TWM495625U - 發光元件結構 - Google Patents

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TWM495625U TW103216334U TW103216334U TWM495625U TW M495625 U TWM495625 U TW M495625U TW 103216334 U TW103216334 U TW 103216334U TW 103216334 U TW103216334 U TW 103216334U TW M495625 U TWM495625 U TW M495625U
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Shao-Ying Ting
Kuan-Chieh Huang
Jing-En Huang
Yi-Ru Huang
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Genesis Photonics Inc
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Description

發光元件結構
本創作係相關於一種發光元件結構，尤指一種可增加光取出率及光發散角的發光元件結構。
由於發光二極體(light emitting device,LED)具有壽命長、體積小及耗電量低等優點，發光二極體已被廣泛地應用於各種照明裝置及顯示裝置中。一般而言，發光二極體之結構通常包含一發光單元以及一封裝單元。發光單元是一發光二極體晶粒用以發出光線。封裝單元是用以包覆發光單元，且封裝單元通常包含波長轉換粒子，用以轉換發光單元發出光線的波長。
然而，在習知發光二極體中，封裝單元的折射率和空氣折射率之間的差異較大，進而使得發光單元發出的部分光線被封裝單元及空氣之間的介面全反射，因而使得習知發光二極體的光取出率較差。再者習知發光二極體的光發散角較小，進而降低發光二極體的照明效率。
本創作之目的在於提供一種可增加光取出率及光發散角的發光元件結構，以解決先前技術的問題。
本創作發光元件結構包含一發光單元，用以發出光線；一封裝單元，用以包覆該發光單元；一透明導光結構，設置於該封裝單元上；以及一第一週期性次波長微結構，形成於該透明導光結構上，其中該第一週期性次 波長微結構的複數孔形成一周期性圖案，且該第一週期性次波長微結構的相鄰兩孔中心之間的距離小於λ/n，λ表示該發光單元發出的光線通過該封裝單元後的波長，n表示該第一週期性次波長微結構的折射率。
在本創作一實施例中，該封裝單元包含一封裝膠體，以及複數個波長轉換粒子，分散於該封裝膠體中，用以轉換該發光單元發出光線的波長。
在本創作一實施例中，該複數個波長轉換粒子是螢光粉。
在本創作一實施例中，該複數個波長轉換粒子是量子點。
在本創作一實施例中，該第一週期性次波長微結構是在該透明導光結構的上表面以蝕刻或沉積方式所形成。
在本創作一實施例中，該發光元件結構另包含一第二週期性次波長微結構，形成於該透明導光結構及該封裝單元之間，其中該第二週期性次波長微結構的複數孔形成一周期性圖案，且該第二週期性次波長微結構的相鄰兩孔中心之間的距離小於λ/m，λ表示該發光單元發出的光線通過該封裝單元後的波長，m表示該第二週期性次波長微結構的折射率。
在本創作一實施例中，該第二週期性次波長微結構是在該透明導光結構的下表面以蝕刻或沉積方式所形成。
在本創作一實施例中，該發光單元是一發光二極體晶粒。
相較於先前技術，本創作發光元件結構是利用透明導光結構及週期性次波長微結構減少發光單元發出的光線被全反射的機會，以增加發光元 件結構的光取出效率。再者，本創作發光元件結構的透明導光結構可增加發光元件結構的光發散角度，以進一步改善發光元件結構的照明效率。
100,100’‧‧‧發光元件結構
110‧‧‧發光單元
120‧‧‧封裝單元
122‧‧‧封裝膠體
124‧‧‧波長轉換粒子
130‧‧‧透明導光結構
140‧‧‧第一週期性次波長微結構
142‧‧‧孔
150‧‧‧第二週期性次波長微結構
152‧‧‧孔
F1至F5‧‧‧介面
d‧‧‧相鄰兩孔中心之間的距離
第1圖是本創作發光元件結構的第一實施例的示意圖。
第2圖是本創作第一週期性次波長微結構的示意圖。
第3圖是本創作發光元件結構的第二實施例的示意圖。
請參考第1圖，第1圖是本創作發光元件結構的第一實施例的示意圖。如第1圖所示，本創作發光元件結構100包含一發光單元110，一封裝單元120，一透明導光結構130以及一第一週期性次波長微結構140。發光單元110是用以發出光線，在本創作實施例中，發光單元110是一發光二極體晶粒，但本創作不以此為限。封裝單元120是用以包覆發光單元110，以提供保護。透明導光結構130是設置於封裝單元120上，一般而言，透明導光結構130的材質可以是玻璃、矽或其他適當材質，且透明導光結構130的折射率約1.5，是介於封裝單元120的折射率(約1.6)及空氣的折射率(約1)之間，由於透明導光結構130的折射率接近封裝單元120的折射率，因此當發光單元110發出之光線經由封裝單元120到達透明導光結構130時，光線被透明導光結構130及封裝單元120之間的介面F1全反射的機會較少，進而增加發光元件結構100的光取出率。再者，透明導光結構130還可以進一步增加發光元件結構100的光發散角度。
第一週期性次波長微結構140是形成於透明導光結構130上。在本創作實施例中，第一週期性次波長微結構140是在透明導光結構130的上表面以蝕刻方式所形成，但在本創作其他實施例中，第一週期性次波長微結 構140亦可以在透明導光結構130的上表面以沉積或其他適當加工方式(例如雷射加工)所形成。由於第一週期性次波長微結構140的複數孔142填滿空氣，第一週期性次波長微結構140包含玻璃及空氣兩種材質，因此第一週期性次波長微結構140的折射率是介於透明導光結構130的折射率及空氣的折射率之間，也就是說，第一週期性次波長微結構140的折射率是介於1及1.5之間。由於第一週期性次波長微結構140的折射率是介於透明導光結構130的折射率及空氣的折射率之間，光線經由透明導光結構130及第一週期性次波長微結構140到達空氣時的折射率是漸變的，因此當發光單元110發出之光線經由透明導光結構130到達第一週期性次波長微結構140時，光線被第一週期性次波長微結構140及透明導光結構130之間的介面F2全反射的機會較少。相似地，當發光單元110發出之光線經由第一週期性次波長微結構140到達空氣時，光線被空氣及第一週期性次波長微結構140之間的介面F3全反射的機會也會較少，因此第一週期性次波長微結構140可以進一步增加發光元件結構100的光取出率。
請參考第2圖，第2圖是本創作第一週期性次波長微結構的示意圖。如第2圖所示，第一週期性次波長微結構140的複數孔142形成一周期性圖案，且第一週期性次波長微結構142的相鄰兩孔中心之間的距離d小於λ/n，λ表示發光單元110發出的光線通過封裝單元120後的波長，n表示第一週期性次波長微結構140的折射率，如此可以避免光線通過第一週期性次波長微結構140時產生干涉或繞射。另一方面，在第一週期性次波長微結構140的複數孔142形成的周期性圖案中，相鄰兩孔中心之間的距離不一定是固定值，其亦可以是規則性變化。
另外，在上述實施例中，封裝單元120包含一封裝膠體122以及 複數個波長轉換粒子124分散於封裝膠體122中。複數個波長轉換粒子124是用以轉換發光單元110發出光線的波長。舉例來說，複數個波長轉換粒子124可以是螢光粉或量子點，且可以視設計需求將發光單元110發出光線的波長轉換為一預定波長。但在本創作其他實施例中，封裝單元120不一定要包含波長轉換粒子124，封裝單元120亦可以只包含封裝膠體122用以保護發光單元110，如此發光元件結構100發出光線的波長等於發光單元110發出光線的波長。
請參考第3圖，第3圖是本創作發光元件結構的第二實施例的示意圖。如第3圖所示，本創作發光元件結構100’除了包含一發光單元110，一封裝單元120，一透明導光結構130以及一第一週期性次波長微結構140之外，發光元件結構100’另包含一第二週期性次波長微結構150形成於透明導光結構130及封裝單元120之間。在本創作實施例中，第二週期性次波長微結構150是在透明導光結構130的下表面以蝕刻方式所形成，但在本創作其他實施例中，第二週期性次波長微結構150亦可以在透明導光結構130的下表面以沉積或其他適當加工方式(例如雷射加工)所形成。由於第二週期性次波長微結構150的複數孔152是被封裝單元120填滿，因此第二週期性次波長微結構150的折射率是介於透明導光結構130的折射率及封裝單元120的折射率之間，也就是說，第二週期性次波長微結構150的折射率是介於1.5及1.6之間。
依據上述配置，由於第二週期性次波長微結構150的折射率是介於透明導光結構130的折射率及封裝單元120的折射率之間，光線經過封裝單元120、第二週期性次波長微結構150及透明導光結構130時的折射率是漸變的，因此當發光單元110發出之光線經由封裝單元120到達第二週期性次波長微結構150時，光線被第二週期性次波長微結構150及封裝單元120 之間的介面F4全反射的機會較少。相似地，當發光單元110發出之光線經由第二週期性次波長微結構150到達透明導光結構130時，光線被透明導光結構130及第二週期性次波長微結構150之間的介面F5全反射的機會也會較少，因此第二週期性次波長微結構150可以減少透明導光結構130及封裝單元120之間光線被全反射的機會，以進一步增加發光元件結構100’的光取出率。
再者，相似於第一週期性次波長微結構140，第二週期性次波長微結構150的複數孔152亦形成一周期性圖案，且第二週期性次波長微結構150的相鄰兩孔中心之間的距離小於λ/m，λ表示發光單元110發出的光線通過封裝單元120後的波長，m表示第二週期性次波長微結構150的折射率，如此可以避免光線通過第二週期性次波長微結構150時產生干涉或繞射。
另外，在本創作發光元件結構的第二實施例中，當封裝單元120包含複數個波長轉換粒子124時，複數個波長轉換粒子124是量子點，且量子點可以填充於第二週期性次波長微結構150的複數孔152內。
另一方面，在第二週期性次波長微結構150的複數孔152形成的周期性圖案中，相鄰兩孔中心之間的距離不一定是固定值，其亦可以是規則性變化。且第二週期性次波長微結構150的周期性圖案不一定要相同於第一週期性次波長微結構140的周期性圖案。
相較於先前技術，本創作發光元件結構是利用透明導光結構及週期性次波長微結構減少發光單元發出的光線被全反射的機會，以增加發光元件結構的光取出效率。再者，本創作發光元件結構的透明導光結構可增加發光元件結構的光發散角度，以進一步改善發光元件結構的照明效率。
100‧‧‧發光元件結構
110‧‧‧發光單元
120‧‧‧封裝單元
122‧‧‧封裝膠體
124‧‧‧波長轉換粒子
130‧‧‧透明導光結構
140‧‧‧第一週期性次波長微結構
142‧‧‧孔
F1至F3‧‧‧介面

Claims (8)

  1. 一種發光元件結構，包含：一發光單元，用以發出光線；一封裝單元，用以包覆該發光單元；一透明導光結構，設置於該封裝單元上；以及一第一週期性次波長微結構，形成於該透明導光結構上，其中該第一週期性次波長微結構的複數孔形成一周期性圖案，且該第一週期性次波長微結構的相鄰兩孔中心之間的距離小於λ/n，λ表示該發光單元發出的光線通過該封裝單元後的波長，n表示該第一週期性次波長微結構的折射率。
  2. 如請求項1所述之發光元件結構，其中該封裝單元包含：一封裝膠體；以及複數個波長轉換粒子，分散於該封裝膠體中，用以轉換該發光單元發出光線的波長。
  3. 如請求項2所述之發光元件結構，其中該複數個波長轉換粒子是螢光粉。
  4. 如請求項2所述之發光元件結構，其中該複數個波長轉換粒子是量子點。
  5. 如請求項1所述之發光元件結構，其中該第一週期性次波長微結構是在該透明導光結構的上表面以蝕刻或沉積方式所形成。
  6. 如請求項1所述之發光元件結構，另包含：一第二週期性次波長微結構，形成於該透明導光結構及該封裝單元之間，其中該第二週期性次波長微結構的複數孔形成一周期性圖案， 且該第二週期性次波長微結構的相鄰兩孔中心之間的距離小於λ/m，λ表示該發光單元發出的光線通過該封裝單元後的波長，m表示該第二週期性次波長微結構的折射率。
  7. 如請求項6所述之發光元件結構，其中該第二週期性次波長微結構是在該透明導光結構的下表面以蝕刻或沉積方式所形成。
  8. 如請求項1所述之發光元件結構，其中該發光單元是一發光二極體晶粒。
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