專利名稱：一種偏振發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)及出光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)光源的封裝結(jié)構(gòu)，特別涉及利用半導(dǎo)體的禁帶特性發(fā)光的發(fā) 光二極管(Light Emitting Diode, LED)的封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)具有發(fā)光效率高、驅(qū)動電壓低、環(huán)保無 污染、防振動、重量輕、體積小等諸多優(yōu)點，目前已成為主要的光源之一。通常情況下，由于 LED光源發(fā)光機制的無序性，其光波的電矢量(方向和大小)在傳播方向上是各向均勻分布 的，因此LED是一種類似于自然光的非偏振光源。參見附圖1所示，為LED封裝的一種現(xiàn)有技術(shù)示意圖，其中LED100采用倒裝焊結(jié) 構(gòu)。LED100為III-氮化物發(fā)光二極管，通過在襯底102上生長一層η-型III-氮化物103， 然后在η-型III-氮化物層103上生長一層激活區(qū)105和ρ-型層106。其中襯底102可以 采用GaN、SiC、藍寶石或其他合適的材料。電接觸層104和107分別和η-型和ρ-型層相 連，并通過熔劑108和電極連接。為了提高光的輸出效率，一般電接觸層104和107中的一 種或兩種都由高反射材料構(gòu)成。同時，為了實現(xiàn)白光出射，一般在LED上部封裝有黃色熒光 粉101，激活區(qū)105發(fā)出的藍光和藍光激發(fā)黃色熒光粉101形成的黃光相混合，最終形成白 光出射。從圖1可知，如果激活區(qū)105發(fā)出的光到達黃色熒光粉101被黃色熒光粉101散 射后，會有相當(dāng)比例的光重新被反射回芯片內(nèi)部。由于LED100包含很多層界面，在每一個 界面處，光都會不同程度的損失，并且由于LED100中不同層之間折射率的差別，在滿足全 反射的情況下還會發(fā)生全反射，因此，盡管電接觸層104和107中的一種或兩種都由高反射 材料構(gòu)成，但并不能減少光在芯片內(nèi)部各個界面處的損失以及由于相鄰兩層折射率不同可 能引起的全反射損失。另一方面，在很多實際工程應(yīng)用中，常常需要使用具有高偏振度的線偏振光源。一 個典型的實例就是液晶顯示中的背光源，由于液晶是以偏振光為基礎(chǔ)成像的，因此背光源 的光在進入液晶面板時必須是偏振光。為了獲得偏振光，傳統(tǒng)的方法是使用偏振片將LED發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成偏振光，這一 舉措將使LED的發(fā)光效率損失超過50%，從而使得LED的高發(fā)光效率不能得到充分利用。 為了提高LED光的利用效率，又不得不采用起偏元件或旋光元件，而這又會使背光模組結(jié) 構(gòu)更加復(fù)雜，增加制造成本，并且導(dǎo)致背光模組體積不可控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種能夠獲得高偏振度的線偏振光的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，并 提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種偏振發(fā)光二極管的出光方法，采 用利用半導(dǎo)體禁帶特性發(fā)光且發(fā)光區(qū)域位于藍光波段的LED芯片實現(xiàn)，在出光途徑上依次設(shè)置波長選擇性薄膜、黃色熒光粉和偏振膜，LED芯片發(fā)出的藍光透過波長選擇性薄膜后， 經(jīng)黃色熒光粉作用出射白光，由偏振膜使一種偏振態(tài)的光線出射，另一種偏振態(tài)的光線被 反射，反射的光線經(jīng)黃色熒光粉的退偏振作用重新成為非偏振光；該光線到達所述波長選 擇性薄膜的上表面處時會被反射，再次經(jīng)黃色熒光粉后回到所述偏振膜的下表面處；該光 線由于偏振態(tài)的改變從而通過上述偏振膜出射。實現(xiàn)上述出光方法的一種偏振發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，包括安裝于絕緣基板上的至 少1個LED芯片、黃色熒光粉層，還設(shè)有波長選擇性薄膜和偏振膜，在所述LED芯片的出光 面的外側(cè)，所述波長選擇性薄膜、黃色熒光粉層、選擇性薄膜由內(nèi)向外依次設(shè)置，并位于封 裝殼體內(nèi)。其中，可以設(shè)置一個LED芯片，也可以設(shè)置2個或2個以上的LED芯片；LED芯片利 用半導(dǎo)體禁帶特性發(fā)光，發(fā)光區(qū)域位于藍光波段；所述LED芯片可以通過裸晶片貼裝技術(shù)、 倒裝焊技術(shù)、膠粘技術(shù)或共晶焊技術(shù)等方式直接連接在絕緣基板上。波長選擇性薄膜臨近 設(shè)置在LED芯片出光面的上方；黃色熒光粉臨近設(shè)置在所述波長選擇性薄膜的上方；偏振 膜臨近設(shè)置在黃色熒光粉的上方。在LED的封裝過程中采用具有波長選擇性的薄膜提高LED的總體出光效率，同時 應(yīng)用偏振膜獲取偏振光。LED芯片發(fā)出的藍光透過波長選擇性薄膜后，再經(jīng)過黃色熒光粉的 作用出射白光，當(dāng)白光到達偏振膜時，所需的偏振光可以順利通過，而另一偏振態(tài)的光則會 被反射，被反射的偏振光通過熒光粉的退偏振作用，重新轉(zhuǎn)化為非偏振光，然后通過選擇性 薄膜的反射以及其他介質(zhì)的散射和反射作用，再次到達偏振膜處，從而使所需的偏振光得 到循環(huán)利用并最終出射到LED外。上述技術(shù)方案中，所述波長選擇性薄膜具有帶通特性，對藍光波段的透射率為 85% 100%，對黃光波段的反射率為85% 100%。所述波長選擇性薄膜采用多層膜結(jié)構(gòu)，通過蒸鍍方式或以獨立薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)置在 LED芯片的出光面上方。所述偏振膜使s偏振態(tài)和ρ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 光反射，可以采用納米光柵結(jié)構(gòu)或多層膜結(jié)構(gòu)。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1.由于偏振膜的設(shè)置，本發(fā)明可以獲得所需偏振態(tài)的出射光，從而，當(dāng)應(yīng)用于如液 晶背光裝置中時，不需要另外設(shè)置起偏元件或旋光元件，既提高了光的利用效率，又簡化了 應(yīng)用裝置的結(jié)構(gòu)；2.通過波長選擇性薄膜的設(shè)置及其與偏振膜的配合，對于反射的偏振光，經(jīng)熒光 粉退偏振后，可以再次反射出射，所需要的偏振態(tài)能得到循環(huán)利用并最終出射到LED外，大 大提高的光的利用效率。


圖1為LED封裝的一種現(xiàn)有技術(shù)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。其中100、LED，101、黃色熒光粉，102、襯底層，103、n_型III-氮化物層，104、n_型電接觸層，105、激活區(qū)，106、ρ-型層，107、ρ-型電接觸層，108、熔劑，200、本發(fā)明的LED封 裝結(jié)構(gòu)，201、LED芯片，201a、LED芯片出光面，201b、LED芯片底面，202、波長選擇性薄膜， 202a、波長選擇性薄膜下表面，202b、波長選擇性薄膜上表面，203、黃色熒光粉，204、偏振 膜，204a、偏振膜下表面，204b、偏振膜上表面，300、射出光線。
具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一圖2為本發(fā)明的一種優(yōu)化實施例示意圖，包括LED芯片201、波長選擇性薄膜 202、熒光粉203、偏振膜204等。LED封裝結(jié)構(gòu)200包括一個LED芯片201，所述LED芯片201安裝在熱沉或絕緣基 座202上。所述LED芯片由III-V族化合物半導(dǎo)體材料構(gòu)成，其發(fā)光波段位于藍光波段范 圍內(nèi)。所述LED芯片為簡單起見僅作一般化描述，但它包含目前LED芯片的常見特征。例 如，LED芯片201包含η型摻雜和ρ型摻雜層，襯底層，緩沖層。所述LED芯片201具有發(fā) 光面201a和與之相對的底面101b，這兩個平面互相平行，但采用其他的結(jié)構(gòu)也是可行的。 LED芯片的側(cè)面為平面且垂直于發(fā)光面201a和與之相對的底面201b，形成一個簡單的長方 體結(jié)構(gòu)，但采用其他的結(jié)構(gòu)也是可以的，例如，側(cè)面和發(fā)光面形成一定夾角的金字塔結(jié)構(gòu)也 是允許的。為了簡單起見，電極和LED芯片201之間的連接未在本圖中示出，但常見的LED 電極排布方式都包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。LED封裝結(jié)構(gòu)中同時包含一波長選擇性薄膜202，所述波長選擇性薄膜202具有 下表面202a和上表面202b。所述波長選擇性薄膜采用多層膜結(jié)構(gòu)，通過蒸鍍方式或以 獨立薄膜結(jié)構(gòu)臨近設(shè)置在LED芯片的出光面上方。所述波長選擇性薄膜對藍光波段具有 85% -100%的透射率，但對黃光波段具有85% -100%的反射率。LED芯片201發(fā)出的光能 夠絕大部分進入到黃色熒光粉203中。黃色熒光粉203的上方為偏振膜204，所述偏振膜204可為常見的非吸收偏振元 件。例如，納米線柵偏振膜，市售的DBEF膜都是允許的。所述偏振膜204對某一偏振光(如 s光)具有良好的透射作用，而對與之正交的另一偏振光(如ρ光)具有良好的反射作用。黃色熒光粉203位于波長選擇性薄膜202和偏振膜204之間。所述黃色熒光粉 203為常見的下波長轉(zhuǎn)換材料，比如YAG熒光粉，市售的ZYP570熒光粉等。所述黃色熒光 粉203含有很多顆粒狀粉末，因此對偏振光具有很好的退偏振作用。本優(yōu)化實施例中，LED封裝結(jié)構(gòu)包括至少一個或復(fù)數(shù)個的LED芯片安裝于絕緣 基板上；波長選擇性薄膜，該波長選擇性薄膜臨近設(shè)置在LED芯片出光面的上方；黃色熒光 粉，臨近設(shè)置在所述波長選擇性薄膜的上方；偏振膜，臨近設(shè)置在黃色熒光粉的上方以及封 裝殼體。實施例二圖3為本發(fā)明提供的另一種優(yōu)化的實施例。其中LED芯片發(fā)出的光300透過波長 選擇性薄膜后，經(jīng)過黃色熒光粉的下波長轉(zhuǎn)換作用，一部分藍光轉(zhuǎn)變?yōu)辄S光，黃光和透射出 的藍光組合成白光到達偏振膜處。由于偏振膜對某一偏振光(比如s光)具有良好的透射 作用，所以這一部分白光會保持原來的偏振態(tài)出射到LED外形成偏振光，而與之正交的另一偏振光(比如P光)由于偏振膜對其有良好的反射作用，因此重新反射回?zé)晒夥壑?，?jīng)過 黃色熒光粉的退偏作用，重新成為無明顯偏振態(tài)的非偏振光，然后到達波長選擇性薄膜的 上表面處。由于波長選擇性薄膜對黃光具有85% -100%的反射率，因此這部分黃光會被反射，加之其他介質(zhì)的散射和反射作用，該光重新到達偏振膜的下表面處，如此另一偏振態(tài)的 光也會被重復(fù)利用，最終轉(zhuǎn)變?yōu)閟光而出射到LED外。同時由于波長選擇性薄膜能夠很好 的透射藍光并反射黃光，從而大大減少光在芯片內(nèi)部各個界面處的損耗，從而提高光的利 用效率。
權(quán)利要求
一種偏振發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，包括安裝于絕緣基板上的至少1個LED芯片、黃色熒光粉層和封裝殼體，其特征在于，還設(shè)有波長選擇性薄膜和偏振膜，在所述LED芯片的出光面的外側(cè)，所述波長選擇性薄膜、黃色熒光粉層、選擇性薄膜由內(nèi)向外依次設(shè)置，并位于封裝殼體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述波長選擇性薄 膜對藍光波段的透射率為85% 100%，對黃光波段的反射率為85% 100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述波長選擇性薄 膜采用多層膜結(jié)構(gòu)，通過蒸鍍方式或以獨立薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)置在LED芯片的出光面上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述偏振膜使s偏 振態(tài)和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)的光反射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的偏振發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述偏振膜采用納 米光柵結(jié)構(gòu)或多層膜結(jié)構(gòu)。
6.一種偏振發(fā)光二極管的出光方法，利用半導(dǎo)體禁帶特性發(fā)光且發(fā)光區(qū)域位于藍光波 段的LED芯片實現(xiàn)，其特征在于在出光途徑上依次設(shè)置波長選擇性薄膜、黃色熒光粉和偏 振膜，LED芯片發(fā)出的藍光透過波長選擇性薄膜后，經(jīng)黃色熒光粉作用出射白光，由偏振膜 使一種偏振態(tài)的光線出射，另一種偏振態(tài)的光線被反射，反射的光線經(jīng)黃色熒光粉的退偏 作用重新成為非偏振光；該光線到達所述波長選擇性薄膜的上表面處時會被反射，再次回 到所述偏振膜的下表面處；該非偏振光中符合偏振膜出射條件的偏振光部分通過上述偏振 膜出射，另一種偏振態(tài)的光線被再次反射，如此循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)及出光方法，封裝結(jié)構(gòu)包括安裝于絕緣基板上的至少1個LED芯片、黃色熒光粉層和封裝殼體，其特征在于，還設(shè)有波長選擇性薄膜和偏振膜，在所述LED芯片的出光面的外側(cè)，所述波長選擇性薄膜、黃色熒光粉層、選擇性薄膜由內(nèi)向外依次設(shè)置，并位于封裝殼體內(nèi)。LED芯片發(fā)出的藍光透過波長選擇性薄膜后，經(jīng)黃色熒光粉、偏振膜使一種偏振態(tài)的光線出射，另一種偏振態(tài)的光線被反射，經(jīng)黃色熒光粉的、退偏振，由波長選擇性薄膜的上表面反射，再次出射。本發(fā)明可以獲得所需偏振態(tài)的出射光，同時使所需要的偏振態(tài)能得到循環(huán)利用并最終出射到LED外，大大提高的光的利用效率。
文檔編號H01L33/48GK101807653SQ201010109710
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者劉端, 李豐, 李杰民, 黃偉 申請人:蘇州納科顯示技術(shù)有限公司