专利名称：发光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光元件，尤其涉及一种具有凹凸结构的光子晶体及反射片的发光元件。
背景技术：
图1例示一常规的发光元件10。所述发光元件10包含一衬底12、 一设置于所述衬底12 上的发光二极管芯片14、 一设置于所述发光二极管芯片14上的荧光物质(折射率约为 1.5-1.6) 16以及一透明盖板(折射率约为1.5) 18。所述光线20 (例如紫外光)可激发所 述荧光物质(例如红绿蓝荧光物质)16产生红绿蓝激发光线22，而红绿蓝激发光线22混 合即形成白光24。所述发光二极管芯片14产生的光线20必须经过所述荧光物质16与所述 透明盖板18，再传播至所述发光元件10的外部，例如空气(折射率为l)。图2(a)及图2(b)例示常规的发光元件10的模拟输出光强度。所述激发光线22射入所述透明盖板18的入射角(e')大于45度时，所述发光元件10的模拟输出光强度相当低，小于 0.05。所述激发光线22是由高折射率物质往低折射率物质传播，因此产生内全反射( internal total reflection)及横向波导损失(high index waveguide losses)。内全反射现象使 得大于临界角(约45度)的激发光线22均被所述透明盖板18反射回所述发光元件10的内部， 而无法传播至所述发光元件10的外部。简单来说，大部分激发光线22在所述发光元件10 内部被反射或吸收而严重耗损，导致所述发光元件10的光输出效率相当低。发明内容本发明的主要目的是提供一种发光元件，其通过一凹凸结构的光子晶体避免内全反 射现象，并通过一反射片将一发光二极管芯片产生的紫外光线反射至一荧光物质，只让 白光输出。为达到上述目的，本发明提出一种发光元件，其包含一第一衬底、 一设置于所述第 一衬底上且可产生一光线(例如紫外线)的发光二极管芯片、一设置于所述发光二极管芯片 上的荧光物质、-"设置于所述荧光物质上方且具有凹凸结构的光子晶体以及一设置于所 述光子晶体上方且可将所述紫外光线反射至所述荧光物质的反射片(例如全方位反射片) 。优选地，所述第一衬底可为一金属杯，所述发光二极管芯片设置于所述金属杯的杯底
。所述发光二极管芯片产生的紫外光线可激发所述荧光物质(例如钇铝石榴石)产生激发光 线(例如红、绿及蓝光)。所述光子晶体包含一第二衬底以及复数个设置于所述第二衬底上的凸部。所述凸部 包含--设置于所述第二衬底上的底端以及一尺寸小于所述底端的尺寸的顶端。所述复数 个凸部可为三角柱体、半圆柱体、弦波柱体、角锥体或圆锥体。所述复数个凸部可呈四 方形排列、三角形排列、六角形排列或随机排列。所述反射片包含一第三衬底以及复数层以交迭方式设置于所述第三衬底上的第一膜 层及第二膜层，其中所述第一膜层的折射率大于所述第二膜层的折射率。第一膜层的材 料可选自氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化铈及硫化锌组成的群，而所述第二膜层的材料 可选自氧化硅、氮化硅、氧化铝及氟化镁组成的群。常规技术的发光元件因内全反射现象使得所述荧光物质产生的大部分激发光线在所 述发光元件内部即被反射或吸收而严重耗损，导致所述发光元件的光输出效率相当低。 本发明通过在所述发光元件的中设置于一具有复数个凸部的光子晶体，其可避免所述荧 光物质产生的激发光线发生内全反射现象，因而可增加所述激发光线的取出效率。
图l例示一常规的发光元件；图2(a)及图2(b)例示一常规的发光元件的模拟输出光强度； 图3例示本发明的髙光输出效率发光元件； 图4至图9例示本发明的光子晶体；以及图10(a)及图10(b)例示本发明的高光输出效率发光元件的模拟输出光强度。
具体实施方式
图3例示本发明的高光输出效率发光元件30。所述高光输出效率发光元件30包含--衬 底32、至少一设置于所述衬底32上且可产生一紫外光线60的发光二极管芯片34、 一设置 于所述发光二极管芯片34上的荧光物质36、 一设置于所述荧光物质36上方的光子晶体40 以及一设置于所述光子晶体40上方且可将所述紫外光线60反射至所述荧光物质36的全方 位反射片50。所述光子晶体40与所述全方位反射片50之间具有一空气间隙66，其折射率 为l。优选地，所述荧光物质36覆盖所述发光二极管芯片34。所述发光二极管芯片34产生的紫外光线60可激发所述荧光物质(例如钇铝石榴石)36 产生激发光线(例如红、绿及蓝光)62,其穿透所述光子晶体40、所述空气间隙66及所述全 方位反射片50而传播至所述高光输出效率发光元件30的外部。优选地，所述衬底32可为
一金属杯，且所述发光二极管芯片34设置于所述金属杯的杯底。此外，所述高光输出效 率发光元件30还可包含复数个设置于所述衬底32上的发光二极管芯片34。所述全方位反射片50包含一透明衬底52以及复数层以交迭方式设置于所述透明衬底 52上的第一膜层54及第二膜层56，其中所述第一膜层54的折射率大于所述第二膜层56的 折射率。所述透明衬底52可为折射率约1.51的玻璃衬底或由聚碳酸酯构成的塑料衬底。 所述第一膜层54的材料可选自氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化铈及硫化锌组成的群，而 所述第二膜层56的材料可选自氧化硅、氮化硅、氧化铝及氟化镁组成的群。所述反射片 50的膜层设计可选择性地反射所述发光二极管芯片34产生的紫外光线60至所述荧光物质 36，但容许所述荧光物质36产生的激发光线62穿透。如此，即可将所述紫外光线60局限 于所述高光输出效率发光元件30的内部，以尽可能激发所述荧光物质36产生更多的激发 光线62而增加内部转换效率，并避免所述紫外光线60传播至所述高光输出效率发光元件 30的外部。图4至图9例示本发明的光子晶体40。所述光子晶体40包含一透明衬底(例如折射率约 1.51的玻璃衬底)42以及复数个设置于所述透明衬底42上的凸部44,其中所述凸部44包含 一设置于所述透明衬底42上的底端46以及一尺寸小于所述底端46的尺寸的顶端48。所述 透明衬底42可为折射率约1.51的玻璃衬底或由聚碳酸酯构成的塑料衬底。所述复数个凸 部44可为三角柱体(如图4所示)、半圆柱体(如图5所示)、弦波柱体(如图6所示)、三角锥体 (如图7所示)、四角锥体(如图8所示)或圆锥体(如图9所示)。虽然图7至图9例示所述复数个 凸部44是呈连续排列，所述复数个凸部44还可呈不连续的四方形排列、三角形排列、六 角形排列或随机排列。图10(a)及图10(b)例示本发明的高光输出效率发光元件30的模拟输出光强度。所述激 发光线62射入所述光子晶体40的透明衬底42的入射角(《)大于45度时，所述高光输出效率 发光元件30的模拟输出光强度明显大于常规技术的光输出强度(小于0.05)。所述高光输出 效率发光元件30的光子晶体40具有复数个可避免内全反射现象的凸部44,因此所述荧光 物质36产生的激发光线62可经由所述光子晶体40传播至所述高光输出效率发光元件30的 外部，而不会因内全反射现象而被反射至所述荧光物质36，所以其具有较高的模拟输出 光强度。常规技术的发光元件10因内全反射现象使得所述荧光物质16产生的大部分激发光线 22在所述发光元件10内部即被反射或吸收而严重耗损，导致所述发光元件10的光输出效 率相当低。本发明通过在所述高光输出效率发光元件30的中设置于一具有复数个凸部44
的光子晶体40，其可避免所述荧光物质36产生的激发光线62发生全反射现象，因而可增 加所述激发光线62的取出效率。本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本 发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围 应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修改，并为所附的 权利要求书所涵盖。
权利要求
1.一种发光元件，其特征在于包含一第一衬底；至少一可产生一光线的发光二极管芯片，设置于所述第一衬底上；一荧光物质，设置于所述发光二极管芯片上；一光子晶体，设置于所述荧光物质的上方；以及一反射片，设置于所述光子晶体的上方，可将所述光线反射至所述荧光物质。
2. 如权利要求l所述的发光元件，其特征在于所述光子晶体包含一第二衬底；以及复数个凸部，设置于所述第二衬底上。
3. 如权利要求2所述的发光元件，其特征在于所述第二衬底的材料选自玻璃及塑料组 成的群。
4. 如权利要求2所述的发光元件，其特征在于所述凸部包含一底端，设置于所述第二衬底上；以及 一顶端，其尺寸小于所述底端的尺寸。
5. 如权利要求2所述的发光元件，其特征在于所述复数个凸部是三角柱体、半圆柱体、 弦波柱体、三角锥体、四角锥体或圆锥体。
6. 如权利要求2所述的发光元件，其特征在于所述复数个凸部呈四方形排列、三角形 排列、六角形排列或随机排列。
7. 如权利要求l所述的发光元件，其特征在于所述反射片包含--第三衬底；以及复数层第一膜层及第二膜层，以交迭方式设置于所述第三衬底上。
8. 如权利要求7所述的发光元件，其特征在于所述第三衬底的材料选自玻璃及塑料组 成的群。
9. 如权利要求7所述的发光元件，其特征在于所述第一膜层的折射率大于所述第二膜 层的折射率。
10. 如权利要求7所述的发光元件，其特征在于所述第一膜层的材料选自氧化钛、氧化 钜、氧化铌、氧化铈及硫化锌组成的群。
11. 如权利要求7所述的发光元件，其特征在于所述第二膜层的材料选自氧化硅、氮化 硅、氧化铝及氟化镁组成的群。
12. 如权利要求l所述的发光元件，其特征在于另外包含一空气间隙，设置于光子晶体 与所述反射片之间。
13. 如权利要求l所述的发光元件，其特征在于所述第一衬底是一金属杯。
14. 一种发光元件，其特征在于包含-一第一衬底；至少一可产生一光线的发光二极管芯片，设置于所述第一衬底上； 一荧光物质，设置于所述发光二极管芯片上； 一第二衬底，设置于所述荧光物质的上方；以及 复数个凸部，设置于所述第二衬底上。
15. 如权利要求14所述的发光元件，其特征在于所述第二衬底的材料选自玻璃及塑料组 成的群。
16. 如权利要求14所述的发光元件，其特征在于所述凸部包含一底端，设置于所述第二衬底上；以及 一顶端，其尺寸小于所述底端的尺寸。
17. 如权利要求14所述的发光元件，其特征在于所述复数个凸部是三角柱体、半圆柱体、 弦波柱体、三角锥体、四角锥体或圆锥体。
18. 如权利要求14所述的发光元件，其特征在于所述复数个凸部呈四方形排列、三角形 排列、六角形排列或随机排列。
全文摘要
一种高光输出效率发光元件包含一第一衬底、一设置于所述第一衬底上且可产生一光线的发光二极管芯片、一设置于所述发光二极管芯片上的荧光物质、一设置于所述荧光物质上方的光子晶体以及一设置于所述光子晶体上方且可将所述光线反射至所述荧光物质的反射片。优选地，所述第一衬底可为一金属杯，所述发光二极管芯片设置于所述金属杯的杯底。所述光子晶体包含一第二衬底以及复数个设置于所述第二衬底上的凸部。所述凸部包含一设置于所述第二衬底上的底端以及一尺寸小于所述底端的尺寸的顶端。所述复数个凸部可为三角柱体、半圆柱体、弦波柱体、角锥体或圆锥体。
文档编号H01L33/00GK101132037SQ20061011202
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月25日 优先权日2006年8月25日
发明者朱正炜, 祁锦云, 赵主立, 黄承扬 申请人:财团法人工业技术研究院