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CN105161579A - 掺杂金属的量子点及led器件和背光模组 - Google Patents

掺杂金属的量子点及led器件和背光模组 Download PDF

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CN105161579A
CN105161579A CN201510505342.3A CN201510505342A CN105161579A CN 105161579 A CN105161579 A CN 105161579A CN 201510505342 A CN201510505342 A CN 201510505342A CN 105161579 A CN105161579 A CN 105161579A
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Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co Ltd
Wuhan China Star Optoelectronics Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种掺杂金属的量子点，通过在本征量子点中掺杂金属元素，使得量子点在高温下荧光稳定不被猝灭。同时，本发明利用掺杂金属的量子点制备红绿蓝三种颜色的量子点介质层，并将这些量子点介质层封装在LED器件中，最终通过对红绿蓝三种光的得到混合白光。此外，本发明利用上述LED器件可以制得结构简单的LED灯条，适用于侧入式背光模组，有利于超薄和窄边框产品设计。

Description

掺杂金属的量子点及LED器件和背光模组
技术领域
本发明涉及量子点及背光技术领域，具体是一种掺杂金属的量子点及使用该量子点制备的LED器件和背光模组。
背景技术
作为液晶显示器的重要组成部件，背光模组为液晶显示器提供光源，同时其发光效果也决定着显示器上的色彩呈现。目前市面上的背光模组内的光源主要分为两种，一种是冷阴极灯管(coldcathodefluorescentlamp，CCFL)和发光二极管(lightemittingdiode，LED)，其中LED在节能环保、材料体积和使用寿命等方面具有更明显的优势，因此逐渐取代CCFL成为液晶显示器的背光光源。
但是对于普通的白光LED而言，其色域水平仅在72％左右，甚至更低，这对于液晶显示器的色彩表现非常不利。为了提高色域，量子点(quantumdot)背光源技术应运而生。采用量子点技术时，通常的做法是利用量子点的光致发光技术，即使用普通白光LED(此光源发出的光线以蓝光为主)，通过激发红色和绿色两种量子点荧光粉，将三种颜色的光混合形成白光，从而使显示器的色域提高至100％。该做法中的关键之处在于量子点的光转化效率，它直接影响着量子点的用量，间接影响显示器的经济成本。
专利CN103487857A公开了一种量子点薄膜及背光模组，其量子点薄膜中的量子点层包括基质和均匀分散在基质中的量子点以及扩散粒子，通过光线照射扩散粒子形成散射，以增加光线通过量子点层的光程，借此提高量子点利用率，提高光转化效率。
专利CN103852817A公开了一种应用于背光模组的量子点膜，该量子点膜包括量子点层，在量子点层上下表面分别设置有上阻水层和下阻水层，量子点层包括胶黏剂、表面具有微孔结构的硅胶微粒、扩散粒子和量子点。主要通过光线在硅胶微粒的微孔中的折射提高量子点利用率。
专利CN204062680U公开了一种装有量子点封装管的背光模组及其显示装置，该背光模组包括LED灯条、量子点封装管、量子点封装管夹持装置、导光板。该专利技术利用量子点封装管加持装置将量子点封装管稳定且牢固的固定在背光模组光源不，将所有蓝光转化为白光，以提高光利用效率和防止漏蓝光。
专利CN104566015A公开了一种量子点背光模组，包括发光二级管、反射片、导光板、多个网点以及量子点，通过间隔设置网店且将量子点材料封装在网点中，从而在实现高色域光源的同时，减少量子点材料的使用量，降低成本。
专利CN204300782U公开了一种侧入式LED背光源，包括下盖、反射膜、导光板、第一扩散膜、第一增光膜、第二扩散膜、第二增光膜、中框、散热铝座以及发光条，该发光条包括有基板、蓝色LED芯片及LED透镜，通过采用蓝色LED芯片，并配合滤光膜、量子点荧光粉层和调光层，将蓝光变为白光，提高显色效果、降低光损耗。
虽然上述专利技术中已公开多种量子点薄膜或利用量子点技术制成的背光模组，但是由于主要是利用蓝光或蓝绿光LED芯片(GaN或InAs)激发不同尺寸量子点的封装膜或管，因此仍然存在一些问题：
1、当背光模组采用量子点封装管时，会使得LED蓝光光源距离导光板的距离增加，而且量子点条的尺度加大，不利于窄边框设计；此外，导光板对光源的耦合角度不够，使得导光板的萃取效率下降。
2、当背光模组采用量子点薄膜时，为了提高光利用效率，通常会在薄膜中加入较多的扩散粒子，通过增加光的散射来增加光线通过量子点的光程。但正因为散射较多，会直接增加光损，这不利于薄型化设计。此外，量子点的水氧敏感的问题使得膜片必须有水氧隔绝层及密封的边缘封装(边缘无效区)，这不利于窄边框设计。
基于上述分析可知，量子点的最佳封装手段是直接封装于LED中，但是，由于目前量子点的热稳定性差，光致发光热衰严重，阻碍其封装于LED中的应用，因此有必要对现有的量子点及其背光技术进行改进以提高量子点出光效率及热稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掺杂金属的量子点及使用该量子点制备的LED器件和背光模组，从而解决现有技术中的量子点热稳定性差、光致发光效率低而导致其不适宜封装在LED芯片中的问题。
具体地，本发明包括四个方面。
【主题：量子点】第一个方面，本发明提供一种掺杂金属的量子点，包括本征量子点和掺杂金属，所述本征量子点由ⅠB族元素、ⅡB族元素、ⅢA族元素、ⅤA族元素或ⅥA族元素中的任意两种或几种组成，所述掺杂金属为ⅠB族元素、Ⅷ族元素或ⅥB族元素中的一种或几种。
【量子点-具体组成元素】进一步地，所述本征量子点为CdSe、ZnS、ZnSe或CuInS化合物中的一种或几种，所述掺杂金属为Ag、Cr、Ni或Cu中的一种或几种。例如，所述本征量子点为ZnSe，在所述ZnSe量子点中掺杂有金属Cu；或者所述本征量子点为CdSe，在所述CdSe量子点中掺杂有金属Ag；又或者，所述本征量子点为CuInS，在所述CuInS量子点中掺杂有金属Cr。
【量子点-掺杂金属含量】进一步地，在所述掺杂金属的量子点中，所述掺杂金属的含量为2-8％，该含量范围包括了其中的任何具体数值，例如3％、4％、5％、6％、7％或8％，优选地，所述掺杂金属的含量为5％。
【主题-制备方法】第二个方面，本发明还提供一种上述掺杂金属的量子点的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
准备本征量子点和待掺杂金属；
在加热回流、搅拌条件下，将所述掺杂金属注入到所述本征量子点中，形成所述掺杂金属的量子点。
【加热温度】进一步地，所述加热回流温度为140-180℃，该温度范围包括了其中的任何具体数值，例如140℃、150℃、160℃、170℃或180℃，优选地，所述加热回流温度为160℃。
【搅拌时间】进一步地，所述搅拌时间为5～10h。该时间范围包括了其中的任一点值，例如5h、6h、7h、8h、9h或10h，优选地，所述搅拌时间为7.5h。
【主题：LED器件】第三个方面，本发明提供一种LED器件，所述LED器件包括正电极、负电极以及设置在所述正电极和所述负电极之间的量子点介质层，所述量子点介质层由所述掺杂金属的量子点组成。
【介质层种类】进一步地，所述量子点介质层包括蓝光量子点介质层、绿光量子点介质层和红光量子点介质层。
【各颜色层-顺序】进一步地，从所述负电极到所述正电极之间，依次设置所述蓝光量子点介质层、所述绿光量子点介质层和所述红光量子点介质层，使所述蓝光量子点介质层两侧分别接触所述负电极和所述绿光量子点介质层，所述红光量子点介质层两侧分别接触所述正电极和所述绿光量子点介质层。
【各颜色层-厚度】进一步地，所述蓝光量子点介质层的厚度为1-5μm，该厚度范围包括了其中的任何具体数值或数值范围，例如1μm、2μm、2.5μm、3μm、4μm或5μm，优选地，所述蓝光量子点介质层的厚度为3μm；所述绿光量子点介质层的厚度为1-5μm，该厚度范围包括了其中的任何具体数值，例如1μm、2μm、2.5μm、3μm、4μm或5μm，优选地，所述绿光量子点介质层的厚度为2μm；所述红光量子点介质层的厚度为1-5μm，该厚度范围包括了其中的任何具体数值，例如1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、4μm或5μm，优选地，所述蓝光量子点介质层的厚度为2μm。
【红色介质层-具体】进一步地，所述红光量子点介质层包括掺杂有金属Cu的ZnSe量子点，所述掺杂有金属Cu的ZnSe量子点的粒径约为18-25nm，该粒径范围包括了其中的任何具体数值，例如18nm、19nm、20nm、21nm、22nm、23nm、24nm或25nm，优选地，所述粒径为23nm。
【绿色介质层-具体】进一步地，所述绿光量子点介质层包括掺杂有金属Cu的ZnSe量子点，所述掺杂有金属Cu的ZnSe量子点的粒径约为12-20nm，该粒径范围包括了其中的任何具体数值，例如12nm、13nm、14nm、15nm、16nm或17nm，优选地，所述粒径为17nm。
【蓝色介质层-具体】进一步地，所述蓝光量子点介质层包括掺杂有金属Cu的ZnSe量子点，所述掺杂有金属Cu的ZnSe量子点的粒径约为8-12nm，该粒径范围包括了其中的任何具体数值，例如8nm、9nm、10nm、11nm或12nm，优选地，所述粒径为11nm。
【正电极和负电极】进一步地，所述正电极和/或所述负电极为Ag电极、Al电极或ITO电极中的一种或几种。
【LED器件-制备方法】进一步地，所述LED器件采用蒸镀或喷墨技术方法制备而成，通过所述蒸镀或喷墨技术方法依次叠加所述负电极、所述蓝光量子点介质层、所述绿光量子点介质层、所述红光量子点介质层和所述正电极，从而得到所述LED器件。
【主题-背光模组】第四个方面，本发明提供一种背光模组，所述背光模组包括导光板、设置在所述导光板一侧边缘的LED灯条、设置在所述导光板上方的光学膜片和设置在所述导光板下方的反射片，其中，所述LED灯条中包括若干上述LED器件。
【LED器件的排列】进一步地，所述LED灯条还包括用于固定设置所述LED器件的灯框，所述灯框为长条形，若干所述LED器件沿所述灯框的长度方向排列，且所述灯框的宽度大于任一所述LED器件的宽度，用于容置所述LED器件。
【侧入式】进一步地，所述背光模组为侧入式背光模组。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、在本发明中，利用金属元素掺杂在量子点中得到新的量子点材料，这种量子点材料具有高温下荧光稳定不被猝灭的良好性能，从而克服了现有量子点的热稳定性较差、电致发光效率较低的问题。
2、在本发明中，分别制得了不同颜色的量子点介质层，由于这些量子点介质层具有良好的热稳定性，因此可以封装在一起构成新型的量子点LED，通过发出红、绿、蓝混合而成的白光，能够实现高色域的呈现。
3、本发明技术打破了现有的背光模组需要在蓝光或蓝绿光LED芯片外另行封装量子点薄膜或封装管的局限，从而克服了量子点技术在中小尺寸显示屏幕产品中的应用难点。由于本发明技术能够直接将不同颜色的量子点介质层封装在LED中，因此能够使LED器件按照简单的长条形布局设置在背光模组中，结构简单，非常适用于侧入式的背光模组，使显示器件可以做得更薄更窄，从而使超薄和窄边框产品设计的空间较大。
附图说明
图1是未掺杂金属的ZnSe量子点与本发明掺杂金属的ZnSe量子点的温度衰减测试对比图。
图2是实施例十的LED器件的结构示意图。
图3是实施例十二的侧入式背光模组的结构示意图。
图4是实施例十二中LED灯条的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，应当理解的是，这些具体实施方式仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定。
实施例一
本实施例提供一种掺杂金属的量子点，采用以下方法制备：
准备本征量子点：ZnSe量子点；
在温度为160℃的条件下，将金属元素铜离子微注入到ZnSe量子点中，持续搅拌并加热5h，形成掺杂铜离子的ZnSe量子点，掺杂铜离子的含量约为5％，命名为Q-1。
该量子点为蓝光量子点，粒径大小为11nm。
实施例二
本实施例提供一种掺杂金属的量子点，采用以下方法制备：
准备本征量子点：ZnSe量子点；
在温度为140℃的条件下，将金属元素铜离子微注入到ZnSe量子点中，持续搅拌并加热10h，形成掺杂铜离子的ZnSe量子点，掺杂铜离子的含量约为3％，命名为Q-2。
该量子点为蓝光量子点，粒径大小为8nm。
实施例三
本实施例提供一种掺杂金属的量子点，采用以下方法制备：
准备本征量子点：ZnSe量子点；
在温度为180℃的条件下，将金属元素铜离子微注入到ZnSe量子点中，持续搅拌并加热7.5h，形成掺杂铜离子的ZnSe量子点，掺杂铜离子的含量约为8％，命名为Q-3。
该量子点为蓝光量子点，粒径大小为12nm。
实施例四
本实施例提供一种掺杂金属的量子点，采用以下方法制备：
准备本征量子点：ZnSe量子点；
在温度为160℃的条件下，将金属元素铜离子微注入到ZnSe量子点中，持续搅拌并加热7.5h，形成掺杂铜离子的ZnSe量子点，掺杂铜离子的含量5％，命名为Q-4。
该量子点为绿光量子点，粒径大小为17nm。
实施例五
本实施例提供一种掺杂金属的量子点，采用以下方法制备：
准备本征量子点：ZnSe量子点；
在温度为140℃的条件下，将金属元素铜离子微注入到ZnSe量子点中，持续搅拌并加热10h，形成掺杂铜离子的ZnSe量子点，掺杂铜离子的含量4％，命名为Q-5。
该量子点为绿光量子点，粒径大小为12nm。
实施例六
本实施例提供一种掺杂金属的量子点，采用以下方法制备：
准备本征量子点：ZnSe量子点；
在温度为180℃的条件下，将金属元素铜离子微注入到ZnSe量子点中，持续搅拌并加热7.5h，形成掺杂铜离子的ZnSe量子点，掺杂铜离子的含量7％，命名为Q-6。
该量子点为绿光量子点，粒径大小为20nm。
实施例七
本实施例提供一种掺杂金属的量子点，采用以下方法制备：
准备本征量子点：ZnSe量子点；
在温度为160℃的条件下，将金属元素铜离子微注入到ZnSe量子点中，持续搅拌并加热10h，形成掺杂铜离子的ZnSe量子点，掺杂铜离子的含量5％，命名为Q-7。
该量子点为红光量子点，粒径大小为23nm。
实施例八
本实施例提供一种掺杂金属的量子点，采用以下方法制备：
准备本征量子点：ZnSe量子点；
在温度为150℃的条件下，将金属元素铜离子微注入到ZnSe量子点中，持续搅拌并加热9h，形成掺杂铜离子的ZnSe量子点，掺杂铜离子的含量4％，命名为Q-8。
该量子点为红光量子点，粒径大小为18nm。
实施例九
本实施例提供一种掺杂金属的量子点，采用以下方法制备：
准备本征量子点：ZnSe量子点；
在温度为180℃的条件下，将金属元素铜离子微注入到ZnSe量子点中，持续搅拌并加热8h，形成掺杂铜离子的ZnSe量子点，掺杂铜离子的含量7％，命名为Q-9。
该量子点为红光量子点，粒径大小为25nm。
性能测试实验
对于未掺杂金属离子的ZnSe量子点、本发明实施例一至实施例九中制备得到的掺杂铜离子的ZnSe量子点分别进行温度衰减测试，其结果如图1所示。
由图1可知，对于未掺杂金属离子的ZnSe量子点而言，其随温度升高的发光衰减非常明显，对于本发明中掺杂铜离子的ZnSe量子点而言，其随温度升高的发光衰减并不明显，表明掺杂铜离子的ZnSe量子点的热稳定性良好，即掺杂金属的量子点具有更好的热稳定性，在高温下不易被猝灭。
实施例十
本实施例提供一种LED器件，如图2所示，该LED器件10包括设置在左侧的ITO负电极11、设置在右侧的金属银正电极12以及设置在二者之间的量子点介质层。这些量子点介质层分别为从左到右依次设置的厚度为3μm的蓝光量子点介质层13、厚度为2μm的绿光量子点介质层14和厚度为2μm的红光量子点介质层15，其中，蓝光量子点介质层13的左侧与ITO负电极11接触、右侧与绿光量子点介质层14的左侧接触，绿光量子点介质层14的右侧与红光量子点介质层15的左侧接触，红光量子点介质层15的右侧与金属银正电极12接触。
可以理解的是，本实施例中的蓝光量子点介质层由实施例一中的蓝光量子点组成，本实施例中的绿光量子点介质层由实施例四中的绿光量子点组成，本实施例中的红光量子点介质层由实施例七中的红光量子点组成。
在本实施例中，LED器件是通过蒸镀技术方法制备而成的。具体地，利用蒸镀技术方法在ITO负电极上依次蒸镀蓝光量子点介质层、绿光量子点介质层、红光量子点介质层和金属银正电极，通过层层叠加制成LED器件。其中，蒸镀技术方法为常规技术，在此不再赘述。
实施例十一
本实施例与实施例十的区别仅在于，在本实施例中，蓝光量子点介质层的厚度为2μm、绿光量子点介质层的厚度为1μm、红光量子点介质层的厚度为1μm。实施例十二
本实施例提供一种侧入式背光模组，如图3所示，包括导光板2、设置在导光板2左侧边缘的LED灯条1、设置在导光板2上方的光学膜片3和设置在导光板下方的反射片4。
其中，如图4所示，LED灯条1包括若干LED器件10和用于固定设置LED器件的灯框20。灯框20为长条形，若干LED器件10沿灯框20的长度方向(即图4中的左右方向)排列在灯框20中，且灯框20的宽度(即图2中的上下方向)大于LED器件的宽度，使得若干LED器件刚好在灯框中排成一行。可以理解的是，在本实施例中，LED器件为实施例四中制得的LED器件，其在LED灯条中的数量可以根据背光模组的需求确定，可以如图4中所示的12个LED器件，也可以是其他数量。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种掺杂金属的量子点，其特征在于：包括本征量子点和掺杂金属，所述本征量子点由ⅠB族元素、ⅡB族元素、ⅢA族元素、ⅤA族元素或ⅥA族元素中的任意两种或几种组成，所述掺杂金属为ⅠB族元素、Ⅷ族元素或ⅥB族元素中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的掺杂金属的量子点，其特征在于：所述本征量子点为CdSe、ZnS、ZnSe或CuInS化合物中的一种或几种，所述掺杂金属为Ag、Cr、Ni或Cu中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的掺杂金属的量子点，其特征在于：在所述掺杂金属的量子点中，所述掺杂金属的含量为2-8％。
4.一种制备如权利要求1至3任一项所述的掺杂金属的量子点的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
准备本征量子点和待掺杂金属；
在加热回流、搅拌条件下，将所述掺杂金属注入到所述本征量子点中，形成所述掺杂金属的量子点。
5.一种LED器件，所述LED器件包括正电极和负电极，其特征在于：所述LED器件还包括设置在所述正电极和所述负电极之间的量子点介质层，所述量子点介质层包括权利要求1至3中任一项所述的掺杂金属的量子点。
6.根据权利要求5所述的LED器件，其特征在于：所述量子点介质层包括蓝光量子点介质层、绿光量子点介质层和红光量子点介质层。
7.根据权利要求6所述的LED器件，其特征在于：从所述负电极到所述正电极之间，依次设置所述蓝光量子点介质层、所述绿光量子点介质层和所述红光量子点介质层，使所述蓝光量子点介质层两侧分别接触所述负电极和所述绿光量子点介质层，所述红光量子点介质层两侧分别接触所述正电极和所述绿光量子点介质层。
8.一种背光模组，其特征在于：所述背光模组包括导光板、设置在所述导光板一侧边缘的LED灯条、设置在所述导光板上方的光学膜片和设置在所述导光板下方的反射片，其中，所述LED灯条中包括若干权利要求5至7任一项所述的LED器件。
9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于：所述LED灯条还包括用于固定设置所述LED器件的灯框，所述灯框为长条形，若干所述LED器件沿所述灯框的长度方向排列，且所述灯框的宽度大于任一所述LED器件的宽度，用于容置所述LED器件。
10.根据权利要求9所述的背光模组，其特征在于：所述背光模组为侧入式背光模组。
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