专利名称：偏光发光二极管组件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管，特别是一种偏光(polarized light)发光二极管组 件及其制造方法。
背景技术：
在自然光中，其电磁振动方向四面八方都有，如果振动只发生在一个平面内，称之 为偏光(polarized light)。一般光线可由P及S两垂直振动方向的偏光组成，并可通过偏 光器(polarizer)过滤其中一个方向的偏光，使另一个方向的偏光通过。应用方面，偏光早已广泛地使用在日常生活中，如在防眩光照明、投影机与显示器 等领域。以目前市面可见的一种“防眩台灯”为例，使用荧光灯管搭配光学多层膜，过滤造 成眩光的偏光，光学效率约为50 60%，而其它应用，如液晶显示器的偏光器，须高纯度偏 光的场合，效率仅40%左右。而随着能源的短缺，对于环保及节能的议题，越来越受到重视，除了改以较为节能 的发光二极管作为光源之外，对于照明系统的光学效率的要求也随之提高，由于P及S偏光 在自然光中各占一半，若使用传统吸收式偏光器，仍将消耗超过50%的能量，如何提升偏光 组件效率是关键问题。发光二极管光源产生偏光的方式，可以分为两类(1)在发光二极管芯片上放置 偏光器，以及( 在发光二极管封装上安装偏光器等专利。例如美国专利US20060091412 (Polarized LED)提出一种在发光二极管芯片上安 装反射式偏光器的技术，光线中两个偏极方向的P及S偏光，其中P偏光会穿透该偏光器， 而S偏光则会反射通过下方的1/4波片后，再一次反射出去，由于将经过2次1/4波片的转 换，可使S偏光变成P偏光，进而通过偏光器。通过此回收机制，虽然可提升偏极转换效率， 但由于S偏光必须回到芯片再传播出去，因此将导致光线被吸收的机会，降低发光效率。再如美国专利US7495375 (Polarized light emitting device)，也提出在封装表 面装置偏光器的概念，其将发光二极管芯片放置于封装的反射杯中，并于杯中填满荧光物 质，最后在出口安装偏光器(polarizer)。由于反射的光线会回到荧光物质与芯片，再通过 反射杯向外传播，因此也会造成光线被吸收的机会，降低发光效率。又如中国台湾专利M287408，专利名称为“产生偏极化光之发光二极管”，其在发光 二极管封装表面，或是芯片表面设置有偏光材料的偏光层，此材料可以利用贴附、镀膜等方 式设置。由于是利用材料吸收，因而理论偏极效率最高仅50%。就上述现有专利可知，其目的虽然都是针对偏光利用或回收再利用，但是效果仍 然不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种偏光发光二极管组件及其制造方法，可针 对光源进行导引与转换，并同时转换偏极回收反射光线，使偏极效率提高，提高整体能源利用效率。为了实现上述目的，本发明提供了一种偏光发光二极管组件，其中，包含一基座；一发光二极管芯片，设置于该基座上，该发光二极管芯片具有一第一出光面，该发 光二极管芯片可发出光线由该第一出光面输出；至少一偏光波导结构，由一偏光层、一反射层以及一转换层构成，该偏光波导结构 设置于该发光二极管芯片的光输出路径上；以及一封装材料，用以将该偏光波导结构、该发光二极管芯片与该基座封装为一体。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的偏光层具有偏光分离作用的纳米金 属线栅、多层光学镀膜(multilayer optical film)或以光双折射材料(birefringent material)组合制成的极化分光组件。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的偏光层为一平面。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的偏光层与该发光二极管芯片的第一出 光面具有一夹角，且该夹角小于九十度。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的偏光层为一曲面。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的偏光层为一凸弧面，且该凸弧面朝向该 发光二极管芯片，且与该发光二极管芯片的第一出光面具有一切线角。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的偏光层为一凹弧面，且该凹弧面朝向该 发光二极管芯片，且与该发光二极管芯片的第一出光面具有一切线角。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的反射层为具有反射光作用的金属或非 金属镀膜。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的反射层为一平面。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的反射层与该发光二极管芯片的第一出 光面具有一定夹角，且该夹角大于0度且小于180度。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的反射层为一曲面。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的反射层为一凸弧面，且该凸弧面朝向该 发光二极管芯片，且与该发光二极管芯片的第一出光面具有一切线角。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的反射层为一凹弧面，且该凹弧面朝向该 发光二极管芯片，且与该发光二极管芯片的第一出光面具有一切线角。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的转换层为一二分之一相位延迟器 (phase retarder)0上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的第二出光面与该发光二极管芯片的第 一出光面具有一夹角，且该夹角不等于90度。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的偏光波导结构还包括一透光层，该透光 层具有一第一面、一第二面，一入光面以及一第二出光面，该偏光层设置于该第一面，该反 射层设置于该第二面，该转换层设置于该第二出光面，该入光面朝向该发光二极管芯片的 第一出光面；该发光二极管芯片所发出的光线由该第一出光面输出后，可由该透光层的入 光面射入该透光层并投射于该偏光层，再由该偏光层将部分光线反射至该反射层，再由该 反射层将光线反射至该第二出光面，再由该转换层射出该偏光波导结构。
上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的透光层可为透光的亚克力或封装用热 固树胶(thermosetting resin)。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的偏光层以纳米压印(nanoimprint)、沉 积镀膜或是贴合技术设置于该透光层上。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的反射层以沉积方式设置于该透光层上。上述的偏光发光二极管组件，其中，所述的转换层贴附于该透光层上。上述的偏光发光二极管组件，其中，对称设有二组偏光波导结构。为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种偏光发光二极管组件的制造方 法，其中，包含备置一发光二极管芯片，该发光二极管芯片设置于一基座上，该发光二极管芯片 具有一第一出光面，该发光二极管芯片可发出光线由该第一出光面输出；备置一透光层，该透光层具有相对的第一面及一第二面；在该透光层的第一面设置偏光层，在该透光层的第二面设置反射层；将已设置有偏光层及反射层的透光层进行切割，形成至少一偏光波导结构半成 品，该偏光波导结构半成品的其中一面为偏光层，相对另一面为反射层，以及一入光面及一 第二出光面，该入光面与该第二出光面为相对的两面，且该入光面及第二出光面夹设于该 偏光层及该反射层之间；在该偏光波导结构半成品的第二出光面设置一转换层，形成一偏光波导结构；以 及利用封装材料将该偏光波导结构与该发光二极管芯片及该基座封装为一体，该入 光面朝向该第一出光面，该发光二极管芯片所发出的光线由该第一出光面输出后，可由该 透光层的入光面射入该透光层并投射于该偏光层，再由该偏光层将部分光线反射至该反射 层，再由该反射层将光线反射至该第二出光面，再由该转换层射出该偏光波导结构。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的偏光层以纳米压印 (nanoimprint)、沉积镀膜或是贴合技术设置于该透光层的第一面。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的反射层以沉积方式设置于 该透光层的第二面。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的转换层贴附于该透光层上。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的偏光层具有偏光分离 作用的纳米金属线栅、多层光学镀膜(multilayer optical film)或以光双折射材料 (birefringent material)组合制成的极化分光组件。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第一面为一平面。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第一面为一曲面。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第一面为一凸弧 上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第一面为一凹弧 上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的反射层为具有反射光作用 的金属或非金属镀膜。
上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第二面为一平面。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第二面为一曲面。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第二面为一凸弧 上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第二面为一凹弧上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的转换层为一二分之一相位 Mjfi^l (phase retarder)。为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种偏光发光二极管组件的制造方 法，其中，包含备置一发光二极管芯片，该发光二极管芯片设置于一基座上，该发光二极管芯片 具有一第一出光面，该发光二极管芯片可发出光线由该第一出光面输出；备置一偏光层、一反射层及一转换层，由该偏光层、反射层及转换层与该发光二极 管芯片共同围设形成一空间形状的透光层，该透光层具有相对的第一面及一第二面；在该透光层的第一面设置有该偏光层，在该透光层的第二面设置有该反射层，且 该透光层具有一入光面及一第二出光面，该入光面与该第二出光面为相对的两面，且该入 光面及第二出光面夹设于该偏光层及该反射层之间，且该第二出光面设置有该转换层；以 及利用封装材料将该偏光层、反射层、转换层与该发光二极管芯片及该基座封装为 一体，该透光层的入光面朝向该第一出光面，该发光二极管芯片所发出的光线由该第一出 光面输出后，可由该透光层的入光面射入该透光层并投射于该偏光层，再由该偏光层将部 分光线反射至该反射层，再由该反射层将光线反射至该第二出光面，再由该转换层射出。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的偏光层是具有偏光分离 作用的纳米金属线栅、多层光学镀膜(multilayer optical film)或以光双折射材料 (birefringent material)组合制成的极化分光组件。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第一面为一平面。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第一面为一曲面。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第一面为一凸弧 上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第一面为一凹弧上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的反射层为具有反射光作用 的金属或非金属镀膜。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第二面为一平面。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第二面为一曲面。上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第二面为一凸弧 上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的透光层的第二面为一凹弧
上述的偏光发光二极管组件的制造方法，其中，所述的转换层为一二分之一相位 Mjfi^l (phase retarder)。本发明的技术效果在于本发明的偏光发光二极管组件及其制造方法，通过结合 有偏光层、反射层以及转换层所构成的偏光波导结构，可针对光源进行导引与转换，并同时 转换偏极回收反射光线，使偏极效率提高到75%以上，提高整体能源利用效率。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1本发明偏光发光二极管组件的实施例剖面结构示意图；图2 图6本发明的偏光波导结构的制造工艺示意图；图7本发明的偏光波导结构结合发光二极管芯片及进行封装的结构示意图；图8本发明的偏光波导结构结合发光二极管芯片的另一实施例结构示意图；图9本发明的P偏光穿透率与入射角度的关系图；图10本发明的S偏光穿透率与入射角度的关系图；图11本发明偏光发光二极管组件的偏光层与发光二极管芯片出光面夹角为30度 的实施例结构示意图；图12图11实施例的光形模拟图；图13本发明偏光发光二极管组件对称设置两偏光波导结构，且其偏光层与发光 二极管芯片出光面夹角均为30度的实施例结构示意图；图14图13实施例的光形模拟图；图15本发明偏光发光二极管组件对称设置两偏光波导结构，且其偏光层与发光 二极管芯片出光面夹角均为40度的实施例结构示意图；图16图15实施例的光形模拟图；图17本发明偏光发光二极管组件对称设置两偏光波导结构，且其偏光层及反射 层均为曲面的实施例结构示意图；图18图17实施例的光形模拟图；图19本发明偏光发光二极管组件对称设置两偏光波导结构，且其偏光层及反射 层相对曲面的实施例结构示意图；图20本发明偏光发光二极管组件封装为凸弧顶部的结构示意图。其中，附图标记100、200、300、400、500、600、700 偏光发光二极管组件10,210,310,410,510,610,710 基座20、20A、220、320、420、520、620、720 发光二极管芯片21、21A、221、321、421、521、621 第一出光面22A.23A 导线30、230、330、430、530、630、730 偏光波导结构31、231、331、431、531、631 偏光层32、532、632 反射层33转换层
34透光层341透光层的第一面342透光层的第二面343入光面344第二出光面35偏光波导结构半成品40、240、340、440、540、640、740 封装材料dl间距Ll发光二极管芯片发出的光线L2P偏光L3 S偏光L4S偏极反射光L5回收P偏光θ 1、θ 2、θ 3、θ 4、θ 5、θ 6 夹角
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述请参阅图1，图1为本发明所提出的一种偏光发光二极管组件的实施例剖面结构 示意图，该偏光发光二极管组件100包含一基座(base) 10、一发光二极管芯片20、一偏光 波导结构30以及一封装材料(packaging material) 40，该发光二极管芯片20设置于该基 座10上，该发光二极管芯片20具有一第一出光面21，该发光二极管芯片20可发出光线 Ll由该第一出光面21输出，该偏光波导结构30包括一偏光层31、一反射层(reflective layer) 32以及一转换层33，该偏光层31、反射层32及转换层33设置于一透光层34上，该 透光层34的形状无一定限制，例如可为由该偏光层31、反射层32、转换层33及发光二极管 芯片20所围设成的一空间形状，或可为一透光性材料，具有可透光的特性即可。在本实施 例中，该偏光层31、反射层32及转换层33均为平面，该偏光层31与该发光二极管芯片20 的第一出光面21之间具有一夹角θ 1，且该夹角θ 1小于九十度，该反射层32与该发光二 极管芯片20的第一出光面21具有一夹角θ 2，该夹角θ 2大于0度且小于180度，而该转 换层33与该发光二极管芯片20的出光面21大致平行，该偏光波导结构30设置于该发光 二极管芯片20的光输出路径上，且该偏光波导结构30包括一入光面343，该入光面343朝 向该发光二极管芯片20的第一出光面21，该封装材料40用以将该偏光波导结构30、该发 光二极管芯片20与该基座10封装为一体。请参阅图2至图7，图2 图6为本发明的偏光波导结构的制造工艺示意图；图7 为本发明的偏光波导结构结合发光二极管芯片及进行封装的结构示意图，说明图1所示该 偏光波导结构30的制造方法及工艺流程。首先如图2所示，备置一透光性材料作为该透光层34，该透光性材料可采用透光 的亚克力或封装用热固树胶(thermosetting resin)，该透光层34具有相对的第一面341 及一第二面342，该透光层34的形状并无一定限制，本实施例中，该透光层34呈长条形。如图3所示，在该透光层34的第一面341设置一偏光层31，该偏光层31可采用 具有将偏光分离作用的纳米金属线栅、多层光学镀膜(multilayer opticalfilm)或以光双折射材料(birefringent material)组合制成的极化分光组件，可分别通过纳米压印 (nanoimprint)、沉积镀膜或是贴合技术设置于该透光层34上；此外，在该透光层34的第二 面342设置反射层32，该反射层32为具有反射光作用的金属或非金属镀膜，可通过沉积方 式设置于该透光层34上，必须说明的是，该偏光层31及该反射层32的设置并无一定先后 顺序，可先设置该偏光层31或可先设置该反射层32，同时，该透光层34的第一面341及第 二面342仅代表该透光层34的相对两面，并不代表顶面或底面。如图4所示，将已设置有偏光层31及反射层32的透光层34进行切割，依该透光 层34的长度及实际所需形状，可切割形成至少一偏光波导结构半成品35，如图5所示，该 偏光波导结构半成品35具有一透光性材料的透光层34作为主体，该透光层34呈现菱形， 其具有四个面，其中一面为偏光层31，相对另一面为反射层32，以及一入光面343及一第二 出光面344，该入光面343与该第二出光面344为相对的两面，且该入光面343及第二出光 面344夹设于该偏光层31及该反射层32之间，最后，在该偏光波导结构半成品35的第二 出光面344设置一转换层33，该转换层33可采用二分之一相位延迟器(phaseretarder)贴 附于该透光层34上，如此即可形成如图6所示的该偏光波导结构30。请参阅图7所示，将该偏光波导结构30与发光二极管芯片20灌胶固化，该偏光波 导结构半成品35的入光面343朝向该发光二极管芯片20的第一出光面21，该发光二极管 芯片20可为单一发光二极管芯片或已与基座10连结，最后再以封装材料40将该偏光波导 结构30、该发光二极管芯片20与该基座10封装为一体，形成图1所示该偏光发光二极管组 件 100。根据上述该偏光发光二极管组件100的制造工艺可知，由于该透光层34可采用透 光的封装用热固树胶(thermosetting resin)，因此可以推衍而出本发明该偏光发光二极 管组件100另一制造工艺，请参阅图1所示，可利用模具支撑该偏光层31、反射层32及转换 层33与该发光二极管芯片20 (包含该基座10)的相对位置，再以封装材料40 —并灌胶封 装，在封装过程中，可设计使封装材料流入该偏光层31、反射层32、转换层33及发光二极管 芯片20所围设成的空间，以形成具有透光性材料的该透光层34，或可设计不使封装材料流 入该偏光层31、反射层32、转换层33及发光二极管芯片20所围设成的空间，使保持一空间 形状的透光层34。请参阅图8所示本发明的偏光波导结构结合发光二极管芯片的另一实施例结构 示意图，图示该发光二极管芯片20A的顶面(即第一出光面21A)延伸出两导线22A、23A连 接至该基座10，因此，将该偏光波导结构30与发光二极管芯片20A灌胶固化时，该偏光波 导结构30的入光面343与该发光二极管芯片20A的第一出光面21A之间会存在一定间距 dl，一般而言，该间距dl约为0. 1 0. 5mm,因此对于该发光二极管芯片20A的出光几乎不 会构成任何影响，若考虑该间距dl所产生的影响时，则可考虑采用导线设置于底部的发光 二极管芯片(图中未示出)。必须强调说明的是，该偏光层31、反射层32、入光面343及转换层33 (即该透光层 34的第二出光面344)具有一定的相对位置关系，请参阅图1所示，该发光二极管芯片20所 投射的光线Ll可由该偏光波导结构30的入光面343进入该透光层34，并投射于该偏光层 31，由于该偏光层31具有偏光分离作用，因此可容许一定偏光通过并反射另一偏光，例如， 若该偏光层31可允许P偏光L2通过，则可反射S偏光L3，经由该适当的角度设计，S偏光L3会被反射至该反射层32，再由该反射层32反射该S偏光L3形成S偏极反射光L4至该转 换层33，由于该转换层33为一二分之一相位延迟器(phase retarder)，因此可将S偏极反 射光L4转换为回收P偏光L5，换言之，由该偏光发光二极管组件100所投射出的光线均为P 偏光。由于该P偏光L2及S偏光L3各占该光线Ll的50%，若该S偏光L3未经任何回收 再利用时，则出光效率最高仅为50%，理想状况下，若该偏光层31可允许P偏光L2完全通 过，同时可完全反射该S偏光L3，该反射层32可完全反射形成该S偏极反射光L4，且该S偏 极反射光L4可完全通过该转换层33，则理论上该回收P偏光L5应可占该光线Ll的50%， 然而光线在行进、反射及转换过程中，或如图8所示该间距dl，均会造成一定耗损，因此必 须通过设计使其达到最佳效果；此外，该第二出光面344与该第一出光面21大致平行的作 用是有利于判断该偏光发光二极管组件100的出光方向，若是改变该第二出光面344(即该 转换层33)与该第一出光面21的夹角时，则可改变P偏光L5的射出角度，换言之，该第二 出光面344与该第一出光面21具有一不等于90度的夹角即可，并不限于图示相互平行状 态，同理，若该第二出光面344设置为弧面时，则对于该P偏光L5具有改变光型的效果。例如，在光学设计方面，若该偏光层31采用结构高度及周期均为160nm的铝金属 光栅，该发光二极管芯片20可发出波长为550nm的光线Ll (显示于图1)，分析其P及S偏 光穿透率与入射角度的关系分别如图9及图10所示，图9及图10的纵坐标轴表示穿透率 (%)，其横坐标轴表示入射角(度)。以不同入射角度的P及S偏光，穿透铝金属光栅的比 率来看，当光线Ll入射角(即图1该夹角Θ1)为40度时，P偏光穿透率达80% (参考图 9)，S偏光穿透率仅0.00025% (参考图10)，具有良好的消光比(Extinction ratio)。意 即，当光线以40度的入射角进入偏光波导结构，75% P偏光可穿透光栅，大部分的S偏光将 反射，进入波导中反复回收。其次，请参阅图11至图17，图11为本发明偏光发光二极管组件的偏光层与发光 二极管芯片出面夹角为30度的实施例结构示意图；图12为图11实施例的光形模拟图；图 13为本发明偏光发光二极管组件对称设置两偏光波导结构，且其偏光层与发光二极管芯片 出光面夹角均为30度的实施例结构示意图；图14为图13实施例的光形模拟图；图15为本 发明偏光发光二极管组件对称设置两偏光波导结构，且其偏光层与发光二极管芯片出光面 夹角均为40度的实施例结构示意图；图16为图15实施例的光形模拟图；图17为本发明偏 光发光二极管组件对称设置两偏光波导结构，且其偏光层及反射层均为曲面的实施例结构 示意图，以上视图分别说明本发明不同实施例结构的光形变化。如图11所示该偏光发光二极管组件200，其包括基座210、发光二极管芯片220、偏 光波导结构230及封装材料M0，该偏光波导结构230的偏光层231与该发光二极管芯片 220的第一出光面221间的夹角θ 3为30度，其光形模拟结果如图12所示，其中半径坐标 为相对光强度，角坐标为出光角度。光形以中间180度位置最大，其显示该偏光发光二极管 组件200的结构不但具有偏光功能，并可调整光形，偏振度(polarization ratio)经计算 可达 74. 69%。如图13所示该偏光发光二极管组件300，其包括基座310、发光二极管芯片320、偏 光波导结构330及封装材料340，该偏光波导结构330的偏光层331与该发光二极管芯片 320的第一出光面321间的夹角θ 4为30度，本实施例的特点在于对称设有二组该偏光波 导结构330，可称之为双波导设计，其光形模拟结果如图14所示，其光形较为对称且偏振度(polarization ratio)可达78. 84%，其中半径坐标为相对光强度，角坐标为出光角度。如图15所示该偏光发光二极管组件400，其包括基座410、发光二极管芯片420、 偏光波导结构430及封装材料440，本实施例的特点在于该偏光波导结构430的偏光层431 与该发光二极管芯片420的第一出光面421间的夹角θ 5为40度，其光形模拟结果如图16 所示，其光形对称且较为扁平，且中间及两侧会有较多的光输出，其中半径坐标为相对光强 度，角坐标为出光角度。如图17所示该偏光发光二极管组件500，其包括基座510、发光二极管芯片520、偏 光波导结构530及封装材料Μ0，本实施例的特点在于该偏光波导结构530的偏光层531及 反射层532均为曲面，该偏光层531为一凹弧面，且该凹弧面朝向该发光二极管芯片520，且 与该发光二极管芯片520的出光面具有一切线角θ 6，而该反射层532则为一凸弧面，且该 凸弧面朝向该发光二极管芯片520，其光形模拟结果如图18所示，其光形会偏向中央集中， 其中半径坐标为相对光强度，角坐标为出光角度。如图19所示该偏光发光二极管组件600， 其包括基座610、发光二极管芯片620、偏光波导结构630及封装材料640，该偏光层631为 一凸弧面，该反射层632为一凹弧面。上述不同实施例显示，使用者可以根据需要设计偏光层及反射层，可采用平面偏 光层及反射层，或平面偏光层配合曲面反射层，或是曲面偏光层配合平面反射层，或偏光层 及反射层均为曲面，或曲面的弧度不同时，可输出聚束或发散的不同光形。请参阅图20所示该偏光发光二极管组件700，其包括基座710、发光二极管芯片 720、偏光波导结构730及封装材料740，与图1实施例相互比对，本实施例的特点在于该封 装材料740具有一凸弧顶部，同理，本实施例该封装材料740可搭配图11、图13、图15、图 17或图19所示不同偏光波导结构230、330、430、530或630。综上所述，本发明提供的偏光发光二极管组件及其制造方法，通过结合有偏光层、 反射层以及转换层所构成的偏光波导结构，可针对光源进行导引与转换，并同时转换偏极 回收反射光线，使偏极化效率提高到75%以上，提高整体能源效率，并可通过适当结构设计 调整光型，以满足不同应用场合的需求。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。1权利要求
1.一种偏光发光二极管组件，其特征在于，包含一基座；一发光二极管芯片，设置于该基座上，该发光二极管芯片具有一第一出光面，该发光二 极管芯片可发出光线由该第一出光面输出；至少一偏光波导结构，由一偏光层、一反射层以及一转换层构成，该偏光波导结构设置 于该发光二极管芯片的光输出路径上；以及一封装材料，用以将该偏光波导结构、该发光二极管芯片与该基座封装为一体。
2.如权利要求1所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的偏光层具有偏光分 离作用的纳米金属线栅、多层光学镀膜或以光双折射材料组合制成的极化分光组件。
3.如权利要求1所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的偏光层为一平面。
4.如权利要求3所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的偏光层与该发光二 极管芯片的第一出光面具有一夹角，且该夹角小于九十度。
5.如权利要求1所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的偏光层为一曲面。
6.如权利要求5所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的偏光层为一凸弧面， 且该凸弧面朝向该发光二极管芯片，且与该发光二极管芯片的第一出光面具有一切线角。
7.如权利要求5所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的偏光层为一凹弧面， 且该凹弧面朝向该发光二极管芯片，且与该发光二极管芯片的第一出光面具有一切线角。
8.如权利要求1所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的反射层为具有反射 光作用的金属或非金属镀膜。
9.如权利要求1所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的反射层为一平面。
10.如权利要求9所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的反射层与该发光二 极管芯片的第一出光面具有一定夹角，且该夹角大于0度且小于180度。
11.如权利要求1所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的反射层为一曲面。
12.如权利要求11所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的反射层为一凸弧 面，且该凸弧面朝向该发光二极管芯片，且与该发光二极管芯片的第一出光面具有一切线
13.如权利要求11所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的反射层为一凹弧 面，且该凹弧面朝向该发光二极管芯片，且与该发光二极管芯片的第一出光面具有一切线
14.如权利要求1所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的转换层为一二分之 一相位延迟器。
15.如权利要求1所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的第二出光面与该发 光二极管芯片的第一出光面具有一夹角，且该夹角不等于90度。
16.如权利要求1所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的偏光波导结构还包 括一透光层，该透光层具有一第一面、一第二面、一入光面以及一第二出光面，该偏光层设 置于该第一面，该反射层设置于该第二面，该转换层设置于该第二出光面，该入光面朝向该 发光二极管芯片的第一出光面；该发光二极管芯片所发出的光线由该第一出光面输出后， 可由该透光层的入光面射入该透光层并投射于该偏光层，再由该偏光层将部分光线反射至 该反射层，再由该反射层将光线反射至该第二出光面，再由该转换层射出该偏光波导结构。
17.如权利要求16所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的透光层可为透光 的亚克力或封装用热固树胶。
18.如权利要求16所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的偏光层以纳米压 印、沉积镀膜或是贴合技术设置于该透光层上。
19.如权利要求16所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的反射层以沉积方 式设置于该透光层上。
20.如权利要求16所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，所述的转换层贴附于该 透光层上。
21.如权利要求1所述的偏光发光二极管组件，其特征在于，对称设有二组偏光波导结构。
22.一种偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，包含备置一发光二极管芯片，该发光二极管芯片设置于一基座上，该发光二极管芯片具有 一第一出光面，该发光二极管芯片可发出光线由该第一出光面输出；备置一透光层，该透光层具有相对的第一面及一第二面；在该透光层的第一面设置偏光层，在该透光层的第二面设置反射层；将已设置有偏光层及反射层的透光层进行切割，形成至少一偏光波导结构半成品，该 偏光波导结构半成品的其中一面为偏光层，相对另一面为反射层，以及一入光面及一第二 出光面，该入光面与该第二出光面为相对的两面，且该入光面及第二出光面夹设于该偏光 层及该反射层之间；在该偏光波导结构半成品的第二出光面设置一转换层，形成一偏光波导结构；以及利用封装材料将该偏光波导结构与该发光二极管芯片及该基座封装为一体，该入光面 朝向该第一出光面，该发光二极管芯片所发出的光线由该第一出光面输出后，可由该透光 层的入光面射入该透光层并投射于该偏光层，再由该偏光层将部分光线反射至该反射层， 再由该反射层将光线反射至该第二出光面，再由该转换层射出该偏光波导结构。
23.如权利要求22所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的偏光 层以纳米压印、沉积镀膜或是贴合技术设置于该透光层的第一面。
24.如权利要求22所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的反射 层以沉积方式设置于该透光层的第二面。
25.如权利要求22所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的转换 层贴附于该透光层上。
26.如权利要求22所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的偏光 层具有偏光分离作用的纳米金属线栅、多层光学镀膜或以光双折射材料组合制成的极化分 光组件。
27.如权利要求22所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第一面为一平面。
28.如权利要求22所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第一面为一曲面。
29.如权利要求观所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第一面为一凸弧面。
30.如权利要求观所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第一面为一凹弧面。
31.如权利要求22所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的反射 层为具有反射光作用的金属或非金属镀膜。
32.如权利要求22所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第二面为一平面。
33.如权利要求22所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第二面为一曲面。
34.如权利要求33所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第二面为一凸弧面。
35.如权利要求33所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第二面为一凹弧面。
36.如权利要求22所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的转换 层为一二分之一相位延迟器。
37.一种偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，包含备置一发光二极管芯片，该发光二极管芯片设置于一基座上，该发光二极管芯片具有 一第一出光面，该发光二极管芯片可发出光线由该第一出光面输出；备置一偏光层、一反射层及一转换层，由该偏光层、反射层及转换层与该发光二极管芯 片共同围设形成一空间形状的透光层，该透光层具有相对的第一面及一第二面；在该透光层的第一面设置有该偏光层，在该透光层的第二面设置有该反射层，且该透 光层具有一入光面及一第二出光面，该入光面与该第二出光面为相对的两面，且该入光面 及第二出光面夹设于该偏光层及该反射层之间，且该第二出光面设置有该转换层；以及利用封装材料将该偏光层、反射层、转换层与该发光二极管芯片及该基座封装为一体， 该透光层的入光面朝向该第一出光面，该发光二极管芯片所发出的光线由该第一出光面输 出后，可由该透光层的入光面射入该透光层并投射于该偏光层，再由该偏光层将部分光线 反射至该反射层，再由该反射层将光线反射至该第二出光面，再由该转换层射出。
38.如权利要求37所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的偏光 层是具有偏光分离作用的纳米金属线栅、多层光学镀膜或以光双折射材料组合制成的极化分光组件。
39.如权利要求37所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第一面为一平面。
40.如权利要求37所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第一面为一曲面。
41.如权利要求40所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第一面为一凸弧面。
42.如权利要求40所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第一面为一凹弧面。
43.如权利要求37所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的反射 层为具有反射光作用的金属或非金属镀膜。
44.如权利要求37所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第二面为一平面。
45.如权利要求37所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第二面为一曲面。
46.如权利要求45所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第二面为一凸弧面。
47.如权利要求45所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的透光 层的第二面为一凹弧面。
48.如权利要求37所述的偏光发光二极管组件的制造方法，其特征在于，所述的转换 层为一二分之一相位延迟器。
全文摘要
一种偏光发光二极管组件及其制造方法，该发光二极管组件包含一基座、一发光二极管芯片、一偏光波导结构以及一封装材料，该发光二极管芯片设置于该基座上，该发光二极管芯片具有一第一出光面，该发光二极管芯片可发出光线由该第一出光面输出，该偏光波导结构由一偏光层、一反射层、一转换层以及一透光层构成，该偏光波导结构设置于该发光二极管芯片的光输出路径上，该封装材料用以将该偏光波导结构、该发光二极管芯片与该基座封装为一体。本发明可针对光源进行导引与转换，并同时转换偏极回收反射光线，使偏极效率提高，提高整体能源利用效率。
文档编号H01L33/00GK102054908SQ200910207599
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月29日 优先权日2009年10月29日
发明者杨涵评, 林宏彝, 林正轩, 陈政寰 申请人:财团法人工业技术研究院