偏光LED芯片、封装体、模组及显示屏、3D显示装置及方法与流程

本发明属于光电显示技术领域，尤其涉及一种偏光led芯片、封装体、模组及显示屏、3d显示装置及方法。

背景技术：

立体影像的观影原理，是由人的左右眼分别接收按照帧顺序播放的左右眼视频图像，再经过大脑将左右眼视频图像予以合成，产生立体效果。随着led显示技术的发展，led显示屏越来越多地进入到室内高清显示领域，如何利用led屏实现3d显示也逐渐引起关注。

众所周知，实现3d显示需要屏幕发出的光带有偏振特性，目前的led显示屏在保证偏振特性时，是通过在屏幕上贴附一层偏光片来实现的，如图1a和图1b所示，该led芯片包括衬底11、反光导电层12、发光层13、透明导电层14、第一电极151和第二电极152，封装时，将第一电极151和第二电极152分别与pcb板16的第一pcb电极161和第二pcb电极162用导电线a焊接起来，其中b为焊接点。封装完毕后，再在外面贴上一层偏光片17，使得led芯片最终发出的光带有偏振特性。

受工作原理的限制，偏光片17会使led芯片发出的光的一部分通过，另一部分光则被吸收而过滤掉，被吸收的那一部分光最终会转化为热量，使得偏振片17的温度迅速上升，老化速度加快，更重要的是，由于偏光片17仅允许一部分光通过，导致光利用率较低。另一方面，从图1a可以看出，第一电极151和第二电极152所在的位置不能出光，整个led芯片的出光面较小。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种偏光led芯片，旨在提高led芯片的出光面积和光利用率。

本发明实施例是这样实现的，一种偏光led芯片，所述偏光led芯片包括：发光层、反光导电层、衬底；所述反光导电层和所述衬底位于所述发光层的不同侧，所述衬底远离所述发光层的一面设有金属线栅偏光层，所述金属线栅偏光层作为所述偏光led芯片的出光面；所述反光导电层用于将所述发光层所发出的光线向所述衬底和所述金属线栅偏光层所在的一侧反射。

进一步地，所述发光层与所述衬底之间设有透明导电层；所述透明导电层上设有第一电极，所述反光导电层上设有第二电极。

进一步地，所述金属线栅偏光层用于从接收到的无偏振光分束出透射的第一线偏振光和反射回所述偏光led芯片内部的第二线偏振光，被反射回内部的所述第二线偏振光最终又以无偏振的光再次被所述金属线栅层偏光接收。

本发明实施例还提供了一种偏光led封装体，所述偏光led封装体包括基座，所述基座设有至少一个安装位，每个所述安装位上安装有如上所述的偏光led芯片，所述偏光led芯片被一封装层封装在所述基座上；每个所述安装位还引出有金属引线，所述偏光led芯片的电极与所述金属引线电连接；在所述封装层内部，所述偏光led芯片除所述出光面之外的部分都覆盖有用于防止非偏振光外漏的挡光材料。

进一步地，所述封装层的出光面为一平面，所述平面上设有用于将所述偏光芯片所发出的线偏振光转换为圆偏振光的四分之一波长延迟层。

本发明实施例还提供了一种偏光led模组，，所述偏光led模组包括有pcb板，所述pcb板上安装有至少两个如上所述的偏光led封装体，各偏光led封装体通过金属引线与所述pcb板电路连接；其中，在水平和/或竖直方向上相邻的两个偏光led封装体所发出的线偏振光的偏振方向正交；所述偏光led模组还包括用于将所述偏光芯片所发出的线偏振光转换为圆偏振光的四分之一波长延迟层，所述四分之一波长延迟层覆盖住所有偏光led封装体的封装层上的出光面。

本发明实施例还提供了一种偏光led模组，所述偏光led模组包括有pcb板，所述pcb板上焊接有至少两个如上所述的偏光led芯片，所述偏光led芯片电极与所述pcb板电连接；其中，相邻的两个偏光led芯片所发出的线偏振光的偏振方向正交；所述偏光led芯片除出光面之外的其他面都覆盖有用于防止非偏振光外漏的挡光材料；所述偏光led芯片之上及各偏光led芯片之间填充有保护层，所述保护层的外侧的出光面设有用于将所述偏光芯片所发出的线偏振光转换为圆偏振光的四分之一波长延迟层。

本发明实施例还提供了一种led显示屏，所述led显示屏具有第一像素区和第二像素区，所述第一像素区包括若干第一像素点，所述第二像素区包括若干第二像素点，所述第一像素点与所述第二像素点在水平方向和/或垂直方向上交错排列；所述第一像素点和所述第二像素点中均安装有如上所述的偏光led芯片；所述第一像素点中的偏光led芯片被驱动时，所述第一像素点所发出的光具有第一偏振态；所述第二像素点中的偏光led芯片被驱动时，所述第二像素点所发出的光具有第二偏振态，所述第一偏振态与所述第二偏振态正交或相反。

本发明实施例还提供了一种led显示屏，所述led显示屏具有若干像素位，每个像素位中安装有第一偏光led芯片和第二偏光led芯片，所述第一偏光led芯片和第二偏光led芯片具有如上所述的偏光led芯片的结构；在所述第一偏光led芯片被驱动时，所述像素位所发出的光具有第一偏振态，在所述第二偏光led芯片被驱动时，所述像素位所发出的光具有第二偏振态，所述第一偏振态与所述第二偏振态正交或相反。

本发明实施例还提供了一种3d显示装置，包括：如上所述的led显示屏；接收电路，用于接收左眼图像和右眼图像；左眼图像驱动电路，用于驱动各个像素位中的第一偏光led芯片显示接收到的左眼图像；右眼图像驱动电路，用于驱动各个像素位中的第二偏光led芯片显示接收到的右眼图像；其中，所述左眼图像驱动电路与所述右眼图像驱动电路同时进行驱动。

本发明实施例还提供了一种3d显示装置的图像显示方法，所述3d显示装置包括led显示屏，所述led显示屏具有若干像素位，每个像素位中安装有第一偏光led芯片和第二偏光led芯片，所述第一偏光led芯片和第二偏光led芯片具有如上所述的偏光led芯片的结构；

所述图像显示方法包括下述步骤：

在当前时序驱动各个像素位中的第一偏光led芯片显示接收到的左眼图像，使像素位发出具有第一偏振态的光；

在下一时序驱动各个像素位中的第二偏光led芯片显示接收到的右眼图像，使像素位发出具有第二偏振态的光；所述第一偏振态与所述第二偏振态正交或相反。

本发明实施例所提供的偏光led芯片，通过反光导电层将所述发光层所发出的光线向所述衬底和所述金属线栅偏光层所在的一侧反射，采用衬底和金属线栅偏光层所在的一侧作为所述偏光led芯片的出光面，整个出光面上没有电极遮挡，增大了出光的面积。另外，金属线栅偏光层本身不会吸收光能量，被反射回去的线偏振光最终在偏光led芯片内部还会再次转化为无偏振的光再次被金属线栅偏光层接收，因此光利用率在很大程度上得到提高。

附图说明

图1a是现有技术提供的偏光led芯片的结构图；

图1b是现有技术提供的偏光led芯片的安装示意图；

图2是本发明第一实施例提供的偏光led芯片的结构原理图；

图3是本发明第一实施例中金属线栅偏光层的线栅结构图；

图4是图3所示线栅结构对无偏振光进行起偏的光学示意图；

图5a示出了本发明第二实施例提供的第一种偏光led封装体的结构图；

图5b示出了本发明第二实施例提供的第二种偏光led封装体的结构图；

图6是本发明第三实施例提供的第一种偏光led模组的结构图；

图7是本发明第三实施例提供的第二种偏光led模组的结构图；

图8a-8d是本发明第四实施例提供的led显示屏的结构设计图；

图9是本发明第五实施例提供的led显示屏的结构设计图；

图10是本发明第六实施例提供的采用第五实施例的led显示屏的3d显示装置的结构图；

图11a是图10所示3d显示装置中接收电路采用一个接收通道的示意图；

图11b是图10所示3d显示装置中接收电路采用两个接收通道的示意图；

图12是本发明第七实施例提供的3d显示装置的图像显示方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例基于反贴式led芯片实现，反光导电层和衬底位于发光层的不同侧，反光导电层用于将发光层所发出的光线向衬底和金属线栅偏光层所在的一侧反射，由金属线栅偏光层作为偏光led芯片的出光面。

基于上述原理，图2示出了本发明第一实施例提供的偏光led芯片的结构原理。参照图2，该偏光led芯片包括：衬底21、发光层23、反光导电层24。反光导电层24和衬底21位于发光层23的不同侧，即，反光导电层24和衬底21中的一个在发光层23的一边，另一个在发光层23的另一边。

衬底21远离发光层23的一面设有金属线栅偏光层26，金属线栅偏光层26作为所述偏光led芯片的出光面。反光导电层24用于将发光层23所发出的光线向衬底21和金属线栅偏光层26所在的一侧反射。

发光层与所述衬底之间设有透明导电层22，透明导电层22上设有第一电极251，反光导电层24上设有第二电极252。当电源的正负极分别接通第一电极251和第二电极252时，第一电极251、透明导电层22、发光层23、反光导电层24、第二电极252之间形成回路，而发光层23通电后以光子的形式发出能量，即表现为发光。

发光层23所发出的光为无偏振的光，其中有一部分直接向衬底21和金属线栅偏光层26所在的一侧传播，还有一部分向反光导电层24所在的方向传播，此时，反光导电层24再将接收到的光线反射至衬底21和金属线栅偏光层26所在的一侧。

金属线栅偏光层26上具有如图3所示的线栅结构，其中的线栅统一沿预设的方向排列，当光线到达金属线栅偏光层26之后会被金属线栅偏光层26分光，金属线栅偏光层26允许一部分光透射通过，透射通过的光为线偏振光，偏振方向与线栅的排列方向相适配，记为第一线偏振光(例如可以为p光)，而剩下的另一部分光被金属线栅偏光层26反射，反射的光也为线偏振光，偏振方向与线栅的排列方向不相适配，记为第二线偏振光(例如可以为s光)，如图4所示。

第二线偏振光被反射回偏光芯片内部之后可能直接被发光层23接收，发光层23吸收光能使自身能量增强，然后会再次发出无偏振光，这样相当于把反射回的第二线偏振光又转化成新的无偏振光，无偏振光又会再次被金属线栅偏光层26透射和反射而重复上述过程，因此这个过程相当于没有浪费光能量，使光线的利用率得到提高。第二线偏振光被反射回偏光芯片内部之后如果未被发光层23吸收，就会在内部被多次折返，将偏光芯片内部的结构材料设计为不保偏特性，则多次折返后第二线偏振光又会重新转化为无偏振光再次被金属线栅偏光层26透射和反射而重复上述过程。

可以看出，金属线栅偏光层26从接收到的无偏振光分束出透射的第一线偏振光和反射回所述偏光led芯片内部的第二线偏振光，被反射回内部的所述第二线偏振光最终又以无偏振的光再次被所述金属线栅偏光层接收。在这个过程中金属线栅偏光层26本身不会吸收光能量，被反射回的线偏振光最终在偏光led芯片内部还会再次转化为无偏振的光再次被金属线栅偏光层接收，因此光利用率在很大程度上得到提高。而且，采用衬底和金属线栅偏光层所在的一侧作为所述偏光led芯片的出光面，整个出光面上没有电极遮挡，增大了出光的面积。

图5a示出了本发明第二实施例提供的第一种偏光led封装体，可适用于chipled封装技术。参照图5a，该偏光led封装体包括基座511，基座511设有至少一个安装位，每个所述安装位上安装有如上文第一实施例所述的偏光led芯片，该偏光led芯片被一封装层512封装在所述基座上。

其中，基座511可以选用绝缘衬底材料，封装层512可以选用透明封装材料，例如环氧树脂或硅胶。

进一步地，每个所述安装位还引出有金属引线513，所述偏光led芯片的电极与金属引线513通过导电球514电连接。封装层512的出光面为一平面，所述平面上设有四分之一波长延迟层515，四分之一波长延迟层515用于将偏光led芯片发出的线偏振光进行相位调制，转换为圆偏振光，例如可以选用四分之一波片实现。

另外，在封装层512内部，所述偏光led芯片除所述出光面之外的部分都覆盖有挡光材料516，用于防止非偏振光外漏而影响芯片整体出光的偏光度。

图5b示出了本发明第二实施例提供的第二种偏光led封装体，可适用于topled封装技术。与图5a不同的是，基座521为具有凹槽的注塑绝缘材料，安装位位于基座521的凹槽内。

每个所述安装位上安装有如上文第一实施例所述的偏光led芯片，该偏光led芯片被一封装层522封装在所述基座512上。

其中，基座512可以为注塑形成的绝缘材料，封装层522可以选用透明封装材料，例如环氧树脂或硅胶。

进一步地，每个所述安装位还引出有金属引线523，所述偏光led芯片的电极与金属引线523通过导电球524电连接。封装层522的出光面为一平面，所述平面上设有四分之一波长延迟层525，四分之一波长延迟层525用于将偏光led芯片发出的线偏振光进行相位调制，转换为圆偏振光，例如可以选用四分之一波片实现。

另外，在封装层522内部，所述偏光led芯片除所述出光面之外的部分都覆盖有挡光材料526，用于防止非偏振光外漏而影响芯片整体出光的偏光度。

本发明第三实施例提供了第一种偏光led模组，此偏光led模组采用图5a和图5b示出的封装体结构在pcb基板上安装得到。如图6所示(仅以chipled封装体为例示出，topled封装体与此原理相同)，第三实施例提供的偏光led模组包括有pcb板61，pcb板61上安装有至少两个如第二实施例所述的偏光led封装体，各偏光led封装体通过各自金属引线与pcb板61电连接。

其中，在水平和/或竖直方向上相邻的两个偏光led封装体所发出的线偏振光的偏振方向正交，例如，在水平和/或竖直方向上第1、3、5、7等第奇数个偏光led封装体所发出的光为p光，第2、4、6、8等第偶数个偏光led封装体所发出的光为s光。

进一步地，所述偏光led模组还包括四分之一波长延迟层62，四分之一波长延迟层62覆盖住所有偏光led封装体的封装层的出光面，用于将偏光led芯片发出的线偏振光进行相位调制，转换为圆偏振光，例如可以选用四分之一波片实现。

本发明第三实施例提供了第二种偏光led模组，此偏光led模组采用第一实施例提供的偏光led芯片在pcb基板上焊接得到。如图7所示，第三实施例提供的第二种偏光led模组包括有pcb板71，pcb板71上焊接有至少两个如第一实施例所述的偏光led芯片，偏光led芯片的电极与pcb板71电连接，其中，相邻的两个偏光led芯片所发出的线偏振光的偏振方向正交。

为防止非偏振光外漏而影响芯片整体出光的偏光度，偏光led芯片除出光面之外的其他面都覆盖有挡光材料。

在各偏光led芯片之上及各偏光led芯片之间填充有保护层72，保护层72的外侧设有四分之一波长延迟层。其中，保护层72可以选用环氧树脂或硅胶。

需要说明的是，第三实施例提供的两种偏光led模组可以是一维方向上的长条状模组，即偏光led芯片在pcb板上只沿一个方向设置，也可以是二维方向上的led矩阵式模组，偏光led芯片在pcb板上沿两个方向设置。

图8a-8d示出了本发明第四实施例提供的led显示屏，该led显示屏具有第一像素区和第二像素区，所述第一像素区包括若干第一像素点，所述第二像素区包括若干第二像素点，所述第一像素点与所述第二像素点在水平方向和/或垂直方向上交错排列；所述第一像素点和所述第二像素点中均安装有如第一实施例所述的偏光led芯片。具体参照图8a-8d：

图8a为在水平方向发出p光的偏光led芯片a与发出s光的偏光led芯片b交错排列，第1、3、5等奇数列均为发出p光的偏光led芯片a，第2、4、6等偶数列均为发出s光的偏光led芯片b，每一行中a和b交错排列。

图8b为在竖直方向发出p光的偏光led芯片a与发出s光的偏光led芯片b交错排列，第1、3、5等奇数行均为发出p光的偏光led芯片a，第2、4、6等偶数行均为发出s光的偏光led芯片b，每一列中a和b交错排列。

图8c为在水平方向和竖直方向均为发出p光的偏光led芯片a与发出s光的偏光led芯片b交错排列，每一行和列中a和b交错排列，形成棋盘结构。

图8d为在水平方向和竖直方向均为发出p光的偏光led芯片b与发出s光的偏光led芯片a交错排列，每一行和列中b和a交错排列，形成棋盘结构。

当第一像素点中的偏光led芯片a被驱动时，第一像素点所发出的光具有第一偏振态；当第二像素点中的偏光led芯片b被驱动时，第二像素点所发出的光具有第二偏振态，所述第一偏振态与所述第二偏振态正交或相反，其中，偏振态“正交”是针对线偏振光而言，指第一、第二像素区直接将偏光led芯片a和b发出的线偏振光出射，偏振态“相反”是针对圆偏振光而言，指第一、第二像素区将偏光led芯片a和b发出的线偏振光采用四分之一波长延迟转换为圆偏振光再出射。

图9示出了本发明第五实施例提供的led显示屏，本实施例中，led显示屏具有若干像素位，每个像素位与所显示图像的像素对应。每个像素位中安装有第一偏光led芯片a和第二偏光led芯片b，也就是说每个像素位中的第一偏光led芯片a和第二偏光led芯片b用于显示所显示图像中的同一个像素。第一偏光led芯片a和第二偏光led芯片b具有如第一实施例所述的偏光led芯片的结构。

本实施例中，对第一偏光芯片a的驱动和对第二偏光芯片b的驱动同时进行，并且，在驱动第一偏光led芯片a时，所述像素位所发出的光具有第一偏振态，在驱动所述第二偏光led芯片b时，所述像素位所发出的光具有第二偏振态，所述第一偏振态与所述第二偏振态正交或相反。其中，偏振态“正交”、“相反”的含义与第四实施例相同，不再赘述。

本实施例提供的led显示屏可以用于3d显示，并配合线偏光式或圆偏光式3d眼镜实现。由于第一偏光芯片a和第二偏光芯片b同时被驱动，相当于整个led显示屏能同时显示左眼图像和右眼图像，这意味着左右眼在接收组成一幅完整3d画面的左右眼图像时不再有时间差，大脑更容易将左右眼图像合成3d画面。其中，每个像素位中的第一偏光芯片a显示的左眼图像被左眼佩戴的镜片所接收，与此同时，每个像素位中的第二偏光芯片b显示的右眼图像被右眼佩戴的镜片所接收。

图10示出了本发明第六实施例提供的采用第五实施例的led显示屏的3d显示装置，包括：led显示屏1001、接收电路1002、左眼图像驱动电路1003和右眼图像驱动电路1004。

其中，led显示屏1001具有第五实施例所述的结构和性能。

接收电路1002，用于接收左眼图像和右眼图像。

左眼图像和右眼图像的来源可以是来自于同一个视频源设备，该视频源设备按时序交替输出左眼图像和右眼图像，例如，第1、3、5、7等奇数时序输出左眼图像帧，第2、4、6、8等偶数时序输出右眼图像帧。

左眼图像和右眼图像的来源也可以是两个不同的视频源设备，一个视频源设备专门用于输出左眼图像帧，另一个视频源设备专门用于输出右眼图像帧，并且组成一幅完整3d画面的左、右眼图像帧是被两个视频源设备同时输出的。

接收电路1002可以设计为具有一个接收通道a，如图11a所示，无论采用一个视频源设备还是采用两个视频源设备，该接收通道a均按时序交替接收左眼图像和右眼图像。

接收电路1002还可以设计为具有两个接收通道，如图11b所示，无论采用一个视频源设备还是采用两个视频源设备，接收通道a1均用于接收左眼图像，接收通道a2均用于接收右眼图像。

其中，上述接收通道a、接收通道a1、接收通道a2可以是具备接收视频源信号的硬件结构、软件结构或软硬结合的结构。

左眼图像驱动电路1003，用于驱动各个像素位中的第一偏光led芯片显示接收到的左眼图像。

右眼图像驱动电路1004，用于驱动各个像素位中的第二偏光led芯片显示接收到的右眼图像。

由于左眼图像驱动电路1003与右眼图像驱动电路1004同时进行驱动，使得整个led显示屏1001能同时显示左眼图像和右眼图像，并且，即使接收电路1002不是同时接收到左眼图像和右眼图像的(例如接收电路1002只有一个接收通道)，也会在接收电路1002接收完同属于一个3d画面的左眼图像和右眼图像之后，才控制左眼图像驱动电路1003与右眼图像驱动电路1004同时执行驱动。

图12示出了本发明第七实施例提供的图像显示方法，该图像显示方法适用于第六实施例提供的3d显示装置，该方法包括下述步骤：

左眼图像显示步骤s121，驱动各个像素位中的第一偏光led芯片显示接收到的左眼图像，使像素位发出具有第一偏振态的光；

右眼图像显示步骤s122，驱动各个像素位中的第二偏光led芯片显示接收到的右眼图像，使像素位发出具有第二偏振态的光；所述第一偏振态与所述第二偏振态正交或相反。

其中，所述第一偏振态与所述第二偏振态正交或相反，具体含义如上文所述，此处不再赘述。左眼图像显示步骤121和右眼图像显示步骤122同时进行，以使整个led显示屏1001能同时显示左眼图像和右眼图像。

上述各实施例中，使用线偏振光的led屏幕，只需要使用led封装内带金属线栅的反贴式偏光led芯片产生，不同线偏振态的组合，请参考下表一：

表一

上述各实施例中，使用圆偏振光的led屏幕，需要使用led封装内带金属线栅的反贴式偏光led芯片先产生线偏振光，再配合led封装或led模组表面的四分之一波片，产生a组与b组不同的圆偏振光。不同圆偏振态的组合，请参考下表二：

表二

其中，表一和表二中的“金属线栅的角度”是指金属线栅的排列方向与观看3d屏幕的观众的双眼水平方向之间的角度。偏光led芯片上的金属线栅在封装、模组箱体、整个显示屏内的方向保持一致。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。