置的發光單元設置於相對於磷光晶體粉一側的磷光晶體片材的另一側下方。此種配置可解決發光裝置的白光偏藍的問題。

Description

發光裝置及其製造方法
本發明是有關於一種發光裝置及其製造方法，且特別是有關於一種應用磷光晶體形成的磷光晶體片材和磷光晶體粉之複合結構，以解決白光偏藍的問題。
常見的發光裝置主要是以發光二極體放出藍光，使一部分的藍光進入螢光粉層產生黃光或綠光，並使另一部分的藍光穿透螢光粉層。當此黃光和藍光混合後，可產生白光。在放光的過程中伴隨熱的產生，此熱的產生易造成螢光粉層之放光效率的衰減，常有白光中的藍光過多、發光裝置過熱等負面影響。
目前已知的一種方法是於螢光粉層上額外設置散熱片，但其可能造成發光裝置的亮度不足。隨技術的發展，開發出磷光晶體來取代上述螢光粉層。磷光晶體具有良好的散熱特性，且可為單晶結構，故除了改善螢光粉層散熱效果不佳的問題外，具有能階躍遷穩定、光轉換效率高的優點。然而，藍光在與螢光粉層相等厚度的磷光晶體中之行進路徑較短，造成可被吸收的藍光少；藍光透過率過高，仍無 法有效解決白光偏藍的缺陷。倘若為增加光的行進路徑而增加磷光晶體的厚度，不僅無法符合現有的發光裝置的規格，也由於磷光晶體的成長成本高，故會大幅增加發光裝置的製造成本。
因此，目前亟需提出一種發光裝置及其製造方法，其可改善白光偏藍的缺陷，並可具有令人滿意的散熱性、光轉換效率和發光效率。再者，此種發光裝置較佳可適用於現有的發光裝置的規格，以降低生產成本。
本發明的一個態樣在於提出一種發光裝置，其包含第一磷光體層、第二磷光體層以及光源。所述第一磷光體層是由磷光晶體片材所組成，並具有相對的第一表面和第二表面。所述第二磷光體層設於第一磷光體層的第二表面上。第二磷光體層是由多個第一磷光晶體粉所組成，此些磷光晶體粉的每一者皆具有單晶結構或多晶結構。第一磷光晶體粉彼此熔接，且至少一部分的第一磷光晶體粉與第一磷光體層的第二表面熔接。所述光源設置於鄰近第一磷光體層的第一表面的一側，或設置於鄰近第二磷光體層的一側。
依據本發明的一些實施例，磷光晶體片材具有單晶結構或多晶結構，且磷光晶體粉具有單晶結構或多晶結構。
依據本發明的一些實施例，所述發光裝置更包含第三磷光體層，設於第一磷光體層的第一表面，第三磷光 體層是由複數個第二磷光晶體粉所組成，且第二磷光晶體粉的每一者皆具有單晶結構或多晶結構。
依據本發明的一些實施例，具有多晶結構的磷光晶體粉摻雜有稀土元素，且稀土元素之摻雜濃度至少為0.1at.%。
依據本發明的一些實施例，所述光源的第一放射光具有第一放光波長，第一磷光體層吸收第一放射光而放出具有第二放光波長的第二放射光，以及第二磷光體層吸收第一放射光而放出具有第三放光波長的第三放射光，其中第二放光波長小於或等於第三放光波長。
依據本發明的一些實施例，具有單晶結構的磷光晶體片材摻雜有稀土元素，且稀土元素之摻雜濃度不高於6at.%。
依據本發明的一些實施例，第一磷光體層與第二磷光體層之厚度比為1：1至14：1。
依據本發明的一些實施例，所述光源設於第二磷光體層的一側，且發光裝置更包含反射層。此反射層設於第一磷光體層的第一表面。
依據本發明的一些實施例，所述光源設於第二磷光體層的一側，且發光裝置更包含反射單元，設於第二磷光體層和光源之間。
依據本發明的一些實施例，發光裝置更包含基板和封裝層。所述光源設置於此基板上。所述封裝層包覆光源並設置於基板上，而第一磷光體層經由第一表面設置於封 裝層上。
本發明的另一個態樣提出一種發光裝置的製造方法。首先，提供第一磷光體層。第一磷光體層是由第一磷光晶體柱裁切而得之磷光晶體片材。之後，使多個磷光晶體粉分佈於第一磷光體層上。磷光晶體粉是由第二磷光晶體柱粉碎而得。然後，燒結此第一磷光體層和磷光晶體粉，使磷光晶體粉彼此熔接並且熔接於第一磷光體層上。
依據本發明的一些實施例，燒結第一磷光體層和磷光晶體粉的步驟是在介於1600℃和低於磷光晶體粉之熔點的溫度下進行。
100、400、500、600、700、800:發光裝置
110:基板
120:發光單元
130:封裝層
131:開口
140:第一磷光體層
150:第二磷光體層
151:磷光晶體粉
160:第三磷光體層
200:製造方法
210、220、230、240、250、260:步驟
300:第一磷光晶體柱
301:頭端
303:尾端
310、312、314、316、318:磷光晶體片材
610:光源
611:極化激發光
613:磷光
620:偏振分光鏡
630:反射層
640:聚光透鏡
642:擴散片
650:出射鏡
652:導光單元
654:波長轉換二色單元
656:反射極化鏡
670:晶片模組
710:分光鏡
810:反射元件
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：
[圖1]為根據本發明一些實施例繪示的發光裝置的剖面示意圖。
[圖2]為根據本發明的一些實施例繪示發光裝置的製造方法的流程示意圖。
[圖3]為單晶磷光晶體柱的示意圖。
[圖4]至[圖8]為本發明一些實施例所述的發光裝置的剖面圖。
本發明的實施例旨在提供一種發光裝置及其製 造方法。在一些實施例中，在維持現有發光裝置可使用的磷光體層規格條件下，以磷光晶體片材與其上的具有單晶結構或多晶結構的磷光晶體粉之複合結構，使發光單元的光通過磷光晶體片材後，可接著通過所述磷光晶體粉層，此磷光粉晶體層中的磷光晶體粉粒子可增加光的行進路徑，使未能在磷光晶體片材中被吸收轉換的光，可藉由磷光晶體粉層被轉換為具有預定波長的光。因此，穿透此複合結構的發光單元的光減少，從而可例如改善白光偏藍的缺點。選擇性地，所述光也可先通過磷光晶體粉層，再通過磷光晶體片材層。在又一些實施例中，磷光晶體粉可具有與磷光晶體片材不同的稀土元素摻雜濃度，使得此複合結構可用於產生各種色度的光。據此，磷光晶體粉層可視為補償磷光晶體片材不足的光行進路徑或色度(相當於光波長)的補償層，以減少發光單元的光直接穿透之機率，或可基於色度補償的方法，增加調整發光裝置的色度之寬容度。本發明的發光裝置具有良好的光轉換效率、發光效率和寬容的色度可調性。此外，磷光晶體材料本身具有良好的散熱性，故本發明的發光裝置可維持良好的散熱效果，使其也可應用於易產生高溫的光源(例如雷射)上。
此處所稱的光轉換效率是指外部光轉換效率。內部光轉換效率代表被磷光體所吸收的短波長光中，被轉換為長波長光的比例，其是利用光學積分球檢測，並根據式(1)的關係式計算而得。此內部光轉換效率進一步經式(2)換算為外部光轉換效率。
內部光轉換效率=長波長放射光量/短波長入射光量 (1) 外部光轉換效率=光取出係數(Light Extraction Coefficient)×內部光轉換效率 (2)
此處所稱的發光效率與外部光轉換效率呈正相關。此外，在較佳的實施例，發光效率至少為150流明/瓦。
請參考圖1，其為根據本發明一些實施例繪示的發光裝置的剖面示意圖。在一些實施例中，發光裝置100包含基板110、發光單元120、封裝層130、第一磷光體層140以及第二磷光體層150。發光單元120設置於基板110上，且封裝層130覆蓋發光單元120並設置於基板110上。第一磷光體層140設置於相對於基板110之封裝層130的另一側，而第二磷光體層150設置於第一磷光體層140上。
可使用具有良好導熱性質的材料做為基板110。具體而言，做為基板110的材料可包括但不限於由鋁或銅製的金屬基板，或是陶瓷基板。
所述發光單元120可例如為發光二極管、雷射二極管、或其他類似物。在一些實施例中，發光單元120的放射光可例如為波長為380nm至490nm的藍光。在某些實施例中，發光單元120可使用例如氮化鎵系半導體化合物的倒晶片型的元件，以發出前述之波長的藍光。在其他實施例中，發光單元120的放射光可為其他短波長的光。
所述封裝層130可例如由樹脂所組成，此樹脂為不透光的樹脂，例如白色樹脂。此封裝層130內設有一開口131，且由基板110至第一磷光體層140的方向，此開口 的底寬逐漸增大。上述發光單元120容置於此開口131中。
所述第一磷光體層140和第二磷光體層150的材料可包括但不限於石榴石晶體結構之磷光體(如Re：YxAlyOz，其中Re代表稀土元素，x、y、z分別為大於0的數)、矽酸鹽磷光晶體、氧化物磷光晶體、鋁酸鹽磷光晶體及其類似物、氧氮化物磷光晶體、硫化物磷光晶體、氮化物磷光晶體或其類似物等，此些磷光晶體可摻雜有稀土元素。在一些實施例中，所述稀土元素可包括但不限於鈰(Ce)、銪(Eu)、釹(Nd)或其類似物等。在一些具體的例子中，第一磷光體層140和第二磷光體層150的材料可例如為Y3Al5O12：Ce(Ce：YAG)、(Y,Gd)3Al5O12：Ce、Lu3Al5O12：Ce(Ce：LuAG)、Tb3Al3O12：Ce、Ca3Sc2Si3O12：Ce、Lu2CaMg2(Si,Ge)3O12：Ce、(Sr,Ba)2SiO4：Eu、Ca3SiO4Cl2：Eu、Sr3SiO5：Eu、Li2SrSiO4：Eu、Ca3Si2O7：Eu、CaAl12O19：Mn、SrAl2O4：Eu、ZnS：Cu,Al、CaS：Eu、CaGa2S4：Eu、SrGa2S4：Eu、CaSi2O2N2：Eu、SrSi2O2N2：Eu、BaSi2O2N2：Eu、Ca-α-SiAlON、CaAlSiN3：Eu、CaSi5N8：Eu或其類似物等。此些磷光體材料具有良好的導熱性，以改善發光裝置的散熱性能。
在本發明中，可藉由組合發出藍光或其他短波長之光的發光單元120與上述的磷光晶體材料來獲得白光或是獲得其他色光。可藉由選用不同的磷光晶體而任意調整所述白光的色度。舉例而言，為了避免白光偏藍，可使用吸 收發光單元120的光後可發出較長波長之磷光的材料做為第二磷光體層150。
所述第一磷光體層140是由磷光晶體片材所組成。所述第二磷光體層150是由多個磷光晶體粉151所組成。所述磷光晶體片材和磷光晶體粉151各自可具有單晶結構或多晶結構。在一些實施例中，單晶的磷光晶體片材和磷光晶體粉151各自可具有0.1at.%至6at.%的稀土元素摻雜濃度。在一些實施例中，多晶的磷光晶體片材和磷光晶體粉151各自可具有0.1at%至15at.%的稀土元素摻雜濃度。基於不同的形成方式，多晶磷光晶體柱中可摻雜較高濃度的稀土元素而不發生濃度不均的現象，故多晶磷光晶體柱的稀土元素濃度可調整範圍大。而稀土元素的濃度越高，代表此晶體柱應用於前述之磷光晶體片材或磷光晶體粉151時，在吸收發光單元120的光後，可發出波長較長的光。可調整的濃度範圍變大，也增加放光的色度調整寬容度。藉由單晶或多晶之不同稀土元素摻雜濃度的組合，可將第二磷光體層150做為調整第一磷光體層140的光色度的補償層，以改善白光偏藍的問題，或是藉由混合不同波長範圍的色光來獲得具有預定波長的色光。
關於第一磷光體層140和第二磷光體層150的複合結構，以下舉出幾種態樣做為說明，然本發明之範圍並不限於此些例子。再者，下述例子可能配合特定功效進行說明，然此些功效也可存在於其他配置的例子中。
在一具體例中，磷光晶體片材和磷光晶體粉各 自為具有相同鈰摻雜濃度的單晶Ce：YAG，例如：2at.%的鈰濃度。吸收前述發光單元120的光後，第一磷光體層140和第二磷光體層150可放射例如介於514nm至546nm波長的黃光。在此例子中，第二磷光體層150增加發光單元120的光被磷光體材料吸收的機會、降低直接穿透磷光體層的藍光比例，因而此單晶片材與單晶磷光晶體粉的複合結構可解決白光偏藍的問題。
在另一具體例中，磷光晶體片材和磷光晶體粉為具有不同鈰摻雜濃度的Ce：YAG，且磷光晶體片材和磷光晶體粉皆具有單晶結構。例如：磷光晶體片材的鈰摻雜濃度為0.68at.%，其吸收發光單元120的光後放射光的波長為528nm；而單晶磷光晶體粉的鈰摻雜濃度為6at.%，其吸收發光單元120的光後放射光的波長為540nm。同為單晶結構的磷光晶體片材和磷光晶體粉的缺陷少，具有能階躍遷穩定、光轉換效率佳的優點，因而此配置的發光裝置可具有良好的發光效率。此外，藉由使單晶磷光粉體的鈰摻雜濃度高於磷光晶體片材的鈰摻雜濃度，可造成放射光波長不同、色度不同的二種光，進而可調整發光裝置的放光的色度。
在又一具體例中，磷光晶體片材和磷光晶體粉為具有不同鈰摻雜濃度的Ce：YAG，磷光晶體片材具有單晶結構，而磷光晶體粉具有多晶結構。例如：磷光晶體片材的鈰摻雜濃度為0.68at.%，其吸收發光單元120的光後放射光的波長為528nm；而多晶磷光晶體粉的鈰摻雜濃度為12at.%，其吸收發光單元120的光後放射光的波長為550 nm。相較於單晶磷光晶體粉，多晶磷光晶體粉的製造成本低、可調整的鈰摻雜濃度範圍廣，故增加調整發光色度的寬容度。
在再一具體例中，磷光晶體片材和磷光晶體粉為具有相同鈰摻雜濃度的Ce：YAG，磷光晶體片材和磷光晶體粉都具有多晶結構。例如：磷光晶體片材和磷光晶體粉的鈰摻雜濃度為6at.%，其吸收發光單元120的光後放射光的波長為540nm。多晶的磷光晶體片材和磷光晶體粉之製造成本低、可調整的鈰摻雜濃度範圍廣，故增加調整發光色度的寬容度。選擇性地，磷光晶體片材和磷光晶體粉可具有不同的鈰摻雜濃度。
在一些實施例中，第一磷光體層140和第二磷光體層150的厚度比可例如為1：1至14：1。若所述厚度比過大，即第二磷光體層150的厚度不足，將造成光的行進路徑過短，而有無法獲得預定色光(例如白光偏藍)的缺點。另一方面，若厚度比過小，即第一磷光體層140的厚度不足，由於磷光晶體片材的光轉換效率仍優於磷光晶體粉的光轉換效率，故過厚的第二磷光體層150將造成發光裝置的發光效率不佳。在一例子中，第一磷光體層140和第二磷光體層150的總厚度為150μm至200μm。此總厚度符合現有發光裝置的規格，因與現有規格相容，故可有效降低生產成本。
所述由發光裝置100所產生的光也可為任意色度。例如，在一些例子中，組合發光單元120的藍光和綠色磷光體，可做為綠光的發光二極體。選擇性的，可在上述具 體例的結構中，例如磷光晶體粉中摻入其他顏色的螢光粉。舉例而言，可摻入紅色螢光粉，從而可使發光裝置的光產生紅移。或者，也可於磷光晶體粉的第二磷光體層150上額外形成螢光粉層，以調整發光裝置所產生的光之色度。
在一些實施例中，如圖1所示，第二磷光體層150的磷光晶體粉151彼此熔接，且磷光晶體粉151也直接接觸第一磷光體層140並熔接。即，本發明的發光裝置100中排除設置黏結劑層。倘若使用黏結劑將磷光晶體粉151設置於第一磷光體層140上，此黏結劑對發光裝置100的散熱效果有負面影響。再者，使用黏結劑也可能造成汙染風險的提高。
在一些實施例中，磷光晶體粉151的平均粒徑可例如為10μm至20μm。此外，磷光晶體粉151的粒徑差異較佳小於粒徑的50%。使用具有此平均粒徑以及粒徑差異範圍內的磷光晶體粉151，有利於形成結構緊密的第二磷光體層150，從而提高發光單元120的光被吸收磷光體吸收的機率。
在本發明的發光裝置中，例如：可被第一磷光體層140和第二磷光體層150吸收的發光單元120的短波長的光之吸收率為20%至80%，而此些被吸收的藍光可具有85%至95%的光轉換效率，從而使得發光裝置100可具有至少150流明/瓦的發光效率。
本發明的另一個態樣提供一種發光裝置的製造方法。請一併參考圖1和圖2。圖2為根據本發明的一些實施 例繪示發光裝置的製造方法的流程示意圖。然而，可於所繪示的步驟的前、中或後加入其他步驟，或可省略或調換所繪示的一些步驟。
在製造方法200的步驟210中，先提供如圖1的基板110，並於其上形成發光單元120和封裝層130。在一些實施例中，可例如先於基板110上塗佈封裝層的材料後，圖案化此材料層，以形成開口131，其中一部分的基板110自開口131暴露出來。接著，可於開口131中設置發光單元120。
接著，如步驟220所示，裁切磷光晶體柱，以形成磷光晶體片材。在步驟220的一些實施例中，首先可藉由如柴氏長晶法或其他類似的磊晶成長方法，形成具有單晶結構的所述磷光晶體柱300，如圖3所示。磷光晶體柱300具有頭端301和尾端303，此磷光晶體柱300摻雜有濃度為0.1at.%至6at.%的稀土元素，且稀土元素的濃度較均勻分佈於整個第一磷光晶體柱300。在單晶的磷光晶體柱中，倘若稀土元素濃度高於上述範圍，會導致稀土元素分佈較不均。若使用稀土元素分佈不均的磷光晶體做為前述第一磷光體層140，其吸收發光單元120的光而得之放光的波長不固定，從而也難以對此種磷光體層進行色度的補償。而若稀土元素的濃度過低，無法將發光單元120的光轉換為預定波長的光。
所述柴氏長晶法可例如先以1mm/hr至5mm/hr的成長速度，形成直徑為1mm至10mm、長度為 3mm至50mm的細晶部分；接著，降低晶體成長速度為0.5mm/hr至4mm/hr，以進入放肩步驟，形成直徑為20mm至75mm的晶體；爾後，形成預定直徑的晶體後，將成長速度調整為0.3mm/hr至3mm/hr，並持續生長晶體至預定的長度。在一些例子中，此晶體可例如具有5公分至20公分的長度。
在步驟220的其他實施例中，首先可藉由熔煉法或其他類似的方法，形成具有多晶結構的所述磷光晶體柱。具有多晶結構的磷光晶體柱摻雜有濃度為0.1at.%至15at.%的稀土元素，且稀土元素的濃度均勻分佈於整個磷光晶體柱。縱然多晶磷光晶體的製造方法對於稀土元素濃度的寬容度較高，一旦此稀土元素濃度超過所訂的上限值，會有稀土元素濃度淬滅與晶體缺陷過多的問題產生。同樣地，若多晶磷光晶體的稀土元素濃度低於所訂下限值，無法將發光單元120的光轉換為預定波長的光。
一般而言，多晶結構的磷光晶體柱的缺陷較多，例如氧空缺。因此，為了減少缺陷，在多晶結構的磷光晶體柱製造過程中，包含對此晶體柱進行退火，以減少氧空缺。
具體而言，所述熔煉法可例如將預定組成的原料粉混合並加入坩鍋中，於1900℃至2000℃下進行熔煉。例如若要製造Ce：YAG的多晶磷光晶體，可加入氧化釔(Y2O3)、氧化鋁(Al2O3)和氧化鈰(CeO2)等。接下來，冷卻並形成多晶柱。之後，於1500℃至1800℃下，對多晶 柱進行退火，以減少多晶柱的缺陷，從而可製得多晶磷光晶體。
接著，可將單晶或多晶的磷光晶體柱300裁切成如圖3所示的磷光晶體片材310、312、314、316和318可分別具有200μm至250μm的厚度。此處雖以圖3之單晶柱為例，然多晶柱亦可以類似的方法進行裁切。可例如以雷射切割形成磷光晶體片材310、312、314、316和318。可對此裁切後的磷光晶體片材進行研磨，以達到預定的片材厚度，並可例如做為前述之第一磷光體層140。選擇性地，也可使用磷光多晶晶體片材做為第一磷光體層140。
然後，如步驟230所示，粉碎磷光晶體柱，以形成磷光晶體粉。在步驟230的一些實施例中，類似於步驟220，可藉由如柴氏長晶法或其他類似的磊晶成長方法，形成具有單晶結構或多晶結構的所述磷光晶體柱，其結構類似於圖3的磷光晶體柱300。此外，類似於步驟220的其他實施例，可藉由如熔煉法或其他類似的方法形成具有多晶結構的磷光晶體柱。關於柴氏長晶法和熔煉法的具體參數悉如前述，因此，此磷光晶體柱的稀土元素濃度也是均勻分佈的。接著，可例如使用常見的粉碎設備，如球磨機、錘式粉碎機或噴氣磨機等，進行磷光晶體柱的粉碎，以形成如圖1所示的磷光晶體粉151。磷光晶體粉151的平均粒徑和粒徑差異範圍悉如前述，此處不另贅述。
此磷光晶體粉可用於形成磷光晶體片材的補償層。例如：發光裝置預定的放光之色度座標為(x1,y1)，而 前述磷光晶體片材在吸收特定波長的光(例如發光單元120)後的放光之色度座標例如為(x2,y2)，則根據此二筆色度座標，可調整第二磷光晶體柱的稀土元素摻雜濃度，以藉由磷光晶體粉補償磷光晶體片材的放光色度。
接著，如步驟240所示，使複數個磷光晶體粉分佈於磷光晶體片材上。在如步驟240所示的實施例中，可例如使用篩網控制分佈於磷光晶體片材312上的磷光晶體粉151的粒度。此處所稱之使磷光晶體粉分佈於磷光晶體片材上的步驟，磷光晶體粉是在保持粉體的狀態下，直接接觸磷光晶體片材312。因此，在一些實施例中，本發明排除將磷光晶體粉分散於黏結劑中。
然後，如步驟250所示，對磷光晶體粉與磷光晶體片材進行燒結，使磷光晶體粉彼此熔接並且熔接於磷光晶體片材上，以形成磷光晶體的複合結構。在一些實施例中，此燒結步驟可例如在介於1600℃至低於磷光晶體粉151的熔點之溫度下進行。在一些例子中，此燒結步驟可於1600℃至低於1900℃下進行1天至3天。於上述溫度範圍內燒結磷光晶體粉151達足夠的時間，在沒有黏結劑的存在下，使磷光晶體粉151彼此黏合，也使磷光晶體粉151與磷光晶體片材312黏合。在一些實施例中，發光裝置的製造方法可進一步包括在燒結後，對磷光晶體粉151所形成的層進行平坦化步驟。然後，如步驟260所示，將上述複合結構與封裝層130接合，以形成發光裝置100。
請參考圖4，其為本發明另一些實施例所述的發 光裝置的剖面圖。在圖4的發光裝置400中，與圖1的發光裝置100相似的元件係以相同的元件符號標示。不同的是，發光裝置400的第二磷光體層150形成於第一磷光體層140鄰近發光單元120一側的表面上。換言之，在圖4的實施例中，發光單元120的放射光依序接觸第二磷光體層150和第一磷光體層140。在圖4所示的實施例中，第二磷光體層150僅分佈於第一磷光體層140和開口131接觸的位置。然而，在其他實施例中，第二磷光體層150也可額外分佈於其他位置：例如位於封裝層130和第一磷光體層140之間。
請參考圖5，其為本發明再一些實施例所述的發光裝置的剖面圖。在圖5的發光裝置500中，與圖1的發光裝置100相似的元件係以相同的元件符號標示。發光裝置500的第一磷光體層140的相對二個表面分別設有第二磷光體層150和第三磷光體層160。在一些例子中，第二磷光體層150和第三磷光體層160可使用相同的磷光晶體粉形成。在另一些例子中，第二磷光體層150和第三磷光體層160可使用不同的磷光晶體粉形成，以使發光單元120和各個磷光體層的放射光混合而可獲得具有預定波長的光。
請參考圖6，其為本發明的一些實施例所述的發光裝置的剖面圖。圖6的發光裝置600可例如為反射式的雷射投影機。在圖6的發光裝置600中，與圖1的發光裝置100相似的元件係以相同的元件符號標示。發光裝置600至少包含光源610、偏振分光鏡(Polarizing Beam Splitter)620、第一磷光體層140和第二磷光體層150的複合結構，以及反 射層630。第二磷光體層150設置於第一磷光體層140的第一表面，而反射層630是設置於相對第一磷光體層140的第一表面之第二表面上。此磷光體層與反射層630的複合結構可做為雷射投影機中的色輪(Color Wheel)使用。
所述光源610可例如為與極化鏡結合的雷射陣列、雷射二極體、發光二極體。此光源610可輸出具有適當波長的極化激發光611，例如光源610可為藍光雷射陣列，而極化激發光611可具有400nm至495nm的波長。所述偏振分光鏡620是配置以反射光源610的極化激發光611，並將光導向第一磷光體層140和第二磷光體層150的複合結構。反射層630可例如由銀、二色塗層(Dichroic Coating)和上述之組合的材料所形成。經由第一磷光體層140和第二磷光體層150吸收並再放射的磷光613，可通過偏振分光鏡620進入雷射投影機的晶片模組670中。
在一些實施例中，發光裝置600可進一步包含沿極化激發光611的光路徑設置的聚光透鏡640。此外，發光裝置600也可設置擴散片642，使極化激發光611通過聚光透鏡640後，接著通過擴散片642。
在其他實施例中，可在極化激發光611經偏振分光鏡620反射後的光路徑上，依序設置出射鏡650、導光單元652、波長轉換二色單元654，以及反射極化鏡656。所述出射鏡650是配置以將磷光體層所放射的磷光613轉換為遠心光束(telecentric bundles)。所述導光單元652是配置以接收極化激發光611並將此光導向第一磷光體層140和 第二磷光體層150。所述波長轉換二色單元654是配置以反射部分經由磷光體層所放射、波長較短的光，此些被反射的光可例如被回收至第一磷光體層140和第二磷光體層150，再次經磷光體層的吸收放射。經此循環多次後，以將具有較短波長的光轉換為具有適當波長的光(例如磷光613)。反射極化鏡656可反射與極化激發光611正交極化的極化激發光。
特別說明的是，由於所述磷光晶體材料具有良好的導熱性，當其應用於易產生高溫的發光裝置時，可有效改善發光裝置的散熱性能。在一些例子中，也可進一步在第一磷光體層140、第二磷光體層150和反射層630的複合結構上設置散熱層(未繪示)，例如可設置於反射層630上。
請參考圖7，其為本發明的一些實施例所述的發光裝置的剖面圖。圖7的發光裝置700可例如為穿透式的雷射投影機。在圖7的發光裝置700中，與圖1的發光裝置100相似的元件係以相同的元件符號標示。發光裝置700的第一磷光體層140和第二磷光體層150的複合結構中，並未設置反射層，使得極化激發光611的一部分可通過第一磷光體層140和第二磷光體層150，一部分則由第一磷光體層140和第二磷光體層150吸收並放射出磷光613。在如圖7所示的實施例中，極化激發光611是依序通過第二磷光體層150和第一磷光體層140。然而，在其他實施例中，類似於圖1的發光裝置100，可使極化激發光611是依序通過第一磷光體層140和第二磷光體層150。所產生的磷光613可再經由分光 鏡710導向雷射投影機的晶片模組670中。
請參考圖8，其為本發明的一些實施例所述的發光裝置的剖面圖。圖8的發光裝置800可例如為車用大燈。發光裝置800可包含如前述的光源610、第一磷光體層140、第二磷光體層150和反射層630的複合結構，以及反射元件810。所述反射元件810是設置在複合結構和光源610之間，使得從複合結構所放出或反射出的光，可藉由反射元件810反射。
本發明此處所舉出多個配置的多種例子，但不代表本發明僅限於所舉的例子。本發明所述的磷光體層的複合結構，可適用於目前已知的各種發光裝置中，並可根據實際需求改變配置。
應用本發明的發光裝置及其製造方法，藉由磷光晶體片材和磷光晶體粉的複合結構，在不使用黏結劑的情況下，不僅解決白光偏藍的問題，亦可基於現有之發光裝置的規格簡易調整發光裝置的放射光色度。同時，此發光裝置具有令人滿意的散熱性、光轉換效率和發光效率。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧發光裝置
110‧‧‧基板
120‧‧‧發光單元
130‧‧‧封裝層
131‧‧‧開口
140‧‧‧第一磷光體層
150‧‧‧第二磷光體層
151‧‧‧磷光晶體粉

Claims (11)

  1. 一種發光裝置，包含：一第一磷光體層，由磷光晶體片材所組成，其中該第一磷光體層具有相對之一第一表面和一第二表面；一第二磷光體層，在排除黏結劑層的存在下固設於該第一磷光體層的該第二表面上，其中該第二磷光體層是由複數個第一磷光晶體粉所組成，該些第一磷光晶體粉的每一者與該磷光晶體片材各自具有一單晶結構或一多晶結構，且該些第一磷光晶體粉彼此直接接觸而燒結接合，且至少一部分的該些第一磷光晶體粉與該第一磷光體層的該第二表面直接接觸而燒結接合；以及一光源，設於鄰近該第一鄰光體層的該第一表面之一側，或設於鄰近該第二磷光體層之一側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含一第三磷光體層，設於該第一磷光體層的該第一表面，該第三磷光體層是由複數個第二磷光晶體粉所組成，且該些第二磷光晶體粉的每一者具有該單晶結構或該多晶結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中具有該多晶結構的該些第一磷光晶體粉摻雜有一稀土元素，且該稀土元素之一摻雜濃度至少為0.1at.%。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置， 其中該光源的一第一放射光具有一第一放光波長，該第一磷光體層吸收該第一放射光而放出具有一第二放光波長的一第二放射光，以及該第二磷光體層吸收該第一放射光而放出具有一第三放光波長的一第三放射光，其中第二放光波長小於或等於該第三放光波長。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中具有該單晶結構的該磷光晶體片材摻雜有一稀土元素，且該稀土元素之一摻雜濃度不高於6at.%。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該第一磷光體層與該第二磷光體層之一厚度比為1：1至14：1。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該光源設於該第二磷光體層的該側，且該發光裝置更包含一反射層，設於該第一磷光體層的該第一表面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該光源設於該第二磷光體層的該側，且該發光裝置更包含一反射單元，設於該第二磷光體層和該光源之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含：一基板，其中該光源設置於該基板上；以及 一封裝層，包覆該光源並設置於該基板上，其中該第一磷光體層經由該第一表面設置於該封裝層上。
  10. 一種發光裝置的製造方法，包含：提供一第一磷光體層，其中該第一磷光體層是由一第一磷光晶體柱裁切而得之一磷光晶體片材；使複數個磷光晶體粉分佈於該第一磷光體層上，其中該些磷光晶體粉是由一第二磷光晶體柱粉碎而得；以及燒結該第一磷光體層和該些磷光晶體粉，使該些磷光晶體粉彼此熔接並且熔接於該第一磷光體層上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置的製造方法，其中燒結該第一磷光體層和該些磷光晶體粉的步驟是在介於1600℃和低於該些磷光晶體粉之一熔點的一溫度下進行。
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