CN102738359B - 发光二极管封装体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光二极管封装体，其包括基板、发光二极管芯片、偏振元件及支撑元件。发光二极管芯片配置在基板上。偏振元件配置在发光二极管芯片上方。支撑元件配置在基板上，以支撑偏振元件。

Description

发光二极管封装体
技术领域
本发明涉及一种光源封装体，且特别是涉及一种发光二极管(light-emitting diode，LED)封装体。
背景技术
发光二极管具有许多优点，像是体积小、较高的发光效率、节能等。特别是，发光二极管的光电能转换效率在近20年来已大幅地改善，以致发光二极管在未来被视为主要的照明光源。针对于节能而言，发光二极管无疑地且逐渐地取代现今多种的照明光源，像是灯泡。
现今，发光二极管普遍应用在交通号志灯、电子看板和闪光灯等。虽然改善高功率照明技术和发光二极管的品质是未来的趋势而且是迫切需要的，像是阅读灯与凸灯等应用上的需求等，还是有其他的应用需发展。举例来说，当光学系统中需要偏振光束，偏振转换系统(polarization conversion system，PCS)是常被现有技术所采用，以将来自光源的未偏振光束转换成偏振光束。然而现有偏振转换系统体积大，所以使用偏振转换系统的光学系统体积很难缩小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管封装体，其能提供偏振光。
为达上述目的，本发明的一实施例提供一种发光二极管封装体，其包括基板、发光二极管芯片、偏振元件及支撑元件。发光二极管芯片配置在基板上。偏振元件配置在发光二极管芯片上方。支撑元件配置在基板上，以支撑偏振元件。
在本发明的实施例中，通过支撑元件支撑偏振元件以将偏振元件整合在发光二极管封装体中，因此发光二极管封装体可以提供偏振光且具有小体积。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的一实施例的发光二极管封装体的剖面示意图；
图2是图1中的偏振元件的立体图；
图3是图2的偏振元件的局部放大图；
图4是图1的偏振元件的p偏振光的穿透率对s偏振光的穿透率的比值相对于图3中的金属线的节距的曲线图；
图5A-1到图5D-2分别是图1到图3中偏振元件在金属线的责任周期分别是10％、40％、60％和90％时的穿透和反射光谱。
图6-1、图6-2是图1到图3中的偏振元件的穿透率和反射率相对于图3中的金属线的厚度的曲线图。
主要元件符号说明
100：发光二极管封装体
110：基板
120：发光二极管芯片
122：第一光
130：偏振元件
132、170：透明基板
134：金属线
140：支撑元件
150：荧光层
152：第二光
160：抗反射层
C：容置空间
D1：第一偏振方向
D2：第二偏振方向
E1：第一方向
E2：第二方向
G：间隙
P1：节距
T1：厚度
W1：宽度
具体实施方式
图1是依照本发明的一实施例的发光二极管封装体的剖面示意图。图2是图1中的偏振元件的立体图。图3是图2的偏振元件的局部放大图。请参照图1至图3，在本实施例中，发光二极管封装体100包括基板110、发光二极管芯片120、偏振元件130及支撑元件140。发光二极管芯片120配置在基板110上。偏振元件130配置在发光二极管芯片120上方。支撑元件140配置在基板110上，以支撑偏振元件130。基板110例如是电路基板，且光二极管芯片120电性连接于此电路基板。
在本实施例中，发光二极管封装体100还包括荧光层150，其包覆发光二极管芯片120。此外，在本实施例中，荧光层150为荧光粉层(phosphorlayer)。举例来说，发光二极管芯片120是蓝色发光二极管芯片，而且荧光层150是钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet，YAG)层。然而，在另一实施例中，荧光层150可以是铽铝石榴石(terbium aluminum garnet，TAG)层或是其他的荧光粉层。在本实施例中，发光二极管芯片120适于发射第一光122，荧光层150配置在第一光122的传递路径上，且能把第一光122转变成第二光152，其中第一光122的波长比第二光152的波长短。在本实施例中，第一光122是蓝光，而第二光152是黄光。
在本实施例中，偏振元件130与发光二极管芯片120之间存在间隙G。间隙G例如是空气间隙、气体间隙或真空间隙，其中气体间隙可以包括氮气、氩及其他合适气体的至少其中之一。具体而言，基板110、支撑元件140和偏振元件130形成容置空间C，而发光二极管芯片120配置于容置空间C中。容置空间C中可以填充有空气或气体，或者容置空间C可以是真空空间，其中气体可以包括氮气、氩气及其他合适气体的至少其中之一。
在本实施例中，发光二极管封装体100还包括抗反射层160，配置在荧光层150上，如此可减少第一光122和第二光152在荧光层150和间隙G间的界面上的反射。
在本实施例中，偏振元件130是线栅偏振片(wire-grid polarizer)。具体来说，偏振元件130可以包括透明基板132和多个金属线134。在本实施例中，透明基板132例如是玻璃基板、塑胶基板或其他合适的透明基板。每一金属线134沿着第一方向E1延伸，且这些金属线134沿着第二方向E2排列。在本实施例中，第一方向E1实质上垂直于第二方向E2。此外，在本实施例中，金属线134符合0.2＜d/λ＜0.5，其中d是金属线134在第二方向E2上的节距(pitch)，而λ是发光二极管(LED)芯片120所发出的第一光122的波长。除此之外，在本实施例中，金属线134也符合0.2＜d/λ′＜0.5，其中λ′是第二光152的波长。
发光二极管芯片120所发出的第一光122是非偏振的。换句话说，第一光122的一部分具有第一偏振方向D1，而第一光122的另一部分具有第二偏振方向D2。第一偏振方向D1(即p偏振方向)实质上垂直于第一方向E1，而第二偏振方向D2(即s偏振方向)实质上平行于第一方向E1，其中第一偏振方向D1实质上垂直于第二偏振方向D2。第一光122的具有第一偏振方向D1的此部分的一部分依序通过荧光层150、抗反射层160、间隙G和偏振元件130。第一光122的具有第一偏振方向D1的此部分的另一部分被荧光层150转换成非偏振的第二光152。第一光122的具有第二偏振方向D2的部分的一部分依序通过荧光层150、抗反射层160及间隙G，然后被偏振元件130再度反射到荧光层150，如此第一光122的具有第二偏振方向D2的部分是可被回收的。第一光122的被回收的部分可在返回荧光层150时被转换成第二光152。此外，第一光122的具有第二偏振方向D2的此部分的另一部分可被荧光层150转换成第二光152。从第一光122转换来的第二光152是非偏振的。换句话说，第二光152的一部分具有第一偏振方向D1(即p偏振方向)，而第二光152的另一部分具有第二偏振方向D2(即s偏振方向)。第二光152的具有第一偏振方向D1的部分依序通过抗反射层160、间隙G和偏振元件130。第二光152的具有第二偏振方向D2的部分被偏振元件130反射。
因此，发光二极管封装体100可以将光回收，以达到较高的光效率。举例来说，当40％的第一光122通过偏振元件130，且当45％的第一光122被偏振元件130所反射，发光二极管封装体100的光效率例如是73％。当45％的第一光122通过偏振元件130，且当45％的第一光122被偏振元件130所反射，发光二极管封装体100的光效率例如是83％。也就是说，在本实施例中，从发光二极管封装体100发出的73％-83％的光变成偏振光且且被完整利用。
在本实施例中，通过支撑元件140支撑偏振元件130，偏振元件130可整合于发光二极管封装体100中，因此发光二极管封装体100可以提供偏振光和拥有小体积。所以，相较于现有光学系统利用偏振转换系统来形成偏振光，利用发光二极管封装体100的光学系统的体积可被有效的缩小。此外，具有线栅偏振片的发光二极管封装体100可以在高温下操作，且是耐用的。
在本实施例中，发光二极管封装体100还包括透明基板170，其中偏振元件130可以配置在透明基板170上，且支撑元件140可作为配置在基板110和偏振元件130之间的间隔物(spacer)。
图4是图1的偏振元件的p偏振光的穿透率(transmittance)对s偏振光的穿透率的比值相对于图3中的金属线的节距的曲线图。图4是以波长为445纳米(nanometer，nm)、532纳米和640纳米的光来作模拟。请参照图4，当金属线134的节距P1小于250nm时，p偏振光的穿透率对s偏振光的穿透率的比值Tp/Ts大于10。当节距P1小于150nm时，可以显著地提升效能(即提升Tp/Ts)。
图5A-1到图5D-2分别是图1到图3中偏振元件在金属线的责任周期(duty cycle，或称占空比)分别是10％、40％、60％和90％时的穿透和反射光谱。标记成「垂直于金属线(归一化)」的纵轴是代表具有垂直于金属线134的偏振方向的光的穿透率(transmittance)或反射率(reflectance)，其中「Rpend」代表具有垂直于金属线134的偏振方向的光的反射率，「Tpend」代表具有垂直于金属线134的偏振方向的光的穿透率，且上述穿透率和上述反射率是归一化(normalized)的(见图5A-1、图5B-1、图5C-1及图5D-1)。标记成「平行于金属(归一化)」代表具有平行于金属线134的偏振方向的光的穿透率或反射率，其中「Rpara」代表具有平行于金属线134的偏振方向的光的反射率，「Tpara」代表具有平行于金属线134的偏振方向的光的穿透率，且穿透率和反射率是归一化的(见图5A-2、图5B-2、图5C-2及图5D-2)。标记成「λ(μm)」的横轴代表照射于偏振元件130的光的波长。金属线134的责任周期定义为每一金属线134在第二方向E2上的宽度W1除以金属线134的节距P1。请参照图5A-1到图5D-2，金属线134的责任周期不是关键因素。换言之，金属线134的责任周期的容限(tolerance)是大的。当金属线134的责任周期落在40％-50％的范围内时，偏振元件130的效能较好。
图6-1、图6-2是图1到图3中的偏振元件的穿透率和反射率相对于图3中的金属线的厚度的曲线图。请参照图3和图6-1、图6-2，「垂直于金属线(归一化)」、「平行于金属线(归一化)」、「Rpend」、「Tpend」、「Rpara」和「Tpara」的意义可以参考上述用以解释图5A-1到图5D-2的段落。金属线134的厚度T1是金属线134在垂直于第一方向E1与垂直于第二方向E2的方向上的厚度。图6-1及图6-2显示了当厚度T1大于60nm时，偏振元件130的效能是好的。
综上所述，在本发明的实施例中，通过支撑元件支撑偏振元件，偏振元件可整合于发光二极管封装体中，因此发光二极管封装体可以提供偏振光和具有小体积。此外，本发明的实施例的具有线栅偏振片的发光二极管封装体可以在高温下操作，且是耐用的。
虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (6)

1.一种发光二极管封装体，其特征在于，包括：
基板；
发光二极管芯片，配置在所述基板上；
偏振元件，配置在所述发光二极管芯片的上方，其中所述偏振元件为线栅偏振片，所述线栅偏振片包括：
透明基板；以及
多个金属线，每一所述金属线沿着第一方向延伸，且所述多个金属线沿着第二方向上排列，所述多个金属线符合0.2<d/λ<0.5，其中d是所述多个金属线在所述第二方向上的节距，而λ是所述发光二极管芯片所发出的第一光的波长；
荧光层，其包覆所述发光二极管芯片，其中所述荧光层将所述发光二极管芯片所发出的所述第一光转换成第二光，所述第一光的波长小于所述第二光的波长，所述多个金属线符合0.2<d/λ'<0.5，且λ'是所述第二光的波长；以及
支撑元件，配置在所述基板上，以支撑所述偏振元件。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于还包括抗反射层，配置在所述荧光层上。
3.如权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于所述荧光层为荧光粉层。
4.如权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于所述偏振元件与所述发光二极管芯片之间存在间隙。
5.如权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于所述第一方向实质上垂直于所述第二方向。
6.如权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于所述基板、所述支撑元件与所述偏振元件形成容置空间，且所述发光二极管芯片配置在所述容置空间中。
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