TW201039465A - Light emitting diode, back light module, and liquid crystal display - Google Patents

Light emitting diode, back light module, and liquid crystal display Download PDF

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Description

201039465 ^υδυυ/δκαζ,ι TW 28319twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬的技術領域】 本發明是有關於一種笋朵_ 示裝置，且特別是有關於光模組及液晶顯 背光模組及液晶顯示裝置。％ ° '、、、光栅的發光二極體、 【先前技術】 隨著現代半導體科技的進步 用，以提供電子裝置所f的光 極體已被大錢 看板、掃邮、液晶顯示裝置ί，如：交通號誌、大型 -般常見的發光二極體屬於 f:rrn-v族元素如軸(g=鎵(= =發光二極體的發光原理是將電能轉換為光，也就是對 =化合物半導舰加電流，透過電子、電洞的結合而 =里以光的翻釋放出來，進而達到發光的效果。由於 I，二極體具有反應速度快（約為10_9秒）、體積小、用 電省、〉可染低（不含水銀）、可靠度高、適合量產等優點， 因此有以發光二極體取代傳統之日光燈與白熾燈泡的趨 勢。 然而，當發光二極體應用於需要極化光源的光學系統 中（例如液晶顯示裝置），則必須在光學系統中加入極化轉 換構件，使得發光二極體所產生之光源藉由極化轉換構件 ^生具有特定極化方向的光。圖1為習知的一種液晶顯示 裝置的示意圖。液晶顯示裝置1〇〇包括一背光模組110、多 201039465 i. vow / uuOZlTW 283 l9twf.doc/n 個偏振片120以及一液晶顯示面板130。背光模組H〇所產 生的光’並不具有特別的極化態，而是包含p極化與S極 化所結合的光，因此需要藉助偏振片Π0以得到極化光源。 但是，偏振片120不僅使整體液晶顯示裝置1〇〇的成 本增加，且在經極化轉換時，極化方向平行偏振片12〇穿 透軸的光能穿透偏振片120,而極化方向垂直偏振片12〇 的穿透軸的光則會被偏振片12〇所吸收，故僅會有部分的 ❹ ^通過偏振# 12G喊住大部份㈣。g此，使得背光模 組削的光源利用率偏低，也因而造成液 〇 的能源使用效率不彰。 衣直則 【發明内容】 方向=提供—種發光二極體，用以產生具有單-偏振 源。本發明另提供-種背光模組，用以提供單—偏振的光 ❹ 本發明又提供-種液晶顯示裳置，具有較佳的光利用 本發明提出-種發光二極體 一電極以及一第二電極。 +導體層、—第 體層、-發光層以及一第摻雜半導 位於弟-型摻雜半導體層二$ 其中發光層 —電極電性連接於第-型摻雜體f之間。第%極電性連 率 接於第二型摻雜半導體層摻雜半導體層，第 第二電極為 光柵，適於讓具 5 201039465 P080078bUZlTW 28319twf.doc/n 有一第一偏振方向的光通過，且適於反射具有一第二偏振 方向的光。其中，第一偏振方向垂直於第二偏振方向。 在本發明的一實施例中，發光二極體更包括一基板。 第一型摻雜半導體層位於基板上，發光層位於第一型摻雜 半導體層的部分區域上，第二型摻雜半導體層位於發光層 上。第一電極位於第一型摻雜半導體層未配置發光層之區 域上，而第二電極位於第二型摻雜半導體層上。此外，上 述的基板的材質例如包括藍寶石。另外，上述的基板例如 具有一表面粗化結構。 在本發明的-實施例中，上述的發光層具有一表面粗 化結構。 "在本發明的一實施例中，上述的半導體層的材質包括 氮化銦鎵（InGaN) ’適於發出波長為625〜63〇奈米 (nanometer，nm) ό勺紅光，此時該第二電極的光栅 於390奈米。 在本發明的-實施例中，上述的半導體層的材質包括 氣化钢蘇，適於發出波長為別〜535奈米的綠光，此時咳 第二電極的光柵間距為小於29〇奈米。 在本發明的—實施例中，上述 ，鎵，aN)，適於發出波長為则〇奈米的=括 此％δ亥第一電極的光柵間距小於2%奈米。 紐實施例中，上述的第—電極與第二電極 的材質包括金屬。 在本發明的—實施例中，發光二極體更包括一封裝標 201039465 r ν〇υυ / ojjOZI TW 28319twf.doc/n 示，用以顯示第一偏振方向或第二偏振方向。 本發明另提出一種背光模組’包括—光學板以及多個 上述之發光二極體。光學板具有一入光面及一出光面，這 些發光二極體配置在入光面旁。 在本發明之一實施例之背光模組中，上述的光學板為 一導光板，且入光面鄰接於出光面。 在本發明之一實施例之背光模組中，上述的光學板為 0 一擴散板，且入光面與出光面相對。 本發明又提供一種液晶顯示裝置，包括上述之背光模 組以及一液晶顯示面板。液晶顯示面板配置於出光面上。 在本發明之一實施例之液晶顯示裝置中，更包括一第 一偏振片，配置在液晶顯示面板上，且遠離背光模組。 在本發明之一實施例之液晶顯示裝置中，更包括—第 一偏振片，配置在該液晶顯示面板及該背光模組之間。 本發明採用電極為光柵的發光二極體，因此可藉由光 _特性，使發光二極體產生具有單-偏振方向的^源， ❿此發光二極體可應用於f光模組。藉由在液晶顯示 中使用此背光模組，得以大幅提升光源的使用效率。 為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 圖2A為本發明—實施例的發光二極體的結構示音 圖。請參考圖2A，發光二極體200包括一基板210、 7 201039465 ι-υβυυ / 1 fW 28319twf.doc/n 導體層220、-第-電極23G以及—第二電極24()。基板 210材質可以為藍賃石、碳切、梦、坤化鎵或氮化銘， 本發明並不對其做限定。 半$體層220包括一第—型摻雜半導體層222、一發 光層224以及一第二型摻雜半導體層226。第一型摻雜半 導體層222設置於基板21〇上，發光層224設置於第一型 摻雜半導體層222的部分區域上，且位於第一型摻雜半導 體層222與第二型摻雜半導體層226之間，而第二型摻雜 半導體層226設置於發光層222上。 第一電極230設置於第—型摻雜半導體層222未配置 發光層224之區域上，並電性連接於第一型摻雜半導體層 222。第二電極240設置於第二型摻雜半導體層226上，並 電性連接於第二型摻雜半導體層226。其中，第二電極24〇 製作成一光栅。第一電極230與第二電極240的材質可以 為鋁、鉬或其它導電材質。 傳統的發光二極體為避免金屬遮掉發光二極體所發出 的光，意即為提升出光量，故無法使用一般金屬而採用遷 明電極（氧化銦錫，Indium Tin Oxide，1丁〇);然而透明電 極的電阻過大，所以需以較大的電壓驅動發光二極體。如 此一來使得發光二極體的溫度上升，又因發光二極體的^ 度上升則其發光亮度則會下降，並且部份的能量以熱能^ 形式損耗。 本务明因將弟一電極240圖案化為光柵狀，所以第二 電極240可以使用一般金屬，使得發光二極體2〇〇所發出
^藉由以光柵的形式呈現的第二電極240的作用，使得 :線L :具有第—偏振方向p的一光線Lp通過，而光線二 具有=二偏振方向s的—光線Ls則被反射。在本實施 例中，當具有第二偏振方向s的光線Ls經光栅反射後遇 到發光層224，便會產生一散射光Rs。此散射光RS的偏 振方向不再相’原本的光線u，而是同時具有第一偏振 方向P與第二偏振方向s，因此光線Rs入射到光柵時，光 Rs中具有第—偏振方向P的部份光線則可穿透光柵， 提升極化光的出光率。另外’可在發光層224上設計一表 201039465 ruouu / ooOZITW 28319twf.doc/n 的先可由光柵狀的第二電極出光而不會被 掉，因此可以選擇不透明但阻值較低的金屬=為=敝 240使用’如此—來發光二極體可以 = 動’以降低發光二極體200操作時的 丄區 升發光二極體200的發光亮度。 卫進步的提 勺括it Γ說明’在本實施例中，發光二極體還 極230與第二電極240的導線25〇。經 由¥線250施加電壓於第一電極23〇與第二電極· = 導體層222與第二型摻雜半導體層挪 = 。同時’藉由電子與電洞的移動胁 =j 224中結合而發光。圖2β為圖2Α之發光二極體於 =日才的不，圖。請參考圖2Β ’發光層a4所發出的光線 ”不具有早—偏振方向，而是可分成—第—偏振方向ρ (例如Ρ極化光）與一第二偏振方向S(例如S極化光）， 且其中第-偏振方向Ρ垂直於第二偏振方向s。 9 201039465 P080078BOZ1TW 28319twf.doc/n 面粗化結構（未繪示）以加強散射的效率。因為光栅的材 質為金屬，所以滿足極化分光的入射角角度範圍較大。 再者，自第二電極240反射至發光層224的光線ls 亦可被發光層224所吸收，並再發出同時具有第一偏振方 向P與第二偏振方向S的一再發光Re。 另一方面’光線Ls亦會穿透發光層224入射至第一型 摻雜半導體層222或基板210。當光線Ls遇到第一型摻雜 半導體層222或基板210時會產生散射光RS，，而散射光 Rs’的偏振方向不再相同於原本的光線Ls，而是同時具有 第一偏振方向P與第二偏振方向S，光線RS，向上穿過發光 層224而入射至光栅，此時光線Rs，中具有第一偏振方向p 的部份光線則可穿透光柵，提升極化光的出光率。另外， 可在第一型摻雜半導體層222或基板210上設計有—表面 粗化結構（未繪示）以加強散射效果。 在本實施例中，由於第二電極240為一光柵，因此可 設定其光柵間距T而調整繞射出光的階數，以依需求而使 出光集中為0階的正向出光或是控制在所需要的出光角度 的範圍内。例如.當半導體層220材質為氮化銦鎵 (InGaN)，則適合發出波長為625〜63〇奈米（nan〇meter， nm)的紅光，此時光栅間距丁需小於39〇奈米；當半導體 層220材質為氮化銦鎵（InGaN)，則適合 530〜535奈米的綠光，此時光栅間距τ需小於29〇奈^ 當半導體層220材㈣氮化鎵（GaN)，則適合發出波長 為450〜470奈米的藍光’此時光栅間距τ需小於乃5奈米。 10 201039465 r/ooOZlTW 28319twf.doc/n 以此方式，即可調整通過第二電極240的光線以〇階繞射 光為主。 圖3Α為本發明之一實施例的背光模組的示意圖，圖 3Β為圖3Α之背光模組的局部俯視圖。請同時參考圖3Α 及圖3Β，背光模組300包括一光學板31〇以及多個如圖 2Α所示的發光二極體2〇〇。選擇性地，本實施例的背光模 組300還包括一框架320。光學板310具有一入光面312 及一出光面314，而這些發光二極體200則配置在入光面 312 旁。 在本實施例中，背光模組300為一直下式背光模組， 發光一極體200配置框架320上並位於光學板31〇的下 方。光學板310為一擴散板，其入光面312與出光面314 相對，用以均勻化發光二極體2〇〇所提供的正向光源。 ^圖3C為本發明之另一實施例的背光模組的剖面圖。 請參考圖3C，本實施例的背光模組3〇〇，為一 光模組，包括-光學板310，、多個如圖2八所示的發 ❹極體200。選擇性地’本實施例的背光模組3〇〇還包括一 框架320。光學板，為一導光板，具有一入光面312，及 二出光面3H’，且人光面312，與出光面314，相鄰，而 -極體細則配置在入光面312，旁，以提供侧面入光之光 源0 請再參考圖3B，發光二極體2〇〇還包括 ,顯用：Ϊ示f光二極體2〇0所提供的光線的偏振二 疋顯不發光二極體所提供攸_偏齡向的垂j 201039465 ruovu/odk^^i TW 28319tw£doc/n 向，以利後續製程得以調整所有發光二極體使其 供的光線的偏振方向能-致。#發光二極體作為續示 器的背光源使用時’顯示器可以省略下偏振片翻偏 f即可，並使此職料_麵⑽社偏振片的^ 透軸方向-致或垂直，意即所有發光二極體2⑻所發 極化光能與上偏振片的穿透軸的方向—致或垂直，提朵 源使用效率。當顏示器亦抑省訂職#，所有 二極體2GG所發出的極化光能與上偏振片的穿透軸的方^ -致或垂直’以提升顯示器的對比。在本實施例中， 模組300因採用發光二極體而能提供單一偏振方向的 光源。此外’藉由調整發光二極體2⑻的尺寸規格，還可 控制發光二極體的出光方向而使背光模組·所提供 的光源的出光方向更為集中，以提高出光效率。 “ >圖4為本發明之-實施例的液晶顯示裝置的示意圖。 。月參考圖4 ’液晶顯示裝置4〇〇包括一背光模組3〇〇，以及 一液晶顯示面板410。在本實施例中，液晶顯示裝置4〇〇 所應用之背光模組300,為—侧面入光式背光模組，而液晶 顯示面板410配置在背光模組300,的出光面314，上。 在本實施例中，液晶顯示裝置400還包括一第一偏振 片420以及一外框440，其中第一偏振片42〇配置在液晶 顯示面板410上且遠離背光模組300,，並由外框44〇將^ 光柄組300、液晶顯示面板410及第一偏振片420予以固 疋組裝。^为光模組300’應用於液晶顯示裝置4〇〇時，由 於背光模組300,出光效率的提高而使得液晶顯示裝置4⑽ 12 201039465 …………OZ1TW 28319twf.doc/n 能夠具有良好的顯示致果。 在本實施例中’液晶顯示裝置400更包括一第二偏振 片430，配置在液晶顯示面板41〇及背光模組3〇〇，之間， 用以確保傳遞至液晶顯示面板41〇的光具有單一偏振方 向。 综上所述’本發明之發光二極體利用將電極設計為一 光栅結構，除了能提昇電流散佈效應，還可藉由光柵的作 ❹ 用而產生具有單一偏振方向的光源。此外，也能配合不同 波長的光而調整光栅間距，以控制繞射出光的階數而集中 出光方向或是適當地限制出光角度。 除此之外，被设叶為光柵形式的電極所反射的光線在 遇到發光層或基板時皆會被破壞其原本的偏振方向，而重 新產生具有兩種偏振方向的散射光，因而可讓具有其中一 種偏振方向的光線穿透設計為光柵形式的電極而被利用。 另外，發光層吸收被電極所反射的光線後，亦可重新產生 具有兩種偏振方向的光線。藉由上述機制，得以讓發光二 ◎ 極體所產生的光線徹底被利用。 因此，無論是應用本發明的發光二極體於背光模組， 或疋組裝此背光模組於液晶顯示裝置，皆能因發光二極體 的上述功效而得以改善背光模組所提供的光線的被利用 率’進而提升液晶顯示裝置的顯示品質。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不 脫離本發明的精神和範圍内，當可作些許的更動與潤飾， 13 201039465 Ρυ^υυ /δϋυζ,ι FW 28319twf.doc/n 因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者 為準。 【圖式簡單說明】 圖1為習知的一種液晶顯示裝置的示意圖。 圖2A為本發明一實施例的發光二極體的結構示意圖。 圖2B為圖2A之發光二極體於發光時的示意圖。 圖3A為本發明之一實施例的背光模組的示意圖。 圖3B為圖3A之背光模組的局部俯視圖。 圖3C為本發明之另一實施例的背光模組的剖面圖。 圖4為本發明之一實施例的液晶顯示裝置的示意圖。 【主要元件符號說明】 100 :液晶顯示裝置 110 :背光模組 120 :偏振片 130 :液晶顯示面板 200 :發光二極體 210 :基板 220 :半導體層 222 :第一型摻雜半導體層 224 :發光層 226 :第二型摻雜半導體層 230 ··第一電極 14 201039465 ruouu/ 6I30Z1TW 28319twf.doc/n 240 :第二電極 250 :導線 260 :封裝標示 300、300’ ：背光模組 310、310’ ：光學板 312、312’ ：入光面 314、314’ ：出光面 320 :框架400 :液晶顯示裝置 〇 410 ·液晶顯不面板 420 :第一偏振片 430 :第二偏振片 440 :外框 L :光線
Lp :具有第一偏振方向的光線 Ls :具有第二偏振方向的光線 P:第一偏振方向 〇 Re :再發光
Rs、Rs’ ：散射光 S:第二偏振方向 T :光柵間距 15

Claims (1)

  1. 201039465 FOSUU /8ΰυζι rw 28319twf.d〇c/n 七、申請專利範園： ΐ· 一種發光二極體，包括： -半導體層’包括—第—型摻雜半導體㊉、 以及-第二型摻雜半導體層，其令 二發先S 摻雜半導體層與該第二型摻雜半導體層^位於該第一型 及一第-電極’電性連接於該第一雜雜半導體層；以 ，第：^極丄電性連接於該第二型摻雜半導體層，且 該弟-電極為-光柵，適於讓具有—第—偏振方向的光通 過’且適於反射具有―第二偏振方向的光，其中該第一偏 振方向垂直於該第二偏振方向。 2.如申請專利範圍第1項所述之發光二極體，更包括 =基板，其中該第一型摻雜半導體層位於該基板上，該發 光層位於該第-型摻雜半導體層的部分區域上，該第二型 摻雜半導體層位於該發光層上，該第一電極位於該第一型 掺雜半導體層未配置該發光層之區域上 ，而該第二電極位 於該第二型摻雜半導體層上。 3. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體，其中該 基板的材質包括藍寶石。 4. 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體，其中該 基板具有一表面粗化結構。 5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該 發光層具有一表面粗化結構。 6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該 16 201039465 a v/uv/v，u*_»OZ1TW" 28319twf.iioc/n. 半導體層的材質包括氮化銦鎵（InGaN)，適於發出波長 為625-630奈米（nanometer, nm)的紅光，此時該第二電 極的光栅間距小於390奈米。 7·如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該 半導體層的材質包括氮化銦鎵，適於發出波長為530〜535 奈米的綠光，此時該第二電極的光栅間距小於290奈米。 O
    一 8.如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該 半導體層的材質包括氮化鎵（GaN)，適於發出波長為 450〜470奈米的藍光，此時該第二電極的光栅間距小於255 奈米。 9.如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中該 第一電極與該第二電極的材質包括金屬。 ’、 -封H如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，更包括 、^不，用以顯示該第—偏振方向或該第二偏振方向。 U.—種背光模組，包括： 配置在該入光面旁，且各該發光二 入光面及-出光面;以及 極體包括： 光層以括™第一型摻雜半導體層、-發 該第-型摻雜；導導體層’其中該發光層位於 間； 一 、-θ與該第二型摻雜半導體層之 層；叹|極’電性連接於該第—歸雜半導體 201039465 rusuu rw 28319twf.doc/n 一第，電極，電性連接於該第二型摻雜半導體 層’且該第二電極為—光栅，適於讓具有_第一偏振 方向的光通過’且適於反射具有—苐二偏振方向的 光，其_該第—偏振方向垂直於該第二偏振方向。 如申請專利範圍第11項所述的背光模組，其中該 光學板為-導光板，且該人光面鄰接於該出光面。 I3·如申請專利範圍第u項所述的f光模組，其中該 光學板為-擴散板，該人光面與該出光面相對。
    14,如申請專利範圍第u項所述之背光模組，其中各 該务光-極體更包括—基板，各該第—型摻雜半導體層位 於各。玄基板上，各5亥發光層位於各該第一型摻雜半導體層 的部分區，上’各該第二型掺雜半導體層位於各該發光層 f ’各該第—電極位於各該第—型摻辭導體層未配置各 柄光層之區域上，而各該第二電極位於各該 半導體層上。 15. 如申請專利範圍第14項所述之背光模組，其中安
    些基板的材質包括藍寶石。 ’、 16. 如申請專利範圍第14項所述之背光模組，其中^ 該基板具有一表面粗化結構。 17. 如申明專利範圍第Π項所述之背光模組，其中$ 該發光層具有一表面粗化結構。 二18,如申請專利範圍第11項所述之背光模組，其中^ 該半導體層的材質包括氮化銦鎵， •叫米敝純瓣二電_=== 18 2〇1〇39465〇zitw 2g3i9tw£d〇c/n 奈米。 19. 如申請專利範圍第u項所述之背光模組，其中各 該半導體層的材質包括氮化銦鎵，適於發出波長為 53〇 535不米的4光，此時該第二電極的光栅間距小於2叩 奈米。 ❹ Ο 20. 如申明專利範圍第u項所述之背光模組，其中各 該半導體層的材質包括氮化鎵，適於發出波長為45〇〜47〇 奈米的藍光’此時該第二電極的光柵間距小於255奈米。 ,21.如申請專利範圍第11項所述之背光模組，其中該 些第電極與该些第二電極的材質包括金屬。 22. 如申請專利範圍第u項所述之背光模組，其中各 該發光二極體更包括—縣標示，用崎示 向或該第二偏振方向。 刀 23. —種液晶顯示裝置，包括： 一背光模組，包括： 一光學板，具有一入光面及一出光面；以及 多個發光二極體，配置在該入光面旁，且各 光二極體包括： X 一半導體層，包括一第一型摻雜半導體層、 一發光層以及一弟二型摻雜半導體層，其中該發 光層位於該第-型摻雜半導體層與該第1 = 半導體層之間； a 一第一電極，電性連接於該第一型摻雜 體層；以及 午 19 201039465 FU8UU /8tsuz,i TW 28319twf.doc/n 體声，極•電性連接於該第二^^摻雜半導 ^ 〜一电極為—光栅，適於讓具有一第 -偏振方向的光通過，且適於反 振方向的光，豆中嗜筮弟一偏 弟—偏振方向垂直於該第二 偏振方向；以及 一液晶顯示面板，配置在該出光面上。 > 24.如申請專·圍第23項所述之液晶顯示裝置 中该光學板為-導光板，且該入光面鄰接於該出光面 25. 如申請專利範圍第23項所述之液晶顯示裝置 中该光學板為-擴散板，且該人光面與該出光面相對。 26. 如申請專利範圍第23項所述之液晶顯示裝置，其 中各該發光二極體更包括—基板，各該第—型摻雜半 =位於該基板上’各·光層位於各該第—型摻雜半導體 層的部分區域上’各該第二型_半導體層位於各該發光 層^ ’各該第-電極位於各該第—歸雜铸體層未配置 區域上’而各該第二電極位於各該第二型摻 雜半導體層上。 27. 如申請專利範圍第26項所述之液晶顯示裝置 中該些基板的材質包括藍寶石。 2 8 ·如申請專利範圍第2 6項所述之液晶顯示裝置 中各該基板具有一表面粗化結構。 29.如申請專利範圍第23項所述之液晶顯示裝置 中各該發光層具有一表面粗化結構。 30·如申請專利範圍第23項所述之液晶顯示裝置，其 其 其 其 其 其 20 OZ1TW 28319twf.d〇c/n 201039465 中各該半導體層的㈣包括氮化銦鎵，適於發出波長為 仍〜630奈米的紅光，此時該第二電極的光 小於39〇 奈米。 3L如申請專利範圍第23項所述之液晶顯示裝置，其 中各該半導體層的材質包括氮化銦鎵，適於發出波長為 530〜535奈米的綠光’此時該第二電極的光栅間距小於29〇 奈米。 3 2.如申請專利範圍第2 3項所述之液晶顯示裝置，其 中各該半導體層的材質包括氮化鎵，適於發出波長 45"7G奈米的藍光’此時該第二電極的光栅間距小於255 奈米。 33.如申請專利範圍第23項所述之液晶顯示製置，並 中該些第-電極與該些第二電極的材質包括金屬。八 34·如申請專利範圍第23項所述之液晶顯示裝置，其 中各該發光二極體更包括—封裝標示’用簡示該第 振方向或§亥弟二偏振方向。 o 35.〃如申請專利範圍第23項所述的液晶顯示裝置，更 包括一第一偏振片，配置在該液晶顯示面板上，且 背光模組。 離該 申明專利乾圍第35項所述的液晶顯示裝_置，更 包=一第二偏振片，配置在該液晶顯示面板及該背光模組 21
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