專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光裝置，特別是涉及ー種具有高光取出效率(Light Extraction Efficiency)的發(fā)光裝直。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于能源問(wèn)題逐漸受到重視，因而發(fā)展出許多新式的節(jié)能照明工具。其中，發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)具有發(fā)光效率高、耗電量少、無(wú)汞及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為極被看好的下一代照明工具。就照明用的白光LED而言，已知技術(shù)已披露多種制作方法。其中包括將LED芯片與熒光粉搭配運(yùn)用的做法，例如，利用藍(lán)光LED芯片所產(chǎn)生的藍(lán)光，激發(fā)YAG(Yttrium Aluminium Garnet, Y3Al5Oi2)黃色熒光粉產(chǎn)生黃光，再將二者混合而形成白光。熒光粉涂布的方法，常見(jiàn)的技術(shù)包括敷型涂布(Conformal Coating)及分離式熒光粉(Remote Phosphor) ニ種做法。敷型涂布，如圖1所示，是將熒光粉103直接涂布于每 ー個(gè)LED芯片102上。由于是直接涂布于LED芯片102之上，此種做法具有厚度較均勻的優(yōu)點(diǎn)。但是由于LED芯片102及載板101都會(huì)吸收熒光粉103所發(fā)出的光，因此整體發(fā)光效率便會(huì)降低。另外，由于熒光粉103與LED芯片102直接接觸，在當(dāng)LED芯片102于操作時(shí)產(chǎn)生100°C至150°C的高溫的情形下，熒光粉層會(huì)因此逐漸變質(zhì)退化，而影響其發(fā)光效率。分離式熒光粉的做法，就是為了解決上述敷型涂布的問(wèn)題。圖2為分離式熒光粉的LED發(fā)光裝置。此發(fā)光裝置20包括載板201、LED芯片202、半球型封裝樹(shù)脂204以及涂布于其上的熒光粉層203。如圖2所示，由于熒光粉層203與LED芯片202分開(kāi)，因此，可以盡量避免熒光粉層203所發(fā)出的光直接被LED芯片202吸收。也由于熒光粉層203以遠(yuǎn)離LED芯片202的方式設(shè)置，熒光粉層203中的熒光粉較不易因LED芯片202操作時(shí)的高溫而退化。然而，分離式熒光粉的結(jié)構(gòu)其發(fā)光效率通常易受樹(shù)脂影響，如圖3A所示的LED芯片所發(fā)出的光的行進(jìn)路線圖。由于LED芯片302本身的折射率η = 2. 4，而封裝樹(shù)脂304的折射率η= 1.5，因此，根據(jù)斯涅爾定律(Snell's Law)，當(dāng)LED光入射至封裝樹(shù)脂304表面的角度小于臨界角θ c吋，如路徑Α，光線會(huì)產(chǎn)生折射，并且進(jìn)入封裝樹(shù)脂304內(nèi)部。但是當(dāng) LED光入射至封裝樹(shù)脂304表面的角度大于臨界角θ c吋，如路徑B，則光會(huì)在LED芯片內(nèi)部產(chǎn)生全反射(Total Internal Reflection)而被LED芯片302吸收。因此，當(dāng)LED芯片與其外的封裝材料的折射率差異過(guò)大吋，LED芯片的發(fā)光效率，就會(huì)受到很大的影響。此外，請(qǐng)參見(jiàn)圖加。圖加顯示熒光粉粒子本身的散射效應(yīng)。熒光粉粒子330a接收來(lái)自LED芯片的光后，會(huì)受到激發(fā)并產(chǎn)生另ー種顏色的光。然而，熒光粉粒子303a所產(chǎn)生的光線，乃是朝向所有方向。因此，部分熒光粉粒子303a所發(fā)出的光會(huì)入射至封裝樹(shù)脂 304的表面，也就是產(chǎn)生向內(nèi)傳遞的光線，而非向外部傳遞的光線，因此降低發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容
3
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，此發(fā)光裝置包括載板、設(shè)置于此載板上的發(fā)光元件、包覆此發(fā)光元件并設(shè)置于此載板上的第一導(dǎo)光層、包覆此第一導(dǎo)光層及此發(fā)光元件并設(shè)置于此載板上并用以轉(zhuǎn)換此發(fā)光元件所發(fā)出光線的波長(zhǎng)及傳遞光線的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層，以及設(shè)置于此第一導(dǎo)光層與此波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光間的多孔性材料層。



10發(fā)光裝置101載板
102LED芯片103熒光粉
104封裝材料20發(fā)光裝置
201載板202LED芯片
203熒光粉204封裝樹(shù)脂
40發(fā)光裝置401載板
402發(fā)光元件403波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層
403a熒光粉粒子404第—導(dǎo)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—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(dǎo)光層
410波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層413波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層
416第二導(dǎo)光層420波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光
423波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層426第二導(dǎo)光層
427第三導(dǎo)光層430波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層
433波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層436第二導(dǎo)光層
438透明導(dǎo)電層440波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層
60反應(yīng)槽61反應(yīng)溶液
62電極63電源供應(yīng)器
901模具902熒光粉前驅(qū)物
903噴涂設(shè)備904陶瓷熒光材料
A光折射路徑B 光反射路徑
Lb藍(lán)光Ly 負(fù)光
Lw白光
具體實(shí)施例方式以下，將結(jié)合附圖就本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例加以詳細(xì)說(shuō)明。所列出的實(shí)施例是用以使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員得以明了本發(fā)明的精神。本發(fā)明并不限定于所列出的實(shí)施例，而亦可使用其他做法。在本說(shuō)明書(shū)的附圖中，寬度、長(zhǎng)度、厚度及其他類(lèi)似的尺寸會(huì)視需要加以放大，以方便說(shuō)明。在本說(shuō)明書(shū)的所有附圖中，相同的元件符號(hào)代表相同的元件。此處特別需要加以說(shuō)明的是，當(dāng)本說(shuō)明書(shū)描述元件或材料層是設(shè)置于或連接于另一元件或另ー材料層上吋，其可以直接設(shè)置或連接于另一元件或另ー材料層之上，或者間接地設(shè)置或連接于另一元件或另ー材料層之上，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(shuō)明書(shū)是描述元件或材料層是直接地設(shè)置或連接于另一元件或另ー材料層之上時(shí)，即表示二者之間沒(méi)有再設(shè)置其他元件或材料層。請(qǐng)參見(jiàn)圖4，圖中所示為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)光裝置。如圖4所示，發(fā)光裝置40 包括載板401及發(fā)光元件402，而此發(fā)光元件402設(shè)置于載板401之上。此發(fā)光裝置40還包括第一導(dǎo)光層404，此第一導(dǎo)光層404包覆此發(fā)光元件402并設(shè)置于此載板401之上。此發(fā)光裝置40還包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410。此波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410由第二導(dǎo)光層406及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403所構(gòu)成。第一實(shí)施例如圖4所示，第一導(dǎo)光層404例如是具有圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)。具體而言，第一導(dǎo)光層404 可以是半球形的結(jié)構(gòu)。另請(qǐng)參照?qǐng)D5A及圖5B，第一導(dǎo)光層404并不限定于半球形的結(jié)構(gòu)， 其于載板401表面上的投影可以是圓形，或者是橢圓形。除了圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)外，在其他實(shí)施例中，第一導(dǎo)光層404亦可以是其他形狀的結(jié)構(gòu)。第二導(dǎo)光層406設(shè)置于載板401之上，并且包覆第一導(dǎo)光層404及發(fā)光元件402。 此外，在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403與第一導(dǎo)光層404之間，設(shè)置有低折射率層405。第二導(dǎo)光層406 例如是具有圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)。具體而言，第二導(dǎo)光層406可以是半球形的結(jié)構(gòu)。然而第二導(dǎo)光層 406并不限定于半球形的結(jié)構(gòu)，如同第一導(dǎo)光層404及圖5A及圖5B所示，第二導(dǎo)光層406 于載板401表面上的投影可以是圓形，或者是橢圓形。除了本實(shí)施例所披露的具圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)外，在其他實(shí)施例中，第二導(dǎo)光層406亦可以是其他形狀的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，第一導(dǎo)光層404于載板表面上的投影圖案的直徑(或橢圓形的長(zhǎng)直徑)優(yōu)選地大于或等于發(fā)光元件402的長(zhǎng)度的2. 5倍，且發(fā)光元件402設(shè)置于第一導(dǎo)光層404于載板401表面上的投影圖案的圓心位置。因此，可降低光線在第一導(dǎo)光層404表面的反射現(xiàn)象，使光線可以自由地輻射出去。第二導(dǎo)光層406于載板表面投影的直徑優(yōu)選地大于或等于第一導(dǎo)光層404于載板表面投影的直徑的2倍，亦可減少光線在第二導(dǎo)光層 406表面的反射現(xiàn)象。在本實(shí)施例中，載板401可為封裝載板；或者當(dāng)發(fā)光元件402與封裝載板組合形成發(fā)光模塊時(shí)，載板401可為印刷電路板，而發(fā)光元件402為GaN藍(lán)光LED芯片。本實(shí)施例雖然是使用藍(lán)光LED芯片，但是亦可以視需要使用可發(fā)出其他色光的LED芯片。此外，發(fā)光元件402并不限于具有ー個(gè)LED芯片，亦可以具有多個(gè)LED芯片。多個(gè)LED芯片可以由多個(gè)不同色光或相同色光的LED芯片組成，例如藍(lán)光LED芯片加上紅光LED芯片或藍(lán)光LED芯片加上藍(lán)光LED芯片。另外，請(qǐng)參見(jiàn)圖6。圖6所示為本發(fā)明另ー實(shí)施例的發(fā)光裝置示意圖。如圖所示， 發(fā)光元件402的形狀并不限定于常見(jiàn)的立方形，其亦可以是半球型的芯片。此處，發(fā)光元件402亦可以其他種類(lèi)的發(fā)光元件取代，例如可以使用有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light Emitting Diode，0LED)。亦即，GaN藍(lán)光LED芯片可以用藍(lán)光OLED加以取代。請(qǐng)參照?qǐng)D7，圖中所示為本實(shí)施例第一導(dǎo)光層404的示意圖。第一導(dǎo)光層404為具有增進(jìn)光取出效率(Improved Light Extraction Efficiency)的材料層。更詳細(xì)地說(shuō)，發(fā)光元件402上設(shè)置第一導(dǎo)光層404后，其光取出效率高干與空氣直接接觸的發(fā)光元件402。 在本實(shí)施例中，第一導(dǎo)光層404具有多個(gè)材料層，并具有漸變折射率(Gradient Refractive Index, GRIN)。如圖所示，第一導(dǎo)光層404包括第一折射率層40 、第二折射率層404b及第三折射率層4(Mc。其中，第一折射率層40 的折射率為na、第二折射率層404b的折射率為nb，及第三折射率層4(Mc的折射率為n。，并且符合下列關(guān)系式na > nb > nc。在本實(shí)施例中，第一折射率層40 為氮化硅(Silicon Nitride，Si3N4)，其折射率為na = 1. 95。第二折射率層404b為氮氧化硅(Silicon Oxynitride, Si ON)，或三氧化ニ鋁 (Aluminum Oxide，Al2O3)，其折射率為nb = 1.7。第三折射率層4(Mc為硅膠(Silicone)，其折射率為n。= 1. 45。雖然本實(shí)施例的第一導(dǎo)光層404由氮化硅、氮氧化硅及硅膠所構(gòu)成， 但在其他實(shí)施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率為1. 5 1. 9)、樹(shù)脂(Resin，折射率為1. 5 1. 6)、類(lèi)金剛石碳膜(Diamond Like Carbon, DLC，折射率為2. 0 2. 4)、ニ 氧化鈦(Titanium Oxide, TiO2,折射率為 2. 2 2. 4)、ニ氧化硅(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(shí)施例中，GaN藍(lán)光LED芯片的折射率為2. 4。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)光層404的第一折射率層40 的折射率為1. 95吋，發(fā)光元件402與第一導(dǎo)光層404界面的折射率變化為2. 4至1. 95，因此，折射率差異較小，可以有效地降低光線的全反射現(xiàn)象。此外，請(qǐng)參照?qǐng)D4，本實(shí)施例的發(fā)光裝置40的第一導(dǎo)光層404外側(cè)為低折射率層 405。在本實(shí)施例中，低折射率層405為空氣層?？諝鈱拥恼凵渎蕿棣? 1。因此，第一導(dǎo)光層404與低折射率層405的界面的折射率變化為1. 45至1. 0，同樣可以降低因?yàn)檎凵渎什町愡^(guò)大所造成的光線的全反射現(xiàn)象。此外，本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403為具有將入射光線的波長(zhǎng)加以轉(zhuǎn)換的材料，例如是熒光材料(Phosphor)。在本實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403為黃光熒光粉層。請(qǐng)參見(jiàn)圖8，由GaN藍(lán)光LED芯片(圖未示)所發(fā)出的藍(lán)光Lb，經(jīng)由第一導(dǎo)光層(圖未示)及低折射率層(圖未示)，入射到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403之后，會(huì)激發(fā)黃光熒光粉層內(nèi)的熒光粉粒子403a，例如YAG或TAG，并且發(fā)出黃光LY。由GaN藍(lán)光LED芯片所發(fā)出的藍(lán)光Lb，與黃光熒光粉層所發(fā)出的黃光Ly,混光之后會(huì)產(chǎn)生白光Lw。由于第一導(dǎo)光層404、低折射率層405及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410的組合結(jié)構(gòu)亦具有混光的作用，因此三者的組合結(jié)構(gòu)亦可視為混光裝置。此混光裝置可以進(jìn)一歩包括用以設(shè)置發(fā)光元件402的載板401。在本實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403形成于第二導(dǎo)光層406的內(nèi)部表面。第二導(dǎo)光層 406為具有增進(jìn)光取出效率的材料層。更詳細(xì)地說(shuō)，發(fā)光元件402上設(shè)置第二導(dǎo)光層406 后，其光取出效率高干與空氣直接接觸的發(fā)光元件402。在本實(shí)施例中，第二導(dǎo)光層406具有多個(gè)材料層并具有漸變折射率。具體而言，第二導(dǎo)光層406具有第四折射率層與第五折射率層(圖未示)。第四折射率層為氮氧化硅(SiON)，其折射率為1. 7，而第五折射率層為硅膠(Silicone)，其折射率為1.45。雖然本實(shí)施例的第二導(dǎo)光層406使用氮氧化硅層及硅膠層，但是在其他實(shí)施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率為1.5 1.9)、樹(shù)脂 (Resin，折射率為1. 5 1. 6)、類(lèi)金剛石碳膜(Diamond Like Carbon，DLC，折射率為2. 0 2. 4)、ニ氧化鈦(Titanium Oxide, TiO2,折射率為 2. 2 2. 4)、ニ氧化硅(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。此外，在其他實(shí)施例中，第二導(dǎo)光層406亦可以是具有聚光作用的光學(xué)透鏡，或者是折射率介于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403與低折射率層405之間的材料層，例如是樹(shù)脂或玻璃等。在本實(shí)施例中， 黃光熒光粉層的折射率為1.8。因此，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403與第二導(dǎo)光層406界面的折射率變化為1. 8至1. 7。是故，可以降低因?yàn)檎凵渎什町愡^(guò)大所造成的光線的全反射現(xiàn)象。低折射率層405是用以反射來(lái)自波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410的光線。此處反射指當(dāng)一定量的來(lái)自波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410的光線，到達(dá)低折射率層405的界面吋，光線進(jìn)行光全反射的比例大于進(jìn)行光折射的比例。由于大部分的光線會(huì)進(jìn)行光全反射更甚于光折射，因此， 此低折射率層405具有反射光線的作用。特別說(shuō)明的是，本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403的折射率為η = 1. 8，而作為低折射率層405的空氣層折射率為η = 1。根據(jù)斯涅爾定律(Sneir s Law)，臨界角θ。= arcsin (叫/ η2),ηι為光疏介質(zhì)的折射率，而112為光密介質(zhì)的折射率，因此當(dāng)光從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403進(jìn)入低折射率層405吋，臨界角= arcsin(l/1.8)= arcsin (0.56)N 33°。亦即，當(dāng)光線的入射角
>33°，光線即會(huì)產(chǎn)生全反射。是故，由于此低折射率層405的存在，即使波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410所發(fā)出的黃光或是被熒光粉粒子所散射的光線行進(jìn)至低折射率層405表面吋，大部分光線會(huì)因?yàn)榈驼凵渎蕦?05的低折射率而產(chǎn)生全反射。以下，將說(shuō)明本實(shí)施例的發(fā)光裝置40的制作方法。首先，在載板401上形成發(fā)光元件402。載板401可為封裝載板；或者當(dāng)發(fā)光元件 402與封裝載板組合形成發(fā)光模塊時(shí)，載板401可為印刷電路板，而發(fā)光元件402為GaN藍(lán)光LED芯片。接著，利用化學(xué)氣相沉積法于發(fā)光元件402上方進(jìn)行薄膜沉積，依序形成包覆此發(fā)光元件402的氮化硅層(圖未示)及氮氧化硅層(圖未示)。之后，在氮氧化硅層上方涂布硅膠(圖未示)并使其干燥，以形成氮化硅層/氮氧化硅層/硅膠層的疊層，并作為第一導(dǎo)光層404。
在本實(shí)施例中，氮化硅層的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法，所使用的反應(yīng)氣體例如是硅甲烷(Silane，SiH4)及氨氣(NH3)。氮氧化硅層的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法，所使用的反應(yīng)氣體例如是硅甲烷及氧化亞氮(Nitrous Oxidej2O)。由于化學(xué)氣相沉積法的相關(guān)細(xì)節(jié)，已為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所已知，此處不再加以贅述。另外，在半球型的模具上涂布熒光粉層以作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403。此半球型的模具， 例如是半球型的玻璃模具。涂布熒光粉層的方法例如是將黃光熒光粉與粘膠混合均勻之后，再涂布于模具的表面并使其干燥。接著，利用化學(xué)氣相沉積法于熒光粉層表面形成氮氧化硅層，并于其上涂布硅膠并干燥，以形成氮氧化硅層/硅膠層的疊層，并作為第二導(dǎo)光層406。然后，進(jìn)行脫膜程序， 移除半球型的模具，以取得本實(shí)施例發(fā)光裝置40的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410。之后，將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410以覆蓋第一導(dǎo)光層404的方式連接至載板401的表面上。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410連接至載板401的方式例如是使用粘著劑使第二導(dǎo)光層 406的邊緣粘合至載板401的表面。由于第二導(dǎo)光層406于載板表面投影的直徑優(yōu)選地大于或等于第一導(dǎo)光層404于載板表面投影的直徑的2倍，因此二者之間會(huì)存在空氣層。此空氣層作為低折射率層405。如此，便可完成本實(shí)施例的發(fā)光裝置40的制作。第二實(shí)施例請(qǐng)參見(jiàn)圖9，圖中所示為本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光裝置示意圖。如圖所示，第二實(shí)施例的發(fā)光裝置40包括載板401、發(fā)光元件402、第一導(dǎo)光層404、低折射率層405及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層420。其中，載板401、發(fā)光元件402、第一導(dǎo)光層404及低折射率層405的結(jié)構(gòu)皆與第一實(shí)施例相同，故不再重復(fù)說(shuō)明。本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層420包括第二導(dǎo)光層416及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層413，其中， 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層413設(shè)置于第二導(dǎo)光層416的外部表面。第二導(dǎo)光層416為具有增進(jìn)光取出效率(Improved Light Extraction Efficiency)的材料層。更詳細(xì)地說(shuō)，發(fā)光元件402上設(shè)置第一導(dǎo)光層404后，其光取出效率高干與空氣直接接觸的發(fā)光元件402。在本實(shí)施例中， 第二導(dǎo)光層416具有多個(gè)材料層，并具有漸變折射率(Gradient Refractive Index,GRIN) 0 具體而言，在本實(shí)施例中，第二導(dǎo)光層406由氮化硅(SiN)層及氮氧化硅(SiON)層所構(gòu)成， 其折射率分別為1. 95及1. 7。雖然本實(shí)施例的第二導(dǎo)光層416為氮化硅層及氮氧化硅層， 但是在其他實(shí)施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率為1. 5 1. 9)、樹(shù)脂(Resin， 折射率為1. 5 1. 6，折射率為2. 0 2. 4)、類(lèi)金剛石碳膜(Diamond Like Carbon, DLC, 折射率為2. 2 2. 4)、ニ氧化鈦(Titanium Oxide, TiO2,折射率為1. 5 1. 7)、ニ氧化硅 (Silicon Oxide, SiO2)或氟化鎂(Magnesium Fluoride，MgF，折射率為 1.38)等。本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層413為熒光粉層。本實(shí)施例的熒光粉層的作法為將黃光熒光粉，例如YAG(Y3Al5O12)或TAG (Tb3Al5O12),與折射率為1.45的硅膠混合所制得，混合后的熒光粉層折射率為1.6。第三實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D10，圖中所示為本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光裝置示意圖。如圖所示，第三實(shí)施例的發(fā)光裝置40包括載板401、發(fā)光元件402、第一導(dǎo)光層404、低折射率層405及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層430。其中，載板401、發(fā)光元件402、第一導(dǎo)光層404及低折射率層405的結(jié)構(gòu)皆與第一實(shí)施例相同，故不再重復(fù)說(shuō)明。本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層430由第二導(dǎo)
8光層426、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層423及第三導(dǎo)光層427所構(gòu)成。其中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層423設(shè)置于第二導(dǎo)光層似6與第三導(dǎo)光層427之間。第二導(dǎo)光層似6的折射率例如為Iii、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層423的折射率例如為及第三導(dǎo)光層427的折射率例如為nk，并且符合以下的關(guān)系式叫> Hj > nk。亦即，本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層430具有漸變折射率。本實(shí)施例的第二導(dǎo)光層似6及第三導(dǎo)光層427分別為具有增進(jìn)光取出效率的材料層。更詳細(xì)地說(shuō)，發(fā)光元件402上設(shè)置第二導(dǎo)光層似6或第三導(dǎo)光層427吋，其光取出效率會(huì)高干與空氣直接接觸的發(fā)光元件402。在本實(shí)施例中，第二導(dǎo)光層似6為氮化硅層，其折射率為1. 95。第三導(dǎo)光層427為硅膠，其折射率為1. 45。雖然本實(shí)施例的第二導(dǎo)光層似6 為氮化硅層，但是在其他實(shí)施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率為1. 5 1. 9)、 樹(shù)脂(Resin，折射率為1.5 1. 6)、類(lèi)金剛石碳膜(Diamond Like Carbon, DLC，折射率為 2.0 2. 4)、ニ氧化鈦(Titanium Oxide, TiO2,折射率為 2. 2 2. 4)、ニ氧化硅(Silicon Oxide, SiO2,折射率為1. 5 1. 7)或氮氧化硅(Silicon Oxynitride，折射率為1. 7)等。本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層423其折射率則介于第二導(dǎo)光層似6與第三導(dǎo)光層427 之間，例如為將黃光熒光粉與環(huán)氧樹(shù)脂(Epoxy Resin，折射率為1.6)混合后制得的熒光粉層，其折射率為1.7。本實(shí)施例的第三導(dǎo)光層427為硅膠，但是在其他實(shí)施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率為1. 5 1. 9)、樹(shù)脂(Resin，折射率為1. 5 1. 6)、ニ氧化鈦(Titanium Oxide, TiO2,折射率為 2. 2 2. 4)、ニ氧化硅(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(shí)施例請(qǐng)參見(jiàn)圖11，此圖為本發(fā)明第四實(shí)施例的第一導(dǎo)光層404的示意圖。本發(fā)明第四實(shí)施例與第一實(shí)施例的差異在于使用多孔性材料(Porous Material)制備第一導(dǎo)光層404 或第二導(dǎo)光層406，而其他部分皆與第一實(shí)施例相同。如圖11所示，第一導(dǎo)光層404具有三個(gè)材料層第一孔隙密度層4(Me、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4(Me的孔隙密度(Pore Density) <第二孔隙密度層404f的孔隙密度，第二孔隙密度層404f的孔隙密度<第三孔隙密度層404g的孔隙密度。亦即，第一導(dǎo)光層404具有漸變式孔隙密度(Gradient Pore Density)。由于孔隙密度愈低，折射率愈高，因此，第一孔隙密度層4(Me的折射率>第ニ孔隙密度層404f的折射率>第三孔隙密度層404g的折射率。是故，第一導(dǎo)光層404具有漸變折射率。同理，本實(shí)施例的第二導(dǎo)光層406亦可為具有不同孔隙密度的材料層。具體而言，本實(shí)施例的第一導(dǎo)光層404為具有漸變式孔隙密度的多孔性ニ氧化鈦層。制備多孔性ニ氧化鈦層的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(guò)程中，傾斜載板的角度，進(jìn)而控制蒸氣(Vapor)于載板上的入射角，來(lái)成長(zhǎng)多孔性的材料。利用此方法所成長(zhǎng)的多孔性材料亦稱(chēng)為納米柱材料(Nano-Rods)。本實(shí)施例所使用的蒸氣源(Vapor Source)例如是五氧化三鈦(Ti3O5)。沉積過(guò)程分成三個(gè)步驟，第一歩驟用以形成具有較低孔隙密度的第一孔隙密度層4(Me，第二步驟用以形成具有較高孔隙密度的第二孔隙密度層404f，第三步驟用以形成具有較高孔隙密度的第三孔隙密度層404g。在第一步驟中，蒸氣(五氧化三鈦)的入射角為θ e(圖未示)。在第二步驟中，蒸氣(五氧化三鈦)的入射角為9f(圖未示)。在第三步驟中，蒸氣(五氧化三鈦)的入射角為9g(圖未示)，并且符合下列關(guān)系式0f < 0gO利用此法制得的第一孔隙密度層4(Me為折射率η = 1. 9的多孔性ニ氧化鈦層、第二孔隙密度層404f為折射率n = L 7的多孔性ニ氧化鈦層，而第三孔隙密度層404g為折射率η = 1. 45的ニ氧化鈦層。同理，類(lèi)似于上述做法，當(dāng)使用ニ氧化硅(SiO2)作為蒸氣源吋，可制得具有漸變折射率的多孔性ニ氧化硅層。在其他實(shí)施例中，第一孔隙密度層40如、第二孔隙密度層404f 或第三孔隙密度層404g亦可以多孔性ニ氧化硅層或其他多孔性材料加以取代。此處需特別加以說(shuō)明的是，由于利用GLAD法制作出來(lái)的多孔性ニ氧化硅層可以具有較低的折射率，例如是η = 1.05。此折射率與空氣層的折射率(n = 1)相當(dāng)接近。因此，本實(shí)施例的發(fā)光裝置的低折射率層405亦可以為多孔性ニ氧化硅層。GLAD法的細(xì)節(jié)已為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所已知，此處不再加以贅
3dio第五實(shí)施例如圖12所示，圖中所示為本發(fā)明第五實(shí)施例的發(fā)光裝置示意圖。如圖所示，第五實(shí)施例的發(fā)光裝置40包括載板401、發(fā)光元件402、第一導(dǎo)光層404、低折射率層415及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410。其中，載板401、發(fā)光元件402、第一導(dǎo)光層404及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410 的結(jié)構(gòu)皆與第一實(shí)施例相同，故不再重復(fù)說(shuō)明。本實(shí)施例的低折射率層415為非氣體材料層，例如是多孔性材料層(Porous Material Layer)。具體而言，低折射率層415為多孔性 ニ氧化硅層。多孔性ニ氧化硅層的制作方法例如是溶膠-凝膠法(Sol-Gel Process) 0其方法說(shuō)明如下首先，準(zhǔn)備前驅(qū)物、溶劑及催化劑。前驅(qū)物例如是四乙氧基硅烷 (Tetraethoxysilane, TE0S)，溶劑例如是丙酮(Acetone)，催化劑例如是氫氧化鈉(Sodium Hydroxide)。將TEOS溶于丙酮中，并加入水及氫氧化鈉加以混合，以形成溶膠溶液(Sol Solution)ο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T(mén)EOS進(jìn)行水解聚合反應(yīng)后產(chǎn)生的硅氧烷(Siloxane)。之后，將此膠狀的硅氧烷涂布于第一導(dǎo)光層404外部(圖未示)，并進(jìn)行干燥及熱處理后，便可于第一導(dǎo)光層404外部形成多孔性ニ氧化硅層。此多孔性ニ氧化硅層具有低折射率，其折射率例如是1.2。如圖12所示，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層410包括直接接觸此多孔性材料層415的部位。 在本實(shí)施例中，此部位為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403。與第一實(shí)施例同，本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403例如是折射率為1. 8的熒光粉層。由于熒光粉層的折射率(1. 8)與多孔性ニ氧化硅層的折射率(1. 的差異，使光線從熒光粉層傳遞至多孔性ニ氧化硅層時(shí)，大部分光線會(huì)在多孔性 ニ氧化硅層表面產(chǎn)生全反射。雖然本實(shí)施例所使用的多孔性材料為多孔性ニ氧化硅，但是在其他實(shí)施例中，亦可以使用其他多孔性無(wú)機(jī)材料，例如ニ氧化鈦、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(shí)施例所使用的前驅(qū)物為T(mén)E0S，但是在其他實(shí)施例中，亦可以使用其他烷氧基單體，例如四甲氧基硅烷(Tetramethoxysilane)、三甲氧基甲基硅烷 (Trimethoxymethylsilane)或ニ甲‘基ニ甲3^5^；^ (Dimethoxydimethylsilane) %=。雖然本實(shí)施例所使用的催化劑為氫氧化鈉，但是在其他實(shí)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，或其他堿性催化劑，例如是氨(Ammonia)、吡啶(Pyridine)或氫氧化鉀 (Potassium Hydroxide)等。溶膠-凝膠法的細(xì)節(jié)已為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所已知，此處不再加以贅述。第六實(shí)施例請(qǐng)參見(jiàn)圖4，在第一實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403為熒光粉層，而在本實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403是陶瓷熒光材料Ceramic Phosphor)。陶瓷熒光材料的優(yōu)點(diǎn)在于光散射現(xiàn)象可被降低。本實(shí)施例使用熒光粉前驅(qū)物(Phosphor Precursor Method)制作陶瓷熒光材料。 其方法如下首先，準(zhǔn)備ニ種溶液以制備熒光粉(含鈰釔鋁石榴石，Y3Al5O12ICe, YAG:Ce)前驅(qū)物。第一種溶液包括由氯化釔(YCl3 ·6Η20)、氯化鋁(AlCl3 ·6Η20)及氯化鈰(CeCl3 · 7Η20) 混合而成的溶液。第二種溶液為包括還原劑NH4HCO3的水溶液。將此ニ種溶液混合后，置放于60°C的反應(yīng)槽，反應(yīng)后可制得熒光粉前驅(qū)物。之后，請(qǐng)參照?qǐng)D13A，將熒光粉前驅(qū)物902，利用噴涂(Spray Coating)設(shè)備903，噴灑于模具901的表面。之后再進(jìn)行干燥及燒結(jié)即可制得陶瓷熒光材料904，如圖1 所示。 此處，模具901的材料可以是三氧化ニ鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)或石英等。制得陶瓷熒光材料904之后，再于其上形成第二導(dǎo)光層406，以適用于發(fā)光裝置 40。第七實(shí)施例本實(shí)施例使用熒光粉漿噴涂法(Spray Coating Method)制備作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層403 的陶瓷熒光材料。首先，熒光粉漿的調(diào)配可使用単色的熒光粉，例如YAG熒光粉；或者，亦可以使用多種顏色的熒光粉的組合。熒光粉顆粒大小為數(shù)納米至數(shù)十微米皆可。接著，將熒光粉、粘著劑(Binder)及溶劑加以混合，便可制得熒光粉漿。此處，粘著劑的種類(lèi)例如是硅膠(Silicone)、旋涂式玻璃(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。制得熒光粉漿之后， 利用類(lèi)似于圖13A的做法，將熒光粉漿噴涂于模具上。之后，再于高溫下進(jìn)行壓模成型的エ藝。經(jīng)過(guò)脫模后，便可制得陶瓷熒光材料。使用単色的熒光粉可制得単色陶瓷熒光材料，而使用多種顏色的熒光粉，分別噴涂于模具的不同部位上吋，便可制得包括ニ種顏色以上的陶瓷熒光材料。制得陶瓷熒光材料之后，再于其上形成第二導(dǎo)光層406，以適用于發(fā)光裝置40。第八實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D14，圖中所示為本發(fā)明第八實(shí)施例的發(fā)光裝置示意圖。如圖所示，第七實(shí)施例的發(fā)光裝置40包括載板401、發(fā)光元件402、第一導(dǎo)光層404、低折射率層405及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層440。其中，載板401、發(fā)光元件402、第一導(dǎo)光層404及低折射率層405的結(jié)構(gòu)皆與第一實(shí)施例相同，故不再重復(fù)說(shuō)明。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的差異在于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層440。本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層440包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層433、透明導(dǎo)電層438及第二導(dǎo)光層436。如圖14所示，在本實(shí)施例中，透明導(dǎo)電層438形成于第二導(dǎo)光層436的內(nèi)部表面，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層433形成于透明導(dǎo)電層438的內(nèi)部表面。在其他實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層433亦可設(shè)置于透明導(dǎo)電層438的外部表面，而透明導(dǎo)電層438亦可設(shè)置于第二導(dǎo)光層436的外部表面。第二導(dǎo)光層436為具有增進(jìn)光取出效率的材料層。更詳細(xì)地說(shuō)，發(fā)光元件402上設(shè)置第二導(dǎo)光層436后，其光取出效率高于與空氣直接接觸的發(fā)光元件402。具體而言，第二導(dǎo)光層436為玻璃，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層433為黃光熒光粉層，而透明導(dǎo)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(shí)施例中，第二導(dǎo)光層436為玻璃，但是在其他實(shí)施例中，第二導(dǎo)光層436與第一導(dǎo)光層404相同，可以由其他材料構(gòu)成，例如樹(shù)脂或其他具有漸變折射率的材料層。透明導(dǎo)電層438的制作方法例如是溶膠-凝膠法(Sol-Gel)或?yàn)R鍍法。以溶膠-凝膠法為例，首先準(zhǔn)備玻璃模具以作為第二導(dǎo)光層436，接著將混合有ITO粉末的溶液，以旋涂的方式(Spin On)涂布于此玻璃模具上，之后進(jìn)行干燥及熱處理，便可于玻璃模具上形成透明導(dǎo)電層438 (ΙΤ0層)。請(qǐng)參見(jiàn)圖15，圖中所示為本實(shí)施例利用電泳法形成波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層433的裝置示意圖。如圖所示，此裝置包括反應(yīng)槽60，例如是電泳槽、已形成有透明導(dǎo)電層438的玻璃模具(作為第二導(dǎo)光層436)、反應(yīng)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(dǎo)電層438及電極62的電源供應(yīng)器63。具體而言，本實(shí)施例的反應(yīng)溶液61由異丙醇(Isopropyl Alcohol)、水、硝酸鎂(Magnesium Nitrate)及YAG熒光粉所組成。加入硝酸鎂的目的為使不導(dǎo)電的YAG熒光粉表面，因?yàn)槲芥V離子(Mg+)而帶正電。亦即，反應(yīng)溶液61具有表面帶電的YAG熒光粉粒子。由電源供應(yīng)器63所提供的電壓，會(huì)于電極62與透明導(dǎo)電層438之間形成電場(chǎng)，使表面帶電的YAG熒光粉粒子往透明導(dǎo)電層438移動(dòng)，并于透明導(dǎo)電層438表面堆積形成致密的熒光粉層。所制得的熒光粉層用以作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層433。在本實(shí)施例中，反應(yīng)溶液61中的溶劑雖為異丙醇，但是在其他實(shí)施例中，亦可使用其他有機(jī)溶劑；而反應(yīng)溶液中的電解質(zhì)雖為硝酸鎂，在其他實(shí)施例中亦可為硝酸鹽類(lèi)，例如硝酸鋁(Aluminum Nitrate)、硝酸鈉(Sodium Nitrate)，或其他金屬鹽類(lèi)(hit)、酸類(lèi)(Acid)及堿類(lèi)(Base)化合物等。通過(guò)在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層440內(nèi)設(shè)置透明導(dǎo)電層438，外部電壓得以施加至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層440的表面，以使電泳法得以運(yùn)用于熒光粉層的制作。本發(fā)明的發(fā)光裝置的優(yōu)選實(shí)施例已說(shuō)明如前，但并不限于上述的方法，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)，所完成的等同改變或修飾，均包括在本發(fā)明的權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置，包括 載Ik ；發(fā)光元件，設(shè)置于該載板之上；第一導(dǎo)光層，包覆該發(fā)光元件并設(shè)置于該載板之上；波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層，包覆該第一導(dǎo)光層及該發(fā)光元件并設(shè)置于該載板之上，用以轉(zhuǎn)換該發(fā)光元件所發(fā)出光線的波長(zhǎng)及傳遞光線；以及多孔性材料層，設(shè)置于該第一導(dǎo)光層與該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層之間。
2.一種發(fā)光裝置，包括 載Ik ；發(fā)光元件，設(shè)置于該載板之上；第一導(dǎo)光層，包覆該發(fā)光元件并設(shè)置于該載板之上；波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層，包覆該第一導(dǎo)光層及該發(fā)光元件并設(shè)置于該載板之上，用以轉(zhuǎn)換該發(fā)光元件所發(fā)出光線的波長(zhǎng)及傳遞光線；以及非氣體材料層，設(shè)置于該第一導(dǎo)光層與該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層之間，其中該非氣體材料層的折射率小于該第一導(dǎo)光層與該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層的折射率。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光裝置，其中，該非氣體材料層的折射率介于1.45至1. 05之間。
4.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光裝置，其中，該載板為封裝載板或印刷電路板。
5.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光裝置，其中，該發(fā)光元件包括發(fā)光二極管。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中，該多孔性材料層包括無(wú)機(jī)材料。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其中，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層包括直接接觸該多孔性材料層的部位，而該部位的折射率與該多孔性材料層的折射率的差異，使來(lái)自該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層的光線在該多孔性材料層與該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層的界面產(chǎn)生光全反射量大于光折射量。
8.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光裝置，其中，該第一導(dǎo)光層包括圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光裝置，其中，該第一導(dǎo)光層包括漸變折射率。
10.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光裝置，其中，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層及第二導(dǎo)光層，并且該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置于該第二導(dǎo)光層的內(nèi)部表面或外部表面。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置，其中，該第二導(dǎo)光層包括圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置，其中，該第二導(dǎo)光層包括漸變折射率。
13.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置，其中，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層包括熒光粉層。
14.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光裝置，其中，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層包括漸變折射率，并且由內(nèi)而外包括第二導(dǎo)光層、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層及第三導(dǎo)光層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種發(fā)光裝置包括載板、設(shè)置于此載板上的發(fā)光元件、包覆此發(fā)光元件并設(shè)置于此載板上的第一導(dǎo)光層、包覆此第一導(dǎo)光層及此發(fā)光元件并設(shè)置于此載板上并用以轉(zhuǎn)換此發(fā)光元件所發(fā)出光線的波長(zhǎng)及傳遞光線的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光層，以及設(shè)置于此第一導(dǎo)光層與此波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換暨導(dǎo)光間的多孔性材料層。
文檔編號(hào)F21V8/00GK102588752SQ20111000249
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者巫漢敏, 李宗憲, 王健源, 王志銘, 許明祺, 謝明勛 申請(qǐng)人:晶元光電股份有限公司