專利名稱：偏極化白光發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與一種白光發(fā)光二極管有關(guān),特別是一種偏極化白光發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
目前市面上白光發(fā)光二極管(lighting emitting diode, LED),大多是通過多種顏色的發(fā)光二極管芯片來混合色光的封裝方式而形成，或是采用藍(lán)光發(fā)光二極管芯片或紫外光發(fā)光二極管芯片，來激發(fā)多種顏色的熒光粉的封裝方式而形成。其中，采用多種顏色的發(fā)光二極管芯片來混合色光的封裝方式，所制成的白光發(fā)光二極管，雖具有實(shí)時(shí)性顏色可調(diào)的功能，但因各種顏色的發(fā)光二極管芯片的制作材料的 差異，會(huì)導(dǎo)致白光發(fā)光二極管于溫度上升時(shí)，其的發(fā)光顏色產(chǎn)生變化、色光混合不易或驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜化等問題。至于，采用紫外光發(fā)光二極管芯片來激發(fā)熒光粉而產(chǎn)生可見光，并進(jìn)一步混合而成白光的方式，其的缺點(diǎn)在于發(fā)光亮度不足，且由于紫外光的發(fā)射會(huì)對使用者產(chǎn)生不必要的傷害。因此，采用紫外光發(fā)光二極管芯片來激發(fā)熒光粉的封裝方式，必需提升其的白光轉(zhuǎn)換效率，并且于封裝結(jié)構(gòu)中增加一光學(xué)組件，以阻絕紫外線光發(fā)射而出，并造成人眼的傷害。利用藍(lán)光發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的藍(lán)光來激發(fā)黃色熒光粉，而產(chǎn)生黃光并使得黃光與部份的藍(lán)光混合而形成白光，為目前最常見的白光發(fā)光二極管。不過，采用上述方式所制成的白光二極管，其所發(fā)出的白光于混光過程中，藍(lán)光的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其所激發(fā)黃光的強(qiáng)度，因此上述白光發(fā)光二極管會(huì)有色溫偏高因而產(chǎn)生刺眼的問題，同時(shí)演色指數(shù)無法提升至大于80，且其所產(chǎn)生的光源強(qiáng)度及顏色分布不均勻，而產(chǎn)生例如顏色分布具有黃圈現(xiàn)象等問題。此外，藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的發(fā)光波長會(huì)隨著操作溫度上升而增加，因而影響其所激發(fā)的黃光與藍(lán)光于混合時(shí)所產(chǎn)生的白光的顏色變化。然而，無論采用上述何種封裝方式所制成的白光發(fā)光二極管的發(fā)光光源，皆屬于非偏極光。以照明應(yīng)用而言，非偏極光在閱讀時(shí)會(huì)產(chǎn)生眩光(glare)的問題，而令使用者感到不適且無法觀看。因此，如何使白光發(fā)光二極管偏極化，并具有高消光比(extinctionratio)以降低可能產(chǎn)生的眩光問題，系本技術(shù)領(lǐng)域亟欲解決問題之一。此外，于目前的液晶顯示器(liquid crystal display, LCD)的技術(shù)中，其顯示板的架構(gòu)主要由一液晶層、一薄膜基板、一背光板、兩上下偏光膜片、一彩色濾光片所構(gòu)成。由于背光板中采用白光發(fā)光二極管作為光源，而偏光膜片可有效地使得由背光板所輸出的非偏極化白光，產(chǎn)生偏極化與檢偏功能，并致使白光發(fā)光二極管所發(fā)出的偏極化白光在通過液晶層時(shí)，可產(chǎn)生空間光調(diào)制(spatial light modulation)作用，而使得液晶顯示器得以有效運(yùn)作。因此，若能在目前的白光發(fā)光二極管的封裝技術(shù)下達(dá)成偏極化白光的輸出，將可增加液晶的出光亮度，以及減少偏光片于顯示器中的使用量而降低成本。為了使得白光發(fā)光二極管所產(chǎn)生的白光偏極化，以下簡述部分的先前技術(shù)。美國專利號(hào)7，091，661主要包括一發(fā)光二極管芯片、一突光粉層及一反射式偏光器(reflective polarizer) 0突光粉層設(shè)置于發(fā)光二極管芯片之上，并設(shè)置于兩高分子濾光膜層之間。反射式偏光器設(shè)置于熒光粉層之上。發(fā)光二極管芯片會(huì)發(fā)出一第一光線，經(jīng)高分子濾光膜層后進(jìn)入熒光粉層以激發(fā)產(chǎn)生一第二光線，再由另一高分子濾光膜層出射后，經(jīng)由反射式偏光器而產(chǎn)生一偏極光。其中，反射式偏光器米用一偏光多層膜或一吸收型偏光膜。此外，在美國專利號(hào)7，766，495中，通過將一反射罩設(shè)置于一發(fā)光二極管芯片的周圍，而將發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的偏極光向同一方向反射，以輸出向同一方向出射的偏極光。美國專利號(hào)7，339, 736則于一非偏極化光前方,設(shè)置一高分子材料所制作的反射式偏光多層膜，非偏極化光在經(jīng)過反射式偏光多層膜后可產(chǎn)生偏極化光，而可應(yīng)用于液晶顯示器的背光源中以增強(qiáng)亮度。然而，高分子材料所制作的反射式偏光多層膜，因工作環(huán)境溫度升高或曝照在紫外光的環(huán)境下，易隨著長時(shí)間操作而產(chǎn)生變質(zhì)。因此，如何提高反射式多層偏光膜的環(huán)境忍受度，亦系本技術(shù)領(lǐng)域亟欲解決問題之一。美國專利號(hào)7，614，757采用一反射型金屬線柵偏光器(refIectivemetallicwire-grid polarizer),其應(yīng)用于液晶顯示器的背光源來增強(qiáng)亮度。其中，反射型金屬線柵·偏光器的結(jié)構(gòu)，系將奈米尺寸的金屬線數(shù)組制作于一透明基板上，其具有較寬的工作光譜、較高的消光比、較大的出光角度與較高的環(huán)境忍受度等優(yōu)點(diǎn)，但由于其結(jié)構(gòu)屬于奈米尺寸，因此，如何避免反射型金屬線柵偏光器受到損害，亦系本技術(shù)領(lǐng)域亟欲解決問題之一。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一目的在于提供一種偏極化白光發(fā)光二極管，可提高其消光比、降低其色溫、減緩溫度所造成的出光顏色的變化，并進(jìn)而增加出光顏色的均勻性。此外，本發(fā)明可被應(yīng)用于液晶顯示器的背光源，以增加液晶顯示器的出光量，同時(shí)減少偏光膜片的使用量，進(jìn)而避免偏光膜片可能老化的問題。本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)可以從本發(fā)明所揭露的技術(shù)特征中得到進(jìn)一步的了解。為達(dá)上述的一或部份或全部目的或是其它目的，本發(fā)明的一實(shí)施例的一種偏極化白光發(fā)光二極管，其系包括一包含電極的反射基板、一發(fā)光二極管芯片、一突光層、一金屬線柵偏光層及一透明基板。發(fā)光二極管芯片系置于反射基板之上并且可以發(fā)出一第一色光。熒光層系涂布于發(fā)光二極管芯片的外圍，當(dāng)?shù)谝簧獯┩笩晒鈱訒r(shí)，第一色光會(huì)激發(fā)熒光層而產(chǎn)生一第二色光，且第一色光系與第二色光混合而產(chǎn)生一白光，其中熒光層系由一透明膠層與至少一熒光粉混合而成，而熒光粉包括一黃色熒光粉并可另外包含一紅色熒光粉或一綠色熒光粉，第一色光系為一藍(lán)光，且第二色光系為一黃光且可另外包含一紅光或一綠光。金屬線柵偏光層系設(shè)置于空氣間隙上方，且不直接接觸熒光層而形成一空氣間隙，并且與反射基板形成一激發(fā)腔(pumping cavity),以使得金屬線柵偏光層將部份的第一色光反射，而在熒光層與空氣間隙內(nèi)產(chǎn)生反復(fù)且多條個(gè)不同方向的反射，并且金屬線柵偏光層可供白光穿透。透明基板系設(shè)置于金屬線柵偏光層上，其中透明基板系具有一第一表面以及與第一表面相對之一第二表面，第一表面系與金屬線柵偏光層接觸，而白光系由第二表面射出。在一實(shí)施例中，其更包括一設(shè)置于透明基板的第二表面上的二次光學(xué)組件，其中二次光學(xué)組件可以為一微透鏡、一光學(xué)膜或光柵。在一實(shí)施例中，第一色光系包含一橫電場波及一橫磁場波，金屬線柵偏光層會(huì)反射橫電場波，而使得橫電場波在突光層與空氣間隙內(nèi)產(chǎn)生反復(fù)且不同方向的反射，且金屬線柵偏光層可供第一色光中的橫電場波，以及于多次反射時(shí)于突光層中所激發(fā)的第二色光，所混合產(chǎn)生的白光穿透。在一實(shí)施例中，反射基板系具有一底部及四側(cè)板，底部及四側(cè)板會(huì)構(gòu)成一凹槽，發(fā)光二極管芯片系設(shè)置于底部上，熒光層系覆蓋發(fā)光二極管芯片并設(shè)置于凹槽內(nèi)，且部份的第一色光可于激發(fā)腔中多次反射，以產(chǎn)生發(fā)光偏極性的隨機(jī)化作用(polarizationrandomization)。在一實(shí)施例中，反射基板具有相連的一第一凹槽及一第二凹槽，第一凹槽系位于第二凹槽的下方，發(fā)光二極管芯片系設(shè)置于第一凹槽內(nèi)，透明膠層系涂布于發(fā)光二極管芯片的外圍并填滿第一凹槽，熒光層系設(shè)置于第二凹槽并覆蓋透明膠層，且部份的第一色光可于激發(fā)腔中多次反射，以便產(chǎn)生發(fā)光偏極性的隨機(jī)化作用。在一實(shí)施例中，空氣間隙包含一介質(zhì)，其可填滿或部分地填滿空氣間隙，其中介質(zhì) 材料的折射率系介于I至I. 4之間，并系小于熒光層的折射率。在一實(shí)施例中，金屬線柵偏光層與透明基板系為一體成型。其中，金屬線柵偏光層包括多條金屬線，每一金屬線系相互地平行設(shè)置于透明基板上，且金屬線柵偏光層系具有一線柵周期，而線柵周期系小于或等于300奈米。金屬線柵偏光層具有一介于10%至60%的工作周期比例，且其材質(zhì)系選自鋁、鎢、銅、銀及金所構(gòu)成的群組。

圖I為本發(fā)明第一實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為金屬線柵偏光層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明第三實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明第四實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明第五實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明第六實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。主要組件符號(hào)說明偏極化白光發(fā)光二極管100、100a、100b、200、200a、200b反射基板101、201反射層102、202發(fā)光二極管芯片103、205熒光層104、207空氣間隙105、105a、208、208a介質(zhì)105b、208b金屬線柵偏光層106、209透明基板107、210第一表面107a、210a第二表面107b、210b二次光學(xué)組件108、211
金屬接腳203焊線204透明膠層206第一凹槽Vl第二凹槽V具體實(shí)施方式有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實(shí)施例中所提到的方向用語，例如上、下、左、 右、前或后等，僅是用于參照隨附圖式的方向。因此，該等方向用語僅是用于說明并非是用于限制本發(fā)明。請參照圖1，其系為本發(fā)明第一實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管。一偏極化白光發(fā)光二極管100包括有一反射基板101、一發(fā)光二極管芯片103、一突光層104、一金屬線柵偏光層106及一透明基板107。反射基板101具有一底部及四側(cè)板，而底部及四側(cè)板會(huì)構(gòu)成一凹槽，發(fā)光二極管芯片103系設(shè)置于反射基板101的底部上，其中反射基板101上形成有一電路(未圖標(biāo))，且發(fā)光二極管芯片103系電性連接于電路上，并通過外加電流來驅(qū)動(dòng)此一發(fā)光二極管芯片103以發(fā)出一第一色光，進(jìn)而提供了激發(fā)熒光層104所需的光源。其中，第一色光包含一橫電場波(transverse electric wave, TE wave)及一橫磁場波(transverse magneticwave, TM wave),于本實(shí)施例中，第一色光系為一藍(lán)光。通過將一反射層102設(shè)置于反射基板101的底部及四側(cè)板上，可以使其圍繞于反射基板101的凹槽的內(nèi)部周圍。于本實(shí)施例中僅繪示一藍(lán)光二極管芯片103，發(fā)光二極管芯片103系米用藍(lán)光發(fā)光二極管芯片，其中藍(lán)光發(fā)光二極管芯片103可以例如為氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵銦(InGaAlN)或氮化鎵鋁(AlGaN)等III-V族光電半導(dǎo)體芯片，且可發(fā)射一波長介于400 530nm的藍(lán)光。此外，其可依照不同的亮度需求，而于反射基板101上設(shè)置多個(gè)藍(lán)光二極管芯片103，以產(chǎn)生所需亮度，并可以依照不同數(shù)組方式來設(shè)置藍(lán)光發(fā)光二極管芯片103。突光層104系涂布于發(fā)光二極管芯片103的外圍，并覆蓋發(fā)光二極管芯片103同時(shí)設(shè)置于反射基板101的凹槽內(nèi)，以使得反射層102可圍繞于熒光層104的周圍。其中，突光層104系由一透明膠與至少一突光粉所混合而成,而突光粉系為一黃色突光粉,并且可包括一綠色熒光粉、一紅色熒光粉，或是由其等所組合的混色熒光粉，并且在配合不同熒光粉下，第一色光可激發(fā)不同顏色的熒光粉而發(fā)出不同顏色的第二色光，其中第二色光系為一黃光并且可包括一紅光或一綠光。由于本實(shí)施例中的發(fā)光二極管芯片103系米用藍(lán)光發(fā)光二極管芯片，因此熒光層104可針對藍(lán)光發(fā)光二極管芯片103所發(fā)出的藍(lán)光的波長范圍，而采用適當(dāng)比例的黃色熒光粉，并將的混入于對于藍(lán)光系為透明的一透明膠而混合制作完成。其中，熒光層104內(nèi)的透明膠包括一環(huán)氧樹脂或一硅膠等可為可見光所穿透的膠體，突光層104內(nèi)的黃色突光粉可以例如為一鋪摻雜乾招石槽石(YAG)突光粉、一鋪鋁石榴石(TAG)熒光粉，或具有銪(Eu)或鈰(Ce)摻雜的硅酸鹽(silicates)、氮氧化物(oxynitride)、氮化物(nitride)與磷酸鹽(phosphates)突光粉等。由于藍(lán)光發(fā)光二極管芯片103系發(fā)射波長介于400 530nm的藍(lán)光，其可激發(fā)熒光層104中的黃色熒光粉，并且剩余的藍(lán)光與所激發(fā)的黃光亦可加上紅光或綠光等兩種不同顏色光而混合成白光。
金屬線柵偏光層106系設(shè)置于突光層104上,但金屬線柵偏光層106與突光層104之間系具有一空氣間隙105,通過以空氣間隙105作間隔,而令金屬線柵偏光層106不會(huì)直接接觸熒光層104。由于金屬線柵偏光層106包括多條金屬線，其中每一金屬線的線寬系介于30 180nm之間，而其厚度系介于30 200nm之間。且每一金屬線的線寬，也就是金屬線柵偏光層106的線柵線寬系極其細(xì)微，十分易于受損，若受損則金屬線柵偏光層106將無法作用，因此本發(fā)明的目的之一，就是利用空氣間隙105來保護(hù)金屬線柵偏光層106，以使得金屬線柵偏光層106朝向熒光層104的金屬線，不會(huì)因接觸熒光層104而受損，并可增加偏極光出光量。其中空氣間隙105可由一介質(zhì)填滿,并且介質(zhì)的材料的折射率系介于I至
I.4之間，且系小于熒光層104的折射率。配合參照圖1，透明基板107系設(shè)置于金屬線柵偏光層106上，透明基板107具有一第一表面107a與相對于第一表面107a之一第二表面107b,第一表面107a會(huì)接觸金屬線柵偏光層106，也就是說，金屬線柵偏光層106中的每一金屬線系相互地平行設(shè)置于透明基板107上。其中，透明基板107的材質(zhì)系可令由熒光層104所射出的白光穿透，而具有一高穿透率，其材質(zhì)可以例如為玻璃或高分子材料。配合參照圖2，于本實(shí)施例中，金屬線柵偏光層106與透明基板107系為一體成型。其中，金屬線柵偏光層106具有一線柵周期，且線柵周期系小于或等于300奈米，同時(shí)具有一介于10%至60%的工作周期比例(duty cycle ratio),并且其的材質(zhì)系選自鋁、鎢、銅、銀及金所構(gòu)成的群組。金屬線柵偏光層106的金屬線的制作方法如下利用奈米微影術(shù)(nano-lithpgraphy)、電子束微影術(shù)(electron beam lithography)、全像干涉術(shù)(holographic lithography)或奈米壓印(nano-imprinting)等方法來制作，將具有次波長條紋光阻圖案的金屬線柵偏光層106形成于第一表面107a上。接著，利用光阻剝離(lift-off)或蝕刻/鍍膜(etching/deposition)等方式，將次波長金屬光柵(subwaveIengthgrating)形成于第一表面 107a 上。由于金屬線柵偏光層106上具有次波長金屬光柵，因此具備偏光化的功能,其可將例如白光的可見光進(jìn)行多重反射與偏光作用，而產(chǎn)生偏極化白光。通過上述方法，不僅可產(chǎn)生偏極化白光，更可使得偏極化白光發(fā)光二極管100所發(fā)出的光源，達(dá)到發(fā)光強(qiáng)度分布均勻化、顏色穩(wěn)定化與降低色溫效果。此外，可依照所需的光學(xué)反射效果，而針對例如寬度、厚度與材料種類等構(gòu)成金屬線柵偏光層106的膜層的材料結(jié)構(gòu)來進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作，使其僅將一部份的由發(fā)光二極管芯片103所發(fā)射的第一色光的特定波長范圍加以反射。金屬線柵偏光層106的作用在于其具有部份光反射及部分光透射的特性，同時(shí)其具有較寬的工作光譜，而可對多波長的白光產(chǎn)生偏極化效果。在一實(shí)施例中，金屬線柵偏光層106具有一偏極化條件，其可令第一色光中具有橫磁場波(TM)的光穿透，并且能夠反射第一色光中具有橫電場波(TE)的光，同時(shí)達(dá)到高于95%以上的反射率。因橫電場波無法滿足金屬線柵偏光層106的偏極化條件，而使其受到金屬線柵偏光層106所阻擋，進(jìn)而于透明基板107的第一表面107a中產(chǎn)生反射現(xiàn)象；而第一色光中的橫磁場波可滿足金屬線柵偏光層106的偏極化條件，因而可穿透金屬線柵偏光層106，且金屬線柵偏光層106可供受激發(fā)的第二色光穿透。也就是說，金屬線柵偏光層106可反射第一色光中橫電場波，另一方面，反射層102可以使得發(fā)光二極管芯片103所發(fā)出的第一色光，被部分地局限于金屬線柵偏光層106與反射基板101之間，并借著金屬線柵偏光層106與反射基板101所形成之一激發(fā)腔，而使得橫電場波在突光層104與空氣間隙105內(nèi)，產(chǎn)生反復(fù)且不同方向的反射，因此使得第一色光中的橫電場波得以多次激發(fā)熒光層104而產(chǎn)生第二色光的電場偏極性的隨機(jī)化效應(yīng)，直至第一色光中橫電場波轉(zhuǎn)換為橫磁場波，而與第二色光混合而形成出射的偏極化白光，并滿足電磁原理所要求的金屬線柵偏光層106的偏極化條件后，始可穿透金屬線柵偏光層106。由于金屬線柵偏光層106對橫電場波(TE)的可見光波具有高反射率，因而可將其反射回光源且將其偏極性加以隨機(jī)化(polarizationrandomization),最后再予以回收再利用，并使其轉(zhuǎn)換為橫磁場波(TM)的光，進(jìn)而穿透金屬線柵偏光層106。借著不斷地重復(fù)上述過程，因此偏極化白光發(fā)光二極管100可有效提升消光比、出光量及其偏極化轉(zhuǎn)換效率。如上所述，因金屬線柵偏光層106與反射基板101形成一激發(fā)腔，因而使得第一色光可透過激發(fā)腔盡量激發(fā)熒光層104內(nèi)的熒光粉，據(jù)以減少因發(fā)光二極管芯片102所發(fā)出的第一色光過多，而產(chǎn)生偏極化白光發(fā)光二極管100的的色溫過高問題，并且可提高熒光·粉的光波長轉(zhuǎn)換效率，并激發(fā)更多的第二色光，進(jìn)而使得偏極化白光發(fā)光二極管100可產(chǎn)生更多偏極化的白光。偏極化的白光會(huì)進(jìn)入透明基板107的第一表面107a，并由第二表面107b出射。在本發(fā)明的偏極化白光發(fā)光二極管100的封裝結(jié)構(gòu)中，其的發(fā)光二極管芯片103主要系采用藍(lán)光發(fā)光二極管芯片，而其熒光層104中系采用黃色熒光粉，并搭配使用金屬線柵偏光層106，以達(dá)到產(chǎn)生偏極化光白光的效果。為了避免具有奈米尺寸的金屬線結(jié)構(gòu)的金屬線柵偏光層106受損，以增加偏極化白光發(fā)光二極管100的環(huán)境忍受度及消光比，本發(fā)明將金屬線柵偏光層106具有金屬線結(jié)構(gòu)的面朝下置于熒光層104上方，并于熒光層104及金屬線柵偏光層106之間設(shè)置一空氣間隙105。配合參照圖3，其描述本發(fā)明的第二實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管。第二實(shí)施例中偏極化白光發(fā)光二極管IOOa的結(jié)構(gòu)，與第一實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管100的結(jié)構(gòu)的相異的處，僅為偏極化白光發(fā)光二極管IOOa中空氣間隙105系由一空氣105b之間隙，以及其下方之一例伽透明膠層的介質(zhì)105a所構(gòu)成，其中介質(zhì)105a的折射率系介于I至I. 4之間，且系小于熒光層104的折射率。請參照圖4，其描述本發(fā)明第三實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管。偏極化白光發(fā)光二極管IOOb更包括一二次光學(xué)組件108，其系設(shè)置于透明基板107的第二表面107b上，并且二次光學(xué)組件108可以包括一平面、一微透鏡、一光柵或一光學(xué)膜例如抗反射膜等。于本實(shí)施例中，二次光學(xué)組件108系為一微透鏡數(shù)組，通過微透鏡數(shù)組的設(shè)置，可有效提升偏極化白光發(fā)光二極管100b,所發(fā)射的偏極化白光的出光的指向性(directivity)。請參照圖5，其系為本發(fā)明第四實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管。第四實(shí)施例中的偏極化白光發(fā)光二極管200的結(jié)構(gòu),與第一實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管100的結(jié)構(gòu)的主要相異的處，在于反射基板、發(fā)光二極管芯片及突光層之間的配置。一種偏極化白光發(fā)光二極管200,系主要包括有一反射基板201、一發(fā)光二極管芯片205、一透明膠層206、一突光層207、一金屬線柵偏光層209及一透明基板210。反射基板201的材質(zhì)可以例如為鋁、硅或陶磁等，且反射基板201之上方可通過適當(dāng)加工方式，而形成相連之一第一凹槽Vl及一第二凹槽V2，第一凹槽Vl系位于第二凹槽V2的下方，且于第一凹槽Vl及第二凹槽V2所露出的反射基板201的表面上形成有一反射層202，而反射層202的材質(zhì)可以例如為鋁、鎢、銅、金或銀等，可針對可見光具有反射效果的金屬材質(zhì)。此外，兩分隔的金屬接腳203系形成于基板201上且系穿透反射基板201，并分別通過一焊線204而電性連結(jié)于發(fā)光二極管芯片205的陽極及陰極。通過外加電流于此些金屬接腳203,可驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管芯片205以發(fā)出一第一色光,進(jìn)而可提供激發(fā)突光層207所需的光源。其中，第一色光包含一橫電場波及一橫磁場波。發(fā)光二極管芯片205系設(shè)置于第一凹槽Vl上,透明膠層206系涂布于發(fā)光二極管芯片205的外圍，并填滿第一凹槽VI，以完全覆蓋發(fā)光二極管芯片205，而熒光層207系設(shè)置于第二凹槽V2內(nèi)并覆蓋以透明膠層206，而使得反射層202可包圍于熒光層207的周圍。通過透明膠層206的設(shè)置，可以避免發(fā)光二極管芯片205與熒光層207的直接接觸，而于偏極化白光發(fā)光二極管200操作時(shí),可避免發(fā)光二極管芯片205于發(fā)光產(chǎn)生熱能時(shí),導(dǎo)致突光層207的材料劣化的問題，進(jìn)而可確保偏極化白光發(fā)光二極管200的發(fā)光效率與質(zhì)量。于本實(shí)施例中，發(fā)光二極管芯片205系米用藍(lán)光發(fā)光二極管芯片，而突光層207中 突光粉系米用摻鋪(Ce)的乾招石槽石(YAG)作為黃色突光粉,因此第一色光系為藍(lán)光峰波長為458nm的光，而第二色光系為黃光峰波長為570nm的光,而金屬線柵偏光層209的線柵周期則系采用288奈米。一部分藍(lán)光在進(jìn)入熒光層207后，會(huì)與熒光層207內(nèi)被藍(lán)光所激發(fā)的黃光混合，而產(chǎn)生一非偏極化白光。通過金屬線柵偏光層209的設(shè)置,未激發(fā)突光層207的另丨部分藍(lán)光在進(jìn)入金屬線柵偏光層209后,將被金屬線柵偏光層209反射而再次激發(fā)突光層207,而產(chǎn)生二次黃光,并與藍(lán)光再次混合,而產(chǎn)生一非偏極化白光，所以偏極化白光平均穿透光強(qiáng)可以為非偏極化白光光強(qiáng)的60%，其中金屬線柵偏光層的平均消光比(extinction ratio)系為330。因此,金屬線柵偏光層209將可提升偏極化白光發(fā)光二極管200的穿透量，并產(chǎn)生多角度與多波長的偏極效應(yīng)，而令偏極化白光發(fā)光二極管200產(chǎn)生一偏極化白光。此外，金屬線柵偏光層209更可防止藍(lán)光發(fā)光二極管芯片205，發(fā)射過多的藍(lán)光至偏極化白光發(fā)光二極管200,以維持偏極化白光發(fā)光二極管200所發(fā)射的偏極化白光的發(fā)光顏色的穩(wěn)定性，并可避免藍(lán)光引起的高色溫問題，所以偏極化白光的平均色溫，系較非偏極化白光的平均色溫降低約60%。配合參照圖6，其描述本發(fā)明的第五實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管。第五實(shí)施例中的偏極化白光發(fā)光二極管200a的結(jié)構(gòu)，與第四實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管200的結(jié)構(gòu)的相異的處，僅在于偏極化白光發(fā)光二極管200a中的空氣間隙208，系由一空氣208b之間隙及其下方之一例伽透明膠層的介質(zhì)208a所構(gòu)成。其中，介質(zhì)208a的折射率系介于I至I. 4之間，且系小于熒光層207的折射率。請參照圖7，其描述本發(fā)明第六實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管。偏極化白光發(fā)光二極管200b更可包括一二次光學(xué)組件211，其系設(shè)置于透明基板210的第二表面210b上，并且二次光學(xué)組件211可以為一平面、一微透鏡、一光柵或一例如抗反射膜的光學(xué)膜等。于本實(shí)施例中，二次光學(xué)組件211系為一微透鏡數(shù)組，通過微透鏡數(shù)組的設(shè)置，可有效提升偏極化白光發(fā)光二極管200b所發(fā)射的偏極化白光的出光指向性。綜上所述，偏極化白光發(fā)光二極管100、100a、100b、200、200a及200b系通過藍(lán)光發(fā)光二極管芯片來發(fā)出一藍(lán)光，并激發(fā)由黃色熒光粉所組成的熒光層而產(chǎn)生一黃光。部分的藍(lán)光在進(jìn)入突光層后會(huì)與突光層內(nèi)被藍(lán)光激發(fā)的黃光混合而形成白光，然后通過金屬線柵偏光層而發(fā)射出一偏極化白光，其中偏極化白光系為一橫磁場波(TM)。由于金屬線柵偏光層系設(shè)置在突光層上方，具有橫電場波(TE)的藍(lán)光在被反射進(jìn)入空氣間隙與突光層后，會(huì)再次激發(fā)突光層，而產(chǎn)生二次激發(fā)，并產(chǎn)生一二次非偏極黃光。通過具有橫電場波(TE)的藍(lán)光于金屬線柵偏光層與反射基板之間的多次反射作用，會(huì)再次激發(fā)黃光而混合生成非偏極化白光，并經(jīng)由金屬線柵偏光層來產(chǎn)生一二次偏極化白光。因此，偏極化白光發(fā)光二極管可減少出射的藍(lán)光的出光量以降低色溫，并增強(qiáng)偏極化白光的透射量以及增加消光比。同時(shí)，因?yàn)樗{(lán)光被多次且不同方向地的反射，也可改善偏極化白光發(fā)光二極管的均勻性，并改善可能因溫度上升產(chǎn)生的顏色變化問題。上述說明主要系利用金屬線柵偏光層的部份反射及部分透射的特性，以將發(fā)光二極管所發(fā)出的非偏極化白光的電場偏極性的隨機(jī)化(polarization randomization)效應(yīng)，加以循環(huán)利用而產(chǎn)生偏極化白光輸出。由于金屬線柵偏光層與突光層之間具有一空氣間隙，當(dāng)偏極化白光發(fā)光二極管于操作時(shí)，可降低溫度，以避免金屬線柵偏光層因溫度效應(yīng)受 損。此外，于玻璃基板的第二表面上，可制作二次光學(xué)組件(secondary optics)例如光學(xué)膜、光柵或微透鏡陣(micro-lens array),以增加應(yīng)用范圍。因此，本發(fā)明實(shí)施例的偏極化白光發(fā)光二極管具有下述優(yōu)點(diǎn)一、通過將金屬線柵偏光層的具有金屬線的表面朝向熒光層而設(shè)置，可以增加環(huán)境忍受度與提高消光比，同時(shí)于金屬線柵偏光層與熒光層之間形成一空氣間隙，將可以保護(hù)金屬線柵偏光層使其不易受損。二、金屬線柵偏光層的耐熱性質(zhì)佳，而不會(huì)因長時(shí)間使用及/或與環(huán)境接觸而受損。三、金屬線柵偏光層會(huì)使得發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的部份第一色光，在突光層與空氣間隙內(nèi)產(chǎn)生反復(fù)且全方位的反射，而使得熒光粉被反復(fù)激發(fā)產(chǎn)生第二色光，因此可大幅的提升發(fā)光效率，進(jìn)而提高發(fā)光均勻度，并使其不會(huì)因長時(shí)間使用而受熱變質(zhì)，而可減緩發(fā)光顏色隨溫度飄移(color shift)現(xiàn)象與降低色溫。四、通過金屬線柵偏光層的設(shè)置，本發(fā)明若應(yīng)用于液晶顯示裝置的背光模塊上，可進(jìn)一步省去習(xí)知液晶顯示裝置內(nèi)偏光膜片的使用，而達(dá)到有效提供一偏極化白光光源的目的。五、由于偏極化白光發(fā)光二極管所發(fā)出的光線系為偏極化白光,其在應(yīng)用于照明方面時(shí)，可減少眩光(glare)的問題而不會(huì)對使用者的眼睛產(chǎn)生不舒服感。六、于透明基板上可以進(jìn)一步制作一例如光學(xué)薄膜、光柵或微透鏡數(shù)組的二次光學(xué)組件，以增加應(yīng)用范圍。惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即大凡依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。另外本發(fā)明的任一實(shí)施例或申請專利范圍不須達(dá)成本發(fā)明所揭露的全部目的或優(yōu)點(diǎn)或特點(diǎn)。此外，摘要部分和標(biāo)題僅是用來輔助專利文件搜尋的用，并非用來限制本發(fā)明的權(quán)利范圍。
權(quán)利要求
1.一種偏極化白光發(fā)光二極管,其包括 一反射基板； 一發(fā)光二極管芯片，其系設(shè)置于該反射基板上，并發(fā)出一第一色光； 一熒光層，其系涂布于該發(fā)光二極管芯片的外圍，其中當(dāng)該第一色光穿透該熒光層時(shí)，該第一色光會(huì)激發(fā)該熒光層而產(chǎn)生一第二色光，且該第一色光會(huì)與該第二色光混合而產(chǎn)生一白光; 一金屬線柵偏光層，其系設(shè)置于該熒光層上，并且不與該熒光層直接接觸而形成一空氣間隙，其中該金屬線柵偏光層會(huì)反射一部份的該第一色光，且與該反射基板形成一激發(fā)腔，進(jìn)而使得被反射的該第一色光，在該熒光層與該空氣間隙內(nèi)產(chǎn)生一反復(fù)且不同方向的 反射，且該金屬線柵偏光層可供該白光穿透；以及 一透明基板，其系設(shè)置于該金屬線柵偏光層上，其中該透明基板具有一第一表面與相對于該第一表面的一第二表面，該第一表面系與該金屬線柵偏光層接觸，該白光由該第二表面出射。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏極化白光發(fā)光二極管，其特征在于，其更包括一二次光學(xué)組件，其設(shè)置于該透明基板的該第二表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏極化白光發(fā)光二極管，其特征在于，該第一色光包含一橫電場波及一橫磁場波，該金屬線柵偏光層會(huì)將該橫電場波反射，而使得該橫電場波在該突光層與該空氣間隙內(nèi)產(chǎn)生該反復(fù)且不同方向的反射，且該金屬線柵偏光層可供該橫磁場波與該第二色光混合后的該白光穿透。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏極化白光發(fā)光二極管,其特征在于,該反射基板具有一底部及四側(cè)板，該底部及該四側(cè)板會(huì)構(gòu)成一凹槽，該發(fā)光二極管芯片設(shè)置于該底部上，該熒光層覆蓋該發(fā)光二極管芯片并設(shè)置于該凹槽內(nèi)，且該橫電場波可于該激發(fā)腔中多次反射。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏極化白光發(fā)光二極管，其特征在于，該反射基板具有相連之一第一凹槽及一第二凹槽，該第一凹槽位于該第二凹槽的下方，該發(fā)光二極管芯片設(shè)置于該第一凹槽內(nèi)，該反射基板包括一透明膠層，該透明膠層涂布于該發(fā)光二極管芯片的外圍且填滿該第一凹槽，該熒光層設(shè)置于該第二凹槽并覆蓋該透明膠層，且該橫電場波可于該激發(fā)腔中多次反射。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏極化白光發(fā)光二極管，其特征在于，該熒光層由一透明膠與至少一突光粉混合而成，該突光粉為一黃色突光粉。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏極化白光發(fā)光二極管，其特征在于，該空氣間隙可包含一介質(zhì)，該介質(zhì)的材料的折射率介于I至I. 4之間，且小于該熒光層的折射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏極化白光發(fā)光二極管，其特征在于，該金屬線柵偏光層與該透明基板為一體成型。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏極化白光發(fā)光二極管，其特征在于，該金屬線柵偏光層包括多條金屬線，每一該金屬線相互地平行設(shè)置于該透明基板的該第一表面上，且該金屬線柵偏光層具有一線柵周期，該線柵周期小于或等于300奈米。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏極化白光發(fā)光二極管，其特征在于，該金屬線柵偏光層具有一介于10%至60%的工作周期比例。
全文摘要
一種偏極化白光發(fā)光二極管，其可減少眩光問題并增加消光比，且其包含有一可發(fā)出一第一色光的發(fā)光二極管芯片，一涂布于發(fā)光二極管芯片的外圍的熒光層，以及一設(shè)置于熒光層上且不與熒光層直接接觸，而形成一空氣間隙的金屬線柵偏光層，以保護(hù)金屬線柵偏光層免于受損。當(dāng)?shù)谝簧獯┩笩晒鈱訒r(shí)，會(huì)激發(fā)熒光層而產(chǎn)生一第二色光，而金屬線柵偏光層則將部份的第一色光加以反射，而使得部份的第一色光在熒光層與空氣間隙內(nèi)產(chǎn)生反復(fù)且不同方向的反射作用，進(jìn)而于熒光層中形成二次激發(fā)并產(chǎn)生第二色光，而金屬線柵偏光層可供一偏極化白光穿透。
文檔編號(hào)H01L33/60GK102969428SQ20111027060
公開日2013年3月13日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者蘇忠杰 申請人:蘇忠杰