專利名稱：發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件，尤其涉及一種具有凹凸結(jié)構(gòu)的光子晶體及反射片的發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
圖1例示一常規(guī)的發(fā)光元件10。所述發(fā)光元件10包含一襯底12、 一設(shè)置于所述襯底12 上的發(fā)光二極管芯片14、 一設(shè)置于所述發(fā)光二極管芯片14上的熒光物質(zhì)(折射率約為 1.5-1.6) 16以及一透明蓋板(折射率約為1.5) 18。所述光線20 (例如紫外光)可激發(fā)所 述熒光物質(zhì)(例如紅綠藍(lán)熒光物質(zhì))16產(chǎn)生紅綠藍(lán)激發(fā)光線22，而紅綠藍(lán)激發(fā)光線22混 合即形成白光24。所述發(fā)光二極管芯片14產(chǎn)生的光線20必須經(jīng)過所述熒光物質(zhì)16與所述 透明蓋板18，再傳播至所述發(fā)光元件10的外部，例如空氣(折射率為l)。圖2(a)及圖2(b)例示常規(guī)的發(fā)光元件10的模擬輸出光強(qiáng)度。所述激發(fā)光線22射入所述透明蓋板18的入射角(e')大于45度時(shí)，所述發(fā)光元件10的模擬輸出光強(qiáng)度相當(dāng)?shù)?，小?0.05。所述激發(fā)光線22是由高折射率物質(zhì)往低折射率物質(zhì)傳播，因此產(chǎn)生內(nèi)全反射( internal total reflection)及橫向波導(dǎo)損失(high index waveguide losses)。內(nèi)全反射現(xiàn)象使 得大于臨界角(約45度)的激發(fā)光線22均被所述透明蓋板18反射回所述發(fā)光元件10的內(nèi)部， 而無法傳播至所述發(fā)光元件10的外部。簡單來說，大部分激發(fā)光線22在所述發(fā)光元件10 內(nèi)部被反射或吸收而嚴(yán)重耗損，導(dǎo)致所述發(fā)光元件10的光輸出效率相當(dāng)?shù)?。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提供一種發(fā)光元件，其通過一凹凸結(jié)構(gòu)的光子晶體避免內(nèi)全反 射現(xiàn)象，并通過一反射片將一發(fā)光二極管芯片產(chǎn)生的紫外光線反射至一熒光物質(zhì)，只讓 白光輸出。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種發(fā)光元件，其包含一第一襯底、 一設(shè)置于所述第 一襯底上且可產(chǎn)生一光線(例如紫外線)的發(fā)光二極管芯片、一設(shè)置于所述發(fā)光二極管芯片 上的熒光物質(zhì)、-"設(shè)置于所述熒光物質(zhì)上方且具有凹凸結(jié)構(gòu)的光子晶體以及一設(shè)置于所 述光子晶體上方且可將所述紫外光線反射至所述熒光物質(zhì)的反射片(例如全方位反射片) 。優(yōu)選地，所述第一襯底可為一金屬杯，所述發(fā)光二極管芯片設(shè)置于所述金屬杯的杯底
。所述發(fā)光二極管芯片產(chǎn)生的紫外光線可激發(fā)所述熒光物質(zhì)(例如釔鋁石榴石)產(chǎn)生激發(fā)光 線(例如紅、綠及藍(lán)光)。所述光子晶體包含一第二襯底以及復(fù)數(shù)個(gè)設(shè)置于所述第二襯底上的凸部。所述凸部 包含--設(shè)置于所述第二襯底上的底端以及一尺寸小于所述底端的尺寸的頂端。所述復(fù)數(shù) 個(gè)凸部可為三角柱體、半圓柱體、弦波柱體、角錐體或圓錐體。所述復(fù)數(shù)個(gè)凸部可呈四 方形排列、三角形排列、六角形排列或隨機(jī)排列。所述反射片包含一第三襯底以及復(fù)數(shù)層以交迭方式設(shè)置于所述第三襯底上的第一膜 層及第二膜層，其中所述第一膜層的折射率大于所述第二膜層的折射率。第一膜層的材 料可選自氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮、氧化鈰及硫化鋅組成的群，而所述第二膜層的材料 可選自氧化硅、氮化硅、氧化鋁及氟化鎂組成的群。常規(guī)技術(shù)的發(fā)光元件因內(nèi)全反射現(xiàn)象使得所述熒光物質(zhì)產(chǎn)生的大部分激發(fā)光線在所 述發(fā)光元件內(nèi)部即被反射或吸收而嚴(yán)重耗損，導(dǎo)致所述發(fā)光元件的光輸出效率相當(dāng)?shù)汀?本發(fā)明通過在所述發(fā)光元件的中設(shè)置于一具有復(fù)數(shù)個(gè)凸部的光子晶體，其可避免所述熒 光物質(zhì)產(chǎn)生的激發(fā)光線發(fā)生內(nèi)全反射現(xiàn)象，因而可增加所述激發(fā)光線的取出效率。


圖l例示一常規(guī)的發(fā)光元件；圖2(a)及圖2(b)例示一常規(guī)的發(fā)光元件的模擬輸出光強(qiáng)度； 圖3例示本發(fā)明的髙光輸出效率發(fā)光元件； 圖4至圖9例示本發(fā)明的光子晶體；以及圖10(a)及圖10(b)例示本發(fā)明的高光輸出效率發(fā)光元件的模擬輸出光強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
圖3例示本發(fā)明的高光輸出效率發(fā)光元件30。所述高光輸出效率發(fā)光元件30包含--襯 底32、至少一設(shè)置于所述襯底32上且可產(chǎn)生一紫外光線60的發(fā)光二極管芯片34、 一設(shè)置 于所述發(fā)光二極管芯片34上的熒光物質(zhì)36、 一設(shè)置于所述熒光物質(zhì)36上方的光子晶體40 以及一設(shè)置于所述光子晶體40上方且可將所述紫外光線60反射至所述熒光物質(zhì)36的全方 位反射片50。所述光子晶體40與所述全方位反射片50之間具有一空氣間隙66，其折射率 為l。優(yōu)選地，所述熒光物質(zhì)36覆蓋所述發(fā)光二極管芯片34。所述發(fā)光二極管芯片34產(chǎn)生的紫外光線60可激發(fā)所述熒光物質(zhì)(例如釔鋁石榴石)36 產(chǎn)生激發(fā)光線(例如紅、綠及藍(lán)光)62,其穿透所述光子晶體40、所述空氣間隙66及所述全 方位反射片50而傳播至所述高光輸出效率發(fā)光元件30的外部。優(yōu)選地，所述襯底32可為
一金屬杯，且所述發(fā)光二極管芯片34設(shè)置于所述金屬杯的杯底。此外，所述高光輸出效 率發(fā)光元件30還可包含復(fù)數(shù)個(gè)設(shè)置于所述襯底32上的發(fā)光二極管芯片34。所述全方位反射片50包含一透明襯底52以及復(fù)數(shù)層以交迭方式設(shè)置于所述透明襯底 52上的第一膜層54及第二膜層56，其中所述第一膜層54的折射率大于所述第二膜層56的 折射率。所述透明襯底52可為折射率約1.51的玻璃襯底或由聚碳酸酯構(gòu)成的塑料襯底。 所述第一膜層54的材料可選自氧化鈦、氧化鉭、氧化鈮、氧化鈰及硫化鋅組成的群，而 所述第二膜層56的材料可選自氧化硅、氮化硅、氧化鋁及氟化鎂組成的群。所述反射片 50的膜層設(shè)計(jì)可選擇性地反射所述發(fā)光二極管芯片34產(chǎn)生的紫外光線60至所述熒光物質(zhì) 36，但容許所述熒光物質(zhì)36產(chǎn)生的激發(fā)光線62穿透。如此，即可將所述紫外光線60局限 于所述高光輸出效率發(fā)光元件30的內(nèi)部，以盡可能激發(fā)所述熒光物質(zhì)36產(chǎn)生更多的激發(fā) 光線62而增加內(nèi)部轉(zhuǎn)換效率，并避免所述紫外光線60傳播至所述高光輸出效率發(fā)光元件 30的外部。圖4至圖9例示本發(fā)明的光子晶體40。所述光子晶體40包含一透明襯底(例如折射率約 1.51的玻璃襯底)42以及復(fù)數(shù)個(gè)設(shè)置于所述透明襯底42上的凸部44,其中所述凸部44包含 一設(shè)置于所述透明襯底42上的底端46以及一尺寸小于所述底端46的尺寸的頂端48。所述 透明襯底42可為折射率約1.51的玻璃襯底或由聚碳酸酯構(gòu)成的塑料襯底。所述復(fù)數(shù)個(gè)凸 部44可為三角柱體(如圖4所示)、半圓柱體(如圖5所示)、弦波柱體(如圖6所示)、三角錐體 (如圖7所示)、四角錐體(如圖8所示)或圓錐體(如圖9所示)。雖然圖7至圖9例示所述復(fù)數(shù)個(gè) 凸部44是呈連續(xù)排列，所述復(fù)數(shù)個(gè)凸部44還可呈不連續(xù)的四方形排列、三角形排列、六 角形排列或隨機(jī)排列。圖10(a)及圖10(b)例示本發(fā)明的高光輸出效率發(fā)光元件30的模擬輸出光強(qiáng)度。所述激 發(fā)光線62射入所述光子晶體40的透明襯底42的入射角(《)大于45度時(shí)，所述高光輸出效率 發(fā)光元件30的模擬輸出光強(qiáng)度明顯大于常規(guī)技術(shù)的光輸出強(qiáng)度(小于0.05)。所述高光輸出 效率發(fā)光元件30的光子晶體40具有復(fù)數(shù)個(gè)可避免內(nèi)全反射現(xiàn)象的凸部44,因此所述熒光 物質(zhì)36產(chǎn)生的激發(fā)光線62可經(jīng)由所述光子晶體40傳播至所述高光輸出效率發(fā)光元件30的 外部，而不會因內(nèi)全反射現(xiàn)象而被反射至所述熒光物質(zhì)36，所以其具有較高的模擬輸出 光強(qiáng)度。常規(guī)技術(shù)的發(fā)光元件10因內(nèi)全反射現(xiàn)象使得所述熒光物質(zhì)16產(chǎn)生的大部分激發(fā)光線 22在所述發(fā)光元件10內(nèi)部即被反射或吸收而嚴(yán)重耗損，導(dǎo)致所述發(fā)光元件10的光輸出效 率相當(dāng)?shù)汀１景l(fā)明通過在所述高光輸出效率發(fā)光元件30的中設(shè)置于一具有復(fù)數(shù)個(gè)凸部44
的光子晶體40，其可避免所述熒光物質(zhì)36產(chǎn)生的激發(fā)光線62發(fā)生全反射現(xiàn)象，因而可增 加所述激發(fā)光線62的取出效率。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本 發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修改。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍 應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修改，并為所附的 權(quán)利要求書所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件，其特征在于包含一第一襯底；至少一可產(chǎn)生一光線的發(fā)光二極管芯片，設(shè)置于所述第一襯底上；一熒光物質(zhì)，設(shè)置于所述發(fā)光二極管芯片上；一光子晶體，設(shè)置于所述熒光物質(zhì)的上方；以及一反射片，設(shè)置于所述光子晶體的上方，可將所述光線反射至所述熒光物質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于所述光子晶體包含一第二襯底；以及復(fù)數(shù)個(gè)凸部，設(shè)置于所述第二襯底上。
3. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光元件，其特征在于所述第二襯底的材料選自玻璃及塑料組 成的群。
4. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光元件，其特征在于所述凸部包含一底端，設(shè)置于所述第二襯底上；以及 一頂端，其尺寸小于所述底端的尺寸。
5. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光元件，其特征在于所述復(fù)數(shù)個(gè)凸部是三角柱體、半圓柱體、 弦波柱體、三角錐體、四角錐體或圓錐體。
6. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光元件，其特征在于所述復(fù)數(shù)個(gè)凸部呈四方形排列、三角形 排列、六角形排列或隨機(jī)排列。
7. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于所述反射片包含--第三襯底；以及復(fù)數(shù)層第一膜層及第二膜層，以交迭方式設(shè)置于所述第三襯底上。
8. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其特征在于所述第三襯底的材料選自玻璃及塑料組 成的群。
9. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其特征在于所述第一膜層的折射率大于所述第二膜 層的折射率。
10. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其特征在于所述第一膜層的材料選自氧化鈦、氧化 鉅、氧化鈮、氧化鈰及硫化鋅組成的群。
11. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，其特征在于所述第二膜層的材料選自氧化硅、氮化 硅、氧化鋁及氟化鎂組成的群。
12. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于另外包含一空氣間隙，設(shè)置于光子晶體 與所述反射片之間。
13. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于所述第一襯底是一金屬杯。
14. 一種發(fā)光元件，其特征在于包含-一第一襯底；至少一可產(chǎn)生一光線的發(fā)光二極管芯片，設(shè)置于所述第一襯底上； 一熒光物質(zhì)，設(shè)置于所述發(fā)光二極管芯片上； 一第二襯底，設(shè)置于所述熒光物質(zhì)的上方；以及 復(fù)數(shù)個(gè)凸部，設(shè)置于所述第二襯底上。
15. 如權(quán)利要求14所述的發(fā)光元件，其特征在于所述第二襯底的材料選自玻璃及塑料組 成的群。
16. 如權(quán)利要求14所述的發(fā)光元件，其特征在于所述凸部包含一底端，設(shè)置于所述第二襯底上；以及 一頂端，其尺寸小于所述底端的尺寸。
17. 如權(quán)利要求14所述的發(fā)光元件，其特征在于所述復(fù)數(shù)個(gè)凸部是三角柱體、半圓柱體、 弦波柱體、三角錐體、四角錐體或圓錐體。
18. 如權(quán)利要求14所述的發(fā)光元件，其特征在于所述復(fù)數(shù)個(gè)凸部呈四方形排列、三角形 排列、六角形排列或隨機(jī)排列。
全文摘要
一種高光輸出效率發(fā)光元件包含一第一襯底、一設(shè)置于所述第一襯底上且可產(chǎn)生一光線的發(fā)光二極管芯片、一設(shè)置于所述發(fā)光二極管芯片上的熒光物質(zhì)、一設(shè)置于所述熒光物質(zhì)上方的光子晶體以及一設(shè)置于所述光子晶體上方且可將所述光線反射至所述熒光物質(zhì)的反射片。優(yōu)選地，所述第一襯底可為一金屬杯，所述發(fā)光二極管芯片設(shè)置于所述金屬杯的杯底。所述光子晶體包含一第二襯底以及復(fù)數(shù)個(gè)設(shè)置于所述第二襯底上的凸部。所述凸部包含一設(shè)置于所述第二襯底上的底端以及一尺寸小于所述底端的尺寸的頂端。所述復(fù)數(shù)個(gè)凸部可為三角柱體、半圓柱體、弦波柱體、角錐體或圓錐體。
文檔編號H01L33/00GK101132037SQ20061011202
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者朱正煒, 祁錦云, 趙主立, 黃承揚(yáng) 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院