一种偏振发光二极管封装结构及出光方法 【技术领域】
本发明涉及一种固态光源的封装结构，特别涉及利用半导体的禁带特性发光的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的封装结构。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有发光效率高、驱动电压低、环保无污染、防振动、重量轻、体积小等诸多优点，目前已成为主要的光源之一。通常情况下，由于LED光源发光机制的无序性，其光波的电矢量(方向和大小)在传播方向上是各向均匀分布的，因此LED是一种类似于自然光的非偏振光源。
参见附图1所示，为LED封装的一种现有技术示意图，其中LED100采用倒装焊结构。LED100为III-氮化物发光二极管，通过在衬底102上生长一层n-型III-氮化物103，然后在n-型III-氮化物层103上生长一层激活区105和p-型层106。其中衬底102可以采用GaN、SiC、蓝宝石或其他合适的材料。电接触层104和107分别和n-型和p-型层相连，并通过熔剂108和电极连接。为了提高光的输出效率，一般电接触层104和107中的一种或两种都由高反射材料构成。同时，为了实现白光出射，一般在LED上部封装有黄色荧光粉101，激活区105发出的蓝光和蓝光激发黄色荧光粉101形成的黄光相混合，最终形成白光出射。
从图1可知，如果激活区105发出的光到达黄色荧光粉101被黄色荧光粉101散射后，会有相当比例的光重新被反射回芯片内部。由于LED100包含很多层界面，在每一个界面处，光都会不同程度的损失，并且由于LED100中不同层之间折射率的差别，在满足全反射的情况下还会发生全反射，因此，尽管电接触层104和107中的一种或两种都由高反射材料构成，但并不能减少光在芯片内部各个界面处的损失以及由于相邻两层折射率不同可能引起的全反射损失。
另一方面，在很多实际工程应用中，常常需要使用具有高偏振度的线偏振光源。一个典型的实例就是液晶显示中的背光源，由于液晶是以偏振光为基础成像的，因此背光源的光在进入液晶面板时必须是偏振光。
为了获得偏振光，传统的方法是使用偏振片将LED发出的光转换成偏振光，这一举措将使LED的发光效率损失超过50％，从而使得LED的高发光效率不能得到充分利用。为了提高LED光的利用效率，又不得不采用起偏元件或旋光元件，而这又会使背光模组结构更加复杂，增加制造成本，并且导致背光模组体积不可控。
【发明内容】
本发明目的是提供一种能够获得高偏振度的线偏振光的发光二极管封装结构，并提高发光二极管的发光效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种偏振发光二极管的出光方法，采用利用半导体禁带特性发光且发光区域位于蓝光波段的LED芯片实现，在出光途径上依次设置波长选择性薄膜、黄色荧光粉和偏振膜，LED芯片发出的蓝光透过波长选择性薄膜后，经黄色荧光粉作用出射白光，由偏振膜使一种偏振态的光线出射，另一种偏振态的光线被反射，反射的光线经黄色荧光粉的退偏振作用重新成为非偏振光；该光线到达所述波长选择性薄膜的上表面处时会被反射，再次经黄色荧光粉后回到所述偏振膜的下表面处；该光线由于偏振态的改变从而通过上述偏振膜出射。
实现上述出光方法的一种偏振发光二极管封装结构，包括安装于绝缘基板上的至少1个LED芯片、黄色荧光粉层，还设有波长选择性薄膜和偏振膜，在所述LED芯片的出光面的外侧，所述波长选择性薄膜、黄色荧光粉层、选择性薄膜由内向外依次设置，并位于封装壳体内。
其中，可以设置一个LED芯片，也可以设置2个或2个以上的LED芯片；LED芯片利用半导体禁带特性发光，发光区域位于蓝光波段；所述LED芯片可以通过裸晶片贴装技术、倒装焊技术、胶粘技术或共晶焊技术等方式直接连接在绝缘基板上。波长选择性薄膜临近设置在LED芯片出光面的上方；黄色荧光粉临近设置在所述波长选择性薄膜的上方；偏振膜临近设置在黄色荧光粉的上方。
在LED的封装过程中采用具有波长选择性的薄膜提高LED的总体出光效率，同时应用偏振膜获取偏振光。LED芯片发出的蓝光透过波长选择性薄膜后，再经过黄色荧光粉的作用出射白光，当白光到达偏振膜时，所需的偏振光可以顺利通过，而另一偏振态的光则会被反射，被反射的偏振光通过荧光粉的退偏振作用，重新转化为非偏振光，然后通过选择性薄膜的反射以及其他介质的散射和反射作用，再次到达偏振膜处，从而使所需地偏振光得到循环利用并最终出射到LED外。
上述技术方案中，所述波长选择性薄膜具有带通特性，对蓝光波段的透射率为85％～100％，对黄光波段的反射率为85％～100％。
所述波长选择性薄膜采用多层膜结构，通过蒸镀方式或以独立薄膜结构设置在LED芯片的出光面上方。
所述偏振膜使s偏振态和p偏振态的其中一种偏振态的光出射，另一种偏振态的光反射，可以采用纳米光栅结构或多层膜结构。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.由于偏振膜的设置，本发明可以获得所需偏振态的出射光，从而，当应用于如液晶背光装置中时，不需要另外设置起偏元件或旋光元件，既提高了光的利用效率，又简化了应用装置的结构；
2.通过波长选择性薄膜的设置及其与偏振膜的配合，对于反射的偏振光，经荧光粉退偏振后，可以再次反射出射，所需要的偏振态能得到循环利用并最终出射到LED外，大大提高的光的利用效率。
【附图说明】
图1为LED封装的一种现有技术示意图；
图2为本发明实施例一的结构示意图；
图3为本发明实施例二的结构示意图。
其中：100、LED，101、黄色荧光粉，102、衬底层，103、n-型III-氮化物层，104、n-型电接触层，105、激活区，106、p-型层，107、p-型电接触层，108、熔剂，200、本发明的LED封装结构，201、LED芯片，201a、LED芯片出光面，201b、LED芯片底面，202、波长选择性薄膜，202a、波长选择性薄膜下表面，202b、波长选择性薄膜上表面，203、黄色荧光粉，204、偏振膜，204a、偏振膜下表面，204b、偏振膜上表面，300、射出光线。
【具体实施方式】
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
图2为本发明的一种优化实施例示意图，包括：LED芯片201、波长选择性薄膜202、荧光粉203、偏振膜204等。
LED封装结构200包括一个LED芯片201，所述LED芯片201安装在热沉或绝缘基座202上。所述LED芯片由III-V族化合物半导体材料构成，其发光波段位于蓝光波段范围内。所述LED芯片为简单起见仅作一般化描述，但它包含目前LED芯片的常见特征。例如，LED芯片201包含n型掺杂和p型掺杂层，衬底层，缓冲层。所述LED芯片201具有发光面201a和与之相对的底面101b，这两个平面互相平行，但采用其他的结构也是可行的。LED芯片的侧面为平面且垂直于发光面201a和与之相对的底面201b，形成一个简单的长方体结构，但采用其他的结构也是可以的，例如，侧面和发光面形成一定夹角的金字塔结构也是允许的。为了简单起见，电极和LED芯片201之间的连接未在本图中示出，但常见的LED电极排布方式都包括在本发明范围内。
LED封装结构中同时包含一波长选择性薄膜202，所述波长选择性薄膜202具有下表面202a和上表面202b。所述波长选择性薄膜采用多层膜结构，通过蒸镀方式或以独立薄膜结构临近设置在LED芯片的出光面上方。所述波长选择性薄膜对蓝光波段具有85％-100％的透射率，但对黄光波段具有85％-100％的反射率。LED芯片201发出的光能够绝大部分进入到黄色荧光粉203中。
黄色荧光粉203的上方为偏振膜204，所述偏振膜204可为常见的非吸收偏振元件。例如，纳米线栅偏振膜，市售的DBEF膜都是允许的。所述偏振膜204对某一偏振光(如s光)具有良好的透射作用，而对与之正交的另一偏振光(如p光)具有良好的反射作用。
黄色荧光粉203位于波长选择性薄膜202和偏振膜204之间。所述黄色荧光粉203为常见的下波长转换材料，比如：YAG荧光粉，市售的ZYP570荧光粉等。所述黄色荧光粉203含有很多颗粒状粉末，因此对偏振光具有很好的退偏振作用。
本优化实施例中，LED封装结构包括：至少一个或复数个的LED芯片安装于绝缘基板上；波长选择性薄膜，该波长选择性薄膜临近设置在LED芯片出光面的上方；黄色荧光粉，临近设置在所述波长选择性薄膜的上方；偏振膜，临近设置在黄色荧光粉的上方以及封装壳体。
实施例二
图3为本发明提供的另一种优化的实施例。其中LED芯片发出的光300透过波长选择性薄膜后，经过黄色荧光粉的下波长转换作用，一部分蓝光转变为黄光，黄光和透射出的蓝光组合成白光到达偏振膜处。由于偏振膜对某一偏振光(比如s光)具有良好的透射作用，所以这一部分白光会保持原来的偏振态出射到LED外形成偏振光，而与之正交的另一偏振光(比如p光)由于偏振膜对其有良好的反射作用，因此重新反射回荧光粉中，经过黄色荧光粉的退偏作用，重新成为无明显偏振态的非偏振光，然后到达波长选择性薄膜的上表面处。由于波长选择性薄膜对黄光具有85％-100％的反射率，因此这部分黄光会被反射，加之其他介质的散射和反射作用，该光重新到达偏振膜的下表面处，如此另一偏振态的光也会被重复利用，最终转变为s光而出射到LED外。同时由于波长选择性薄膜能够很好的透射蓝光并反射黄光，从而大大减少光在芯片内部各个界面处的损耗，从而提高光的利用效率。