TW201304208A - 偏極化白光發光二極體 - Google Patents

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Abstract

一種偏極化白光發光二極體，其可減少眩光問題並增加消光比，且其包含有一可發出一第一色光之發光二極體晶片，一塗佈於發光二極體晶片之外圍之螢光層，以及一設置於螢光層上且不與螢光層直接接觸，而形成一空氣間隙之金屬線柵偏光層，以保護金屬線柵偏光層免於受損。當第一色光穿透螢光層時，會激發螢光層而產生一第二色光，而金屬線柵偏光層則將部份之第一色光加以反射，而使得部份之第一色光在螢光層與空氣間隙內產生反覆且不同方向的反射作用，進而於螢光層中形成二次激發並產生第二色光，而金屬線柵偏光層可供一偏極化白光穿透。

Description

偏極化白光發光二極體
本發明係與一種白光發光二極體有關，特別是一種偏極化白光發光二極體。
目前市面上白光發光二極體(lighting emitting diode,LED)，大多是藉由多種顏色之發光二極體晶片來混合色光的封裝方式而形成，或是採用藍光發光二極體晶片或紫外光發光二極體晶片，來激發多種顏色之螢光粉的封裝方式而形成。
其中，採用多種顏色之發光二極體晶片來混合色光的封裝方式，所製成之白光發光二極體，雖具有即時性顏色可調之功能，但因各種顏色之發光二極體晶片之製作材料的差異，會導致白光發光二極體於溫度上升時，其之發光顏色產生變化、色光混合不易或驅動電路複雜化等問題。至於，採用紫外光發光二極體晶片來激發螢光粉而產生可見光，並進一步混合而成白光之方式，其之缺點在於發光亮度不足，且由於紫外光的發射會對使用者產生不必要的傷害。因此，採用紫外光發光二極體晶片來激發螢光粉的封裝方式，必需提昇其之白光轉換效率，並且於封裝結構中增加一光學元件，以阻絕紫外線光發射而出，並造成人眼的傷害。
利用藍光發光二極體晶片所發出的藍光來激發黃色螢光粉，而產生黃光並使得黃光與部份之藍光混合而形成白光，係為目前最常見的白光發光二極體。不過，採用上述方式所製成之白光二極體，其所發出之白光於混光過程中，藍光的強度係遠大於其所激發黃光的強度，因此上述白光發光二極體會有色溫偏高因而產生刺眼的問題，同時演色指數無法提升至大於80，且其所產生之光源強度及顏色分布不均勻，而產生例如顏色分布具有黃圈現象等問題。此外，藍光發光二極體晶片的發光波長會隨著操作溫度上升而增加，因而影響其所激發之黃光與藍光於混合時所產生之白光的顏色變化。
然而，無論採用上述何種封裝方式所製成之白光發光二極體的發光光源，皆係屬於非偏極光。以照明應用而言，非偏極光在閱讀時會產生眩光(glare)之問題，而令使用者感到不適且無法觀看。因此，如何使白光發光二極體偏極化，並具有高消光比(extinction ratio)以降低可能產生之眩光問題，係本技術領域亟欲解決問題之一。
此外，於目前的液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)之技術中，其顯示板的架構主要係由一液晶層、一薄膜基板、一背光板、兩上下偏光膜片、一彩色濾光片所構成。由於背光板中採用白光發光二極體作為光源，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，產生偏極化與檢偏功能，並致使白光發光二極體所發出之偏極化白光在通過液晶層時，可產生空間光調制(spatial light modulation)作用，而使得液晶顯示器得以有效運作。因此，若能在目前的白光發光二極體之封裝技術下達成偏極化白光之輸出，將可增加液晶之出光亮度，以及減少偏光片於顯示器中的使用量而降低成本。
為了使得白光發光二極體所產生之白光偏極化，以下簡述部分之先前技術。美國專利號7,091,661主要係包括一發光二極體晶片、一螢光粉層及一反射式偏光器(reflective polarizer)。螢光粉層係設置於發光二極體晶片之上，並設置於兩高分子濾光膜層之間。反射式偏光器係設置於螢光粉層之上。發光二極體晶片會發出一第一光線，經高分子濾光膜層後進入螢光粉層以激發產生一第二光線，再由另一高分子濾光膜層出射後，經由反射式偏光器而產生一偏極光。其中，反射式偏光器係採用一偏光多層膜或一吸收型偏光膜。此外，在美國專利號7,766,495中，係藉由將一反射罩設置於一發光二極體晶片之周圍，而將發光二極體晶片所發出之偏極光向同一方向反射，以輸出向同一方向出射之偏極光。
美國專利號7,339,736則係於一非偏極化光前方，設置一高分子材料所製作之反射式偏光多層膜，非偏極化光在經過反射式偏光多層膜後可產生偏極化光，而可應用於液晶顯示器之背光源中以增強亮度。然而，高分子材料所製作之反射式偏光多層膜，因工作環境溫度升高或曝照在紫外光之環境下，易隨著長時間操作而產生變質。因此，如何提高反射式多層偏光膜的環境忍受度，亦係本技術領域亟欲解決問題之一。
美國專利號7,614,757係採用一反射型金屬線柵偏光器(reflective metallic wire-grid polarizer)，其係應用於液晶顯示器之背光源來增強亮度。其中，反射型金屬線柵偏光器之結構，係將奈米尺寸之金屬線陣列製作於一透明基板上，其係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境忍受度等優點，但由於其結構係屬於奈米尺寸，因此，如何避免反射型金屬線柵偏光器受到損害，亦係本技術領域亟欲解決問題之一。
本發明之一目的在於提供一種偏極化白光發光二極體，可提高其消光比、降低其色溫、減緩溫度所造成之出光顏色的變化，並進而增加出光顏色之均勻性。此外，本發明可被應用於液晶顯示器之背光源，以增加液晶顯示器之出光量，同時減少偏光膜片的使用量，進而避免偏光膜片可能老化之問題。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例的一種偏極化白光發光二極體，其係包括一包含電極之反射基板、一發光二極體晶片、一螢光層、一金屬線柵偏光層及一透明基板。發光二極體晶片係置於反射基板之上並且可以發出一第一色光。螢光層係塗佈於發光二極體晶片之外圍，當第一色光穿透螢光層時，第一色光會激發螢光層而產生一第二色光，且第一色光係與第二色光混合而產生一白光，其中螢光層係由一透明膠層與至少一螢光粉混合而成，而螢光粉包括一黃色螢光粉並可另外包含一紅色螢光粉或一綠色螢光粉，第一色光係為一藍光，且第二色光係為一黃光且可另外包含一紅光或一綠光。
金屬線柵偏光層係設置於空氣間隙上方，且不直接接觸螢光層而形成一空氣間隙，並且與反射基板形成一激發腔(pumping cavity)，以使得金屬線柵偏光層將部份之第一色光反射，而在螢光層與空氣間隙內產生反覆且複數個不同方向的反射，並且金屬線柵偏光層可供白光穿透。透明基板係設置於金屬線柵偏光層上，其中透明基板係具有一第一表面以及與第一表面相對之一第二表面，第一表面係與金屬線柵偏光層接觸，而白光係由第二表面射出。
在一實施例中，其更包括一設置於透明基板之第二表面上之二次光學元件，其中二次光學元件可以為一微透鏡、一光學膜或光柵。
在一實施例中，第一色光係包含一橫電場波及一橫磁場波，金屬線柵偏光層會反射橫電場波，而使得橫電場波在螢光層與空氣間隙內產生反覆且不同方向的反射，且金屬線柵偏光層可供第一色光中之橫電場波，以及於多次反射時於螢光層中所激發之第二色光，所混合產生的白光穿透。
在一實施例中，反射基板係具有一底部及四側板，底部及四側板會構成一凹槽，發光二極體晶片係設置於底部上，螢光層係覆蓋發光二極體晶片並設置於凹槽內，且部份之第一色光可於激發腔中多次反射，以產生發光偏極性的隨機化作用(polarization randomization)。
在一實施例中，反射基板具有相連之一第一凹槽及一第二凹槽，第一凹槽係位於第二凹槽之下方，發光二極體晶片係設置於第一凹槽內，透明膠層係塗佈於發光二極體晶片之外圍並填滿第一凹槽，螢光層係設置於第二凹槽並覆蓋透明膠層，且部份之第一色光可於激發腔中多次反射，以便產生發光偏極性的隨機化作用。
在一實施例中，空氣間隙包含一介質，其可填滿或部分地填滿空氣間隙，其中介質材料的折射率係介於1至1.4之間，並係小於螢光層之折射率。
在一實施例中，金屬線柵偏光層與透明基板係為一體成型。其中，金屬線柵偏光層包括複數金屬線，每一金屬線係相互地平行設置於透明基板上，且金屬線柵偏光層係具有一線柵週期，而線柵週期係小於或等於300奈米。金屬線柵偏光層具有一介於10%至60%之工作週期比例，且其材質係選自鋁、鎢、銅、銀及金所構成之群組。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是用於參照隨附圖式的方向。因此，該等方向用語僅是用於說明並非是用於限制本發明。
請參照第一圖，其係為本發明第一實施例之偏極化白光發光二極體。一偏極化白光發光二極體100包括有一反射基板101、一發光二極體晶片103、一螢光層104、一金屬線柵偏光層106及一透明基板107。
反射基板101具有一底部及四側板，而底部及四側板會構成一凹槽，發光二極體晶片103係設置於反射基板101之底部上，其中反射基板101上形成有一電路(未圖示)，且發光二極體晶片103係電性連接於電路上，並藉由外加電流來驅動此一發光二極體晶片103以發出一第一色光，進而提供了激發螢光層104所需之光源。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 magnetic wave,TM wave)，於本實施例中，第一色光係為一藍光。
藉由將一反射層102設置於反射基板101之底部及四側板上，可以使其圍繞於反射基板101之凹槽的內部周圍。於本實施例中僅繪示一藍光二極體晶片103，發光二極體晶片103係採用藍光發光二極體晶片，其中藍光發光二極體晶片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族光電半導體晶片，且可發射一波長介於400~530nm的藍光。此外，其可依照不同的亮度需求，而於反射基板101上設置多個藍光二極體晶片103，以產生所需亮度，並可以依照不同陣列方式來設置藍光發光二極體晶片103。
螢光層104係塗佈於發光二極體晶片103之外圍，並覆蓋發光二極體晶片103同時設置於反射基板101之凹槽內，以使得反射層102可圍繞於螢光層104之周圍。其中，螢光層104係由一透明膠與至少一螢光粉所混合而成，而螢光粉係為一黃色螢光粉，並且可包括一綠色螢光粉、一紅色螢光粉，或是由其等所組合之混色螢光粉，並且在配合不同螢光粉下，第一色光可激發不同顏色的螢光粉而發出不同顏色的第二色光，其中第二色光係為一黃光並且可包括一紅光或一綠光。由於本實施例中之發光二極體晶片103係採用藍光發光二極體晶片，因此螢光層104可針對藍光發光二極體晶片103所發出的藍光之波長範圍，而採用適當比例之黃色螢光粉，並將之混入於對於藍光係為透明之一透明膠而混合製作完成。其中，螢光層104內之透明膠包括一環氧樹脂或一矽膠等可為可見光所穿透之膠體，螢光層104內之黃色螢光粉可以例如為一鈰摻雜釔鋁石榴石(YAG)螢光粉、一鋱鋁石榴石(TAG)螢光粉，或具有銪(Eu)或鈰(Ce)摻雜之矽酸鹽(silicates)、氮氧化物(oxynitride)、氮化物(nitride)與磷酸鹽(phosphates)螢光粉等。由於藍光發光二極體晶片103係發射波長介於400~530nm之藍光，其可激發螢光層104中的黃色螢光粉，並且剩餘之藍光與所激發之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係設置於螢光層104上，但金屬線柵偏光層106與螢光層104之間係具有一空氣間隙105，藉由以空氣間隙105作間隔，而令金屬線柵偏光層106不會直接接觸螢光層104。由於金屬線柵偏光層106包括複數金屬線，其中每一金屬線之線寬係介於30~180 nm之間，而其厚度係介於30~200nm之間。且每一金屬線之線寬，也就是金屬線柵偏光層106之線柵線寬係極其細微，十分易於受損，若受損則金屬線柵偏光層106將無法作用，因此本發明之目的之一，就是利用空氣間隙105來保護金屬線柵偏光層106，以使得金屬線柵偏光層106朝向螢光層104之金屬線，不會因接觸螢光層104而受損，並可增加偏極光出光量。其中空氣間隙105可由一介質填滿，並且介質之材料的折射率係介於1至1.4之間，且係小於螢光層104之折射率。
配合參照第一圖，透明基板107係設置於金屬線柵偏光層106上，透明基板107具有一第一表面107a與相對於第一表面107a之一第二表面107b，第一表面107a會接觸金屬線柵偏光層106，也就是說，金屬線柵偏光層106中之每一金屬線係相互地平行設置於透明基板107上。其中，透明基板107之材質係可令由螢光層104所射出之白光穿透，而具有一高穿透率，其材質可以例如為玻璃或高分子材料。
配合參照第二圖，於本實施例中，金屬線柵偏光層106與透明基板107係為一體成型。其中，金屬線柵偏光層106具有一線柵週期，且線柵週期係小於或等於300奈米，同時具有一介於10%至60%之工作週期比例(duty cycle ratio)，並且其之材質係選自鋁、鎢、銅、銀及金所構成之群組。金屬線柵偏光層106之金屬線的製作方法如下：利用奈米微影術(nano-lithpgraphy)、電子束微影術(electron beam lithography)、全像干涉術(holographic lithography)或奈米壓印(nano-imprinting)等方法來製作，將具有次波長條紋光阻圖案之金屬線柵偏光層106形成於第一表面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(subwavelength grating)形成於第一表面107a上。
由於金屬線柵偏光層106上具有次波長金屬光柵，因此具備偏光化之功能，其可將例如白光之可見光進行多重反射與偏光作用，而產生偏極化白光。藉由上述方法，不僅可產生偏極化白光，更可使得偏極化白光發光二極體100所發出之光源，達到發光強度分佈均勻化、顏色穩定化與降低色溫效果。此外，可依照所需的光學反射效果，而針對例如寬度、厚度與材料種類等構成金屬線柵偏光層106之膜層的材料結構來進行設計與製作，使其僅將一部份之由發光二極體晶片103所發射之第一色光的特定波長範圍加以反射。
金屬線柵偏光層106之作用在於其具有部份光反射及部分光透射的特性，同時其具有較寬的工作光譜，而可對多波長之白光產生偏極化效果。在一實施例中，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，並且能夠反射第一色光中具有橫電場波(TE)的光，同時達到高於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，進而於透明基板107之第一表面107a中產生反射現象；而第一色光中之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可供受激發之第二色光穿透。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可以使得發光二極體晶片103所發出之第一色光，被部分地侷限於金屬線柵偏光層106與反射基板101之間，並藉著金屬線柵偏光層106與反射基板101所形成之一激發腔，而使得橫電場波在螢光層104與空氣間隙105內，產生反覆且不同方向的反射，因此使得第一色光中之橫電場波得以多次激發螢光層104而產生第二色光之電場偏極性的隨機化效應，直至第一色光中橫電場波轉換為橫磁場波，而與第二色光混合而形成出射之偏極化白光，並滿足電磁原理所要求之金屬線柵偏光層106的偏極化條件後，始可穿透金屬線柵偏光層106。
由於金屬線柵偏光層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化(polarization randomization)，最後再予以回收再利用，並使其轉換為橫磁場波(TM)的光，進而穿透金屬線柵偏光層106。藉著不斷地重複上述過程，因此偏極化白光發光二極體100可有效提升消光比、出光量及其偏極化轉換效率。
如上所述，因金屬線柵偏光層106與反射基板101形成一激發腔，因而使得第一色光可透過激發腔儘量激發螢光層104內之螢光粉，據以減少因發光二極體晶片102所發出的第一色光過多，而產生偏極化白光發光二極體100之的色溫過高問題，並且可提高螢光粉的光波長轉換效率，並激發更多之第二色光，進而使得偏極化白光發光二極體100可產生更多偏極化之白光。偏極化之白光會進入透明基板107之第一表面107a，並由第二表面107b出射。
在本發明之偏極化白光發光二極體100的封裝結構中，其之發光二極體晶片103主要係採用藍光發光二極體晶片，而其螢光層104中係採用黃色螢光粉，並搭配使用金屬線柵偏光層106，以達到產生偏極化光白光的效果。為了避免具有奈米尺寸之金屬線結構的金屬線柵偏光層106受損，以增加偏極化白光發光二極體100的環境忍受度及消光比，本發明將金屬線柵偏光層106具有金屬線結構之面朝下置於螢光層104上方，並於螢光層104及金屬線柵偏光層106之間設置一空氣間隙105。
配合參照第三圖，其描述本發明的第二實施例之偏極化白光發光二極體。第二實施例中偏極化白光發光二極體100a之結構，與第一實施例之偏極化白光發光二極體100之結構的相異之處，僅為偏極化白光發光二極體100a中空氣間隙105係由一空氣105b之間隙，以及其下方之一例侞透明膠層之介質105a所構成，其中介質105a之折射率係介於1至1.4之間，且係小於螢光層104之折射率。
請參照第四圖，其描述本發明第三實施例之偏極化白光發光二極體。偏極化白光發光二極體100b更包括一二次光學元件108，其係設置於透明基板107之第二表面107b上，並且二次光學元件108可以包括一平面、一微透鏡、一光柵或一光學膜例如抗反射膜等。於本實施例中，二次光學元件108係為一微透鏡陣列，藉由微透鏡陣列之設置，可有效提升偏極化白光發光二極體100b，所發射之偏極化白光的出光的指向性(directivity)。
請參照第五圖，其係為本發明第四實施例之偏極化白光發光二極體。第四實施例中的偏極化白光發光二極體200之結構，與第一實施例之偏極化白光發光二極體100之結構的主要相異之處，在於反射基板、發光二極體晶片及螢光層之間的配置。一種偏極化白光發光二極體200，係主要包括有一反射基板201、一發光二極體晶片205、一透明膠層206、一螢光層207、一金屬線柵偏光層209及一透明基板210。
反射基板201之材質可以例如為鋁、矽或陶磁等，且反射基板201之上方可藉由適當加工方式，而形成相連之一第一凹槽V1及一第二凹槽V2，第一凹槽V1係位於第二凹槽V2之下方，且於第一凹槽V1及第二凹槽V2所露出之反射基板201的表面上形成有一反射層202，而反射層202之材質可以例如為鋁、鎢、銅、金或銀等，可針對可見光具有反射效果之金屬材質。此外，兩分隔之金屬接腳203係形成於基板201上且係穿透反射基板201，並分別藉由一銲線204而電性連結於發光二極體晶片205之陽極及陰極。藉由外加電流於此些金屬接腳203，可驅動發光二極體晶片205以發出一第一色光，進而可提供激發螢光層207所需之光源。其中，第一色光包含一橫電場波及一橫磁場波。
發光二極體晶片205係設置於第一凹槽V1上，透明膠層206係塗佈於發光二極體晶片205之外圍，並填滿第一凹槽V1，以完全覆蓋發光二極體晶片205，而螢光層207係設置於第二凹槽V2內並覆蓋以透明膠層206，而使得反射層202可包圍於螢光層207之周圍。藉由透明膠層206的設置，可以避免發光二極體晶片205與螢光層207之直接接觸，而於偏極化白光發光二極體200操作時，可避免發光二極體晶片205於發光產生熱能時，導致螢光層207之材料劣化的問題，進而可確保偏極化白光發光二極體200的發光效率與品質。
於本實施例中，發光二極體晶片205係採用藍光發光二極體晶片，而螢光層207中螢光粉係採用掺鈰(Ce)之釔鋁石榴石(YAG)作為黃色螢光粉，因此第一色光係為藍光峰波長為458nm之光，而第二色光係為黃光峰波長為570nm之光，而金屬線柵偏光層209之線柵週期則係採用288奈米。一部分藍光在進入螢光層207後，會與螢光層207內被藍光所激發之黃光混合，而產生一非偏極化白光。藉由金屬線柵偏光層209的設置，未激發螢光層207之另一部分藍光在進入金屬線柵偏光層209後，將被金屬線柵偏光層209反射而再次激發螢光層207，而產生二次黃光，並與藍光再次混合，而產生一非偏極化白光，所以偏極化白光平均穿透光強可以為非偏極化白光光強的60%，其中金屬線柵偏光層之平均消光比(extinction ratio)係為330。因此，金屬線柵偏光層209將可提升偏極化白光發光二極體200的穿透量，並產生多角度與多波長的偏極效應，而令偏極化白光發光二極體200產生一偏極化白光。
此外，金屬線柵偏光層209更可防止藍光發光二極體晶片205，發射過多之藍光至偏極化白光發光二極體200，以維持偏極化白光發光二極體200所發射之偏極化白光的發光顏色之穩定性，並可避免藍光引起的高色溫問題，所以偏極化白光的平均色溫，係較非偏極化白光的平均色溫降低約60%。
配合參照第六圖，其描述本發明的第五實施例之偏極化白光發光二極體。第五實施例中的偏極化白光發光二極體200a之結構，與第四實施例之偏極化白光發光二極體200之結構的相異之處，僅在於偏極化白光發光二極體200a中之空氣間隙208，係由一空氣208b之間隙及其下方之一例侞透明膠層之介質208a所構成。其中，介質208a之折射率係介於1至1.4之間，且係小於螢光層207之折射率。
請參照第七圖，其描述本發明第六實施例之偏極化白光發光二極體。偏極化白光發光二極體200b更可包括一二次光學元件211，其係設置於透明基板210之第二表面210b上，並且二次光學元件211可以為一平面、一微透鏡、一光柵或一例如抗反射膜之光學膜等。於本實施例中，二次光學元件211係為一微透鏡陣列，藉由微透鏡陣列之設置，可有效提升偏極化白光發光二極體200b所發射之偏極化白光的出光指向性。
綜上所述，偏極化白光發光二極體100、100a、100b、200、200a及200b係藉由藍光發光二極體晶片來發出一藍光，並激發由黃色螢光粉所組成之螢光層而產生一黃光。部分的藍光在進入螢光層後會與螢光層內被藍光激發之黃光混合而形成白光，然後通過金屬線柵偏光層而發射出一偏極化白光，其中偏極化白光係為一橫磁場波(TM)。由於金屬線柵偏光層係設置在螢光層上方，具有橫電場波(TE)的藍光在被反射進入空氣間隙與螢光層後，會再次激發螢光層，而產生二次激發，並產生一二次非偏極黃光。藉由具有橫電場波(TE)之藍光於金屬線柵偏光層與反射基板之間的多次反射作用，會再次激發黃光而混合生成非偏極化白光，並經由金屬線柵偏光層來產生一二次偏極化白光。因此，偏極化白光發光二極體可減少出射之藍光的出光量以降低色溫，並增強偏極化白光的透射量以及增加消光比。同時，因為藍光被多次且不同方向地的反射，也可改善偏極化白光發光二極體的均勻性，並改善可能因溫度上升產生的顏色變化問題。
上述說明主要係利用金屬線柵偏光層之部份反射及部分透射的特性，以將發光二極體所發出之非偏極化白光的電場偏極性的隨機化(polarization randomization)效應，加以循環利用而產生偏極化白光輸出。由於金屬線柵偏光層與螢光層之間具有一空氣間隙，當偏極化白光發光二極體於操作時，可降低溫度，以避免金屬線柵偏光層因溫度效應受損。此外，於玻璃基板之第二表面上，可製作二次光學元件(secondary optics)例如光學膜、光柵或微透鏡陣(micro-lens array)，以增加應用範圍。
因此，本發明實施例之偏極化白光發光二極體具有下述優點：
一、藉由將金屬線柵偏光層之具有金屬線的表面朝向螢光層而設置，可以增加環境忍受度與提高消光比，同時於金屬線柵偏光層與螢光層之間形成一空氣間隙，將可以保護金屬線柵偏光層使其不易受損。
二、金屬線柵偏光層之耐熱性質佳，而不會因長時間使用及/或與環境接觸而受損。
三、金屬線柵偏光層會使得發光二極體晶片所發出之部份第一色光，在螢光層與空氣間隙內產生反覆且全方位的反射，而使得螢光粉被反覆激發產生第二色光，因此可大幅的提升發光效率，進而提高發光均勻度，並使其不會因長時間使用而受熱變質，而可減緩發光顏色隨溫度飄移(color shift)現象與降低色溫。
四、藉由金屬線柵偏光層的設置，本發明若應用於液晶顯示裝置之背光模組上，可進一步省去習知液晶顯示裝置內偏光膜片的使用，而達到有效提供一偏極化白光光源的目的。
五、由於偏極化白光發光二極體所發出之光線係為偏極化白光，其在應用於照明方面時，可減少眩光(glare)之問題而不會對使用者之眼睛產生不舒服感。
六、於透明基板上可以進一步製作一例如光學薄膜、光柵或微透鏡陣列之二次光學元件，以增加應用範圍。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
100、100a、100b、200、200a、200b．．．偏極化白光發光二極體
101、201．．．反射基板
102、202．．．反射層
103、205．．．發光二極體晶片
104、207．．．螢光層
105、105a、208、208a．．．空氣間隙
105b、208b．．．介質
106、209．．．金屬線柵偏光層
107、210．．．透明基板
107a、210a．．．第一表面
107b、210b．．．第二表面
108、211．．．二次光學元件
203．．．金屬接腳
204．．．銲線
206．．．透明膠層
V1．．．第一凹槽
V2．．．第二凹槽
第一圖，係為本發明第一實施例之偏極化白光發光二極體的結構示意圖。
第二圖，係為金屬線柵偏光層之結構示意圖。
第三圖，係為本發明第二實施例之偏極化白光發光二極體的結構示意圖。
第四圖，係為本發明第三實施例之偏極化白光發光二極體的結構示意圖。
第五圖，係為本發明第四實施例之偏極化白光發光二極體的結構示意圖。
第六圖，係為本發明第五實施例之偏極化白光發光二極體的結構示意圖。
第七圖，係為本發明第六實施例之偏極化白光發光二極體的結構示意圖。
100．．．偏極化白光發光二極體
101．．．反射基板
102．．．反射層
103．．．發光二極體晶片
104．．．螢光層
105．．．空氣間隙
106．．．金屬線柵偏光層
107．．．透明基板
107a．．．第一表面
107b．．．第二表面

Claims (10)

  1. 一種偏極化白光發光二極體，其包括：一反射基板；一發光二極體晶片，其係設置於該反射基板上，並發出一第一色光；一螢光層，其係塗佈於該發光二極體晶片之外圍，其中當該第一色光穿透該螢光層時，該第一色光會激發該螢光層而產生一第二色光，且該第一色光會與該第二色光混合而產生一白光；一金屬線柵偏光層，其係設置於該螢光層上，並且不與該螢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反射一部份之該第一色光，且與該反射基板形成一激發腔，進而使得被反射之該第一色光，在該螢光層與該空氣間隙內產生一反覆且不同方向的反射，且該金屬線柵偏光層可供該白光穿透；以及一透明基板，其係設置於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於該第一表面之一第二表面，該第一表面係與該金屬線柵偏光層接觸，該白光係由該第二表面出射。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之偏極化白光發光二極體，其更包括一二次光學元件，其係設置於該透明基板之該第二表面上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之偏極化白光發光二極體，其中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將該橫電場波反射，而使得該橫電場波在該螢光層與該空氣間隙內產生該反覆且不同方向的反射，且該金屬線柵偏光層可供該橫磁場波與該第二色光混合後之該白光穿透。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之偏極化白光發光二極體，其中該反射基板具有一底部及四側板，該底部及該四側板會構成一凹槽，該發光二極體晶片係設置於該底部上，該螢光層係覆蓋該發光二極體晶片並設置於該凹槽內，且該橫電場波可於該激發腔中多次反射。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之偏極化白光發光二極體，其中該反射基板具有相連之一第一凹槽及一第二凹槽，該第一凹槽係位於該第二凹槽之下方，該發光二極體晶片係設置於該第一凹槽內，該反射基板包括一透明膠層，該透明膠層係塗佈於該發光二極體晶片之外圍且填滿該第一凹槽，該螢光層係設置於該第二凹槽並覆蓋該透明膠層，且該橫電場波可於該激發腔中多次反射。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之偏極化白光發光二極體，其中該螢光層係由一透明膠與至少一螢光粉混合而成，該螢光粉係為一黃色螢光粉。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之偏極化白光發光二極體，其中該空氣間隙可包含一介質，該介質之材料的折射率係介於1至1.4之間，且係小於該螢光層之折射率。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之偏極化白光發光二極體，其中該金屬線柵偏光層與該透明基板係為一體成型。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之偏極化白光發光二極體，其中該金屬線柵偏光層包括複數金屬線，每一該金屬線係相互地平行設置於該透明基板之該第一表面上，且該金屬線柵偏光層具有一線柵週期，該線柵週期係小於或等於300奈米。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之偏極化白光發光二極體，其中該金屬線柵偏光層具有一介於10%至60%之工作週期比例。
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