專利名稱：一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管(LED)，特別涉及一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是一種當(dāng)在正向方向上被電偏置時以受激方式發(fā)光的半導(dǎo)體光源裝置。當(dāng)前，隨著半導(dǎo)體LED在照明、顯示等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對LED進(jìn)行出光特性的調(diào)控具有著巨大的研究和應(yīng)用價值，偏振化出光LED是其中一個具有廣闊應(yīng)用前景的方向， 未來將可能在光電子器件、新型光顯示領(lǐng)域有著巨大的市場需求。例如，在液晶平板顯示領(lǐng)域，IXD已成為顯示行業(yè)的主流技術(shù)。典型的IXD結(jié)構(gòu)從上到下依次包含上偏振片、彩色濾光片、液晶層、TFT陣列基板、下偏振片和背光模組。液晶顯示器內(nèi)部是將背光源發(fā)射出的光通過偏光片使其“偏振”，再轉(zhuǎn)換成所看到的影像。光源從光發(fā)射直到最后液晶輸出，光的利用按比例遞減，假設(shè)其在導(dǎo)光板中損失40%，通過下偏光片損失36%，通過液晶盒損失18%以及表面反射損失1 %，由此LED顯示的最終利用率不到5%。但是，如果LED本身就是偏振發(fā)光的，則未來LCD的復(fù)雜結(jié)構(gòu)就可以部分簡化，所帶來的將不僅是使用上的便利，裝置簡化將帶來的體積和材料耗費也會大大節(jié)省。另一方面， 正如前面所述，為了獲得偏振光，傳統(tǒng)的方法是使用外置式的偏振片使LED發(fā)出的光偏振， 這樣有50%以上的光就被直接濾掉了而得不到再利用，從而很大程度上使得LED的光利用效率無法進(jìn)一步提高。在本發(fā)明做出之前，中國發(fā)明專利(CN1547056)“射擊式偏振發(fā)光管及其偏振發(fā)光陣列”提出了一種射擊式偏振發(fā)光管，是將偏振片安裝在發(fā)光管前面并用透光膠封裝在殼體內(nèi)。中國發(fā)明專利(CN101088175) “偏振的LED”采用在LED管芯的發(fā)光表面或者附近設(shè)置介質(zhì)，并通過該介質(zhì)使一種偏振態(tài)的光優(yōu)先透射，并同時安置偏振轉(zhuǎn)換層，包含波片，用于改變被反射偏振光的振動方向，即P光和s光互相轉(zhuǎn)換。上述發(fā)明的技術(shù)方案涉及了發(fā)光二極的偏振出光，但對實現(xiàn)偏振出光后如何同時提高LED的出光效率并未涉及。中國發(fā)明專利(CN101807653A) “一種偏振發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)及出光方法”公開了一種偏振發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，LED芯片的發(fā)光表面上依次安置波長選擇性薄膜、黃色熒光粉和偏振膜。該結(jié)構(gòu)是針對白光LED設(shè)計，所述波長選擇性薄膜用于對藍(lán)光85 100% 透射，對黃光85 100%反射，所述黃色熒光粉用于將LED發(fā)出的藍(lán)光激發(fā)黃光，混合成白光出射，同時可以將反射光通過熒光粉內(nèi)的顆粒散射部分退偏振。該技術(shù)為針對白光LED 設(shè)計，未涉及藍(lán)、綠光LED。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種LED的封裝結(jié)構(gòu)，使封裝的LED本身發(fā)出偏振光，并能使反射光能夠被循環(huán)利用，從而提高LED的發(fā)光效率。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，包括安置于基板上的GaN基藍(lán)或綠光LED芯片一只或多只，及封裝殼體；在所述LED芯片的出光面的上表面設(shè)置有偏振膜；在基板與LED芯片底部之間安置退偏振器，整體封裝于殼體內(nèi)部。所述的退偏振器包括采用具有梯度相位差的雙折射材料，或具有退偏振效應(yīng)的液晶材料；所述的偏振膜為金屬線柵結(jié)構(gòu)或多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)。采用上述技術(shù)方案的目的是為了同時提高LED的出光效率和實現(xiàn)偏振出光，其 LED芯片的發(fā)光原理及過程是LED芯片發(fā)出的藍(lán)或者綠光從出光面出射進(jìn)入偏振膜，由于 LED的發(fā)光是基本沒有偏振態(tài)的自然光，對于偏振膜來說，s和ρ兩個偏振態(tài)的光只有其中一個偏振態(tài)能夠通過偏振膜透射出去，另一個偏振態(tài)的光則被偏振膜反射，并再次進(jìn)入LED 芯片，大部分光最終會到達(dá)LED底面端，這樣被底部安置的退偏振器實現(xiàn)退偏振，并被LED 底部基板材料反射后，再次到達(dá)表面偏振膜，并再次有部分光能夠出射。同時被反射回的光又一次循環(huán)到達(dá)底部退偏振器，經(jīng)退偏振后被反復(fù)利用，如此循環(huán)。這樣，該LED封裝結(jié)構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)偏振態(tài)出光，同時反射光也被循環(huán)利用，可大大提高LED的出光效率，達(dá)到提高LED出光效率和實現(xiàn)偏振出光的雙重目標(biāo)。上述技術(shù)方案中，所述的金屬納米線柵結(jié)構(gòu)或多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的偏振膜，使s偏振態(tài)或P偏振態(tài)的其中一種偏振態(tài)的光出射，另一種偏振態(tài)的光被反射。所述采用具有梯度位相差的雙折射材料的退偏振器，可以是雙解石、石英、冰洲石等，其原理是當(dāng)偏振光通過具有一定梯度位相差的雙折射材料后，使光束在一個微小區(qū)域內(nèi)干涉疊加，從而改變其有序狀態(tài)，使出射光的偏振度下降，實現(xiàn)退偏。所述采用具有退偏振效應(yīng)的液晶材料的退偏振器，可以是向列項液晶、近晶相液晶和膽留相液晶。其原理是在液晶材料中加入一定比例的有機(jī)電介質(zhì)，當(dāng)通過一定頻率的交流電時，隨著電壓的升高，液晶會形成對光的強(qiáng)烈散射作用的紊流或攪動，稱為動態(tài)散射現(xiàn)象，通過這種動態(tài)散射，通過液晶的光在很大程度上失去了偏振光的特性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于
1、LED封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)偏振膜的采用使得LED本身能發(fā)出偏振光，從而可以大大簡化傳統(tǒng)液晶背光源裝置中的起偏部件設(shè)置，既提高了光的利用率，又簡化了裝置的結(jié)構(gòu)。2、在LED芯片底部安裝退偏振器，用于將被偏振膜反射回來的光退偏振后再一次出射，這樣使得反射光被循環(huán)利用，提高LED的出光效率。


圖1是本發(fā)明實施例一的GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2是實施例二的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、偏振膜；2、LED芯片；3、電極；4、退偏振器；5、基板。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。實施例一
參見附圖1，它是本實施例提供的一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)；在本實施例中，LED芯片2為常規(guī)III-V族氮化物半導(dǎo)體藍(lán)光或者綠光芯片，其發(fā)光波段位于藍(lán)光或者綠光范圍內(nèi)，其結(jié)構(gòu)是目前LED芯片的常規(guī)結(jié)構(gòu)(包含襯底層、緩沖層、η型摻雜層、量子阱以及P型摻雜層)。電極3的排布方式及與LED芯片的連接采用常規(guī)技術(shù)。實施例提供的一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)包含LED芯片2出光面的上表面設(shè)置有偏振膜1，LED芯片發(fā)光表面與偏振膜下表面形成光學(xué)接觸，偏振膜采用多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)；在基板5與LED芯片底部之間安置退偏振器4，退偏振器的上表面與LED芯片下表面形成光學(xué)接觸，退偏振器為采用具有退偏振效應(yīng)的液晶退偏器；液晶退偏器為如向列項、近晶相和膽留相液晶退偏器；LED芯片為常規(guī)III-V族氮化物半導(dǎo)體藍(lán)光或者綠光芯片，其發(fā)光波段位于藍(lán)光或者綠光范圍內(nèi)。液晶退偏的原理是在液晶材料中加入一定比例的有機(jī)電介質(zhì)，當(dāng)通過一定頻率的交流電時，通過電極3，隨著電壓的升高，液晶會形成對光的強(qiáng)烈散射作用的紊流或攪動，稱為動態(tài)散射現(xiàn)象，通過這種動態(tài)散射，通過液晶的光在很大程度上失去了偏振光的特性。本發(fā)明的原理是LED芯片的出光面出射的光通過偏振膜后，s和ρ兩個偏振態(tài)的光只有其中一個偏振態(tài)能夠通過偏振膜透射出去，另一個偏振態(tài)的光則被偏振膜反射后再次進(jìn)入LED芯片，在LED各界面處多次反射，并有大部分光到達(dá)LED底面端，經(jīng)過退偏振器后，此部分光被退偏振，并被底部基板材料反射后，再次到達(dá)表面偏振膜，并再次有部分光能夠出射。同時被反射回的光又一次循環(huán)到達(dá)底部退偏振器，經(jīng)退偏振后被反復(fù)利用，如此循環(huán)。這樣通過芯片底部退偏振器的使用，反射光能夠被反復(fù)退偏振并循環(huán)利用，提高LED 的出光效率，同時實現(xiàn)LED芯片本身的偏振出光。實施例二
參見圖2，它為本實施例提供的一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；在本實施例中，LED芯片2為常規(guī)III-V族氮化物半導(dǎo)體藍(lán)光或者綠光芯片，其發(fā)光波段位于藍(lán)光或者綠光范圍內(nèi)，其結(jié)構(gòu)是目前LED芯片的常規(guī)結(jié)構(gòu)(包含襯底層、緩沖層、η型摻雜層、量子阱以及P型摻雜層)。電極的排布方式及與LED芯片的連接采用常規(guī)技術(shù)。LED 芯片2可以是一只，也可以是多只并列封裝在同一個殼體內(nèi)，其出光面的上表面設(shè)置有偏振膜1，LED芯片發(fā)光表面與偏振膜下表面形成光學(xué)接觸，偏振膜采用常規(guī)金屬納米光柵結(jié)構(gòu)，也可采用多層介質(zhì)膜；在基板與LED芯片底部之間安置退偏振器4，退偏振器的上表面與LED芯片下表面形成光學(xué)接觸，退偏振器為采用具有梯度相位差的雙折射材料；雙折射材料的退偏器可以是方解石光楔退偏振器、石英旋光晶體楔退偏器、及其二元結(jié)構(gòu)退偏器寸。以上結(jié)構(gòu)具體偏振出光的工作過程為LED表面出射的光通過偏振膜后，s和ρ兩個偏振態(tài)的光只有其中一個偏振態(tài)能夠通過偏振膜透射出去，另一個偏振態(tài)的光則被偏振膜反射后再次進(jìn)入LED芯片，在LED各界面處多次反射，并有大部分光到達(dá)LED底面端，經(jīng)過退偏振器后，此部分光被退偏振，并被底部基板材料反射后，再次到達(dá)表面偏振膜，并再次有部分光能夠出射。同時被反射回的光又一次循環(huán)到達(dá)底部退偏振器，經(jīng)退偏振后被反復(fù)利用，如此循環(huán)。這樣通過芯片底部退偏振器的使用，反射光能夠被反復(fù)退偏振并循環(huán)利用，提高LED的出光效率，同時實現(xiàn)LED芯片本身的偏振出光。
權(quán)利要求
1.一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，包括一只或多只安置于基板上的 GaN基藍(lán)或綠光LED芯片，及封裝殼體；其特征在于在所述LED芯片(2)的出光面的上表面設(shè)置有偏振膜(1);在基板(5)與LED芯片底部之間安置退偏振器(4)，整體封裝于殼體內(nèi)部；所述的偏振膜為金屬線柵結(jié)構(gòu)或多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，對藍(lán)或綠光波段的s或ρ光，其中一種偏振態(tài)為選擇性通過，另一種偏振態(tài)為全反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的退偏振器包括采用具有梯度相位差的雙折射材料，或具有退偏振效應(yīng)的液晶材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的退偏振器用雙折射材料為雙解石、石英或冰洲石。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的退偏振器用液晶材料為向列項液晶、近晶相液晶或膽留相液晶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GaN基藍(lán)、綠光偏振出光二極管的封裝結(jié)構(gòu)。包含安裝于基板上的LED芯片一只至多只，在芯片的出光面?zhèn)劝仓闷衲?，在基板與芯片底部之間安置退偏振器。LED發(fā)出的光通過偏振膜后，s和p兩個偏振態(tài)的光只有其中一個偏振態(tài)通過偏振膜透射出去，另一偏振態(tài)的光則被反射后再次進(jìn)入LED芯片，大部分光到達(dá)LED底面端，經(jīng)過退偏振器后被退偏振，并經(jīng)底部基板材料反射后再次到達(dá)表面偏振膜，并再次部分出射。同時被反射回的光又一次循環(huán)到達(dá)底部退偏振器，如此循環(huán)利用。該LED封裝結(jié)構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)偏振態(tài)出光，同時反射光被循環(huán)利用，提高LED的出光效率，達(dá)到提高LED出光效率和實現(xiàn)偏振出光的雙重目標(biāo)。
文檔編號H01L33/44GK102244184SQ20111019889
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者任國強(qiáng), 張桂菊, 徐科, 曹冰, 王建峰, 王欽華, 韓琴, 黃奎 申請人:蘇州大學(xué), 蘇州納維科技有限公司