一种基于芯片级封装的偏振发光二极管的制作方法

本发明涉及半导体光电子器件领域，特别涉及一种基于芯片级封装的偏振发光二极管。

背景技术：

LED具有体积小、使用寿命长、节能环保、响应速度快和坚固耐用等优点，广泛应用于汽车和室内照明、交通信号灯、屏幕显示和液晶背光等领域，是替代传统光源的理想材料。

传统的LED大多采用正装结构，采用银胶或白胶将芯片固定在基板上，通过引线实现电气连接。但其电极和引线会遮光，造成光效降低，同时蓝宝石导热系数较小，导致器件的散热性能不佳，故正装LED不适用于中大功率的LED器件。

基于倒装结构的芯片级封装（CSP）技术采用喷涂荧光粉工艺，CSP封装后尺寸不超过原芯片面积的1.2倍，仅有传统LED封装尺寸的五分之一左右，打破了传统光源尺寸给设计带来的限制，具有集成度高、体积小、成本低等优势；且CSP芯片无需金线、支架等，性价比和成本优势更加明显。除了上述提到的潜在降低成本优势外，在灯具设计上，由于CSP封装尺寸大大减小，可使灯具设计更加灵活，结构也会更加紧凑简洁。在性能上，由于CSP的小发光面、高光密特性，易于光学指向性控制；利用倒装芯片的电极设计，使其电流分配更加均衡，适合更大电流驱动；Droop效应的减缓，以及减少了光吸收，使CSP具有进一步提升光效的空间。在工艺上，蓝宝石使荧光粉与芯片MQW区的距离增加，荧光粉温度更低，白光转换效率也更高。

偏振LED在液晶背光、光通讯、3D显示和医疗诊断等方面有着广泛的应用。但传统的偏振光源一般为普通光源外加偏振片组成，如图2所示，包括自下而上依次设置的倒装LED芯片201、荧光胶层202和透明介质层203，器件的体积较大，成本也相对较高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于芯片级封装的偏振发

光二极管，采用CSP封装和亚波长金属光栅结合的方式，可在芯片级别实现LED的偏振出光，工艺简单，成本较低且适用于大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于芯片级封

装的偏振发光二极管，其创新点在于：包括自下而上依次设置的倒装LED芯片、荧光胶层、透明介质层和一维金属光栅周期结构，且在透明介质层上制备有光栅结构。

进一步地，所述一维金属光栅周期结构的周期a为50～2000 nm，占空比b/a为0.1～0.9，高度h₁为10～2000 nm。

进一步地，所述光栅结构的高度h₂为10～2000 nm。

进一步地，所述透明介质层的折射率n满足：LED芯片衬底的折射率＞n＞1.0。

进一步地，所述透明介质层的材料为硅胶、石英玻璃、氟化镁或氮化硅中的一种。

进一步地，所述一维金属光栅周期结构的材料为Al、Ag、Cu、Au、Ni或Ti中的任一种。

本发明的优点在于：本发明基于芯片级封装的偏振发光二极管，采用CSP封装与亚波长金属光栅相结合的方式，在透明介质层上制备一维金属光栅周期结构，能够在增加TM偏振光透过率的同时获得较高的消光比输出，从而实现优良的LED偏振出光，工艺简单，成本较低且适用于大规模生产；同时，采用透明介质光栅结构，能够有效地提高倒装LED芯片的光提取效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的基于芯片级封装的偏振发光二极管的断面结构示意图。其中数字的含义为：倒装LED芯片101、荧光胶层102、透明介质层103、透明介质层上的光栅结构104，一维金属光栅周期结构105。

图2为现有技术制备的CSP封装的发光二极管的断面结构示意图。其中数字的含义为：倒装LED芯片201、荧光胶层202、透明介质层203。

图3为制备的一维金属光栅周期结构俯视图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例基于芯片级封装的偏振发光二极管，如图1所示，包括自下而上依次设置的倒装LED芯片101、荧光胶层102、透明介质层103和一维金属光栅周期结构105，且在透明介质层103上制备有光栅结构104。

作为实施例，更具体地实施方式为倒装LED芯片101的衬底采用c面蓝宝石材料，折射率为1.7；荧光胶层102为荧光粉与硅胶的混合体，其中荧光粉的含量占总体的3%～5%；透明介质层103采用硅胶材料，折射率n为1.54，厚度为50 μm，进而透明介质层103的折射率n=1.54满足：蓝宝石折射率1.7＞1.54＞1.0。

如图3所示，一维金属光栅周期结构105的材料为Al，光栅周期a为200 nm，占空比b/a为0.5，刻蚀深度h₁为200 nm，其中，光栅周期a为相邻两光栅之间的距离，b为光栅的宽度；且透明介质层103上的光栅结构104周期和占空比与其上的一维金属光栅周期结构105相同，刻蚀深度h₂为150 nm。

作为本领域技术人员，透明介质层103的材料不局限于硅胶材料，透明介质层103的材料还可采用石英玻璃、氟化镁或氮化硅；一维金属光栅周期结构105的材料也不局限于Al，一维金属光栅周期结构105的材料还可采用Ag、Cu、Au、Ni或Ti。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。