專利名稱：偏光發(fā)光二極管組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，特別是一種偏光(polarized light)發(fā)光二極管組 件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在自然光中，其電磁振動(dòng)方向四面八方都有，如果振動(dòng)只發(fā)生在一個(gè)平面內(nèi)，稱之 為偏光(polarized light)。一般光線可由P及S兩垂直振動(dòng)方向的偏光組成，并可通過偏 光器(polarizer)過濾其中一個(gè)方向的偏光，使另一個(gè)方向的偏光通過。應(yīng)用方面，偏光早已廣泛地使用在日常生活中，如在防眩光照明、投影機(jī)與顯示器 等領(lǐng)域。以目前市面可見的一種“防眩臺(tái)燈”為例，使用熒光燈管搭配光學(xué)多層膜，過濾造 成眩光的偏光，光學(xué)效率約為50 60%，而其它應(yīng)用，如液晶顯示器的偏光器，須高純度偏 光的場合，效率僅40%左右。而隨著能源的短缺，對于環(huán)保及節(jié)能的議題，越來越受到重視，除了改以較為節(jié)能 的發(fā)光二極管作為光源之外，對于照明系統(tǒng)的光學(xué)效率的要求也隨之提高，由于P及S偏光 在自然光中各占一半，若使用傳統(tǒng)吸收式偏光器，仍將消耗超過50%的能量，如何提升偏光 組件效率是關(guān)鍵問題。發(fā)光二極管光源產(chǎn)生偏光的方式，可以分為兩類(1)在發(fā)光二極管芯片上放置 偏光器，以及( 在發(fā)光二極管封裝上安裝偏光器等專利。例如美國專利US20060091412 (Polarized LED)提出一種在發(fā)光二極管芯片上安 裝反射式偏光器的技術(shù)，光線中兩個(gè)偏極方向的P及S偏光，其中P偏光會(huì)穿透該偏光器， 而S偏光則會(huì)反射通過下方的1/4波片后，再一次反射出去，由于將經(jīng)過2次1/4波片的轉(zhuǎn) 換，可使S偏光變成P偏光，進(jìn)而通過偏光器。通過此回收機(jī)制，雖然可提升偏極轉(zhuǎn)換效率， 但由于S偏光必須回到芯片再傳播出去，因此將導(dǎo)致光線被吸收的機(jī)會(huì)，降低發(fā)光效率。再如美國專利US7495375 (Polarized light emitting device)，也提出在封裝表 面裝置偏光器的概念，其將發(fā)光二極管芯片放置于封裝的反射杯中，并于杯中填滿熒光物 質(zhì)，最后在出口安裝偏光器(polarizer)。由于反射的光線會(huì)回到熒光物質(zhì)與芯片，再通過 反射杯向外傳播，因此也會(huì)造成光線被吸收的機(jī)會(huì)，降低發(fā)光效率。又如中國臺(tái)灣專利M287408，專利名稱為“產(chǎn)生偏極化光之發(fā)光二極管”，其在發(fā)光 二極管封裝表面，或是芯片表面設(shè)置有偏光材料的偏光層，此材料可以利用貼附、鍍膜等方 式設(shè)置。由于是利用材料吸收，因而理論偏極效率最高僅50%。就上述現(xiàn)有專利可知，其目的雖然都是針對偏光利用或回收再利用，但是效果仍 然不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種偏光發(fā)光二極管組件及其制造方法，可針 對光源進(jìn)行導(dǎo)引與轉(zhuǎn)換，并同時(shí)轉(zhuǎn)換偏極回收反射光線，使偏極效率提高，提高整體能源利用效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種偏光發(fā)光二極管組件，其中，包含一基座；一發(fā)光二極管芯片，設(shè)置于該基座上，該發(fā)光二極管芯片具有一第一出光面，該發(fā) 光二極管芯片可發(fā)出光線由該第一出光面輸出；至少一偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，由一偏光層、一反射層以及一轉(zhuǎn)換層構(gòu)成，該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 設(shè)置于該發(fā)光二極管芯片的光輸出路徑上；以及一封裝材料，用以將該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、該發(fā)光二極管芯片與該基座封裝為一體。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的偏光層具有偏光分離作用的納米金 屬線柵、多層光學(xué)鍍膜(multilayer optical film)或以光雙折射材料(birefringent material)組合制成的極化分光組件。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的偏光層為一平面。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的偏光層與該發(fā)光二極管芯片的第一出 光面具有一夾角，且該夾角小于九十度。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的偏光層為一曲面。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的偏光層為一凸弧面，且該凸弧面朝向該 發(fā)光二極管芯片，且與該發(fā)光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的偏光層為一凹弧面，且該凹弧面朝向該 發(fā)光二極管芯片，且與該發(fā)光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的反射層為具有反射光作用的金屬或非 金屬鍍膜。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的反射層為一平面。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的反射層與該發(fā)光二極管芯片的第一出 光面具有一定夾角，且該夾角大于0度且小于180度。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的反射層為一曲面。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的反射層為一凸弧面，且該凸弧面朝向該 發(fā)光二極管芯片，且與該發(fā)光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的反射層為一凹弧面，且該凹弧面朝向該 發(fā)光二極管芯片，且與該發(fā)光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的轉(zhuǎn)換層為一二分之一相位延遲器 (phase retarder)0上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的第二出光面與該發(fā)光二極管芯片的第 一出光面具有一夾角，且該夾角不等于90度。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)還包括一透光層，該透光 層具有一第一面、一第二面，一入光面以及一第二出光面，該偏光層設(shè)置于該第一面，該反 射層設(shè)置于該第二面，該轉(zhuǎn)換層設(shè)置于該第二出光面，該入光面朝向該發(fā)光二極管芯片的 第一出光面；該發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光線由該第一出光面輸出后，可由該透光層的入 光面射入該透光層并投射于該偏光層，再由該偏光層將部分光線反射至該反射層，再由該 反射層將光線反射至該第二出光面，再由該轉(zhuǎn)換層射出該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的透光層可為透光的亞克力或封裝用熱 固樹膠(thermosetting resin)。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的偏光層以納米壓印(nanoimprint)、沉 積鍍膜或是貼合技術(shù)設(shè)置于該透光層上。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的反射層以沉積方式設(shè)置于該透光層上。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，所述的轉(zhuǎn)換層貼附于該透光層上。上述的偏光發(fā)光二極管組件，其中，對稱設(shè)有二組偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種偏光發(fā)光二極管組件的制造方 法，其中，包含備置一發(fā)光二極管芯片，該發(fā)光二極管芯片設(shè)置于一基座上，該發(fā)光二極管芯片 具有一第一出光面，該發(fā)光二極管芯片可發(fā)出光線由該第一出光面輸出；備置一透光層，該透光層具有相對的第一面及一第二面；在該透光層的第一面設(shè)置偏光層，在該透光層的第二面設(shè)置反射層；將已設(shè)置有偏光層及反射層的透光層進(jìn)行切割，形成至少一偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成 品，該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成品的其中一面為偏光層，相對另一面為反射層，以及一入光面及一 第二出光面，該入光面與該第二出光面為相對的兩面，且該入光面及第二出光面夾設(shè)于該 偏光層及該反射層之間；在該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成品的第二出光面設(shè)置一轉(zhuǎn)換層，形成一偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；以 及利用封裝材料將該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與該發(fā)光二極管芯片及該基座封裝為一體，該入 光面朝向該第一出光面，該發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光線由該第一出光面輸出后，可由該 透光層的入光面射入該透光層并投射于該偏光層，再由該偏光層將部分光線反射至該反射 層，再由該反射層將光線反射至該第二出光面，再由該轉(zhuǎn)換層射出該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的偏光層以納米壓印 (nanoimprint)、沉積鍍膜或是貼合技術(shù)設(shè)置于該透光層的第一面。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的反射層以沉積方式設(shè)置于 該透光層的第二面。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的轉(zhuǎn)換層貼附于該透光層上。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的偏光層具有偏光分離 作用的納米金屬線柵、多層光學(xué)鍍膜(multilayer optical film)或以光雙折射材料 (birefringent material)組合制成的極化分光組件。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第一面為一平面。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第一面為一曲面。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第一面為一凸弧 上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第一面為一凹弧 上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的反射層為具有反射光作用 的金屬或非金屬鍍膜。
上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第二面為一平面。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第二面為一曲面。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第二面為一凸弧 上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第二面為一凹弧上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的轉(zhuǎn)換層為一二分之一相位 Mjfi^l (phase retarder)。為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種偏光發(fā)光二極管組件的制造方 法，其中，包含備置一發(fā)光二極管芯片，該發(fā)光二極管芯片設(shè)置于一基座上，該發(fā)光二極管芯片 具有一第一出光面，該發(fā)光二極管芯片可發(fā)出光線由該第一出光面輸出；備置一偏光層、一反射層及一轉(zhuǎn)換層，由該偏光層、反射層及轉(zhuǎn)換層與該發(fā)光二極 管芯片共同圍設(shè)形成一空間形狀的透光層，該透光層具有相對的第一面及一第二面；在該透光層的第一面設(shè)置有該偏光層，在該透光層的第二面設(shè)置有該反射層，且 該透光層具有一入光面及一第二出光面，該入光面與該第二出光面為相對的兩面，且該入 光面及第二出光面夾設(shè)于該偏光層及該反射層之間，且該第二出光面設(shè)置有該轉(zhuǎn)換層；以 及利用封裝材料將該偏光層、反射層、轉(zhuǎn)換層與該發(fā)光二極管芯片及該基座封裝為 一體，該透光層的入光面朝向該第一出光面，該發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光線由該第一出 光面輸出后，可由該透光層的入光面射入該透光層并投射于該偏光層，再由該偏光層將部 分光線反射至該反射層，再由該反射層將光線反射至該第二出光面，再由該轉(zhuǎn)換層射出。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的偏光層是具有偏光分離 作用的納米金屬線柵、多層光學(xué)鍍膜(multilayer optical film)或以光雙折射材料 (birefringent material)組合制成的極化分光組件。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第一面為一平面。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第一面為一曲面。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第一面為一凸弧 上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第一面為一凹弧上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的反射層為具有反射光作用 的金屬或非金屬鍍膜。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第二面為一平面。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第二面為一曲面。上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第二面為一凸弧 上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的透光層的第二面為一凹弧
上述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其中，所述的轉(zhuǎn)換層為一二分之一相位 Mjfi^l (phase retarder)。本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明的偏光發(fā)光二極管組件及其制造方法，通過結(jié)合 有偏光層、反射層以及轉(zhuǎn)換層所構(gòu)成的偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可針對光源進(jìn)行導(dǎo)引與轉(zhuǎn)換，并同時(shí) 轉(zhuǎn)換偏極回收反射光線，使偏極效率提高到75%以上，提高整體能源利用效率。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1本發(fā)明偏光發(fā)光二極管組件的實(shí)施例剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 圖6本發(fā)明的偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制造工藝示意圖；圖7本發(fā)明的偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)結(jié)合發(fā)光二極管芯片及進(jìn)行封裝的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8本發(fā)明的偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)結(jié)合發(fā)光二極管芯片的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖9本發(fā)明的P偏光穿透率與入射角度的關(guān)系圖；圖10本發(fā)明的S偏光穿透率與入射角度的關(guān)系圖；圖11本發(fā)明偏光發(fā)光二極管組件的偏光層與發(fā)光二極管芯片出光面夾角為30度 的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖12圖11實(shí)施例的光形模擬圖；圖13本發(fā)明偏光發(fā)光二極管組件對稱設(shè)置兩偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，且其偏光層與發(fā)光 二極管芯片出光面夾角均為30度的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖14圖13實(shí)施例的光形模擬圖；圖15本發(fā)明偏光發(fā)光二極管組件對稱設(shè)置兩偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，且其偏光層與發(fā)光 二極管芯片出光面夾角均為40度的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖16圖15實(shí)施例的光形模擬圖；圖17本發(fā)明偏光發(fā)光二極管組件對稱設(shè)置兩偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，且其偏光層及反射 層均為曲面的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖18圖17實(shí)施例的光形模擬圖；圖19本發(fā)明偏光發(fā)光二極管組件對稱設(shè)置兩偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，且其偏光層及反射 層相對曲面的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖20本發(fā)明偏光發(fā)光二極管組件封裝為凸弧頂部的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，附圖標(biāo)記100、200、300、400、500、600、700 偏光發(fā)光二極管組件10,210,310,410,510,610,710 基座20、20A、220、320、420、520、620、720 發(fā)光二極管芯片21、21A、221、321、421、521、621 第一出光面22A.23A 導(dǎo)線30、230、330、430、530、630、730 偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)31、231、331、431、531、631 偏光層32、532、632 反射層33轉(zhuǎn)換層
34透光層341透光層的第一面342透光層的第二面343入光面344第二出光面35偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成品40、240、340、440、540、640、740 封裝材料dl間距Ll發(fā)光二極管芯片發(fā)出的光線L2P偏光L3 S偏光L4S偏極反射光L5回收P偏光θ 1、θ 2、θ 3、θ 4、θ 5、θ 6 夾角
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述請參閱圖1，圖1為本發(fā)明所提出的一種偏光發(fā)光二極管組件的實(shí)施例剖面結(jié)構(gòu) 示意圖，該偏光發(fā)光二極管組件100包含一基座(base) 10、一發(fā)光二極管芯片20、一偏光 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)30以及一封裝材料(packaging material) 40，該發(fā)光二極管芯片20設(shè)置于該基 座10上，該發(fā)光二極管芯片20具有一第一出光面21，該發(fā)光二極管芯片20可發(fā)出光線 Ll由該第一出光面21輸出，該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)30包括一偏光層31、一反射層(reflective layer) 32以及一轉(zhuǎn)換層33，該偏光層31、反射層32及轉(zhuǎn)換層33設(shè)置于一透光層34上，該 透光層34的形狀無一定限制，例如可為由該偏光層31、反射層32、轉(zhuǎn)換層33及發(fā)光二極管 芯片20所圍設(shè)成的一空間形狀，或可為一透光性材料，具有可透光的特性即可。在本實(shí)施 例中，該偏光層31、反射層32及轉(zhuǎn)換層33均為平面，該偏光層31與該發(fā)光二極管芯片20 的第一出光面21之間具有一夾角θ 1，且該夾角θ 1小于九十度，該反射層32與該發(fā)光二 極管芯片20的第一出光面21具有一夾角θ 2，該夾角θ 2大于0度且小于180度，而該轉(zhuǎn) 換層33與該發(fā)光二極管芯片20的出光面21大致平行，該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)30設(shè)置于該發(fā)光 二極管芯片20的光輸出路徑上，且該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)30包括一入光面343，該入光面343朝 向該發(fā)光二極管芯片20的第一出光面21，該封裝材料40用以將該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)30、該發(fā) 光二極管芯片20與該基座10封裝為一體。請參閱圖2至圖7，圖2 圖6為本發(fā)明的偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制造工藝示意圖；圖7 為本發(fā)明的偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)結(jié)合發(fā)光二極管芯片及進(jìn)行封裝的結(jié)構(gòu)示意圖，說明圖1所示該 偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)30的制造方法及工藝流程。首先如圖2所示，備置一透光性材料作為該透光層34，該透光性材料可采用透光 的亞克力或封裝用熱固樹膠(thermosetting resin)，該透光層34具有相對的第一面341 及一第二面342，該透光層34的形狀并無一定限制，本實(shí)施例中，該透光層34呈長條形。如圖3所示，在該透光層34的第一面341設(shè)置一偏光層31，該偏光層31可采用 具有將偏光分離作用的納米金屬線柵、多層光學(xué)鍍膜(multilayer opticalfilm)或以光雙折射材料(birefringent material)組合制成的極化分光組件，可分別通過納米壓印 (nanoimprint)、沉積鍍膜或是貼合技術(shù)設(shè)置于該透光層34上；此外，在該透光層34的第二 面342設(shè)置反射層32，該反射層32為具有反射光作用的金屬或非金屬鍍膜，可通過沉積方 式設(shè)置于該透光層34上，必須說明的是，該偏光層31及該反射層32的設(shè)置并無一定先后 順序，可先設(shè)置該偏光層31或可先設(shè)置該反射層32，同時(shí)，該透光層34的第一面341及第 二面342僅代表該透光層34的相對兩面，并不代表頂面或底面。如圖4所示，將已設(shè)置有偏光層31及反射層32的透光層34進(jìn)行切割，依該透光 層34的長度及實(shí)際所需形狀，可切割形成至少一偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成品35，如圖5所示，該 偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成品35具有一透光性材料的透光層34作為主體，該透光層34呈現(xiàn)菱形， 其具有四個(gè)面，其中一面為偏光層31，相對另一面為反射層32，以及一入光面343及一第二 出光面344，該入光面343與該第二出光面344為相對的兩面，且該入光面343及第二出光 面344夾設(shè)于該偏光層31及該反射層32之間，最后，在該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成品35的第二 出光面344設(shè)置一轉(zhuǎn)換層33，該轉(zhuǎn)換層33可采用二分之一相位延遲器(phaseretarder)貼 附于該透光層34上，如此即可形成如圖6所示的該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)30。請參閱圖7所示，將該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)30與發(fā)光二極管芯片20灌膠固化，該偏光波 導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成品35的入光面343朝向該發(fā)光二極管芯片20的第一出光面21，該發(fā)光二極管 芯片20可為單一發(fā)光二極管芯片或已與基座10連結(jié)，最后再以封裝材料40將該偏光波導(dǎo) 結(jié)構(gòu)30、該發(fā)光二極管芯片20與該基座10封裝為一體，形成圖1所示該偏光發(fā)光二極管組 件 100。根據(jù)上述該偏光發(fā)光二極管組件100的制造工藝可知，由于該透光層34可采用透 光的封裝用熱固樹膠(thermosetting resin)，因此可以推衍而出本發(fā)明該偏光發(fā)光二極 管組件100另一制造工藝，請參閱圖1所示，可利用模具支撐該偏光層31、反射層32及轉(zhuǎn)換 層33與該發(fā)光二極管芯片20 (包含該基座10)的相對位置，再以封裝材料40 —并灌膠封 裝，在封裝過程中，可設(shè)計(jì)使封裝材料流入該偏光層31、反射層32、轉(zhuǎn)換層33及發(fā)光二極管 芯片20所圍設(shè)成的空間，以形成具有透光性材料的該透光層34，或可設(shè)計(jì)不使封裝材料流 入該偏光層31、反射層32、轉(zhuǎn)換層33及發(fā)光二極管芯片20所圍設(shè)成的空間，使保持一空間 形狀的透光層34。請參閱圖8所示本發(fā)明的偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)結(jié)合發(fā)光二極管芯片的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu) 示意圖，圖示該發(fā)光二極管芯片20A的頂面(即第一出光面21A)延伸出兩導(dǎo)線22A、23A連 接至該基座10，因此，將該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)30與發(fā)光二極管芯片20A灌膠固化時(shí)，該偏光波 導(dǎo)結(jié)構(gòu)30的入光面343與該發(fā)光二極管芯片20A的第一出光面21A之間會(huì)存在一定間距 dl，一般而言，該間距dl約為0. 1 0. 5mm,因此對于該發(fā)光二極管芯片20A的出光幾乎不 會(huì)構(gòu)成任何影響，若考慮該間距dl所產(chǎn)生的影響時(shí)，則可考慮采用導(dǎo)線設(shè)置于底部的發(fā)光 二極管芯片(圖中未示出)。必須強(qiáng)調(diào)說明的是，該偏光層31、反射層32、入光面343及轉(zhuǎn)換層33 (即該透光層 34的第二出光面344)具有一定的相對位置關(guān)系，請參閱圖1所示，該發(fā)光二極管芯片20所 投射的光線Ll可由該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)30的入光面343進(jìn)入該透光層34，并投射于該偏光層 31，由于該偏光層31具有偏光分離作用，因此可容許一定偏光通過并反射另一偏光，例如， 若該偏光層31可允許P偏光L2通過，則可反射S偏光L3，經(jīng)由該適當(dāng)?shù)慕嵌仍O(shè)計(jì)，S偏光L3會(huì)被反射至該反射層32，再由該反射層32反射該S偏光L3形成S偏極反射光L4至該轉(zhuǎn) 換層33，由于該轉(zhuǎn)換層33為一二分之一相位延遲器(phase retarder)，因此可將S偏極反 射光L4轉(zhuǎn)換為回收P偏光L5，換言之，由該偏光發(fā)光二極管組件100所投射出的光線均為P 偏光。由于該P(yáng)偏光L2及S偏光L3各占該光線Ll的50%，若該S偏光L3未經(jīng)任何回收 再利用時(shí)，則出光效率最高僅為50%，理想狀況下，若該偏光層31可允許P偏光L2完全通 過，同時(shí)可完全反射該S偏光L3，該反射層32可完全反射形成該S偏極反射光L4，且該S偏 極反射光L4可完全通過該轉(zhuǎn)換層33，則理論上該回收P偏光L5應(yīng)可占該光線Ll的50%， 然而光線在行進(jìn)、反射及轉(zhuǎn)換過程中，或如圖8所示該間距dl，均會(huì)造成一定耗損，因此必 須通過設(shè)計(jì)使其達(dá)到最佳效果；此外，該第二出光面344與該第一出光面21大致平行的作 用是有利于判斷該偏光發(fā)光二極管組件100的出光方向，若是改變該第二出光面344(即該 轉(zhuǎn)換層33)與該第一出光面21的夾角時(shí)，則可改變P偏光L5的射出角度，換言之，該第二 出光面344與該第一出光面21具有一不等于90度的夾角即可，并不限于圖示相互平行狀 態(tài)，同理，若該第二出光面344設(shè)置為弧面時(shí)，則對于該P(yáng)偏光L5具有改變光型的效果。例如，在光學(xué)設(shè)計(jì)方面，若該偏光層31采用結(jié)構(gòu)高度及周期均為160nm的鋁金屬 光柵，該發(fā)光二極管芯片20可發(fā)出波長為550nm的光線Ll (顯示于圖1)，分析其P及S偏 光穿透率與入射角度的關(guān)系分別如圖9及圖10所示，圖9及圖10的縱坐標(biāo)軸表示穿透率 (%)，其橫坐標(biāo)軸表示入射角(度)。以不同入射角度的P及S偏光，穿透鋁金屬光柵的比 率來看，當(dāng)光線Ll入射角(即圖1該夾角Θ1)為40度時(shí)，P偏光穿透率達(dá)80% (參考圖 9)，S偏光穿透率僅0.00025% (參考圖10)，具有良好的消光比(Extinction ratio)。意 即，當(dāng)光線以40度的入射角進(jìn)入偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，75% P偏光可穿透光柵，大部分的S偏光將 反射，進(jìn)入波導(dǎo)中反復(fù)回收。其次，請參閱圖11至圖17，圖11為本發(fā)明偏光發(fā)光二極管組件的偏光層與發(fā)光 二極管芯片出面夾角為30度的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為圖11實(shí)施例的光形模擬圖；圖 13為本發(fā)明偏光發(fā)光二極管組件對稱設(shè)置兩偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，且其偏光層與發(fā)光二極管芯片 出光面夾角均為30度的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖14為圖13實(shí)施例的光形模擬圖；圖15為本 發(fā)明偏光發(fā)光二極管組件對稱設(shè)置兩偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，且其偏光層與發(fā)光二極管芯片出光面 夾角均為40度的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖16為圖15實(shí)施例的光形模擬圖；圖17為本發(fā)明偏 光發(fā)光二極管組件對稱設(shè)置兩偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，且其偏光層及反射層均為曲面的實(shí)施例結(jié)構(gòu) 示意圖，以上視圖分別說明本發(fā)明不同實(shí)施例結(jié)構(gòu)的光形變化。如圖11所示該偏光發(fā)光二極管組件200，其包括基座210、發(fā)光二極管芯片220、偏 光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)230及封裝材料M0，該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)230的偏光層231與該發(fā)光二極管芯片 220的第一出光面221間的夾角θ 3為30度，其光形模擬結(jié)果如圖12所示，其中半徑坐標(biāo) 為相對光強(qiáng)度，角坐標(biāo)為出光角度。光形以中間180度位置最大，其顯示該偏光發(fā)光二極管 組件200的結(jié)構(gòu)不但具有偏光功能，并可調(diào)整光形，偏振度(polarization ratio)經(jīng)計(jì)算 可達(dá) 74. 69%。如圖13所示該偏光發(fā)光二極管組件300，其包括基座310、發(fā)光二極管芯片320、偏 光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)330及封裝材料340，該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)330的偏光層331與該發(fā)光二極管芯片 320的第一出光面321間的夾角θ 4為30度，本實(shí)施例的特點(diǎn)在于對稱設(shè)有二組該偏光波 導(dǎo)結(jié)構(gòu)330，可稱之為雙波導(dǎo)設(shè)計(jì)，其光形模擬結(jié)果如圖14所示，其光形較為對稱且偏振度(polarization ratio)可達(dá)78. 84%，其中半徑坐標(biāo)為相對光強(qiáng)度，角坐標(biāo)為出光角度。如圖15所示該偏光發(fā)光二極管組件400，其包括基座410、發(fā)光二極管芯片420、 偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)430及封裝材料440，本實(shí)施例的特點(diǎn)在于該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)430的偏光層431 與該發(fā)光二極管芯片420的第一出光面421間的夾角θ 5為40度，其光形模擬結(jié)果如圖16 所示，其光形對稱且較為扁平，且中間及兩側(cè)會(huì)有較多的光輸出，其中半徑坐標(biāo)為相對光強(qiáng) 度，角坐標(biāo)為出光角度。如圖17所示該偏光發(fā)光二極管組件500，其包括基座510、發(fā)光二極管芯片520、偏 光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)530及封裝材料Μ0，本實(shí)施例的特點(diǎn)在于該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)530的偏光層531及 反射層532均為曲面，該偏光層531為一凹弧面，且該凹弧面朝向該發(fā)光二極管芯片520，且 與該發(fā)光二極管芯片520的出光面具有一切線角θ 6，而該反射層532則為一凸弧面，且該 凸弧面朝向該發(fā)光二極管芯片520，其光形模擬結(jié)果如圖18所示，其光形會(huì)偏向中央集中， 其中半徑坐標(biāo)為相對光強(qiáng)度，角坐標(biāo)為出光角度。如圖19所示該偏光發(fā)光二極管組件600， 其包括基座610、發(fā)光二極管芯片620、偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)630及封裝材料640，該偏光層631為 一凸弧面，該反射層632為一凹弧面。上述不同實(shí)施例顯示，使用者可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)偏光層及反射層，可采用平面偏 光層及反射層，或平面偏光層配合曲面反射層，或是曲面偏光層配合平面反射層，或偏光層 及反射層均為曲面，或曲面的弧度不同時(shí)，可輸出聚束或發(fā)散的不同光形。請參閱圖20所示該偏光發(fā)光二極管組件700，其包括基座710、發(fā)光二極管芯片 720、偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)730及封裝材料740，與圖1實(shí)施例相互比對，本實(shí)施例的特點(diǎn)在于該封 裝材料740具有一凸弧頂部，同理，本實(shí)施例該封裝材料740可搭配圖11、圖13、圖15、圖 17或圖19所示不同偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)230、330、430、530或630。綜上所述，本發(fā)明提供的偏光發(fā)光二極管組件及其制造方法，通過結(jié)合有偏光層、 反射層以及轉(zhuǎn)換層所構(gòu)成的偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可針對光源進(jìn)行導(dǎo)引與轉(zhuǎn)換，并同時(shí)轉(zhuǎn)換偏極 回收反射光線，使偏極化效率提高到75%以上，提高整體能源效率，并可通過適當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 調(diào)整光型，以滿足不同應(yīng)用場合的需求。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。1權(quán)利要求
1.一種偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，包含一基座；一發(fā)光二極管芯片，設(shè)置于該基座上，該發(fā)光二極管芯片具有一第一出光面，該發(fā)光二 極管芯片可發(fā)出光線由該第一出光面輸出；至少一偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，由一偏光層、一反射層以及一轉(zhuǎn)換層構(gòu)成，該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置 于該發(fā)光二極管芯片的光輸出路徑上；以及一封裝材料，用以將該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、該發(fā)光二極管芯片與該基座封裝為一體。
2.如權(quán)利要求1所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的偏光層具有偏光分 離作用的納米金屬線柵、多層光學(xué)鍍膜或以光雙折射材料組合制成的極化分光組件。
3.如權(quán)利要求1所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的偏光層為一平面。
4.如權(quán)利要求3所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的偏光層與該發(fā)光二 極管芯片的第一出光面具有一夾角，且該夾角小于九十度。
5.如權(quán)利要求1所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的偏光層為一曲面。
6.如權(quán)利要求5所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的偏光層為一凸弧面， 且該凸弧面朝向該發(fā)光二極管芯片，且與該發(fā)光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。
7.如權(quán)利要求5所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的偏光層為一凹弧面， 且該凹弧面朝向該發(fā)光二極管芯片，且與該發(fā)光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。
8.如權(quán)利要求1所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的反射層為具有反射 光作用的金屬或非金屬鍍膜。
9.如權(quán)利要求1所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的反射層為一平面。
10.如權(quán)利要求9所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的反射層與該發(fā)光二 極管芯片的第一出光面具有一定夾角，且該夾角大于0度且小于180度。
11.如權(quán)利要求1所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的反射層為一曲面。
12.如權(quán)利要求11所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的反射層為一凸弧 面，且該凸弧面朝向該發(fā)光二極管芯片，且與該發(fā)光二極管芯片的第一出光面具有一切線
13.如權(quán)利要求11所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的反射層為一凹弧 面，且該凹弧面朝向該發(fā)光二極管芯片，且與該發(fā)光二極管芯片的第一出光面具有一切線
14.如權(quán)利要求1所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換層為一二分之 一相位延遲器。
15.如權(quán)利要求1所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的第二出光面與該發(fā) 光二極管芯片的第一出光面具有一夾角，且該夾角不等于90度。
16.如權(quán)利要求1所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)還包 括一透光層，該透光層具有一第一面、一第二面、一入光面以及一第二出光面，該偏光層設(shè) 置于該第一面，該反射層設(shè)置于該第二面，該轉(zhuǎn)換層設(shè)置于該第二出光面，該入光面朝向該 發(fā)光二極管芯片的第一出光面；該發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光線由該第一出光面輸出后， 可由該透光層的入光面射入該透光層并投射于該偏光層，再由該偏光層將部分光線反射至 該反射層，再由該反射層將光線反射至該第二出光面，再由該轉(zhuǎn)換層射出該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求16所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的透光層可為透光 的亞克力或封裝用熱固樹膠。
18.如權(quán)利要求16所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的偏光層以納米壓 印、沉積鍍膜或是貼合技術(shù)設(shè)置于該透光層上。
19.如權(quán)利要求16所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的反射層以沉積方 式設(shè)置于該透光層上。
20.如權(quán)利要求16所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換層貼附于該 透光層上。
21.如權(quán)利要求1所述的偏光發(fā)光二極管組件，其特征在于，對稱設(shè)有二組偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
22.一種偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，包含備置一發(fā)光二極管芯片，該發(fā)光二極管芯片設(shè)置于一基座上，該發(fā)光二極管芯片具有 一第一出光面，該發(fā)光二極管芯片可發(fā)出光線由該第一出光面輸出；備置一透光層，該透光層具有相對的第一面及一第二面；在該透光層的第一面設(shè)置偏光層，在該透光層的第二面設(shè)置反射層；將已設(shè)置有偏光層及反射層的透光層進(jìn)行切割，形成至少一偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成品，該 偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成品的其中一面為偏光層，相對另一面為反射層，以及一入光面及一第二 出光面，該入光面與該第二出光面為相對的兩面，且該入光面及第二出光面夾設(shè)于該偏光 層及該反射層之間；在該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)半成品的第二出光面設(shè)置一轉(zhuǎn)換層，形成一偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；以及利用封裝材料將該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與該發(fā)光二極管芯片及該基座封裝為一體，該入光面 朝向該第一出光面，該發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光線由該第一出光面輸出后，可由該透光 層的入光面射入該透光層并投射于該偏光層，再由該偏光層將部分光線反射至該反射層， 再由該反射層將光線反射至該第二出光面，再由該轉(zhuǎn)換層射出該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
23.如權(quán)利要求22所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的偏光 層以納米壓印、沉積鍍膜或是貼合技術(shù)設(shè)置于該透光層的第一面。
24.如權(quán)利要求22所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的反射 層以沉積方式設(shè)置于該透光層的第二面。
25.如權(quán)利要求22所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換 層貼附于該透光層上。
26.如權(quán)利要求22所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的偏光 層具有偏光分離作用的納米金屬線柵、多層光學(xué)鍍膜或以光雙折射材料組合制成的極化分 光組件。
27.如權(quán)利要求22所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第一面為一平面。
28.如權(quán)利要求22所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第一面為一曲面。
29.如權(quán)利要求觀所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第一面為一凸弧面。
30.如權(quán)利要求觀所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第一面為一凹弧面。
31.如權(quán)利要求22所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的反射 層為具有反射光作用的金屬或非金屬鍍膜。
32.如權(quán)利要求22所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第二面為一平面。
33.如權(quán)利要求22所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第二面為一曲面。
34.如權(quán)利要求33所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第二面為一凸弧面。
35.如權(quán)利要求33所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第二面為一凹弧面。
36.如權(quán)利要求22所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換 層為一二分之一相位延遲器。
37.一種偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，包含備置一發(fā)光二極管芯片，該發(fā)光二極管芯片設(shè)置于一基座上，該發(fā)光二極管芯片具有 一第一出光面，該發(fā)光二極管芯片可發(fā)出光線由該第一出光面輸出；備置一偏光層、一反射層及一轉(zhuǎn)換層，由該偏光層、反射層及轉(zhuǎn)換層與該發(fā)光二極管芯 片共同圍設(shè)形成一空間形狀的透光層，該透光層具有相對的第一面及一第二面；在該透光層的第一面設(shè)置有該偏光層，在該透光層的第二面設(shè)置有該反射層，且該透 光層具有一入光面及一第二出光面，該入光面與該第二出光面為相對的兩面，且該入光面 及第二出光面夾設(shè)于該偏光層及該反射層之間，且該第二出光面設(shè)置有該轉(zhuǎn)換層；以及利用封裝材料將該偏光層、反射層、轉(zhuǎn)換層與該發(fā)光二極管芯片及該基座封裝為一體， 該透光層的入光面朝向該第一出光面，該發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光線由該第一出光面輸 出后，可由該透光層的入光面射入該透光層并投射于該偏光層，再由該偏光層將部分光線 反射至該反射層，再由該反射層將光線反射至該第二出光面，再由該轉(zhuǎn)換層射出。
38.如權(quán)利要求37所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的偏光 層是具有偏光分離作用的納米金屬線柵、多層光學(xué)鍍膜或以光雙折射材料組合制成的極化分光組件。
39.如權(quán)利要求37所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第一面為一平面。
40.如權(quán)利要求37所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第一面為一曲面。
41.如權(quán)利要求40所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第一面為一凸弧面。
42.如權(quán)利要求40所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第一面為一凹弧面。
43.如權(quán)利要求37所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的反射 層為具有反射光作用的金屬或非金屬鍍膜。
44.如權(quán)利要求37所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第二面為一平面。
45.如權(quán)利要求37所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第二面為一曲面。
46.如權(quán)利要求45所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第二面為一凸弧面。
47.如權(quán)利要求45所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的透光 層的第二面為一凹弧面。
48.如權(quán)利要求37所述的偏光發(fā)光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換 層為一二分之一相位延遲器。
全文摘要
一種偏光發(fā)光二極管組件及其制造方法，該發(fā)光二極管組件包含一基座、一發(fā)光二極管芯片、一偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以及一封裝材料，該發(fā)光二極管芯片設(shè)置于該基座上，該發(fā)光二極管芯片具有一第一出光面，該發(fā)光二極管芯片可發(fā)出光線由該第一出光面輸出，該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由一偏光層、一反射層、一轉(zhuǎn)換層以及一透光層構(gòu)成，該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置于該發(fā)光二極管芯片的光輸出路徑上，該封裝材料用以將該偏光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、該發(fā)光二極管芯片與該基座封裝為一體。本發(fā)明可針對光源進(jìn)行導(dǎo)引與轉(zhuǎn)換，并同時(shí)轉(zhuǎn)換偏極回收反射光線，使偏極效率提高，提高整體能源利用效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102054908SQ200910207599
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者楊涵評, 林宏彝, 林正軒, 陳政寰 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院