CN206878027U - 一种新型的高色域发光器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的高色域发光器件。所述高色域发光器件包括：封装器件、发光芯片、量子点封装体以及封装胶。其中所述发光芯片设置于封装器件内部，尤其是底部，并用封装胶固定；所述量子点封装体设置于封装杯凹槽的中上部，并用封装胶固定于发光芯片上方；所述量子点封装体由水氧阻隔材料对量子点层进行“三明治”结构的封装，并由封装胶进行全方位的二次封装。本实用新型在使得液晶显示器用背光源实现高色域的同时，提升了量子点在水氧以及高温环境下的稳定性，并明显减少了量子点原材料的用量。

Description

一种新型的高色域发光器件

技术领域

本实用新型涉及液晶显示器技术领域，具体涉及一种基于量子点半导体材料的高色域发光器件。

背景技术

量子点是一种具有独特光学性能的半导体纳米材料，当受到高能量的光或者电刺激时，量子点会发射出光谱非常集中、纯度非常高的光，且其发光光谱的峰值波长和半峰宽连续可调。利用量子点材料的该特殊性能，可使得平板显示器背光中构成白光的RGB三基色峰值接近于液晶面板中彩色滤光片的RGB三基色峰值，并且三基色的半峰宽可调节得非常窄。彩色滤光片类似于一个带通滤波器，只允许特定波长范围内的光通过，其余部分则被吸收损耗了。而当背光中三基色光的半峰宽变窄时，光通过彩色滤光片的效率就会大幅提升，从而可以提升液晶屏幕的亮度，实现低功耗显示。更重要的是当基色光的纯度变高时，液晶面板可以调配出更加丰富、鲜艳的色彩，使得显示器的画面更加接近真实的颜色，同时对画面的质感和立体感都有巨大的提升。

由于量子点容易受氧气和水的影响，在水氧环境中量子点材料很快会被氧化，造成表面缺陷急剧增加，形成光子淬灭中心，导致发光效率降低，因此在使用过程中量子点材料需要选择良好的水氧阻隔封装方式。现有的显示器应用量子点技术的主要方式有三种：量子点膜、量子点玻璃管和量子点LED。它们均采用蓝光LED作为高能量背光源，去激发红绿量子点发射出纯正的红绿光，由于蓝光只是部分被吸收，故经过量子点层之后出来的光是由品质非常高的红绿蓝三基色光混合成的白光。也有少部分采用紫外光LED去激发红绿蓝三种量子点实现白光，激发过程与前一种类似。目前，市场上使用了量子点技术的液晶显示器在色域、色彩控制的精准性以及红绿蓝三基色光的色彩纯度上均有十分出色的表现。

量子点膜是将量子点层夹在两层阻隔膜中间，膜片铺满整个背光模组表面，放置在导光板和液晶面板之间。量子点膜不易受到热的影响，然而当量子点膜用在大尺寸的显示器中时，膜片的尺寸需与电视尺寸相当，对于量子点的用量就必须很高，导致成本偏高。同时量子点膜需要采用两层阻隔膜，量子点膜整体会比较厚，这就需要增加背光模组的整体厚度，在小尺寸的显示屏中量子点膜还不能较好的运用。

量子点玻璃管是将量子点层密封在高硼硅玻璃中，置于屏幕边缘上的LED灯条和导光板之间。量子点玻璃管可以大幅降低量子点的用量，同尺寸大小的显示屏该方法的量子点用量只有量子点膜的五十分之一左右。由于目前量子点材料的价格还比较昂贵，所以量子点管具有很大的成本优势。另外，由于高硼硅玻璃具有优异的隔水氧性能，所以量子点玻璃管的水氧稳定性大幅提升。量子点玻璃管也有本身的劣势之处：封装量子点的玻璃管直径小，长度与管径比过大，加工、运输和使用过程中容易发生变形碎裂，并且一台电视机需要多根量子点玻璃管，量子点电视的良率就会降低。

量子点LED是将量子点材料直接放置在蓝光芯片上，封装在LED杯罩中。相当于是用量子点材料替换了原有的荧光粉材料，保持了原有的LED封装工艺不变，与现有的LED背光和照明模组结构匹配，相对于量子点膜和量子点玻璃管这两种已经较为成熟的技术来说，该方法更加简单便捷，是非常有希望实现产业化的一种方式。但是，现有的量子点LED构造都有其自身问题。

美国专利US 8552416 B2中提出了一种量子点LED，是将量子点胶体层嵌入导电层，其器件结构与OLED有些类似，也可以作为柔性器件，但是这种器件需要使用透明的导电材料为主体基质，这严重限制了可用材料通过这种方法生产LED。目前，此类器件的寿命很短，达到显示器使用的要求还有待进一步研究。

另一个美国专利US 6501091 B1中提出了一种量子点LED，是将量子点材料直接设置在LED的主体基质中，相对于前一种方法，该种方法的基质材料为透明绝缘体材料，此类材料非常容易获得。另外该方法对于调配LED整体发光颜色的方法非常灵活。然而该方法都是将量子点材料直接用于LED封装，由于缺少有效的水氧阻隔材料，同时量子点承受的蓝光功率密度远超于量子点膜和量子点管中的功率密度，因此量子点LED器件的稳定性是一个亟待解决的难题。

此外，现有技术中还有一种量子点LED构造，其包括支架、LED芯片、将LED芯片封装在支架上的密封胶以及位于支架顶部的量子点封装单元，量子点封装单元包括上基板、下基板、位于上基板和下基板之间的量子点以及将量子点封装并将上基板与下基板粘接在一起的量子点封装胶，其首先对LED芯片进行封装，然后在LED的封装支架上设置量子点封装体，在量子点封装体中，设置容置槽，以便增加密封性。但是，这种容置槽必须在玻璃基板上进行刻制，首先加工难度极大、并且成品率难以保证。而且，这种LED器件尤其不适合用在侧入式的显示器中。在侧入式显示器中，由于发光器件出光口是紧贴导光板设置，这对玻璃基板的耐受应力要求较高，普通的玻璃基板难以达到。并且，将其安装在侧入式显示器中时需要调整发光器件与导光板的空间结构。另外，采用这种架构，如果不采用容置槽的方式，由于量子点层存在一定厚度，封装胶也存在一定厚度，导致玻璃基板贴合效果不好，进而导致密封效果不好。

实用新型内容

针对上述提出的问题，本实用新型旨在提供一种密封效果好、加工难度小，成品率高的新型高色域发光器件，使之能应用于各种尺寸的显示屏而不需要改变原有的背光或侧光结构，并提升量子点材料封装在LED中的稳定性，延长量子点发光器件的使用寿命。

具体而言，本实用新型提供一种新型高色域发光器件，所述高色域发光器件包括：封装器件、发光芯片、量子点封装体以及封装胶，所述发光芯片设置于所述封装器件的内部，所述量子点封装体位于所述封装器件内、所述发光芯片上方，所述封装胶填充在所述封装器件内，所述量子点封装体包括外部封装层和内部量子点层。

在一种优选实现方式中，所述封装器件一端封闭，另一端开口，所述发光芯片的发光方向对向所述封装器件的开口方向。

在另一种优选实现方式中，所述封装器件为封装杯。

在另一种优选实现方式中，所述封装杯为内部侧壁具有平台的阶梯式封装杯，所述量子点封装体置于所述平台上，所述量子点封装体与所述封装杯之间密封连接以在所述量子点封装体与发光芯片之间形成密封腔。

在另一种优选实现方式中，所述封装胶包括第一封装胶和第二封装胶，所述第一封装胶填充在所述发光芯片与所述量子点封装体之间，所述第二封装胶填充所述封装器件内的其余部分。

在另一种优选实现方式中，所述量子点封装体包括第一水氧阻隔材料层、量子点层和第二水氧阻隔材料层，所述第一水氧阻隔材料层和所述第二水氧阻隔材料层将所述量子点层封装在二者中间。

在另一种优选实现方式中，所述外部封装层由多层阻隔层构成，每层阻隔层至少包含两层不同材料或组合物。

在另一种优选实现方式中，所述高色域发光器件还包括荧光粉层，所述荧光粉层替代全部或部分所述封装胶，对所述发光芯片和量子点封装体进行封装。

本实用新型高色域发光器件的一种实现方式中，发光芯片设置于封装杯凹槽的底部，并用封装胶固定；所述量子点封装体设置于封装杯凹槽的中下或中上部，并用封装胶固定于发光芯片上方；所述量子点封装体由水氧阻隔材料对量子点层进行“三明治”结构的封装。所述发光芯片可以为蓝光LED芯片或者紫外LED芯片。

在一种优选实现方式中，量子点层为量子点材料均匀分散在高分子分散体中，高分子分散体与量子点材料具有良好的兼容性，量子点在其中可以长期保持稳定。封装层为多层阻隔层构成，每层阻隔层至少包含两层不同材料或组合物，多层的屏蔽可减少阻隔层的针孔缺陷对齐，从而有效保护量子点，减小环境中的水氧对其的影响。

优选地，量子点层中的绿色量子点峰值波长范围为510nm-550nm；量子点层中的红色量子点峰值波长范围为600nm-650nm。

在优选实现方式中，所述水氧阻隔层具有预定雾度。

本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：

1、本实用新型将量子点材料以独立的封装体的形式设置在发光器件中，可应用在任何尺寸的显示屏中，且在完全不影响原有显示屏的结构前提下，实现高色域的背光效果。

2、本实用新型的发光器件，首先由树脂层和阻隔膜对量子点进行第一次封装，然后由封装器件中封装胶包覆整个量子点封装体，形成全方位的第二次封装，通过两次封装可以避免环境中水氧的渗透，最大化保证量子点的使用寿命。

3、本实用新型的优选实现方式中，将量子点封装体与芯片真空隔离，减少了由于芯片发光温度过高对量子点稳定性造成的影响。

4、本实用新型将量子点材料封装在阻隔层中间，相对于将量子点材料直接设置在LED主体基质中来说，避免了直接利用量子点材料进行封装导致量子点材料在液体中沉降的问题，有效地保证了量子点的量子效率。

5、相比于背景技术中最后一段所介绍的结构，即发光器件单独封装，上方设置量子点层，这种构造的最大缺陷就是量子点材料的封装难度大，而一旦设置容置槽，则会增加加工制造难度，而本实用新型的器件既能够保证量子点材料的封装，又能够降低加工难度，并且将该灯条应用在显示器中不需要改变原有的工艺流程与结构。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1中高色域发光器件的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例1中高色域发光器件的光谱图；

图3为本实用新型的实施例1中光转换效率比对比图；

图4为本实用新型的实施例2中高色域发光器件的结构示意图；

图5为本实用新型的实施例2中绿色量子点封装体和红色氮化物荧光粉制备的量子点发光器件的光谱图；

图6为本实用新型的实施例2中绿色量子点封装体和红色氟化物荧光粉制备的量子点发光器件的光谱图；

图7为本实用新型的实施例2中绿色塞隆荧光粉和红色量子点制备的量子点发光器件的光谱图；

图8为常规的红绿荧光粉LED灯的发光谱图；

图9为本实用新型的实施例3中高色域发光器件的结构示意图；

图10为本实用新型的实施例4中的高色域发光器件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明，但并不因此将本实用新型的保护范围限制在实施例描述的范围之中。在附图中为了清晰可见，适当夸大了部分结构的形状和尺寸，但并不影响实际制备方法。

实施例1

如图1所示，本实施例的高色域发光器件包括封装杯101、蓝光LED 芯片102、量子点封装体、封装胶103，其中量子点封装体由量子点分散体104和上下两部分阻隔膜105构成。蓝光LED芯片102设置在封装杯101底部；量子点封装体设置在蓝光LED芯片102正上方；封装杯101中在量子点封装体与蓝光LED芯片102之间，以及封装杯101的其它间隙部分填充满硅胶103，硅胶完全包覆住量子点封装体。

本实施例中，量子点分散体由红色量子点、绿色量子点和丙烯酸类树脂分散体组成，本实施例中使用的红绿量子点均采用的是CdSe/ZnS核/壳结构的量子点，其中三种组分依次使用的质量份数比为1:10：989，此处所采用的红绿量子点和丙烯酸类树脂具有较好的兼容性，容易均匀分布其中，光固化后量子点不易发生团聚、沉降等现象；而且量子点层采用阻隔膜的第一次封装和硅胶的第二次封装，保证了量子点的长期稳定性。

本实施例中制备的量子点发光器件的光谱图如图2所示，绿光部分的峰值波长为530nm，半峰宽为23nm；红光部分的峰值波长为640nm，半峰宽为25nm，其色坐标点为(0.25，0.26)。该发光器件搭配普通的液晶面板(本实用新型的实施例中选用TCL的液晶面板)，其色域可达107％NTSC。

按照上述步骤制备作为对照样的LED发光器件，对照样与本实施例中发光器件的不同之处在于未使用阻隔膜封装，只是将固化完全的量子点层放入封装器件中上部，其余制备步骤与本实例中发光器件类似。分析本实施例中高色域LED的稳定性数据，得到的光转换效率比如图3所示，图中圆点连成的折线表示本实施例的光转化率随时间的变化，正方形点连成的折线表示对照样的光转化率随时间的变化。随着LED点亮时间的增加，本实用新型的发光器件的光转化率下降保持在3％以内，而对照样的光转化率急剧下降，500小时后下降了25％，这说明了该实施例的发光器件稳定性有较大提升。同时证明了本实用新型的发光器件在采用了量子点封装体的形式和选用合适的高分子分散体后，提升了量子点在水氧和高温工作环境的稳定性，能保持较高的量子效率，使得量子点高色域发光器件有更长的使用寿命。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例采用了将量子点材料与荧光粉材料结合的方式制备另一种结构的高色域发光器件，其结构如图4所示。本实施的高色域发光器件封装杯和芯片结构部分与实施例1类似，不同之处在于量子点封装体部分和硅胶部分，本实施例中包括硅胶403、绿色量子点封装体406和红色氮化物荧光粉胶407；所用绿色量子点是CdSe/ZnS核/壳结构量子点，所用红色氮化物荧光粉分子式为CaAlSiN₃:Eu²⁺。该高色域发光器件的制备方法如下：

(1)制备量子点封装体406：将绿色量子点材料均匀分散在高分子分散体中，然后将量子点分散体涂覆在两层阻隔材料中间，进行光固化或热固化成型，最后裁切成与发光器件匹配的大小。

(2)固晶焊线，将发光芯片用绝缘胶固定于封装器件底部，并将电极引到发光芯片上。

(3)在所述发光芯片上涂覆一层封装胶，此步封装胶只要略高于发光芯片即可，然后固化。

(4)红色氮化物荧光粉均匀分散在硅胶中，制备成荧光粉硅胶分散体，为下一步做准备。

(5)将量子点封装体以类似第二步中固晶的工艺步骤设置于芯片上方，然后灌入第4步中得到的荧光粉硅胶，使之充满整个封装器件，最后进行固化与后固化过程。

该实施例得到的高色域发光器件其光谱图如图5所示，绿光部分的峰值波长为528nm，半峰宽为22nm；红光部分的峰值波长为627nm，半峰宽为77nm，其色坐标点为(0.24，0.25)。该发光器件搭配普通的液晶面板，其色域可达95％NTSC。本实施例中采用量子点与荧光粉结合的方式，可解决某些量子点稳定性不够的问题，同时可降低一定成本。

在本实施例的另一种实现方式中，采用与本实施例上面描述的结构类似的构造，只是稍作调整。具体而言，高色域发光器件包括硅胶403、绿色量子点封装体406和红色氟化物荧光粉胶407；所用绿色量子点是CdSe/ZnS核/壳结构量子点，所用红色氟化物荧光粉分子式为K₂SiF₆：Mn⁴⁺。其制备过程与本实施例前面提到的过程类似。该部分得到的高色域发光器件其光谱图如图6所示，绿光部分的峰值波长为524nm，半峰宽为20nm；红光部分的最强峰的峰值波长为631nm，五个分离的峰半峰宽均小于3nm，整个红光部分的半峰宽为20nm，其色坐标点为(0.27，0.27)。该发光器件搭配普通的液晶面板，其色域可达109％NTSC。

常规的红绿荧光粉LED灯(荧光粉胶直接填充满整个封装杯)其发光谱图如图8所示，其绿峰与红峰之间有很大的重叠，其发射光中掺杂着较多的黄光，该发光器件搭配普通的液晶面板，其色域只有78％NTSC。对比于常规发光器件来说，本实用新型中的发光器件实现了高色域背光效果，为提升显示屏画质具有重要意义。

实施例3

在实施例2的基础上，本实施例将荧光粉胶层放置在量子点封装体下方，涂覆在发光芯片表面。其制备过程与实施例2过程类似，只是第(3)步采用荧光粉硅胶去涂覆芯片，然后固化。

本实施例中制备的高色域发光器件的光谱特征与实施例2类似，在此不作赘述。

实施例4

为了进一步减少发光芯片工作时的高温对量子点材料稳定性带来的影响，本实例提出了另外一种封装结构，如图10所示。本实施例的高色域发光器件包括阶梯型封装杯1001、蓝光LED芯片1002、真空腔1003、硅胶层1004和量子点封装体1006，其中阶梯型封装杯1001有平台结构，量子点封装体可直接置于平台上，该平台结构与量子点封装体1006匹配，并在量子点封装体1006与封装杯之间预留一定外围密封空间。在制备过程中只需在量子点封装体的上方填充满硅胶，该结构就可将量子点封装体四周裸露的部分进一步封装完全，以确保隔水隔氧，并且完成真空腔1003内的真空密封。

本实施例通过对封装杯结构的改进，为量子点封装体提供了一个可搁置的平台，便于在器件制备过程中形成一个中空的结构。量子点封装体与芯片之间的真空间隔相对于固态硅胶来说可有效减少热量的传递，减少了高温对量子点材料带来的影响，可进一步提高发光器件的稳定性。

需要说明的是，虽然上面实施例中是以绿色塞隆荧光粉β-SiAlON：Eu²⁺、红色氮化物荧光粉CaAlSiN₃:Eu²⁺和红色氟化物荧光粉K₂SiF₆：Mn⁴⁺为例，但是本领域的技术人员应该理解，本实用新型的荧光粉并不限于使用这三种，还可以使用其它类型的荧光粉。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型高色域发光器件，其特征在于，所述高色域发光器件包括：封装器件、发光芯片、量子点封装体以及封装胶，所述发光芯片设置于所述封装器件的内部，所述量子点封装体位于所述封装器件内、所述发光芯片上方，所述封装胶填充在所述封装器件内，所述量子点封装体包括外部封装层和内部量子点层。

2.根据权利要求1所述的新型高色域发光器件，其特征在于，所述封装器件一端封闭，另一端开口，所述发光芯片的发光方向对向所述封装器件的开口方向。

3.根据权利要求2所述的新型高色域发光器件，其特征在于，所述封装器件为封装杯。

4.根据权利要求2所述的新型高色域发光器件，其特征在于，所述封装杯为内部侧壁具有平台的阶梯式封装杯，所述量子点封装体置于所述平台上，所述量子点封装体与所述封装杯之间密封连接以在所述量子点封装体与发光芯片之间形成密封腔。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的新型高色域发光器件，其特征在于，所述封装胶包括第一封装胶和第二封装胶，所述第一封装胶填充在所述发光芯片与所述量子点封装体之间，所述第二封装胶填充所述封装器件内的其余部分。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的新型高色域发光器件，其特征在于，所述量子点封装体包括第一水氧阻隔材料层、量子点层和第二水氧阻隔材料层，所述第一水氧阻隔材料层和所述第二水氧阻隔材料层将所述量子点层封装在二者中间。

7.根据权利要求1或2所述的新型高色域发光器件，其特征在于，所述高色域发光器件还包括荧光粉层，所述荧光粉层替代全部或部分所述封装胶，对所述发光芯片和量子点封装体进行封装。