專利名稱：波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及其制造方法以及發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及其制造方法以及包含此波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的發(fā)光裝置，特別涉及一種具有高光取出效率(Light Extraction Efficiency)的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及其制造方法以及包 含此波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
近年來，由于能源問題逐漸受到重視，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、無汞及使用壽命長等優(yōu)點，成為極被看好的下一代照明工具。就照明用的白光LED而言，LED芯片與熒光粉搭配運用，利用藍(lán)光LED芯片所產(chǎn)生的藍(lán)光，激發(fā)YAG (Yttrium Aluminum Garnet, Y3Al5O12)黃色熒光粉產(chǎn)生黃光，再將二者混合而形成白光。其中常見的熒光粉涂布方法包含敷型涂布(Conformal Coating)及分離式熒光粉(Remote Phosphor) 二種。敷型涂布系將熒光粉直接涂布于LED芯片上形成熒光粉層。由于是直接涂布于LED芯片之上，此種做法具有厚度較均勻的優(yōu)點。但是由于LED芯片及載板會吸收熒光粉層所發(fā)出的光，因此整體發(fā)光效率便會降低。另外，由于熒光粉系與LED芯片直接接觸，在LED芯片于操作時產(chǎn)生100°C至150°C的高溫的情形下，熒光粉層會因此逐漸變質(zhì)退化，而影響其轉(zhuǎn)換效率。分離式熒光粉的做法，就是為了解決上述敷型涂布的問題。分離式熒光粉的LED發(fā)光裝置的熒光粉層系與LED芯片分開，因此，可以盡量避免熒光粉層所發(fā)出的光直接被LED芯片吸收。也由于熒光粉層系以遠(yuǎn)離LED芯片的方式設(shè)置，熒光粉層中的熒光粉較不易因LED芯片操作時的高溫而退化。熒光粉粒子接收來自LED芯片的光后，會受到激發(fā)并產(chǎn)生另一種顏色的光。然而，熒光粉粒子所激發(fā)產(chǎn)生的光線，乃是朝向所有方向，包括向內(nèi)傳遞的光線，因此降低發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，包含第一突光粉層，包括多個第一突光粉顆粒；以及第二熒光粉層，位于該第一熒光粉層上，包括多個第二熒光粉顆粒，其中該第二熒光粉顆粒的平均粒徑不相同于該第一熒光粉顆粒的平均粒徑。根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法，包含形成第一熒光粉層，包括多個第一熒光粉顆粒；形成第二熒光粉層于該第一熒光粉層之上，包括多個第二熒光粉顆粒，其中該第二熒光粉顆粒的平均粒徑不相同于該第一熒光粉顆粒的平均粒徑。根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種發(fā)光裝置，包含載板；發(fā)光元件，設(shè)置于該載板之上；波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，位于該發(fā)光元件上，該波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包含第一熒光粉層，包括多個第一熒光粉顆粒；以及第二熒光粉層位于該第一熒光粉層上，包括多個第二熒光粉顆粒，其中該第二熒光粉顆粒的平均粒徑不相同于該第一熒光粉顆粒的平均粒徑。


圖I為本發(fā)明第一實施例的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡照片；圖3為本發(fā)明發(fā)光裝置的示意圖。
具體實施例方式以下，將搭配圖式就本發(fā)明的優(yōu)選實施例加以詳細(xì)說明。所列出的實施例系用以使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者得以明了本發(fā)明的精神。本發(fā)明并不限定于所列出的實施例，而亦可使用其他做法。在本說明書的圖式中，寬度、長度、厚度及其他類似的尺寸會視需要加以放大，以方便說明。在本說明書的所有圖式中，相同的元件符號系代表相同 的元件。此處特別需要加以說明的是，當(dāng)本說明書描述元件或材料層設(shè)置于或連接于另一元件或另一材料層上時，其可以直接設(shè)置或連接于另一元件或另一材料層之上，或者間接地設(shè)置或連接于另一元件或另一材料層之上，也就是二者之間再夾雜其他元件或材料層。相反地，若是本說明書描述元件或材料層直接地設(shè)置或連接于另一元件或另一材料層之上時，即表示二者之間沒有再設(shè)置其他元件或材料層。圖I所示為本發(fā)明優(yōu)選實施例的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的示意圖。波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10，包括導(dǎo)電基板101、第一突光粉層102、第二突光粉層103和膠材層104。第一突光粉層102形成于導(dǎo)電基板101之上，由第一熒光粉顆粒所組成，且第一熒光粉顆粒之間具有空隙。第二熒光粉層103形成于第一熒光粉層102之上，由第二熒光粉顆粒所組成，第二熒光粉顆粒之間具有空隙。膠材層104由膠材填入第一熒光粉層102和第二熒光粉層103的熒光粉顆?？障吨兴纬伞?dǎo)電基板101具有透明導(dǎo)電的性質(zhì)，其材料可以包括但不限于透明導(dǎo)電金屬氧化物(TCO)。第一突光粉層102形成于導(dǎo)電基板101的上方,包括第一突光粉顆粒,其組成材料可以包括但不限于黃光陶瓷熒光材料，且顆粒的粒徑分布約為225-275nm，熒光粉顆粒間
具有空隙。第一熒光粉層102厚度約為第一熒光粉顆粒平均粒徑的I. 5-4倍，以第一熒光粉顆粒的平均粒徑為225nm為例，第一熒光粉層102的厚度最小約為337nm。第二熒光粉層103形成于第一突光粉層102的上方,組成材料可以包括但不限于黃色突光粉,例如黃光陶瓷熒光材料。第二熒光粉層102由第二熒光粉顆粒所組成，第二熒光粉層102和第一熒光粉層102的平均粒徑比約為3 : I至5 : I之間，以第一熒光粉顆粒的平均粒徑為225nm為例，第二熒光粉顆粒的平均粒徑約為375-1125nm，熒光粉顆粒間具有空隙。膠材填入第一熒光粉層102和第二熒光粉層103空隙中，形成膠材層104。膠材層104的組成材料包括但不限于硅膠，硅膠的折射率約為1.45。本實施例的膠材為硅膠，但是在其他實施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率為I. 5 I. 9)、樹脂(Resin，折射率為 I. 5 I. 6)、二氧化鈦(TitaniumOxide,TiO2,折射率為 2. 2 2. 4)、二氧化娃(SiliconOxide, SiO2,折射率為 I. 5 I. 7)或氟化鎂(Magnesium Fluoride, MgF,折射率為 I. 38)坐寸O在一實施例中，膠材層104的厚度等于第一熒光粉層102加上第二熒光粉層103的厚度。在另一實施例中，膠材層104的厚度大于第一熒光粉層102加上第二熒光粉層103的厚度，膠材層106的頂面會高于第二熒光粉層103的頂面，可以使波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10的表面更平整。膠材層104為具有高透光度的膠材，膠·材的材料也可以選用透明的金屬氧化物。在其他實施例中亦可使用其他材料。例如玻璃(折射率為I. 5 I. 9)、樹脂(Resin，折射率為 I. 5 I. 6)、二氧化鈦(Titanium Oxide, TiO2,折射率為 2. 2 2. 4)、二氧化娃(SiliconOxide, SiO2,折射率為 I. 5 I. 7)或氟化鎂(Magnesium Fluoride,MgF,折射率為 I. 38)等。膠材層104可以包含有機化合物或無機化合物，折射率約介于I. 3至2. 4。無機化合物，例如金屬氧化物，可選用和熒光粉折射率相近似的金屬氧化物，因為折射率的差異較小，可以有效減少光因全反射所造成的損失。金屬氧化物和熒光粉顆粒的折射率相近似，也可以減少光在熒光粉顆粒間的散射。以下，將說明本實施例的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10的制作方法。首先，在導(dǎo)電基板101置入電泳裝置內(nèi)，導(dǎo)電基板101可以如ITO玻璃。通過電泳技術(shù)進(jìn)行熒光粉顆粒的鍍層沉積于ITO的表面上以形成第一突光粉層102及第二突光粉層103。本實施例的突光粉層102、103為具有將入射光線的波長加以轉(zhuǎn)換的材料，例如是熒光材料(Phosphor)。沉積熒光粉層102、103不限定于電泳法，也可以包括其它可將熒光材料沉積的方法，例如重力沉積法。緊接著再以電鍍的方式將透明的膠材鍍?nèi)霟晒夥蹖?02、103中的孔隙中。本實施例中膠材的材料可以為硅膠，其折射率約為I. 45。在另一實施例中，膠材也可以選用金屬氧化物(如ZnO)，ZnO的折射率約為2。通過填入與熒光粉折射率相近的透明氧化物，可以減少光的散射(scattering)損失,增加白光的出光效率。再者，以電鍍方式填入金屬氧化物可當(dāng)作突光粉顆粒的粘結(jié)劑亦可增加熒光粉層的機械強度，如圖2的SEM照片所示。沉積金屬氧化物層103不限定于電鍍，也可以包括其它可將金屬氧化物鍍?nèi)霟晒夥鄣目紫吨械姆椒?，例如CVD法、溶膠-凝膠法(Sol-Gel)法。溶膠-凝膠法的細(xì)節(jié)已為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者所習(xí)用，此處不再加以贅述。波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10大致上具有均一或不均一的厚度。圖3所示為本發(fā)明優(yōu)選實施例的發(fā)光裝置的示意圖。發(fā)光裝置20包括封裝基板111及發(fā)光二極管110,發(fā)光二極管110位于封裝基板111上。導(dǎo)光層113覆蓋封裝基板111及發(fā)光二極管110。發(fā)光裝置20包括如上述實施例的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10，其中波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10和發(fā)光二極管110間利用支架112分開，熒光粉不直接和發(fā)光二極管110接觸，可以盡量避免熒光粉層所發(fā)出的光直接被發(fā)光二極管110芯片吸收。也由于熒光粉系以遠(yuǎn)離發(fā)光二極管110芯片的方式設(shè)置，熒光粉層中的熒光粉較不易因發(fā)光二極管110芯片操作時的高溫而退化。本實施例的導(dǎo)光層113為光通過層，可以為具有增進(jìn)光取出效率(Improved LightExtraction Efficiency)的材料層。在本實施例中，導(dǎo)光層113具有多個材料層，并具有漸變折射率(Gradient Refractive Index,GRIN)。在本實施例中，導(dǎo)光層113的復(fù)數(shù)材料層可以為由氮化娃(Silicon Nitride, Si3N4),其折射率為na = I. 95、三氧化二招(AluminumOxide, Al2O3),其折射率為nb = I. 7、以及娃膠(Silicone)，其折射率為η。= I. 45所構(gòu)成的堆疊。但在其他實施例中亦可使用其他材料的組合。利用層和層間的折射率差異小，遠(yuǎn)離發(fā)光二極管110的折射率逐漸變小所形成的漸變折射率層，可以有效地降低光線的全反射現(xiàn)象，所用的材料可以為玻璃(折射率為I. 5 I. 9)、樹脂(Resin，折射率為I. 5 I. 6)、類鉆碳膜(Diamond Like Carbon, DLC,折射率為 2. O 2. 4)、二氧化鈦(Titanium Oxide,TiO2，折射率為2. 2 2. 4)、二氧化硅(Silicon Oxide, SiO2，折射率為I. 5 I. 7)或氟化鎂(MagnesiumFluoride, MgF,折射率為I. 38)等組合。在本實施例中，發(fā)光二極管110可選用GaN藍(lán)光LED芯片，其折射率為2. 4。因此，通過堆疊的漸變折射率使層和層間的折射率差異較小，可以有效地降低光線的全反射現(xiàn)象。本實施例的發(fā)光裝置20，在導(dǎo)光層113上設(shè)置如上述實施例所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10，光從發(fā)光二極管110發(fā)出后，經(jīng)過導(dǎo)光層113后進(jìn)入波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10，通過導(dǎo)光層113具有的多個材料層，材料層間的折射率的差異較小，可以有效減少光因全反射所造成的損失。當(dāng)光通過導(dǎo)光層113入射到波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10時，其中第二熒光粉層103較靠近發(fā)光二極管110，發(fā)光二極管110所產(chǎn)生的光以第二熒光粉層103為入光面，第一熒光粉層102為出光面。發(fā)光二極管110所產(chǎn)生的光激發(fā)第二熒光粉層103的第二熒光粉顆粒，產(chǎn)生激發(fā)·光線，該激發(fā)光線會再入射到第一突光粉層102,第一突光粉顆粒相對于第二突光粉顆粒有較大的比表面積，以及第二熒光粉顆粒的體密度堆積相對于第一熒光粉顆粒體密度堆積來得致密。當(dāng)激發(fā)光線入射到第一熒光粉層102時，會造成散射現(xiàn)象破壞導(dǎo)電基板和第一熒光粉層102間的全反射。當(dāng)至少部分的第一熒光粉顆粒接觸導(dǎo)電基板101時，如同將波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形成介面粗化效果，所造成的散射現(xiàn)象會減少導(dǎo)電基板101和第一熒光粉層102介面的反射而增加出光效率。本實施例所示的發(fā)光裝置20為平板狀的封裝結(jié)構(gòu)，在其它的實施例中，波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10的導(dǎo)電基板101不限于平板，也可以為凸透鏡、凹透鏡或三角錐等形狀，亦即導(dǎo)電基板101的表面為平面、曲面、或曲折面。表I顯示本發(fā)明實施例所披露的發(fā)光裝置20具有波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10的測試出光強度比較表，比較波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10具(一)將第一熒光粉顆粒和第二熒光粉顆?；旌虾蟪练e于導(dǎo)電基板101上的堆疊結(jié)構(gòu)、(二)第二突光粉層103/第一突光粉層102/導(dǎo)電基板101的堆疊結(jié)構(gòu)、(三)第二熒光粉顆粒/導(dǎo)電基板101的堆疊結(jié)構(gòu)、以及(四)第一熒光粉層102/第二熒光粉層103/導(dǎo)電基板101的堆疊結(jié)構(gòu)的光學(xué)效率比較表。其中(二)第二熒光粉層103/第一突光粉層102/導(dǎo)電基板101的堆疊結(jié)構(gòu),其光通量為173流明，相較于其它的堆疊結(jié)構(gòu)，其光通量約增加3-4%，其結(jié)果如表I所示。表I傳統(tǒng)分離式熒光粉封裝結(jié)構(gòu)出光效率與利用波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)10的熒光粉封裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光效率比較表
權(quán)利要求
1.一種波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，包含 第一突光粉層，包括多個第一突光粉顆粒；以及 第二熒光粉層位于該第一熒光粉層上，包括多個第二熒光粉顆粒，其中該第二熒光粉顆粒的平均粒徑不相同于該第一熒光粉顆粒的平均粒徑。
2.如權(quán)利要求I所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，還包含導(dǎo)電基板于該第一熒光粉層的一側(cè)。
3.如權(quán)利要求I所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其中該第二熒光粉顆粒的平均粒徑大于該第一熒光粉顆粒的平均粒徑。
4.如權(quán)利要求I所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其中該第二熒光粉顆粒的平均粒徑和該第一熒光粉顆粒的平均粒徑比為3:I至5:I之間。
5.如權(quán)利要求I所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其中該第一突光粉顆粒的粒徑分布范圍介于225-275納米，及/或其中該第二熒光粉顆粒的粒徑分布范圍介于740-910納米。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),其中，該第一突光粉層和該第二突光粉層包含黃色突光粉。
7.如權(quán)利要求6所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，還包括有機化合物或無機化合物填充于該第一熒光粉顆粒及/或該第二熒光粉顆粒之間，其中該有機化合物及無機化合物的折射率約介于I. 45至2。
8.如權(quán)利要求I所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其中該第一突光粉層的厚度約為該第一突光粉顆粒的平均粒徑的I. 5至4倍。
9.一種波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法，包含 形成第一突光粉層，包括多個第一突光粉顆粒； 形成第二熒光粉層于該第一熒光粉層之上，包括多個第二熒光粉顆粒，其中該第二熒光粉顆粒的平均粒徑不相同于該第一熒光粉顆粒的平均粒徑。
10.如權(quán)利要求9所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法,還包含基板于該第一突光粉層的一側(cè)。
11.如權(quán)利要求10所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，該第一及/或該第二熒光粉層可利用電泳法或重力沉積法形成于該基板之上。
12.如權(quán)利要求9所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法，還包括形成有機化合物或無機化合物于該第一熒光粉顆粒及/或該第二熒光粉顆粒之間。
13.如權(quán)利要求12所述的波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該有機化合物包含硅膠，其中該硅膠系利用填膠法形成。
14.一種發(fā)光裝置，包含 載板； 發(fā)光元件，設(shè)置于該載板之上； 波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，位于該發(fā)光元件上，該波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包含 第一突光粉層，包括多個第一突光粉顆粒；以及 第二熒光粉層，位于該第一熒光粉層上，包括多個第二熒光粉顆粒，其中該第二熒光粉顆粒的平均粒徑不相同于該第一熒光粉顆粒的平均粒徑。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，還包含導(dǎo)電基板于該第一熒光粉層的一側(cè)。
16.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其中該第二熒光粉顆粒的平均粒徑大于該第一熒光粉顆粒的平均粒徑。
17.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其中該第二熒光粉顆粒的平均粒徑和該第一熒光粉顆粒的平均粒徑比為3 : I至5 : I之間。
18.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其中該第一熒光粉顆粒的粒徑分布范圍介于225-275納米，及/或該第二熒光粉顆粒的粒徑分布范圍介于740-910納米。
19.如權(quán)利要求14-18中任一項所述的發(fā)光裝置,其中該第一突光粉層和該第二突光粉層包含黃色突光粉。
20.如權(quán)利要求19所述的發(fā)光裝置，還包括有機化合物或無機化合物填充于該第一熒光粉顆粒及/或該第二熒光粉顆粒之間，其中該有機化合物或無機化合物的折射率約介于I.45 至 2。
21.如權(quán)利要求18所述的發(fā)光裝置，其中該第一熒光粉層的厚度約為該第一熒光粉顆粒平均粒徑的I. 5至4倍。
全文摘要
本發(fā)明提供一種波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，包含第一熒光粉層，包括多個第一熒光粉顆粒；以及第二熒光粉層，位于第一熒光粉層上，該第二熒光粉層包括多個第二熒光粉顆粒，其中第二熒光粉顆粒的平均粒徑不相同于第一熒光粉顆粒的平均粒徑。
文檔編號H01L33/50GK102956800SQ20111025348
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者謝明勛, 黃苡叡, 洪盟淵, 許明祺 申請人:晶元光電股份有限公司