偏光發光二極管組件及其制造方法

專利名稱：偏光發光二極管組件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極管，特別是一種偏光(polarized light)發光二極管組 件及其制造方法。
背景技術：
在自然光中，其電磁振動方向四面八方都有，如果振動只發生在一個平面內，稱之 為偏光(polarized light)。一般光線可由P及S兩垂直振動方向的偏光組成，并可通過偏 光器(polarizer)過濾其中一個方向的偏光，使另一個方向的偏光通過。應用方面，偏光早已廣泛地使用在日常生活中，如在防眩光照明、投影機與顯示器 等領域。以目前市面可見的一種“防眩臺燈”為例，使用熒光燈管搭配光學多層膜，過濾造 成眩光的偏光，光學效率約為50 60%，而其它應用，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，對于環保及節能的議題，越來越受到重視，除了改以較為節能 的發光二極管作為光源之外，對于照明系統的光學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 組件效率是關鍵問題。發光二極管光源產生偏光的方式，可以分為兩類(1)在發光二極管芯片上放置 偏光器，以及( 在發光二極管封裝上安裝偏光器等專利。例如美國專利US20060091412 (Polarized LED)提出一種在發光二極管芯片上安 裝反射式偏光器的技術，光線中兩個偏極方向的P及S偏光，其中P偏光會穿透該偏光器， 而S偏光則會反射通過下方的1/4波片后，再一次反射出去，由于將經過2次1/4波片的轉 換，可使S偏光變成P偏光，進而通過偏光器。通過此回收機制，雖然可提升偏極轉換效率， 但由于S偏光必須回到芯片再傳播出去，因此將導致光線被吸收的機會，降低發光效率。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，最后在出口安裝偏光器(polarizer)。由于反射的光線會回到熒光物質與芯片，再通過 反射杯向外傳播，因此也會造成光線被吸收的機會，降低發光效率。又如中國臺灣專利M287408，專利名稱為“產生偏極化光之發光二極管”，其在發光 二極管封裝表面，或是芯片表面設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。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種偏光發光二極管組件及其制造方法，可針 對光源進行導引與轉換，并同時轉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。為了實現上述目的，本發明提供了一種偏光發光二極管組件，其中，包含一基座；一發光二極管芯片，設置于該基座上，該發光二極管芯片具有一第一出光面，該發 光二極管芯片可發出光線由該第一出光面輸出；至少一偏光波導結構，由一偏光層、一反射層以及一轉換層構成，該偏光波導結構 設置于該發光二極管芯片的光輸出路徑上；以及一封裝材料，用以將該偏光波導結構、該發光二極管芯片與該基座封裝為一體。上述的偏光發光二極管組件，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。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的偏光層為一平面。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的偏光層與該發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。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的偏光層為一曲面。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的偏光層為一凸弧面，且該凸弧面朝向該 發光二極管芯片，且與該發光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的偏光層為一凹弧面，且該凹弧面朝向該 發光二極管芯片，且與該發光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。上述的偏光發光二極管組件，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。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的反射層為一平面。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的反射層與該發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。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的反射層為一曲面。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的反射層為一凸弧面，且該凸弧面朝向該 發光二極管芯片，且與該發光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的反射層為一凹弧面，且該凹弧面朝向該 發光二極管芯片，且與該發光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的轉換層為一二分之一相位延遲器 (phase retarder)0上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的第二出光面與該發光二極管芯片的第 一出光面具有一夾角，且該夾角不等于90度。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的偏光波導結構還包括一透光層，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，該偏光層設置于該第一面，該反 射層設置于該第二面，該轉換層設置于該第二出光面，該入光面朝向該發光二極管芯片的 第一出光面；該發光二極管芯片所發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，再由該轉換層射出該偏光波導結構。
上述的偏光發光二極管組件，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設置于該透光層上。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的反射層以沉積方式設置于該透光層上。上述的偏光發光二極管組件，其中，所述的轉換層貼附于該透光層上。上述的偏光發光二極管組件，其中，對稱設有二組偏光波導結構。為了更好地實現上述目的，本發明還提供了一種偏光發光二極管組件的制造方 法，其中，包含備置一發光二極管芯片，該發光二極管芯片設置于一基座上，該發光二極管芯片 具有一第一出光面，該發光二極管芯片可發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置偏光層，在該透光層的第二面設置反射層；將已設置有偏光層及反射層的透光層進行切割，形成至少一偏光波導結構半成 品，該偏光波導結構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于該 偏光層及該反射層之間；在該偏光波導結構半成品的第二出光面設置一轉換層，形成一偏光波導結構；以 及利用封裝材料將該偏光波導結構與該發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，該發光二極管芯片所發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，再由該轉換層射出該偏光波導結構。上述的偏光發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設置于該透光層的第一面。上述的偏光發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置于 該透光層的第二面。上述的偏光發光二極管組件的制造方法，其中，所述的轉換層貼附于該透光層上。上述的偏光發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光二極管組件的制造方法，其中，所述的轉換層為一二分之一相位 Mjfi^l (phase retarder)。為了更好地實現上述目的，本發明還提供了一種偏光發光二極管組件的制造方 法，其中，包含備置一發光二極管芯片，該發光二極管芯片設置于一基座上，該發光二極管芯片 具有一第一出光面，該發光二極管芯片可發出光線由該第一出光面輸出；備置一偏光層、一反射層及一轉換層，由該偏光層、反射層及轉換層與該發光二極 管芯片共同圍設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置有該偏光層，在該透光層的第二面設置有該反射層，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于該偏光層及該反射層之間，且該第二出光面設置有該轉換層；以 及利用封裝材料將該偏光層、反射層、轉換層與該發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，該發光二極管芯片所發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，再由該轉換層射出。上述的偏光發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
上述的偏光發光二極管組件的制造方法，其中，所述的轉換層為一二分之一相位 Mjfi^l (phase retarder)。本發明的技術效果在于本發明的偏光發光二極管組件及其制造方法，通過結合 有偏光層、反射層以及轉換層所構成的偏光波導結構，可針對光源進行導引與轉換，并同時 轉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。以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。


圖1本發明偏光發光二極管組件的實施例剖面結構示意圖；圖2 圖6本發明的偏光波導結構的制造工藝示意圖；圖7本發明的偏光波導結構結合發光二極管芯片及進行封裝的結構示意圖；圖8本發明的偏光波導結構結合發光二極管芯片的另一實施例結構示意圖；圖9本發明的P偏光穿透率與入射角度的關系圖；圖10本發明的S偏光穿透率與入射角度的關系圖；圖11本發明偏光發光二極管組件的偏光層與發光二極管芯片出光面夾角為30度 的實施例結構示意圖；圖12圖11實施例的光形模擬圖；圖13本發明偏光發光二極管組件對稱設置兩偏光波導結構，且其偏光層與發光 二極管芯片出光面夾角均為30度的實施例結構示意圖；圖14圖13實施例的光形模擬圖；圖15本發明偏光發光二極管組件對稱設置兩偏光波導結構，且其偏光層與發光 二極管芯片出光面夾角均為40度的實施例結構示意圖；圖16圖15實施例的光形模擬圖；圖17本發明偏光發光二極管組件對稱設置兩偏光波導結構，且其偏光層及反射 層均為曲面的實施例結構示意圖；圖18圖17實施例的光形模擬圖；圖19本發明偏光發光二極管組件對稱設置兩偏光波導結構，且其偏光層及反射 層相對曲面的實施例結構示意圖；圖20本發明偏光發光二極管組件封裝為凸弧頂部的結構示意圖。其中，附圖標記100、200、300、400、500、600、700 偏光發光二極管組件10,210,310,410,510,610,710 基座20、20A、220、320、420、520、620、720 發光二極管芯片21、21A、221、321、421、521、621 第一出光面22A.23A 導線30、230、330、430、530、630、730 偏光波導結構31、231、331、431、531、631 偏光層32、532、632 反射層33轉換層
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偏光波導結構半成品40、240、340、440、540、640、740 封裝材料dl間距Ll發光二極管芯片發出的光線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
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述請參閱圖1，圖1為本發明所提出的一種偏光發光二極管組件的實施例剖面結構 示意圖，該偏光發光二極管組件100包含一基座(base) 10、一發光二極管芯片20、一偏光 波導結構30以及一封裝材料(packaging material) 40，該發光二極管芯片20設置于該基 座10上，該發光二極管芯片20具有一第一出光面21，該發光二極管芯片20可發出光線 Ll由該第一出光面21輸出，該偏光波導結構30包括一偏光層31、一反射層(reflective layer) 32以及一轉換層33，該偏光層31、反射層32及轉換層33設置于一透光層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、轉換層33及發光二極管 芯片20所圍設成的一空間形狀，或可為一透光性材料，具有可透光的特性即可。在本實施 例中，該偏光層31、反射層32及轉換層33均為平面，該偏光層31與該發光二極管芯片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 換層33與該發光二極管芯片20的出光面21大致平行，該偏光波導結構30設置于該發光 二極管芯片20的光輸出路徑上，且該偏光波導結構30包括一入光面343，該入光面343朝 向該發光二極管芯片20的第一出光面21，該封裝材料40用以將該偏光波導結構30、該發 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為本發明的偏光波導結構的制造工藝示意圖；圖7 為本發明的偏光波導結構結合發光二極管芯片及進行封裝的結構示意圖，說明圖1所示該 偏光波導結構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設置于該透光層34上；此外，在該透光層34的第二 面342設置反射層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的設置并無一定先后 順序，可先設置該偏光層31或可先設置該反射層32，同時，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，將已設置有偏光層31及反射層32的透光層34進行切割，依該透光 層34的長度及實際所需形狀，可切割形成至少一偏光波導結構半成品35，如圖5所示，該 偏光波導結構半成品35具有一透光性材料的透光層34作為主體，該透光層34呈現菱形， 其具有四個面，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夾設于該偏光層31及該反射層32之間，最后，在該偏光波導結構半成品35的第二 出光面344設置一轉換層33，該轉換層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所示的該偏光波導結構30。請參閱圖7所示，將該偏光波導結構30與發光二極管芯片20灌膠固化，該偏光波 導結構半成品35的入光面343朝向該發光二極管芯片20的第一出光面21，該發光二極管 芯片20可為單一發光二極管芯片或已與基座10連結，最后再以封裝材料40將該偏光波導 結構30、該發光二極管芯片20與該基座10封裝為一體，形成圖1所示該偏光發光二極管組 件 100。根據上述該偏光發光二極管組件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明該偏光發光二極 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及轉換 層33與該發光二極管芯片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，可設計使封裝材料流入該偏光層31、反射層32、轉換層33及發光二極管 芯片20所圍設成的空間，以形成具有透光性材料的該透光層34，或可設計不使封裝材料流 入該偏光層31、反射層32、轉換層33及發光二極管芯片20所圍設成的空間，使保持一空間 形狀的透光層34。請參閱圖8所示本發明的偏光波導結構結合發光二極管芯片的另一實施例結構 示意圖，圖示該發光二極管芯片20A的頂面(即第一出光面21A)延伸出兩導線22A、23A連 接至該基座10，因此，將該偏光波導結構30與發光二極管芯片20A灌膠固化時，該偏光波 導結構30的入光面343與該發光二極管芯片20A的第一出光面21A之間會存在一定間距 dl，一般而言，該間距dl約為0. 1 0. 5mm,因此對于該發光二極管芯片20A的出光幾乎不 會構成任何影響，若考慮該間距dl所產生的影響時，則可考慮采用導線設置于底部的發光 二極管芯片(圖中未示出)。必須強調說明的是，該偏光層31、反射層32、入光面343及轉換層33 (即該透光層 34的第二出光面344)具有一定的相對位置關系，請參閱圖1所示，該發光二極管芯片20所 投射的光線Ll可由該偏光波導結構30的入光面343進入該透光層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，經由該適當的角度設計，S偏光L3會被反射至該反射層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 換層33，由于該轉換層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轉換為回收P偏光L5，換言之，由該偏光發光二極管組件100所投射出的光線均為P 偏光。由于該P偏光L2及S偏光L3各占該光線Ll的50%，若該S偏光L3未經任何回收 再利用時，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可完全通過該轉換層33，則理論上該回收P偏光L5應可占該光線Ll的50%， 然而光線在行進、反射及轉換過程中，或如圖8所示該間距dl，均會造成一定耗損，因此必 須通過設計使其達到最佳效果；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 轉換層33)與該第一出光面21的夾角時，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，同理，若該第二出光面344設置為弧面時，則對于該P偏光L5具有改變光型的效果。例如，在光學設計方面，若該偏光層31采用結構高度及周期均為160nm的鋁金屬 光柵，該發光二極管芯片20可發出波長為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系分別如圖9及圖10所示，圖9及圖10的縱坐標軸表示穿透率 (%)，其橫坐標軸表示入射角(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，當光線Ll入射角(即圖1該夾角Θ1)為40度時，P偏光穿透率達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，當光線以40度的入射角進入偏光波導結構，75% P偏光可穿透光柵，大部分的S偏光將 反射，進入波導中反復回收。其次，請參閱圖11至圖17，圖11為本發明偏光發光二極管組件的偏光層與發光 二極管芯片出面夾角為30度的實施例結構示意圖；圖12為圖11實施例的光形模擬圖；圖 13為本發明偏光發光二極管組件對稱設置兩偏光波導結構，且其偏光層與發光二極管芯片 出光面夾角均為30度的實施例結構示意圖；圖14為圖13實施例的光形模擬圖；圖15為本 發明偏光發光二極管組件對稱設置兩偏光波導結構，且其偏光層與發光二極管芯片出光面 夾角均為40度的實施例結構示意圖；圖16為圖15實施例的光形模擬圖；圖17為本發明偏 光發光二極管組件對稱設置兩偏光波導結構，且其偏光層及反射層均為曲面的實施例結構 示意圖，以上視圖分別說明本發明不同實施例結構的光形變化。如圖11所示該偏光發光二極管組件200，其包括基座210、發光二極管芯片220、偏 光波導結構230及封裝材料M0，該偏光波導結構230的偏光層231與該發光二極管芯片 220的第一出光面221間的夾角θ 3為30度，其光形模擬結果如圖12所示，其中半徑坐標 為相對光強度，角坐標為出光角度。光形以中間180度位置最大，其顯示該偏光發光二極管 組件200的結構不但具有偏光功能，并可調整光形，偏振度(polarization ratio)經計算 可達 74. 69%。如圖13所示該偏光發光二極管組件300，其包括基座310、發光二極管芯片320、偏 光波導結構330及封裝材料340，該偏光波導結構330的偏光層331與該發光二極管芯片 320的第一出光面321間的夾角θ 4為30度，本實施例的特點在于對稱設有二組該偏光波 導結構330，可稱之為雙波導設計，其光形模擬結果如圖14所示，其光形較為對稱且偏振度(polarization ratio)可達78. 84%，其中半徑坐標為相對光強度，角坐標為出光角度。如圖15所示該偏光發光二極管組件400，其包括基座410、發光二極管芯片420、 偏光波導結構430及封裝材料440，本實施例的特點在于該偏光波導結構430的偏光層431 與該發光二極管芯片420的第一出光面421間的夾角θ 5為40度，其光形模擬結果如圖16 所示，其光形對稱且較為扁平，且中間及兩側會有較多的光輸出，其中半徑坐標為相對光強 度，角坐標為出光角度。如圖17所示該偏光發光二極管組件500，其包括基座510、發光二極管芯片520、偏 光波導結構530及封裝材料Μ0，本實施例的特點在于該偏光波導結構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光二極管芯片520，且 與該發光二極管芯片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 凸弧面朝向該發光二極管芯片520，其光形模擬結果如圖18所示，其光形會偏向中央集中， 其中半徑坐標為相對光強度，角坐標為出光角度。如圖19所示該偏光發光二極管組件600， 其包括基座610、發光二極管芯片620、偏光波導結構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。上述不同實施例顯示，使用者可以根據需要設計偏光層及反射層，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，可輸出聚束或發散的不同光形。請參閱圖20所示該偏光發光二極管組件700，其包括基座710、發光二極管芯片 720、偏光波導結構730及封裝材料740，與圖1實施例相互比對，本實施例的特點在于該封 裝材料740具有一凸弧頂部，同理，本實施例該封裝材料740可搭配圖11、圖13、圖15、圖 17或圖19所示不同偏光波導結構230、330、430、530或630。綜上所述，本發明提供的偏光發光二極管組件及其制造方法，通過結合有偏光層、 反射層以及轉換層所構成的偏光波導結構，可針對光源進行導引與轉換，并同時轉換偏極 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，并可通過適當結構設計 調整光型，以滿足不同應用場合的需求。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟 悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變 形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。1權利要求
1.一種偏光發光二極管組件，其特征在于，包含一基座；一發光二極管芯片，設置于該基座上，該發光二極管芯片具有一第一出光面，該發光二 極管芯片可發出光線由該第一出光面輸出；至少一偏光波導結構，由一偏光層、一反射層以及一轉換層構成，該偏光波導結構設置 于該發光二極管芯片的光輸出路徑上；以及一封裝材料，用以將該偏光波導結構、該發光二極管芯片與該基座封裝為一體。
2.如權利要求1所述的偏光發光二極管組件，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、多層光學鍍膜或以光雙折射材料組合制成的極化分光組件。
3.如權利要求1所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的偏光層為一平面。
4.如權利要求3所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的偏光層與該發光二 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.如權利要求1所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的偏光層為一曲面。
6.如權利要求5所述的偏光發光二極管組件，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光二極管芯片，且與該發光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。
7.如權利要求5所述的偏光發光二極管組件，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光二極管芯片，且與該發光二極管芯片的第一出光面具有一切線角。
8.如權利要求1所述的偏光發光二極管組件，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.如權利要求1所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的反射層為一平面。
10.如權利要求9所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的反射層與該發光二 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.如權利要求1所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的反射層為一曲面。
12.如權利要求11所述的偏光發光二極管組件，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光二極管芯片，且與該發光二極管芯片的第一出光面具有一切線
13.如權利要求11所述的偏光發光二極管組件，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光二極管芯片，且與該發光二極管芯片的第一出光面具有一切線
14.如權利要求1所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的轉換層為一二分之 一相位延遲器。
15.如權利要求1所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的第二出光面與該發 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.如權利要求1所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的偏光波導結構還包 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 置于該第一面，該反射層設置于該第二面，該轉換層設置于該第二出光面，該入光面朝向該 發光二極管芯片的第一出光面；該發光二極管芯片所發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，再由該轉換層射出該偏光波導結構。
17.如權利要求16所述的偏光發光二極管組件，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.如權利要求16所述的偏光發光二極管組件，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設置于該透光層上。
19.如權利要求16所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的反射層以沉積方 式設置于該透光層上。
20.如權利要求16所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，所述的轉換層貼附于該 透光層上。
21.如權利要求1所述的偏光發光二極管組件，其特征在于，對稱設有二組偏光波導結構。
22.一種偏光發光二極管組件的制造方法，其特征在于，包含備置一發光二極管芯片，該發光二極管芯片設置于一基座上，該發光二極管芯片具有 一第一出光面，該發光二極管芯片可發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置偏光層，在該透光層的第二面設置反射層；將已設置有偏光層及反射層的透光層進行切割，形成至少一偏光波導結構半成品，該 偏光波導結構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于該偏光 層及該反射層之間；在該偏光波導結構半成品的第二出光面設置一轉換層，形成一偏光波導結構；以及利用封裝材料將該偏光波導結構與該發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，該發光二極管芯片所發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，再由該轉換層射出該偏光波導結構。
23.如權利要求22所述的偏光發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設置于該透光層的第一面。
24.如權利要求22所述的偏光發光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的反射 層以沉積方式設置于該透光層的第二面。
25.如權利要求22所述的偏光發光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的轉換 層貼附于該透光層上。
26.如權利要求22所述的偏光發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、多層光學鍍膜或以光雙折射材料組合制成的極化分 光組件。
27.如權利要求22所述的偏光發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.如權利要求22所述的偏光發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.如權利要求觀所述的偏光發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.如權利要求觀所述的偏光發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.如權利要求22所述的偏光發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.如權利要求22所述的偏光發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.如權利要求22所述的偏光發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.如權利要求33所述的偏光發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.如權利要求33所述的偏光發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.如權利要求22所述的偏光發光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的轉換 層為一二分之一相位延遲器。
37.一種偏光發光二極管組件的制造方法，其特征在于，包含備置一發光二極管芯片，該發光二極管芯片設置于一基座上，該發光二極管芯片具有 一第一出光面，該發光二極管芯片可發出光線由該第一出光面輸出；備置一偏光層、一反射層及一轉換層，由該偏光層、反射層及轉換層與該發光二極管芯 片共同圍設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置有該偏光層，在該透光層的第二面設置有該反射層，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 及第二出光面夾設于該偏光層及該反射層之間，且該第二出光面設置有該轉換層；以及利用封裝材料將該偏光層、反射層、轉換層與該發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，該發光二極管芯片所發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，再由該轉換層射出。
38.如權利要求37所述的偏光發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、多層光學鍍膜或以光雙折射材料組合制成的極化分光組件。
39.如權利要求37所述的偏光發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.如權利要求37所述的偏光發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.如權利要求40所述的偏光發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.如權利要求40所述的偏光發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.如權利要求37所述的偏光發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.如權利要求37所述的偏光發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.如權利要求37所述的偏光發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.如權利要求45所述的偏光發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.如權利要求45所述的偏光發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.如權利要求37所述的偏光發光二極管組件的制造方法，其特征在于，所述的轉換 層為一二分之一相位延遲器。
全文摘要
一種偏光發光二極管組件及其制造方法，該發光二極管組件包含一基座、一發光二極管芯片、一偏光波導結構以及一封裝材料，該發光二極管芯片設置于該基座上，該發光二極管芯片具有一第一出光面，該發光二極管芯片可發出光線由該第一出光面輸出，該偏光波導結構由一偏光層、一反射層、一轉換層以及一透光層構成，該偏光波導結構設置于該發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結構、該發光二極管芯片與該基座封裝為一體。本發明可針對光源進行導引與轉換，并同時轉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H01L33/00GK102054908SQ200910207599
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月29日 優先權日2009年10月29日
發明者楊涵評, 林宏彝, 林正軒, 陳政寰 申請人:財團法人工業技術研究院