TWI398020B - 發光裝置 - Google Patents

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TWI398020B TW097146584A TW97146584A TWI398020B TW I398020 B TWI398020 B TW I398020B TW 097146584 A TW097146584 A TW 097146584A TW 97146584 A TW97146584 A TW 97146584A TW I398020 B TWI398020 B TW I398020B
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Description

發光裝置
本發明係有關於發光裝置，特別是有關於一種可發出準直化極化光之發光裝置。
發光裝置譬如顯示裝置(display device)等已廣泛地應用於商業、娛樂、軍事、醫學、工程及民生等領域中，且隨著顯示裝置應用領域逐漸擴大，使得顯示裝置也朝向輕、薄、短、小等趨勢發展，以達到節能及環保等目的。
一般而言，顯示裝置皆需要光源。例如，傳統中的投影機(projector)係使用UHE(ultra high efficiency)及UHP(ultra high performance)等超高壓汞燈泡作為光源。然而，上述燈泡所發出的光需經光學系統準直化(collimated)成光束後才可提供給投影機使用。此外，上述傳統燈泡所發出的光，其光發射角超10度時，並無法被光學系統準直化而導至光能量的耗損。再加上UHE及UHP燈泡也會發出紅外線波段的光，這些無法使用的光能量會轉化為大量的熱能及雜光，而限制投影機縮小的可行性。而，針對平面顯示器(flat panel display)而言，其需使用許多的偏光片(polarizer)及濾光片(filter)，使其具有較大的體積，且上述光學零件(optical components)造成許多可利用光能量的耗損。
因此，業界亟需一種可發射準直化極化光的發光裝置，以解決上述問題。
依據本發明技術揭露一可發射準直化極化光的發光裝置。
依據本發明技術之實施例提供一種發光裝置，包括：一表面層；一發光層，發出光為具一波長的光；及一反射層；其中該發光層位於該反射層與該表面層之間，且該發光層和該反射層之間的光學厚度(optical thickness)約為四分之一該波長的整數倍。
依據本發明技術之實施例提供另一種發光裝置，一種發光裝置，包括：一表面層；一發光層，發出光為具一波長的光；一反射層；及一光轉化層；其中該發光層位於該反射層與該表面層之間；其中該發光層和該反射層之間的光學厚度約為四分之一該波長整數倍；其中該光轉化層鄰近於該發光層。
茲配合下列圖示、實施例之詳細說明及申請專利範圍，將上述及本發明之其他目的與優點詳述於後。
接下來，藉由實施例配合圖式，以詳細說明本發明概念及具體實施的範示例。在圖式或描述中，相似或相同部份之元件係使用相同之符號。此外，在圖式中，實施例之元件的形狀或厚度可擴大，以簡化或是方便標示。可以了解的是，未繪示或描述之元件，可以是具有各種熟習該項技藝者所知的形式。
有鑑於此，依據本發明揭露一發光裝置實施例，包括： 一多數層的堆疊結構。該堆疊結構包括一反射層；一發光層發出具一波長的光、及一表面層；其中該發光層位於該反射層與該表面層之間，且從該發光層至該反射層之間具一光學厚度(optical thickness)或一光學路徑(optical path)；其中該光學厚度可約為四分之一該波長(λ)m倍，且該光學厚度的範圍可大抵滿足nD＝m*λ/4，或滿足(m－1)* λ/4<nD<(m＋1)* λ/4且可容許±15%差異，使該發光裝置發射光具有準直化特性；以及其中該光學厚度等於該發光層至該反射層之間的實際厚度乘以對應各層材料的折射率。參數可表示為(n D＝n1 *d1 ＋n2 *d2 .....nm *dm )，(D＝d1 ＋d2 ＋.....＋dm )，而n D＝光學厚度，D＝實際總厚度，n＝平均折射率，ni ＝第i層材料的折射率，di ＝第i層材料的厚度，i＝1,2,...m，其中m為正整數，且1m12。
依據本發明揭露另一發光裝置實施例，包括：一多數層的堆疊結構。該堆疊結構包括一反射層、一光轉化層、一發光層發出具一波長的光，以及一表面層；其中該光轉化層位於該反射層與該發光層之間；其中該發光層位於該反射層與該表面層之間；其中從該發光層至該反射層之間具有一光學厚度；其中該光學厚度可約為四分之一該波長(λ)m倍，且該光學厚度的範圍可大抵滿足n D＝m* λ/4，或滿足(m－1)* λ/4<n D<(m＋1)* λ/4且可容許±15%差異，其中m為正整數，且1m40。；以及其中該光轉化層為具有複數個結構之一介面層，該些結構可係以一圖案分佈於該光轉化層的一介面，且該介面的介電性質(Dielectric function)可為隨著該圖案變化的一空間函數，使該發光裝置發射光具有一準直化特性。
後續章節中，本發明將以發光二極體(light emitting diode；LED)的實施範例作為說明。然而，可以了解的是，在本發明的實施例中，其可應用於其它型式的發光裝置，例如有機發光二極體(OLED)、高分子發光二極體(PLED)或半導體光放大器(SOA)等。
如第1A、1B圖所示，分別提供一例如是發光二極體的發光裝置100、100b結構示意圖，且此發光二極體可包括：一多數個沈積層(multi－layer)的堆疊層，其設置在例如是藍寶石(sapphire)的基底(未顯示)上方。上述沈積層可包括一反射層102、一導電層104、一例如第一載子導電層106可以是p型的載子導電層、一發光層108、一例如第二載子導電層110可以是n型的載子導電層，以及一極化層116，其係為一可將通過的光偏極化之薄膜層。又如第1A圖所示，導電電極112設置於上述第二載子導電層110上，可作為n型側的接觸墊(contact pad)，而導電電極114係設置於反射層102上方，其可作為p型側的接觸墊，其中相對於n型側之導電電極112，此p型側之導電電極114係維持在正電壓。此外，在另一實施例中，上述第一載子導電層106可以是n型載子導電層，而第二載子導電層110可以是是p型載子導電層。據此，在此實施方式中，導電電極112係作為p型側的接觸墊，而導電電極114係作為n型側的接觸墊。另外，根據本發明實施之發光裝置結構 100和薄LED結構100b，底導電電極114則可不限於Cu。
發光裝置100中的多數層的堆疊結構包括反射層102、發光層108、及一表面層，其中該發光層位於該反射層與該表面層之間，且從該發光層至該反射層之間具一光學距離。再者，該光學厚度等於該發光層至該反射層之間的實際厚度乘以對應各層材料的折射率。
該發光層發出的光具有一波長，其中該光學厚度約為四分之一該波長(λ)m倍，m為正整數，且該光學厚度可大抵滿足n D＝m*λ/4，或滿足(m－1)*λ/4<n D<(m＋1)*λ/4且可容許±15%差異，使該發光裝置發射光具有準直化特性。
於實施時，該表面層可為：一極化層116、一具微結構之表面層、一近乎平面之表面層、或上述材料層的任意組合選用。再者，該表面層至該反射層的該光學距離(厚度)約等於或小於該波長的5倍，或者20倍，且其中該表面層為出光面，該發光裝置所發出的光大部分集中於垂直該出光面之方向，或者該表面層為出光面，該發光裝置所發出的光大部分集中於出光面垂直方向之兩側方向。
反射層102包括：一金屬、一多種金屬混合、一金屬合金、一多重介電質堆疊之反射層(Multi－layer Dielectric Mirror Layer)、或上述材料之任意組合選用。並且，此反射層102可用來反射上述發光層108所發出之朝向此反射層102方向的光，其具有至少50%的反射率。
導電層104可以是一透明的導電層，例如是銦錫氧化 層(ITO)，且此導電層104可用來促進第一載子導電層106與反射層102間的導電性。此導電層104並不以銦錫氧化層為限，其也可以是一具有小於第一載子導電層106之折射率(n)的透明導電材料。此外，在一實施例中，若第一載子導電層106與反射層間具有較佳的導電性，實施時也可以選擇性地省略此導電層104。
在一以氮化鎵(GaN)為主之發光二極體的實施例中，上述第一載子導電層106可以是摻雜鎂之氮化鎵(GaN)沈積層(n－doped)，而第二載子導電層110可以是摻雜矽的氧化鎵沈積層(p－doped)。在此實施例中，上述發光層108可以是氮化銦鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)量子井(quantum well)的沈積層，該發光層發出具有一波長(λ )的光，且此發光層108較佳係設置於一離反射層約四分之一該波長整數倍的位置。也就是說，第一載子導電層106與導電層104的厚度較佳約為四分之一該波長整數倍。此外，上述第二載子導電層110至導電層104之堆疊層的總光學厚度可以是小於5倍之發光層108的發光波長，且其中該表面層為出光面，該發光裝置所發出的光大部分集中於垂直該出光面之方向，或者該表面層為出光面，該發光裝置所發出的光大部分集中於出光面垂直方向之兩側方向。在一實施例中，例如是上述以氮化鎵為主之發光二極體，其導電層104的厚度也可以是小於或等於約0.3微米。
再者，該發光層包括：一量子井結構、一量子點、一螢光無機材料、一螢光有機材料、一磷光無機材料、一磷 光有機材料、或上述材料之任意組合選用。該發光層所發出光的頻寬波長範圍包括：可見光、UV紫外光、紅外光、或其他波長範圍。
在第1A,1B圖中，上述極化層(polarizer layer)116可以是多數個平行間隔之金屬層的奈米金屬柵結構(nano wire grating)，且該些金屬層以週期性地或非週期性地排列於第二載子導電層110的表面上，使得可極化發光層108所發出的光線，進而使發光二極體100或100b可提供極化光。在一實施例中，構成上述極化層116之金屬層的厚度(H)可以是約100奈米(nm)，且各金屬層以一約120奈米(nm)的週期排列。可以了解的是，上述金屬層的厚度與其設置的週期與發光層的發光波長有關，因此，上述金屬層的厚度與週期並不用以限制本發明。
此外，上述第1A,1B圖之極化層116也可以是具有局部性反射功能的結構，例如一多層堆疊介電層(dielectric multi layer)、一金屬層(extremely thin metal layer)、一多重平行條狀間隔平面排列金屬之平面層、一有機極化材料層或一多重堆疊介電層之極化薄膜。該極化層可包括：一金屬層、一多重平行條狀間隔排列之金屬層、一有機極化材料層、一多重介電質堆疊結構之極化薄膜、或上述材料之任意組合選用。於一實施例中，該多重間隔排列之金屬層亦可是以非週期地或周期性地平行間隔排列。
發光二極體100(第1A圖),100b(第1B圖)的堆疊層可以是藉由各種不同的步驟，例如沈積製程(deposition)、雷 射製程(laser processing)、微影及蝕刻製程等的方式，形成上述各沈積層。而，對於例如是奈米金屬柵結構之極化層116的實施例，其可以是先沈積一金屬層，接著利用例如是奈米壓印微影及蝕刻製程(nano－imprint lithography/etching)的方式形成。
該發光裝置的構成材料包括：一III－V族半導體材料、一有機材料、一高分子材料、或上述材料之任意組合選用，其中該III－V族半導體材料包括：一氮基(nitrided based)材料、或一以GaAs或InP為基材的磊晶(Epitaxial Growth)材料。氮基(nitrided based)材料包括一非極化(non－polar)材料或一半極化(semi－polar)材料。於另一實施例中，該發光裝置更包括一出光面，其發出的光線與該出光面的法線之間的夾角均小於或等於30度，法線是垂直表面層，(為第1E圖中角度介於90－60度之間)。
第1C,1D圖顯示在根據本發明第一實施例之發光裝置中局部剖面示意圖。如第1C,1D圖所示，發光層108係以一離反射層102足夠短的距離設置，例如是四分之一或其整數倍之發光層108的發光波長並且容許±15%差異，使得可決定較佳之發光層108所發出之光的Radiation Pattern光形光瓣(lobe)數，且使得由發光層108所發出之朝向出光面122的光具有較佳之出光角度，進而可準直化發光層108所發射的光。此外，由於上述發光層108與反射層102間的距離足夠小，便可控制出光的光形及出光錐(escape cone)的角度，使得發光裝置可提供具有較佳化之準直效果 的光，而非是lambertian分佈的光，而所謂傳統LED發光lambertian分佈，則如第2圖所示。第1C,1D圖顯示如第1A,1B圖所示之發光裝置100(第1A圖),或100b(第1B圖)的局部剖面圖。在第1C,1D圖中，為了簡要的說明，上述極化層116係以一連續沈積層表示。如第1C,1D圖所示，發光層108至反射層102的距離，亦即第一載子導電層106(如p型載子導電層)及導電層104的厚度係以D1表示，極化層116至發光層108的距離，亦即第二載子導電層110及發光層108的厚度係以D2表示，極化層116至反射層102的距離，亦即第二載子導電層110(如n型載子導電層)、發光層108、第一載子導電層106及導電層104的厚度係為總厚度D。
在一實施例中，上述第二載子導電層110(如n型載子導電層)與發光層108的厚度D2(微米)可以是大於或等於0.164倍之第1A圖或第1B圖極化層116、第二載子導電層110及發光層108的折射率平均值(0.164n1 μm；n1 為極化層、載子導電層及發光層的折射率平均值)。而，上述第二載子導電層110至導電層104的總厚度D可以是小於或等於約0.82倍之第1A圖或第1B圖極化層116、第二載子導電層110、發光層108、第一載子導電層106及導電層104的折射率平均值(0.82xn μm；n為極化層、載子導電層、發光層、載子導電層及導電層的折射率平均值)。在一特定實施例中，例如以氮化鎵為主，且其發光波長為475nm之發光二極體，上述n1 可以是約2.45，且D2可以是小於 或等於約0.4微米(μm)。在同一實施例中，上述n1 也可以是約2.45，且D可以是小於或等於2微米(μm)。
又如第1C,1D圖所示，當發光層108發射光時，光會朝向出光面(極化層116)發射，例如第1D圖中的A及B箭頭，以及朝向反射層102發射，例如第1D圖中的C箭頭。由於，本發明第一實施例之發光裝置具有極化層116(第1A圖)、或116(第1B圖)的設計，使得部分的光會直接穿透，例如B，而部分的光會被折射，例如A，以極化發光層108所發射的光。被極化層116折射的光，會經由第一載子導電層106及導電層104至反射層102，且再由此反射層102反射，經由導電層104、第一載子導電層106、發光層108及第二載子導電層110至極化層116(如第1D圖中1－5箭頭所示)，藉此在極化層116與反射層102間來回進行光循環，直至光的行進方向接近一特定方向(接近可通過極化層116之光的相位卽落在如第1C圖圓錐θc 之內)，使其通過極化層116。而，往反射層102發射之光，例如第1C,1D圖的C箭頭，亦可依上述方式，直至通過極化層116。
在第1C,1D圖中，由於發光層108所發射的光係具有較佳之準直效果，故經由發光裝置之出光面的光向量120與垂直於出光面之法線118的夾角θ (出光發射角)大部分會小於等於一最大出光發射角θc (而θc 30度，對於GaN based LED之100或100b而言)，法線是垂直表面層。
第1E,1F圖顯示根據本發明一實施例(第1D圖)之發光 裝置結構100(第1A圖)、或100b(第1B圖)之光輝度及極化比率(P/S ratio)的模擬圖表。如第1E,1F圖所示，在此實施例之發光裝置100、或100b所發射之光的幅射場圖(radiation pattern)中，其發射角皆收斂於±30度內。而在第1E,1F圖中，可以發現當發光裝置100、或100b的發光波長為460奈米(nm)時，其極化比率可達75以上。
由於上述實施例發光層108所發射的光係具有較佳之準直效果，故經由發光裝置之出光面的光向量120與垂直於出光面之法線118的夾角θ (出光發射角)大部分會小於等於一最大出光發射角θc (而θc 30度，對於GaN based LED之100或100b而言)，法線是垂直表面層。
對應以上第1C,1D圖、第1E圖中θ值可介於10至60度，其值可由設計參數決定。
根據本發明第二實施例，該發光裝置更包括一第一載子導電層106，位於該發光層108與該反射層102之間，以及一第二載子導電層110，位於該表面層與該發光層108之間。一光轉化層，位於第一載子導電層106與反射層102之間(如第2A,2B圖105所示)，或位於第二載子導電層110與表面層之間(如第3A,3B圖109所示)。該光轉化層的材料包括：一透明導電材料、或一載子導電材料。於一實施例中，該第二載子導電層與該發光層的厚度總和大於或等於一極化層116、該第二載子導電層及該發光層的各折射率的平均值的0.164倍。於另一實施例中，該第二載子導 電層至該導電層的厚度總和小於或等於該極化層、該第二載子導電層、該發光層、該第一載子導電層及該透明導電層的各折射率的平均值的0.82倍或2倍。
上述第二實施例，其中該發光層與該反射層之間的光學厚度約亦可為四分之一該波長m倍，其中m為正整數，且1m40。
此外，在一實施例中，也可以依第一載子導電層106與反射層間是否具有較佳的導電性，選擇性地實施或省略一前述導電層104。
於另一實施例中，該光轉化層為具有複數個結構之一介面層，其中該些結構係以一圖案分佈於該光轉化層的介面，且該介面的介電性質(Dielectric function)為隨著該圖案變化的一空間函數，舉例如第2C,2D、3C,3D圖。該些結構包括：一開口124、一柱子、一孔洞126或一長條欄柵(Grating)128、或上述結構之任意組合選用。再者，該圖案分佈包括：一週期性重覆圖案、一非週期性圖案、或上述圖案之任意組合選用。更有甚者，該週期性圖案包括：一蜂巢狀、一不等邊平行四邊形、一等邊平行四邊形、一環狀、一1D柵狀(grating)、一準晶相的(Quasi photonic crystal)、或上述形狀之任意組合選用。
於實施時，該表面層可為：一極化層116、一具微結構之表面層、一近乎平面之表面層、或上述材料層的任意組合選用。再者，該表面層至該反射層的該光學距離(厚度)約等於或小於該波長的5倍，或者20倍，其中該表面層為 出光面，該發光裝置所發出的光大部分集中於垂直該出光面之方向，或者該表面層為出光面，該發光裝置所發出的光大部分集中於出光面垂直方向之兩側方向。
根據本發明實施例之LED 100b或LED 100結構如第1B,1A圖的示意圖所示。第一和第二載子導電層106和110，對應之p型和n型載子導電層上下對換亦成立，底導電電極114則不限於Cu。
如第2A,3A圖所示，提供一發光裝置結構100、或100b，其可包括一多數個沈積層的堆疊層。此堆疊層可以是包括反射層102、導電層104、第一載子導電層106、發光層108、第二載子導電層110以及極化層116。相較於上述實施例，在此實施例中，導電層104的表面形成多數個開口，且此導電層104表面的介電性質會隨著該些開口所構成的圖案而變化，此在後續將更詳細說明。據此，在第二實施例中，相似的元件係以相同之元件符號表示，且其形成方式及材料也可參閱上述實施例說明，在此並不再贅述。
如第二實施例所述之發光裝置，其中該光轉化層的材料至少包括一透明導電材料或一載子導電材料。
在第2A,3A圖中，發光層108係設置於離反射層102四分之一或其四分之一之此發光層108發光的波長整數倍位置並且容許±15%差異，且第二載子導電層110、發光層108、第一載子導電層106及導電層104的光學厚度(亦可包括極化層)小於、等於此發光層108之發光的波長20 倍左右。如同第一實施例中的第1A或1B圖所示，發光層108係以一離反射層102足夠短的距離設置，因此，也可準直化發光層108所發射的光。
又如第3A圖所示，在一實施例中，極化層116較佳可以一多數個平行條狀間隔的金屬層，並以一週期性或一非週期性地排列於第二載子導電層110的表面上。在第二實施例中，極化層116之金屬層的厚度及排列週期可以是與第一實施例的相似。此外，在一實施例中，例如是以氮化鎵為主之發光二極體，第一載子導電層106和導電層104的厚度較佳係小於或等於0.3微米，而此導電層104表面之開口，例如是孔洞126或溝槽128的深度(t)可以約為0.2微米。再者，形成有上述開口的表面可以是盡可能靠近發光層108，例如第2A,3A圖中的h所示，以增加準直化的效果。
第2B,3B圖顯示如第2A,3A圖之發光裝置結構100(第1A圖)、或100b(第1B圖)的局部剖面圖。如第2B圖所示，發光層108至反射層102的距離，亦即第一載子導電層106及導電層104的厚度係以D1表示，極化層116至發光層108的距離，亦即第二載子導電層110及發光層108的厚度係以D2表示，以及極化層116至反射層102的距離，亦即第二載子導電層110、發光層108、第一載子導電層106及導電層104的總厚度為D。
在一實施例中，上述第二載子導電層110與發光層108的厚度D2(微米)可以是大於或等於0.164倍之極化層116 (第1A圖)或116b(第1B圖)、第二載子導電層110及發光層108的折射率平均值(0.164n1 μm；n1 為極化層、載子導電層及發光層的折射率平均值)。而，上述第二載子導電層110至導電層104的總厚度D可以是小於或等於約0.82倍之極化層116(第1A圖)或116b(第1B圖)、第二載子導電層110、發光層108、第一載子導電層106及導電層104的折射率平均值(0.82xn μm；n為極化層、載子導電層、發光層、載子導電層及導電層的折射率平均值)。在一特定實施例中，例如以氮化鎵為主，且發光波長為475nm之發光二極體，上述n1 可以是約2.45，且D2可以是小於或等於約0.4微米(μm)。在同一實施例中，上述n1 也可以是約2.45，且D可以是小於或等於4.5微米(μm)。
又如第2B,3B圖所示，當發光層108發射光時，光會朝向出光面，如第1C,1D圖中的A及B箭頭所示，以及朝向反射層102。由於，本發明第二實施例之發光裝置的出光面具有極化層116的設計，使得部分的光會直接穿透，例如A箭頭的光線，而部分的光會被此極化層116折射，例如B箭頭的光線，使得可極化發光層108所發射的光。被極化層116折射的光，會經由第一載子導電層106及導電層104至反射層102，且再由此反射層102反射，經由導電層104、第一載子導電層106、發光層108及第二載子導電層110至極化層116(如第2B,3B圖中1－3箭頭所示)，藉此在極化層116與反射層102間來回進行光循環，直至光的行進方向接近一特定方向(接近可通過極化層116 之光的相位)，使其通過極化層116。
導電層104表面的該些開口所構成之圖案會形成一光子晶體(photonic lattice)，可有助於準直化發光層108所發射的光，甚至可轉換光在極化層116與反射層102間來回循環的極化態。例如，請參閱第3B圖，被極化層116折射回發光裝置內部的光，在經由此光子晶體結構的表面時，可轉換光的極化態，使其轉換成可穿透極化層116的光，該些在導電層104表面之可形成光子晶體的開口，不但可增加光的準直化效果，更可提高極化光的出光效率。
請參閱第2B,3B圖所示，由於發光層108所發射的光係具有較佳之準直效果，故經由此發光裝置之出光面的光向量120與垂直於出光面之法線118的夾角(出光發射角)θ 會小於或等於15度，法線118是垂直表面層(為第2E圖中介於90－75度之間)。
第2C,3C及2D,3D圖顯示在根據本發明第二實施例的發光裝置中，導電層104表面的開口124示意圖。如第3C圖所示，上述開口124可以是孔洞126，且全面性或局部性地形成在導電層104的表面。上述各孔洞126可以是以間隔一即定距離或散亂的設置。且，上述孔洞126也可以是以數個孔洞聚集成數個次圖案(sub－patterns)，且各次圖案以一即定距離彼此間隔。例如，上述孔洞126之開口124所構成之圖案可以是一週期性圖案(periodic patterns)，或者是一非週期性圖案(non－periodic pattern)。
週期性圖案包括：一蜂巢狀(honeycomb)、一不等邊平 行四邊形、一等邊平行四邊形、一環狀、一1D柵狀(grating)、一準晶相的(quasi photonic crystal)或上述形狀之任意組合選用。
又如第3D圖所示，上述導電層104表面的開口124也可以是溝槽(grooves)128，且該些溝槽128也可以是以週期性或非週期性的方式間隔排列，藉此，可轉換經過此導電層表面之光的極化態。在一實施例中，上述導電層104表面的開口124的形成方式，可以是在形成第一載子導電層106之前，利用奈米壓印微影(nano imprint lithography)及蝕刻製程，形成上述例如是孔洞126或溝槽128的開口124。此外，上述孔洞126或溝槽128的深度也可以是位於導電層104之中，或至導電層104與反射層102間的介面，甚至也可以延伸入反射層102。
第2E－2F圖顯示根據本發明第二實施之發光裝置之光輝度及極化比率的模擬圖表，由於第二實施之發光層108所發射的光係具有較佳之準直效果，故經由此發光裝置之出光面的光向量120與垂直於出光面之法線118的夾角(出光發射角)θ 會小於或等於15度，法線是垂直表面層(為第2E圖中角度介於90－75度之間)。
對於上述本發明第一、二實施例的發光裝置，一般是製做在傳統LED發光裝置結構100中，如圖1A，但是本發明第一、二實施例的發光裝置亦可是製做在薄LED 100b結構，第一和第二載子導電層106和110，對應之p型和n型載子導電層上下對換亦成立，底導電電極114則不限於 Cu。
綜合上述，根據本發明實施例之發光裝置，該發光層發出具有一波長的光而該一波長的光為具一波峯波長且有一頻寬。
其發光層可設置於一離反射層約四分之一或其四分之一之發光層發光的波長整數倍位置，亦可在發光裝置的出光面設置一極化層，使得發光裝置可發出具有準直化之極化光源。再者，也可以選擇性地在任意兩相鄰之沈積層的介面間，例如載子導電層與導電層間，形成光子晶體的開口圖案，其可用來轉換光在發光裝置內部的極化態，進而增加發光裝置之發射光的準直化效果及極化比率。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作此許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
100、100b‧‧‧發光裝置
102‧‧‧反射層
104‧‧‧導電層
105、109‧‧‧光轉化層
106‧‧‧第一載子導電層
110‧‧‧第二載子導電層
108‧‧‧發光層
112、114‧‧‧導電電極
116‧‧‧極化層
118‧‧‧法線
120‧‧‧光向量
122‧‧‧出光面
124‧‧‧開口
126‧‧‧孔洞
128‧‧‧溝槽
第1A圖顯示根據本發明第一或第二實施例之發光裝置結構100、100b的示意圖；第1B圖係顯示根據本發明第一或第二實施例之Thin GaN LED結構100b的示意圖；第1C及1D圖顯示在根據本發明第一實施的發光裝置局部剖面示意圖；第1E,1F圖顯示根據本發明第一實施例之發光裝置的發光光線之幅射場型與極化比率的模擬圖表；第2圖係顯示根據本發明實施例之lambertian的參考圖；第2A,3A圖顯示根據本發明第二實施例之發光裝置的示意圖；第2B,3B圖顯示如第2A,3A圖之發光裝置結構100(第1A圖)、或100b(第1B圖)的局部剖面示意圖；第2C,3C、2D,3D圖顯示在根據本發明第二實施的發光裝置局部剖面示意圖；及第2E,2F圖顯示根據本發明第二實施例之發光裝置的發光光線之幅射場型與極化比率的模擬圖表。
100‧‧‧發光裝置
102‧‧‧反射層
104‧‧‧導電層
106‧‧‧第一載子導電層
108‧‧‧發光層
110‧‧‧第二載子導電層
112‧‧‧導電電極
114‧‧‧導電電極
116‧‧‧極化層
124‧‧‧開口

Claims (39)

  1. 一種發光裝置，至少包括：一表面層；一發光層，發出光為具一波長的光；及一反射層；其中該發光層位於該反射層與該表面層之間，且該發光層和該反射層之間的光學厚度(optical thickness)約為四分之一該波長的整數倍，其中該表面層和該反射層之間的光學厚度約等於或小於該波長的5倍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光層與該反射層之間的光學厚度約為介於四分之一該波長的整數m-1倍與m+1倍之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光層與該反射層之間的光學厚度約為四分之一該波長m倍，其中m為正整數，且1m12。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該表面層位於一載子導電層之上方。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該表面層為一極化層，該極化層位於一載子導電層之上方。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光層至少包括一量子井結構或一量子點。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中 該發光層至少包括一螢光無機材料或一磷光無機材料。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光層至少包括一螢光有機材料或一磷光有機材料。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該反射層至少包括一金屬。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該極化層至少包括：一金屬層或一週期性平行條狀間隔排列之金屬層。
  11. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該極化層至少包括：複數個介電質堆疊結構之極化薄膜或一有機極化材料層。
  12. 如申請專利範圍第4或5項所述之發光裝置，其中該載子導電層或發光層的材質包括一III-V族半導體材料。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置，其中該III-V族半導體材料至少包括：一氮基(nitrided based)材料、或一GaAs或InP為基材的磊晶(epitaxial growth)材料。
  14. 如申請專利範圍第4或5項所述之發光裝置，其中該載子導電層或發光層的材料至少包括一有機材料或一高分子材料。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中 該發光裝置包括一發光二極體、一有機發光二極體、或一高分子發光二極體。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該波長至少包括：一可見光、一UV紫外光、或一紅外光。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該表面層至該反射層的該光學厚度約等於或小於該波長20倍，但大於或等於約二分之一該波長。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包括：一第一載子導電層，位於該發光層與該反射層之間；及一第二載子導電層，位於該表面層與該發光層之間。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包括一導電層，位於該發光層與該反射層之間。
  20. 一種發光裝置，至少包括：一表面層；一發光層，發出光為具一波長的光；一反射層；及一光轉化層；其中該發光層位於該反射層與該表面層之間；其中該發光層和該反射層之間的光學厚度約為四分之一該波長整數倍；其中該光轉化層鄰近於該發光層，其 中該表面層至該反射層之間的該光學厚度等於或小於約該波長20倍。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置，其中該光轉化層為具有複數個結構之一介面層，該些結構係以一圖案分佈於該光轉化層的一介面，且該介面的介電性質(dielectric function)為隨著該圖案變化的一空間函數，使該發光裝置發射光具有準直化特性。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置，其中該發光層與該反射層之間的光學厚度約為介於四分之一波長的整數m-1倍與m+1倍之間。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置，其中該發光層與該反射層之間的光學厚度約為四分之一該波長m倍，其中m為正整數，且1m40。
  24. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置，更包括：一第一載子導電層，位於該發光層與該反射層之間；及一第二載子導電層，位於該表面層與該發光層之間。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之發光裝置，其中該光轉化層，位於該第一載子導電層與該反射層之間。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之發光裝置，其中該光轉化層，位於該第二載子導電層與該表面層之 間。
  27. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，其中該些結構至少包括：一開口、一柱子、一孔洞、或一長條欄柵(Grating)。
  28. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，其中該些圖案為一週期性圖案。
  29. 如申請專利範圍第21項所述之發光裝置，其中該些圖案為一非週期性圖案。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之發光裝置，其中該週期性圖案至少包括：一蜂巢狀、一不等邊平行四邊形、一等邊平行四邊形、一環狀、一1D柵狀(grating)、或準晶相的(Quasi photonic crystal)。
  31. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置，其中該光轉化層的材料至少包括一透明導電材料或一載子導電材料。
  32. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置，其中該表面層為一極化層，且該極化層至少包括：一金屬層、一週期性平行條狀間隔排列之金屬層、或一有機極化材料層、或複數個介電質堆疊結構之極化薄膜。
  33. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置，其中該表面層為一極化層，且該極化層至少包括：一有機極化材料層或一複數個介電質堆疊結構之極化薄膜。
  34. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置，其 中該波長至少包括：一可見光、一UV紫外光、或一紅外光。
  35. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置，其中該發光裝置至少包括：一發光二極體、一有機發光二極體、一高分子發光二極體、或一半導體光放大器。
  36. 如申請專利範圍第24項所述之發光裝置，其中該第一、第二載子導電層或發光層的材料至少包括一III-V族半導體材料。
  37. 如申請專利範圍第36項所述之發光裝置，其中該III-V族半導體材料至少包括：一氮基(nitrided based)材料、或一以GaAs或InP為基材的磊晶成長(epitaxial growth)材料之材料。
  38. 如申請專利範圍第24項所述之發光裝置，其中該第一、第二載子導電層或發光層的材料至少包括一有機材料或一高分子材料。
  39. 如申請專利範圍第20項所述之發光裝置，更包括一導電層，位於該光轉化層與該反射層之間。
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