TW202201817A

TW202201817A - 發光元件

Info

Publication number: TW202201817A
Application number: TW110118787A
Authority: TW
Inventors: 卓亨穎; 沈立宇; 陳之皓; 莊耿林
Original assignee: 晶元光電股份有限公司
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2022-01-01

Abstract

一發光元件，包含一基板；一半導體疊層可發出一具有一峰值波長λ之光線，位於基板上；以及一光場調整層位於基板或半導體層上，其中光場調整層包含複數個第一層及複數個第二層交替地堆疊在彼此上方，複數個第一層各包含一第一光學厚度，且複數個第二層各包含一第二光學厚度。

Description

發光元件

本發明係關於一種發光元件，且特別係關於一種包含光場調整層之發光元件。

發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)為固態半導體發光元件，其優點為功耗低，產生的熱能低，工作壽命長，防震，體積小，反應速度快和具有良好的光電特性，例如穩定的發光波長。因此發光二極體被廣泛應用於家用電器，設備指示燈，及光電產品等。

根據本發明之一實施例揭露一發光元件，包含一基板；一半導體疊層可發出一具有一峰值波長λ之光線，位於基板上；以及一光場調整層位於基板或半導體層上，其中光場調整層包含複數個第一層及複數個第二層交替地堆疊在彼此上方，複數個第一層各包含一第一光學厚度，且複數個第二層各包含一第二光學厚度。

根據本發明之一實施例，第一光學厚度小於0.25λ，第二光學厚度大於或大致等於0.25λ。

根據本發明之一實施例，第一光學厚度大致等於0.25λ，第二光學厚度小於或大於0.25λ。

根據本發明之一實施例，第一光學厚度大於0.25λ，第二光學厚度小於或大致等於0.25λ。

根據本發明之另一實施例揭露一發光元件，包含一基板；一半導體疊層可發出一具有一峰值波長λ之光線，位於基板上；以及一光場調整層位於基板或半導體層上，其中光場調整層包含複數個第一層，複數個第二層，以及一空間層位於兩相鄰之複數個第一層之間或是位於兩相鄰之複數個第二層之間，其中空間層包含一光學厚度為0.25+/-0.025λ的偶數倍。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，請參照下列實施例之描述並配合相關圖示。惟，以下所示之實施例係用於例示本發明之發光元件，並非將本發明限定於以下之實施例。又，本說明書記載於實施例中的構成零件之尺寸、材質、形狀、相對配置等在沒有限定之記載下，本發明之範圍並非限定於此，而僅是單純之說明而已。且各圖示所示構件之大小或位置關係等，會由於為了明確說明有加以誇大之情形。更且，於以下之描述中，為了適切省略詳細說明，對於同一或同性質之構件用同一名稱、符號顯示。

第1圖係本發明一實施例所揭示之一發光元件1的側視圖。第2圖係根據本發明之一實施例之發光元件1的發光光譜圖。第2A圖係根據本發明之一實施例之第1圖之A區域的部分放大圖。第2B圖係根據本發明之另一實施例之第1圖之A區域的部分放大圖。

如第1圖所示，一發光元件1，包含一基板10；一半導體疊層20位於基板10上，包含一第一半導體層21、一第二半導體層22以及一活性層23位於第一半導體層21及第二半導體層22之間；一透明導電層40位於半導體疊層20上；一保護層50覆蓋半導體疊層20；以及一光場調整層30位於基板10或半導體疊層20上。

基板10可以為一成長基板以磊晶成長半導體疊層20。基板10包括用以磊晶成長磷化鋁鎵銦(AlGaInP)之砷化鎵(GaAs)晶圓，或用以成長氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)或氮化鋁鎵(AlGaN)之藍寶石(Al₂ O₃ )晶圓、氮化鎵(GaN)晶圓、碳化矽(SiC)晶圓或氮化鋁(AlN)晶圓。

基板10包含一第一面101以及一第二面102。於本實施例中，第一面101為發光元件1之主光發射面。光場調整層30設於基板10之第一面101上，對半導體疊層20所發出之一具有一峰值波長λ之光線具有選擇性反射及穿透的作用，使得光線的穿透率因入射角而變化，藉以調整發光元件1的光場分布。如第2圖所示，發光元件1之半導體疊層20發出一包含430 nm~470 nm之光線，其中峰值波長λ為相對光強度最大值的波長，例如450 nm。

基板10藉由第二面102與半導體疊層20相接。第二面102可以為粗糙化的表面。粗糙化的表面包含具有不規則形態的表面或具有規則形態的表面。例如，相對於第二面102，基板10包含一或複數個凸部(圖未示)凸出於第二面102，或是包含一或複數個凹部(圖未示)凹陷於第二面102。於一剖面圖下，凸部(圖未示)或凹部(圖未示)可以為半圓形狀或者多邊形狀。

於本發明之一實施例中，藉由有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)、氫化物氣相沉積法(HVPE)、物理氣相沉積法(PVD)或離子電鍍方法以於基板10上形成具有光電特性之半導體疊層20，例如發光(light-emitting)疊層，其中物理氣象沉積法包含濺鍍 (Sputtering)或蒸鍍(Evaporation)法。

半導體疊層20包含第一半導體層21、第二半導體層22以及形成在第一半導體層21和第二半導體層22之間的活性層23。藉由改變半導體疊層20中一層或多層的物理及化學組成以調整發光元件1發出光線的波長。半導體疊層20之材料包含Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，例如Al_x In_y Ga_(1-x-y) N，Al_x Ga_(1-x) As或Al_x In_y Ga_(1-x-y) P，其中0≦x，y≦1；(x+y)≦1。當半導體疊層20之材料為AlGaAs或AlInGaP系列材料時，可發出波長介於610 nm及650 nm之間的紅光，或波長介於530 nm及570 nm之間的綠光。當半導體疊層20之材料為InGaN系列材料時，可發出波長介於400 nm及490 nm之間的藍光或深藍光，或波長介於490 nm和550 nm之間的綠光。當半導體疊層20之材料為AlGaN系列或AlInGaN系列材料時，可發出波長介於250 nm及400 nm之間的紫外光。

第一半導體層21和第二半導體層22可為包覆層(cladding layer)，兩者具有不同的導電型態、電性、極性，或依摻雜的元素以提供電子或電洞，例如第一半導體層21為n型電性的半導體，第二半導體層22為p型電性的半導體。活性層23形成在第一半導體層21和第二半導體層22之間，電子與電洞於一電流驅動下在活性層23複合，將電能轉換成光能，以發出一光線。活性層23可為單異質結構(single heterostructure, SH)，雙異質結構(double heterostructure, DH)，雙側雙異質結構(double-side double heterostructure, DDH)，或是多層量子井結構(multi-quantum well, MQW)。活性層23之材料可為中性、p型或n型電性的半導體。第一半導體層21、第二半導體層22、或活性層23可為一單層或包含複數層的結構。

於本發明之一實施例中，半導體疊層20還可包含一緩衝層(圖未示)位於第一半導體層21和基板10之間，用以釋放基板10和半導體疊層20之間因材料晶格不匹配而產生的應力，以減少差排及晶格缺陷，進而提升磊晶品質。緩衝層可為一單層或包含複數層的結構。於一實施例中，可選用PVD氮化鋁(AlN)做為緩衝層，形成於半導體疊層20及基板10之間，用以改善半導體疊層20的磊晶品質。在一實施例中，用以形成PVD氮化鋁(AlN)的靶材係由氮化鋁所組成。在另一實施例中，可使用由鋁組成的靶材，於氮源的環境下與鋁靶材反應性地形成氮化鋁。

為了減少接觸電阻並提高電流擴散的效率，發光元件1包含一透明導電層40位於第二半導體層22上。透明導電層40之材料包含具有小於500埃(Å)厚度的金屬材料或透明導電氧化物。金屬材料包含鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎢(W)、金(Au)、鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)、鎳(Ni)、鉑(Pt)或上述材料之合金。透明導電氧化物包含氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)。

發光元件1包含一第一電極61及一第二電極62形成於半導體疊層20之同一側。發光元件1可以為倒裝晶片(flip chip)結構或是水平晶片(lateral chip)結構。當發光元件1為倒裝晶片結構時，如第1圖所示，光場調整層30係設置於基板10之第一面101上。當發光元件1為水平晶片結構時，光場調整層30可設置於半導體疊層20上，例如半導體疊層20和第一電極61、第二電極62之間(圖未示)。光場調整層30設置在發光元件1的主發光面上，藉由調整對射向主發光面之方向上的光的反射率和穿透率，來調整發光元件1的光場分布。

當發光元件1為倒裝晶片(flip chip)結構時，如第1圖所示，為了增加發光元件1之出光效率，發光元件1可包含一反射層41來反射半導體疊層20之活性層23所產生的光線，且使經反射的光線朝向基板10而向外射出。反射層41包含金屬反射層或絕緣反射結構。當反射層41為金屬反射層41時，其材料包含鋁(Al)、銀(Ag)、銠(Rh)或鉑(Pt)等金屬或上述材料之合金。於一實施例中，為避免金屬反射層41表面氧化，因而劣化金屬反射層41之反射率，可在金屬反射層41上形成一阻障層(圖未示)以包覆金屬反射層41之上表面及側表面。阻障層(圖未示)之材料包含金屬材料，例如鈦(Ti)、鎢(W)、鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉑(Pt)等金屬或上述材料之合金。阻障層可為一或多層之結構，多層結構例如為鈦(Ti)/鋁(Al)，及/或鎳鈦合金(NiTi)/鈦鎢合金(TiW)。當反射層41為絕緣反射結構41時，其包含藉由不同折射率的兩種以上之絕緣材料交替堆疊以形成一分布式布拉格反射鏡(DBR)結構。於本發明之一實施例中，當反射層41為絕緣反射結構41時，可包含一或複數個穿孔(圖未示)，第二電極62藉由絕緣反射結構41之一或複數個穿孔與透明導電層40形成電性連接。於本發明之一實施例中，第二電極62包含一反射金屬材料，可與絕緣反射結構41搭配構成一全方位反射器(Omni-Directional Reflection)。

於本發明之一實施例中，發光元件1為水平晶片結構時，反射層41可設置於基板10之第一面101上。

於本發明之一實施例中，發光元件1包含一絕緣層51位於第一電極61及第二電極62上；一第一電極墊71位於絕緣層51上；以及一第二電極墊72位於絕緣層51上。絕緣層51包含一第一絕緣層開口511以露出第一電極61；以及一第二絕緣層開口512以露出第二電極62。第一電極墊71藉由第一絕緣層開口511以接觸第一電極61並電連接至第一半導體層21。第二電極墊72藉由第二絕緣層開口512以接觸第二電極62並電連接至第二半導體層22。

第一電極61、第二電極62、第一電極墊71及第二電極墊72包含金屬材料，例如鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎢(W)、金(Au)、鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)、鎳(Ni)、鉑(Pt)等金屬或上述材料之合金。第一電極61、第二電極62、第一電極墊71及第二電極墊72可由單個層或是多個層所組成。例如，第一電極61、第二電極62、第一電極墊71及第二電極墊72可包括Ti/Au層、Ti/Pt/Au層、Cr/Au層、Cr/Pt/Au層、Ni/Au層、Ni/Pt/Au層或Cr/Al/Cr/Ni/Au層。第一電極61、第二電極62、第一電極墊71及第二電極墊72可做為外部電源供電至第一半導體層21及第二半導體層22之電流路徑。第一電極61、第二電極62、第一電極墊71及第二電極墊72包含一厚度介於1~100μm之間，較佳為1.2~60μm之間，更佳為1.5~6μm之間。

保護層50和絕緣層51的材料包含非導電材料。非導電材料包含有機材料、無機材料或介電材料。有機材料包含Su8、苯并環丁烯(BCB)、過氟環丁烷(PFCB)、環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、環烯烴聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide)或氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)。無機材料，包含矽膠(Silicone)或玻璃(Glass)。介電材料包含氧化鋁(Al₂ O₃ )、氮化矽(SiN)、氧化矽(SiO_x )、氮氧化矽(SiO_x N_y )、氧化鈦(TiO_x )或氟化鎂(MgF_x )。於發明之一實施例，保護層50及/或絕緣層51可為一單層結構。於發明之一變化例，保護層50及/或絕緣層51可藉由上述材料的組合而形成具有多層結構的保護層或絕緣層，例如藉由不同折射率的兩種以上之材料交替堆疊以形成一包含分布式布拉格反射鏡(DBR)的反射結構。保護層50及/或絕緣層51優選的具有0.5μm~4μm的厚度，較佳具有2.5μm~3.5μm的厚度，更佳具有2.7μm~3.3μm的厚度。

於保護層50及/或絕緣層51包含分布式布拉格反射鏡(DBR)結構之一實施例中，保護層50及/或絕緣層51對半導體疊層20所發出之具有一峰值波長λ之光線具有90%以上的反射率。當光線以直角或以各種入射角進入保護層50及/或絕緣層51時，保護層50及/或絕緣層51均展現出良好的反射率以改善發光效率。

於保護層50及/或絕緣層51包含分布式布拉格反射鏡(DBR)結構之一實施例中，分布式布拉格反射鏡(DBR)結構可包含複數區，例如第一區以及第二區。第一區最靠近半導體疊層20，第二區較遠離半導體疊層20，第一區及第二區分別具有複數膜層。第一區及第二區的複數膜層分別藉由不同折射率的兩種或兩種以上之材料構成的膜層交替堆疊形成。於一實施例中，第一區及第二區分別由兩種材料構成的第三層和第四層交替堆疊而成。第三層的材料具有第三折射率(低折射率)，例如SiO₂ 層(n：約1.47)，第四層的材料具有第四折射率(高折射率)，例如TiO₂ 層(n：約2.41)。於一實施例中，第一區的第三層及第四層分別包含一第三光學厚度及一第四光學厚度，第三光學厚度及第四光學厚度分別大於0.25λ。第二區的第三層及第四層分別包含一第三光學厚度及一第四光學厚度，第三光學厚度及第四光學厚度分別小於0.25λ。於一實施例中，於第一區和第二區之間具有另一或多個區，例如第三區及第四區，第三區較第四區更靠近第一區。第三區及第四區分別具有複數膜層。第三區及第四區的複數膜層分別藉由不同折射率的兩種或兩種以上之材料構成的膜層交替堆疊形成。於一實施例中，類似第一區及第二區，第三區及第四區分別由兩種材料構成的第三層和第四層交替堆疊而成。第三層的材料具有第三折射率(低折射率)，例如SiO₂ 層(n：約1.47)，第四層的材料具有第四折射率(高折射率)，例如TiO₂ 層(n：約2.41)。於一實施例中，第三區的第三層及第四層分別包含一第三光學厚度及一第四光學厚度；第四區的第三層及第四層分別包含一第三光學厚度及一第四光學厚度。第三區及第四區的第三光學厚度及第四光學厚度分別小於第一區的第三光學厚度及第四光學厚度，及大於第二區的第三光學厚度及第四光學厚度，且第三區的第三光學厚度及第四光學厚度大於或等於第四區的第三光學厚度及第四光學厚度。於一實施例，第三區的第三光學厚度及第四光學厚度分別大於0.25λ，且第四區的第三光學厚度及第四光學厚度分別大於0.25λ。於一實施例，第三區的第三光學厚度及第四光學厚度分別大於0.25λ，第四區的第三光學厚度及第四光學厚度分別小於0.25λ。於一實施例，第三區的第三光學厚度及第四光學厚度分別小於0.25λ，第四區的第三光學厚度及第四光學厚度分別小於0.25λ。於一實施例，第三區的第三光學厚度及第四光學厚度分別等於0.25λ，第四區的第三光學厚度及第四光學厚度分別等於0.25λ。

位於各區之兩相鄰的第三材料層及第四材料層的光學厚度差小於0.05λ，更佳小於0.025λ。光學厚度(optical thickness)為物理厚度(physical thickness)與材料層折射率(n)的乘積。

光場調整層30設置在發光元件1的主發光面上，藉由反射垂直於主發光面之方向上的光來調整發光元件1的光場分布。光場調整層30包含不同折射率的兩種以上之材料交替堆疊以形成一布拉格反射鏡(DBR)結構，選擇性地反射特定波長之光，並使得光的透射率根據其入射角而變化。

發光元件1的主發光面依結構而定，可以自基板10之一側出光或是自第一電極61、第二電極62之一側出光。當發光元件1為倒裝晶片(flip chip)結構時，如第1圖所示，光場調整層30係設置於基板10之第一面101上。當發光元件1為水平晶片(lateral chip)結構時，光場調整層30可設置於半導體疊層20和第一電極61、第二電極62之間(圖未示)。

以發光元件1為倒裝晶片(flip chip)結構為例，依據司乃耳定律 (Snell's law)，如第3圖所示，由於光線L在自半導體疊層行進經過基板10、光場調整層30並射出於空氣中之過程中所遇各材料的折射率變化，使得光線L穿過光場調整層30後的出射光之出射角θj大於光線L入射至光場調整層30之入射角θi。

具體而言，如第3A圖及第3B圖所示，光線L以小於θi之入射角入射光場調整層30並經由光場調整層30射出後，在第一區域θ1內會有第一光強度；光線L以大於θi之入射角入射光場調整層30並經由光場調整層30射出後，在第二區域θ2內會有第二光強度，其中光場調整層30對小於θi之入射角的光穿透率係小於50%，因此發光元件1具有一蝠翼型的光場分布。

如第3B圖所示，光線L在60度到70度出射角附近的穿透率最高，並且在30度到80度的角度範圍保持整體較高的穿透率。

第4圖為不具有光場調整層30之習知發光元件的光場分布圖。與第4圖相比，由第3B圖可以看出光線L在0度到30度之間的光量顯著減少，在30度到90度之間的光量相對增加。

藉由光場調整層30替代透鏡的光學結構，可以在晶圓等級或晶片上調整光學分布，避免額外使用透鏡的光學結構。

如第2A圖及第2B圖所示，光場調整層30包含具有不同折射率的兩種介電膜以交替方式多次堆疊，例如第一層30a和第二層30b。如第3A圖及第3B圖所示，使用者可藉由調整光場調整層30，使其對小於特定入射角度θi的光線的穿透率降低，大於特定入射角度θi的光線的穿透率增加，進而來調整蝠翼型光場的分布。例如，光線L於光場調整層30內，包含有以第一入射角(圖未示)及第二入射角(圖未示)入射的光，其中自光場調整層30射出時，當第二入射角大於特定入射角度θi，第一入射角小於特定入射角度θi時，光線L於第二入射角的穿透率大於在第一入射角的穿透率以實現蝠翼型的光場分布。

於本實施例中，藉由選擇光場調整層30之第一層30a和第二層30b的折射率、厚度T₁ 和T₂ 及其堆疊的數量來調整光線L於各入射角度下的穿透率。

具體而言，藉由將具有不同折射率的第一層30a和第二層30b反覆堆疊2~50次以形成光場調整層30。光場調整層30的厚度，亦即複數個第一層30a和複數個第二層30b之第一光學厚度T₁ 和第二光學厚度T₂ 之總合可設計為0.5μm~5μm，較佳為1μm~3μm，更佳為1.5μm~2μm。

光場調整層30的第一層30a和第二層30b之一個為高折射率層，例如TiO_x 、HfO₂ 、ZnO、La₂ O₃ 、CeO₂ 、ZrO₂ 、ZnSe、Si₃ N₄ 、Nb₂ O₅ 或Ta₂ O₅ ，且光場調整層30的第一層30a和第二層30b之另一個為低折射率層，例如SiO₂ 、LaF₃ 、MgF₂ 、NaF、Na₃ AlF₆ 、CaF₂ 或AlF₃ 。

於發明之一實施例中，光場調整層30之第一層及/或最後一層包含TiO_x 、HfO₂ 、ZnO、La₂ O₃ 、CeO₂ 、ZrO₂ 、ZnSe、Si₃ N₄ 、Nb₂ O₅ 或Ta₂ O₅ 。

於發明之另一實施例中，光場調整層30之第一層及/或最後一層包含SiO₂ 、LaF₃ 、MgF₂ 、NaF、Na₃ AlF₆ 、CaF₂ 或AlF₃ 。

於發明之另一實施例中，光場調整層30更包含一第一起始層(圖未示)以及一第二起始層(圖未示)位於第一層30a、第二層30b和基板10之間，其中第一起始層為高折射率層，第二起始層為低折射率層，第一起始層和第二起始層的光學厚度皆小於0.25λ，且第一起始層係較第二起始層更靠近基板10或半導體疊層20。

為便於說明，以下以第一層30a為高折射率層，例如TiO₂ ，且第二層30b為低折射率層，例如SiO₂ 為例以進行說明，但並不用以限制本發明之揭露。光場調整層30包含複數區膜堆，每一區之膜堆包含複數個第一層30a及複數個第二層30b，複數個第一層30a分別包含一第一光學厚度，複數個第二層30b分別包含一第二光學厚度。其中，複數個第一光學厚度是可變化的，及/或複數個第二光學厚度是可變化的。複數個第一光學厚度之變化趨勢為先變薄再變厚，或是先變厚再變薄。複數個第二光學厚度之變化趨勢為先變薄再變厚，或是先變厚再變薄。亦或者當複數個第一層30a及複數個第二層30b之其中之一的複數個光學厚度有變化時，另一個的複數個光學厚度實質上相同。位於各區膜堆兩相鄰的第一層及第二層的光學厚度差大於0.025λ，較佳大於0.05λ，更佳大於0.1λ。光學厚度(optical thickness)為物理厚度(physical thickness)與材料層折射率(n)的乘積。以下將依不同實施例詳細說明之。

於發明之一實施例中，光場調整層30在厚度方向上包含一第一區膜堆及一第二區膜堆，第一區膜堆比第二區膜堆更靠近基板10或半導體疊層20。位於第一區之複數個第一層30a及複數個第二層30b係交替地堆疊在彼此上方，且位於第二區之複數個第一層30a及複數個第二層30b係交替地堆疊在彼此上方。光場調整層30的複數個第一層30a包含一第一光學厚度小於0.25λ，光場調整層30的複數個第二層30b包含一第二光學厚度大於或大致等於0.25λ。如第1圖、第2A圖及第5A~5B圖所示，當活性層23產生之光線L的峰值波長為λ時，光場調整層30的複數個第一層30a分別具有一第一光學厚度T₁ 小於0.25λ，但大於0.15λ。如第5A圖所示，光場調整層30的複數個第二層30b具有一第二光學厚度T₂ 大於0.25λ，但小於0.35λ。或如第5B圖所示，複數個第二層30b分別具有一第二光學厚度T₂ 介於0.25λ+/-0.025λ之間。於上述之各條件下，如第5A~5B圖所示，複數個第一層30a之第一光學厚度可先變薄再變厚，及/或複數個第二層30b之第二光學厚度可先變薄再變厚；亦或是複數個第一層30a之第一光學厚度可先變薄再變厚，及/或複數個第二層30b之第二光學厚度可先變厚再變薄。於一實施例中，複數個第一層30a之第一光學厚度可先變厚再變薄(圖未示)，及/或複數個第二層30b之第二光學厚度可先變薄再變厚，或是先變厚再變薄(圖未示)。於一實施例中，複數個第一層30a之第一光學厚度可小於0.25λ，但大於0.15λ，並維持10%以內的厚度差(圖未示)，及/或複數個第二層30b之第二光學厚度可大於0.25λ，但小於0.35λ，並維持10%以內的厚度差(圖未示)。

位於第一區膜堆的複數個第一層30a之間的第一光學厚度差可小於或大於第二區膜堆的複數個第一層30a之間的第一光學厚度差，及/或位於第一區膜堆的複數個第二層30b之間的第二光學厚度差可小於或大於第二區膜堆的複數個第二層30b之間的第二光學厚度差。第一光學厚度差為第一光學厚度的最大值與最小值之間的差異。第二光學厚度差為第二光學厚度的最大值與最小值之間的差異。於本實施例中，第一光學厚度差介於0.025λ~0.1λ之間。當第二光學厚度T₂ 大於0.25λ時，第二光學厚度差介於0.025λ~0.1λ之間。當第二光學厚度T₂ 大致等於0.25λ時，第二光學厚度差小於0.025λ。

於發明之另一實施例中，光場調整層30的第一層30a包含一第一光學厚度大致等於0.25λ，光場調整層30的第二層30b包含一第二光學厚度小於或大於0.25λ。如第1圖、第2A圖及第6A~6B圖所示，當活性層23產生之光線L的峰值波長為λ時，光場調整層30的第一層30a具有第一光學厚度T₁ 介於0.25λ+/-0.025λ之間。如第6A圖所示，第二層30b具有第二光學厚度T₂ 小於0.25λ，但大於0.15λ。如第6B圖所示，第二層30b具有第二光學厚度T₂ 大於0.25λ，但小於0.35λ。於上述之各條件下，複數個第二層30b之第二光學厚度可先變薄再變厚，先變厚再變薄(圖未示)，或是維持10%以內的厚度差(圖未示)，複數個第一層30a之第一光學厚度實質上相同。位於第一區的複數個第二層30b之間的第二光學厚度差可小於或大於第二區的複數個第二層30b之間的第二光學厚度差。於本實施例中，當第二光學厚度T₂ 小於0.25λ時，第二光學厚度差介於0.025λ~0.1λ之間。當第二光學厚度T₂ 大於0.25λ時，第二光學厚度差介於0.025λ~0.1λ之間。

於發明之另一實施例中，光場調整層30的第一層30a包含一第一光學厚度大於0.25λ，光場調整層30的第二層30b包含一第二光學厚度小於或大致等於0.25λ。如第1圖、第2A圖及及第7A~7B圖所示，當活性層23產生之光線L的峰值波長為λ時，光場調整層30的第一層30a具有第一光學厚度T₁ 大於0.25λ，但小於0.35λ。如第7A圖所示，第二層30b具有第二光學厚度T₂ 小於0.25λ，但大於0.15λ，或如第7B圖所示，第二光學厚度T₂ 係介於0.25λ+/-0.025λ之間。於上述之各條件下，複數個第一層30a之第一光學厚度可先變薄再變厚，及/或複數個第二層30b之第二光學厚度可先變薄再變厚；或是複數個第一層30a之第一光學厚度可先變薄再變厚，及/或複數個第二層30b之第二光學厚度可先變厚再變薄。於一實施例中，複數個第一層30a之第一光學厚度可先變厚再變薄，及/或複數個第二層30b之第二光學厚度可先變薄再變厚，或是先變厚再變薄。於一實施例中，複數個第一層30a之第一光學厚度可大於0.25λ，但小於0.35λ，並維持10%以內的厚度差(圖未示)，及/或複數個第二層30b之第二光學厚度可小於0.25λ，但大於0.15λ，並維持10%以內的厚度差(圖未示)。位於第一區膜堆的複數個第一層30a之第一光學厚度差可小於或大於第二區膜堆的複數個第一層30a之間的第一光學厚度差，及/或位於第一區膜堆的複數個第二層30b之第二光學厚度差可小於或大於第二區膜堆的複數個第二層30b之間的第二光學厚度差。於本實施例中，第一光學厚度差介於0.025λ~0.1λ之間。當第二光學厚度T₂ 小於0.25λ時，第二光學厚度差介於0.025λ~0.1λ之間。當第二光學厚度T₂ 大致等於0.25λ時，第二光學厚度差小於0.025λ。

於發明之另一實施例中，如第1圖、第2A圖及第8圖所示，當活性層23產生之光線L的峰值波長為λ時，光場調整層30的第一層30a包含一第一光學厚度小於0.25λ，更佳小於0.2λ，但大於0.05λ。光場調整層30的第二層30b包含一第二光學厚度大於或大致等於0.25λ，但小於0.4λ。於上述之各條件下，複數個第二層30b之第二光學厚度與複數個第一層30a之第一光學厚度具有一比值大於2.5。於本實施例中，第一光學厚度差大於0.025λ但小於0.1λ，第二光學厚度差大於0.005λ但小於0.25λ。複數個第二層30b之第二光學厚度差大於複數個第一層30a之第一光學厚度。於本實施例中，光場調整層30係包含單一區膜堆，光學厚度(optical thickness)為物理厚度(physical thickness)與材料層折射率(n)的乘積。第一光學厚度差為第一光學厚度的最大值與最小值之間的差異。第二光學厚度差為第二光學厚度的最大值與最小值之間的差異。

第2B圖係根據本發明之另一實施例之光場調整層30的結構示意圖。如第1圖及第2B圖所示，光場調整層30的第一層30a包含一第一光學厚度介於0.25+/-0.025λ之間，且第二層30b包含一第二光學厚度介於0.25+/-0.025λ之間。

光場調整層30在厚度方向包含一第一區膜堆及一第二區膜堆，第一區膜堆比第二區膜堆更靠近基板10或半導體疊層20。位於第一區之複數個第一層30a及複數個第二層30b係交替地堆疊在彼此上方，且位於第二區之複數個第一層30a及複數個第二層30b係交替地堆疊在彼此上方。位於第一區膜堆的複數個第一層30a之間的第一光學厚度差大致等於第二區膜堆的複數個第一層30a之間的第一光學厚度差，及/或位於第一區膜堆的複數個第二層30b之間的第二光學厚度差大致等於第二區膜堆的複數個第二層30b之間的第二光學厚度差。於本實施例中，第一光學厚度差小於0.025λ，及/或第二光學厚度差小於0.025λ。

於本實施例中，光場調整層30包含一空間層30c位於兩相鄰之複數個第一層30a之間或是位於兩相鄰之複數個第二層30b之間，其中，空間層30c包含一光學厚度為0.25+/-0.025λ的偶數倍，例如0.5+/-0.05λ或1+/-0.1λ。

於發明之一實施例，光場調整層30的第一層30a為高折射率層，例如TiO_x 、HfO₂ 、ZnO、La₂ O₃ 、CeO₂ 、ZrO₂ 、ZnSe、Si₃ N₄ 、Nb₂ O₅ 或Ta₂ O₅ ，且光場調整層30的第二層30b為低折射率層，例如SiO₂ 、LaF₃ 、MgF₂ 、NaF、Na₃ AlF₆ 、CaF₂ 或AlF₃ 。若空間層30c位於兩相鄰之複數個第一層30a之間時，空間層30c包含SiO₂ 、LaF₃ 、MgF₂ 、NaF、Na₃ AlF₆ 、CaF₂ 或AlF₃ 。若空間層30c位於兩相鄰之複數個第二層30b之間時，空間層30c包含TiO_x 、HfO₂ 、ZnO、La₂ O₃ 、CeO₂ 、ZrO₂ 、ZnSe、Si₃ N₄ 、Nb₂ O₅ 或Ta₂ O₅ 。

利用電子束蒸鍍(E-beam evaporation)，化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)，電漿輔助化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD) ，或是原子氣相沉積來形成光場調整層30以穩定的控制布拉格反射鏡(DBR)結構的每一個層的厚度。

在顯示器的領域，通常會透過二次光學元件將光源由Lambertian 的光型改變為蝠翼型光源，以達到較高的光均勻度，這點在未來以Micro LED為主的直接光源顯示器更為重要。因為 LED 高指向性的特性，若作為直接光源顯示器需要增加額外的擴散片或二次光學元件。本發明是透過 DBR 的設計與出光角度控制達到較佳的均勻光型設計，以節省擴散片及二次光學元件的成本及降低厚度，使顯示器得以更便宜且做得更輕薄，並可透過此一技術實現各種不同光型。

第9圖係為依本發明一實施例之發光裝置100之示意圖。如第9圖所示，發光裝置100包含一線路板1001和設置於線路板1001上的發光元件1。線路板1001包含一第一外部電極1002a和一第二外部電極1002b。發光元件1之第一電極61及第二電極62可分別藉由一第一焊接部1004a及一第二焊接部1004b連接至第一外部電極1002a和第二外部電極1002b。

線路板1001包含絕緣樹脂板、陶瓷板或是金屬板，例如印刷電路板(PCB)、金屬芯印刷電路板(MOPCB)、金屬印刷電路板(MPCB)或柔性印刷電路板(FPCB)。

於本實施例中，基板10之第一面101為主光發射表面，光場調整層30設置在基板10之第一面101上。

第10圖係為依本發明一實施例之一背光模組7之示意圖。背光模組7包含一第一框架201；一液晶顯示屏202；一增亮膜300；一光學模組400；一發光模組組件500；以及一第二框架700，其中發光模組組件500包含複數個上述之發光元件1或發光裝置100之任一種，以側光式(edge type)或直下式(direct type)出光的方式配置於發光模組組件500中。於發明之另一實施例中，背光模組7更包含一波長轉換結構600位於發光模組組件500上。

第11圖係為依本發明一實施例之一顯示器8之示意圖。一種顯示器8，包含一LED發光板1000；一電流源(圖未示)；一支架2000以支撐LED發光板1000，其中LED發光板1000包含複數顆上述之發光元件1或發光裝置100一種。LED發光板1000中包含多個像素單元(Pixel)，每一像素單元包含複數顆分別發出不同顏色的發光元件或發光裝置，例如每一像素單元包含三顆分別發出紅光、綠光、藍光的發光元件。

本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。

1:發光元件

10:基板

20:半導體疊層

21:第一半導體層

22:第二半導體層

23:活性層

30:光場調整層

30a:第一層

30b:第二層

30c:空間層

40:透明導電層

41:反射層

50:保護層

51:絕緣層

61:第一電極

62:第二電極

71:第一電極墊

72:第二電極墊

100:發光裝置

101:第一面

102:第二面

511:第一絕緣層開口

512:第二絕緣層開口

1001:線路板

1002a:第一外部電極

1002b:第二外部電極

1004a:第一焊接部

1004b:第二焊接部

θi:入射角

θj:出射角

θ1:第一區域

θ2:第二區域

L:光線

第1圖係本發明一實施例所揭示之一發光元件1的側視圖。

第2圖係根據本發明之一實施例之發光元件1的發光光譜圖。

第2A圖係根據本發明之一實施例之第1圖之A區域的部分放大圖。

第2B圖係根據本發明之另一實施例之第1圖之A區域的部分放大圖。

第3圖係本發明一實施例所揭示之光的傳播示意圖。

第3A圖係本發明一實施例所揭示之光的傳播示意圖。

第3B圖係本發明一實施例所揭示之發光元件1的光場分布圖。

第4圖係習知發光元件的光場分布圖。

第5A圖~第5B圖係本發明一實施例所揭示之光場調整層30的光學厚度變化圖。

第6A圖~第6B圖係本發明一實施例所揭示之光場調整層30的光學厚度變化圖。

第7A圖~第7B圖係本發明一實施例所揭示之光場調整層30的光學厚度變化圖。

第8圖係本發明一實施例所揭示之光場調整層30的光學厚度變化圖。

第9圖係本發明一實施例之發光裝置100之示意圖。

第10圖係為依本發明一實施例之背光模組7之示意圖。

第11圖係為依本發明一實施例之顯示器8之示意圖。