专利名称：一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管(LED)，特别涉及一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构。
背景技术：
发光二极管(LED)是一种当在正向方向上被电偏置时以受激方式发光的半导体光源装置。当前，随着半导体LED在照明、显示等领域的广泛应用，对LED进行出光特性的调控具有着巨大的研究和应用价值，偏振化出光LED是其中一个具有广阔应用前景的方向， 未来将可能在光电子器件、新型光显示领域有着巨大的市场需求。例如，在液晶平板显示领域，IXD已成为显示行业的主流技术。典型的IXD结构从上到下依次包含上偏振片、彩色滤光片、液晶层、TFT阵列基板、下偏振片和背光模组。液晶显示器内部是将背光源发射出的光通过偏光片使其“偏振”，再转换成所看到的影像。光源从光发射直到最后液晶输出，光的利用按比例递减，假设其在导光板中损失40%，通过下偏光片损失36%，通过液晶盒损失18%以及表面反射损失1 %，由此LED显示的最终利用率不到5%。但是，如果LED本身就是偏振发光的，则未来LCD的复杂结构就可以部分简化，所带来的将不仅是使用上的便利，装置简化将带来的体积和材料耗费也会大大节省。另一方面， 正如前面所述，为了获得偏振光，传统的方法是使用外置式的偏振片使LED发出的光偏振， 这样有50%以上的光就被直接滤掉了而得不到再利用，从而很大程度上使得LED的光利用效率无法进一步提高。在本发明做出之前，中国发明专利(CN1547056)“射击式偏振发光管及其偏振发光阵列”提出了一种射击式偏振发光管，是将偏振片安装在发光管前面并用透光胶封装在壳体内。中国发明专利(CN101088175) “偏振的LED”采用在LED管芯的发光表面或者附近设置介质，并通过该介质使一种偏振态的光优先透射，并同时安置偏振转换层，包含波片，用于改变被反射偏振光的振动方向，即P光和s光互相转换。上述发明的技术方案涉及了发光二极的偏振出光，但对实现偏振出光后如何同时提高LED的出光效率并未涉及。中国发明专利(CN101807653A) “一种偏振发光二极管封装结构及出光方法”公开了一种偏振发光二极管的封装结构，LED芯片的发光表面上依次安置波长选择性薄膜、黄色荧光粉和偏振膜。该结构是针对白光LED设计，所述波长选择性薄膜用于对蓝光85 100% 透射，对黄光85 100%反射，所述黄色荧光粉用于将LED发出的蓝光激发黄光，混合成白光出射，同时可以将反射光通过荧光粉内的颗粒散射部分退偏振。该技术为针对白光LED 设计，未涉及蓝、绿光LED。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED的封装结构，使封装的LED本身发出偏振光，并能使反射光能够被循环利用，从而提高LED的发光效率。本发明所采用的技术方案是提供一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构，包括安置于基板上的GaN基蓝或绿光LED芯片一只或多只，及封装壳体；在所述LED芯片的出光面的上表面设置有偏振膜；在基板与LED芯片底部之间安置退偏振器，整体封装于壳体内部。所述的退偏振器包括采用具有梯度相位差的双折射材料，或具有退偏振效应的液晶材料；所述的偏振膜为金属线栅结构或多层介质膜结构。采用上述技术方案的目的是为了同时提高LED的出光效率和实现偏振出光，其 LED芯片的发光原理及过程是LED芯片发出的蓝或者绿光从出光面出射进入偏振膜，由于 LED的发光是基本没有偏振态的自然光，对于偏振膜来说，s和ρ两个偏振态的光只有其中一个偏振态能够通过偏振膜透射出去，另一个偏振态的光则被偏振膜反射，并再次进入LED 芯片，大部分光最终会到达LED底面端，这样被底部安置的退偏振器实现退偏振，并被LED 底部基板材料反射后，再次到达表面偏振膜，并再次有部分光能够出射。同时被反射回的光又一次循环到达底部退偏振器，经退偏振后被反复利用，如此循环。这样，该LED封装结构不仅能够实现偏振态出光，同时反射光也被循环利用，可大大提高LED的出光效率，达到提高LED出光效率和实现偏振出光的双重目标。上述技术方案中，所述的金属纳米线栅结构或多层介质膜结构的偏振膜，使s偏振态或P偏振态的其中一种偏振态的光出射，另一种偏振态的光被反射。所述采用具有梯度位相差的双折射材料的退偏振器，可以是双解石、石英、冰洲石等，其原理是当偏振光通过具有一定梯度位相差的双折射材料后，使光束在一个微小区域内干涉叠加，从而改变其有序状态，使出射光的偏振度下降，实现退偏。所述采用具有退偏振效应的液晶材料的退偏振器，可以是向列项液晶、近晶相液晶和胆留相液晶。其原理是在液晶材料中加入一定比例的有机电介质，当通过一定频率的交流电时，随着电压的升高，液晶会形成对光的强烈散射作用的紊流或搅动，称为动态散射现象，通过这种动态散射，通过液晶的光在很大程度上失去了偏振光的特性。本发明与现有技术相比的优点在于
1、LED封装结构内偏振膜的采用使得LED本身能发出偏振光，从而可以大大简化传统液晶背光源装置中的起偏部件设置，既提高了光的利用率，又简化了装置的结构。2、在LED芯片底部安装退偏振器，用于将被偏振膜反射回来的光退偏振后再一次出射，这样使得反射光被循环利用，提高LED的出光效率。
图1是本发明实施例一的GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构的示意图； 图2是实施例二的封装结构示意图。其中1、偏振膜；2、LED芯片；3、电极；4、退偏振器；5、基板。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。实施例一
参见附图1，它是本实施例提供的一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构；在本实施例中，LED芯片2为常规III-V族氮化物半导体蓝光或者绿光芯片，其发光波段位于蓝光或者绿光范围内，其结构是目前LED芯片的常规结构(包含衬底层、缓冲层、η型掺杂层、量子阱以及P型掺杂层)。电极3的排布方式及与LED芯片的连接采用常规技术。实施例提供的一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构包含LED芯片2出光面的上表面设置有偏振膜1，LED芯片发光表面与偏振膜下表面形成光学接触，偏振膜采用多层介质膜结构；在基板5与LED芯片底部之间安置退偏振器4，退偏振器的上表面与LED芯片下表面形成光学接触，退偏振器为采用具有退偏振效应的液晶退偏器；液晶退偏器为如向列项、近晶相和胆留相液晶退偏器；LED芯片为常规III-V族氮化物半导体蓝光或者绿光芯片，其发光波段位于蓝光或者绿光范围内。液晶退偏的原理是在液晶材料中加入一定比例的有机电介质，当通过一定频率的交流电时，通过电极3，随着电压的升高，液晶会形成对光的强烈散射作用的紊流或搅动，称为动态散射现象，通过这种动态散射，通过液晶的光在很大程度上失去了偏振光的特性。本发明的原理是LED芯片的出光面出射的光通过偏振膜后，s和ρ两个偏振态的光只有其中一个偏振态能够通过偏振膜透射出去，另一个偏振态的光则被偏振膜反射后再次进入LED芯片，在LED各界面处多次反射，并有大部分光到达LED底面端，经过退偏振器后，此部分光被退偏振，并被底部基板材料反射后，再次到达表面偏振膜，并再次有部分光能够出射。同时被反射回的光又一次循环到达底部退偏振器，经退偏振后被反复利用，如此循环。这样通过芯片底部退偏振器的使用，反射光能够被反复退偏振并循环利用，提高LED 的出光效率，同时实现LED芯片本身的偏振出光。实施例二
参见图2，它为本实施例提供的一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构的示意图；在本实施例中，LED芯片2为常规III-V族氮化物半导体蓝光或者绿光芯片，其发光波段位于蓝光或者绿光范围内，其结构是目前LED芯片的常规结构(包含衬底层、缓冲层、η型掺杂层、量子阱以及P型掺杂层)。电极的排布方式及与LED芯片的连接采用常规技术。LED 芯片2可以是一只，也可以是多只并列封装在同一个壳体内，其出光面的上表面设置有偏振膜1，LED芯片发光表面与偏振膜下表面形成光学接触，偏振膜采用常规金属纳米光栅结构，也可采用多层介质膜；在基板与LED芯片底部之间安置退偏振器4，退偏振器的上表面与LED芯片下表面形成光学接触，退偏振器为采用具有梯度相位差的双折射材料；双折射材料的退偏器可以是方解石光楔退偏振器、石英旋光晶体楔退偏器、及其二元结构退偏器寸。以上结构具体偏振出光的工作过程为LED表面出射的光通过偏振膜后，s和ρ两个偏振态的光只有其中一个偏振态能够通过偏振膜透射出去，另一个偏振态的光则被偏振膜反射后再次进入LED芯片，在LED各界面处多次反射，并有大部分光到达LED底面端，经过退偏振器后，此部分光被退偏振，并被底部基板材料反射后，再次到达表面偏振膜，并再次有部分光能够出射。同时被反射回的光又一次循环到达底部退偏振器，经退偏振后被反复利用，如此循环。这样通过芯片底部退偏振器的使用，反射光能够被反复退偏振并循环利用，提高LED的出光效率，同时实现LED芯片本身的偏振出光。
权利要求
1.一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构，包括一只或多只安置于基板上的 GaN基蓝或绿光LED芯片，及封装壳体；其特征在于在所述LED芯片(2)的出光面的上表面设置有偏振膜(1);在基板(5)与LED芯片底部之间安置退偏振器(4)，整体封装于壳体内部；所述的偏振膜为金属线栅结构或多层介质膜结构，对蓝或绿光波段的s或ρ光，其中一种偏振态为选择性通过，另一种偏振态为全反射。
2.根据权利要求1所述的一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构，其特征在于所述的退偏振器包括采用具有梯度相位差的双折射材料，或具有退偏振效应的液晶材料。
3.根据权利要求2所述的一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构，其特征在于所述的退偏振器用双折射材料为双解石、石英或冰洲石。
4.根据权利要求2所述的一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构，其特征在于所述的退偏振器用液晶材料为向列项液晶、近晶相液晶或胆留相液晶。
全文摘要
本发明公开了一种GaN基蓝、绿光偏振出光二极管的封装结构。包含安装于基板上的LED芯片一只至多只，在芯片的出光面侧安置偏振膜，在基板与芯片底部之间安置退偏振器。LED发出的光通过偏振膜后，s和p两个偏振态的光只有其中一个偏振态通过偏振膜透射出去，另一偏振态的光则被反射后再次进入LED芯片，大部分光到达LED底面端，经过退偏振器后被退偏振，并经底部基板材料反射后再次到达表面偏振膜，并再次部分出射。同时被反射回的光又一次循环到达底部退偏振器，如此循环利用。该LED封装结构不仅能够实现偏振态出光，同时反射光被循环利用，提高LED的出光效率，达到提高LED出光效率和实现偏振出光的双重目标。
文档编号H01L33/44GK102244184SQ20111019889
公开日2011年11月16日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者任国强, 张桂菊, 徐科, 曹冰, 王建峰, 王钦华, 韩琴, 黄奎 申请人:苏州大学, 苏州纳维科技有限公司