CN106058015B - 量子点发光装置、背光模组及液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供量子点发光装置、背光模组及液晶显示装置，包括：发光装置，用于产生第一波长激励光；第二量子点封装层，用于吸收所述第一波长激励光线而产生第二波长转换光线；所述第三量子点封装层，用于吸收所述第一波长激励光线而产生第三波长转换光线；其中，所述第二量子点封装层位于所述发光装置与所述第三量子点封装层之间，且所述第三波长小于所述第二波长且大于所述第一波长，以提高量子点材料的激发光转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种量子点发光装置、背光模组及液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置是由液晶面板、机构框架、光学部件及一些电路板等组成。由于液晶本身不发光，需要配置一些背光源才能显示出画面。其中，背光模组用于为液晶显示装置提供亮度及分布均匀的背光源，使液晶显示装置能正常的显示画面。
为了实现高色域背光源，采用量子点技术可以实现100%及以上NTSC的高色域背光源。其中，量子点为10nm及更小的半导体纳米晶体，可产生量子限制效应，量子点可较窄的波长范围内发射出比荧光体发射更强的光，即使在相同材料下量子点情况下，量子点可根据粒子大小发射出不同波长的光，随着量子点尺寸的减小，量子点可以发射出短波长光，从而可以通过调整量子点的粒子大小来获得所需要的波长光。
在相关技术中采用蓝色LED发光芯片发射蓝色光激发量子点材料产生白方案。图1a为相关技术一中量子点发光光源的结构示意图，如图1a所示，量子点发光光源100，包括：蓝色LED芯片130设置在PCB印制板上，封装基体120通过粘接在PCB印制板上形成凹槽状，其中，LED芯片位于凹槽底板的中心，封装基体120底端设置量子点层110，且量子层110由两层玻璃之间封装量子点材料形成。为了防止量子点材料遇高温（70度以上）失效，将量子点层110与蓝色LED芯片之间设置隔热层，如：隔热材料层，或者保留一定距离的空气层。
图1b为相关技术二中量子点发光光源的结构示意图，如图1b所示，量子点发光光源200，包括：设置电路板上的蓝色LED芯片201，匀光部件203，其中，匀光部件203可以导光板、扩散板、光学膜片等任一或组合部件，量子点封装层202，其中，在量子点封装层202外表面上封装水氧阻隔层（图中未示出）。
发明人在实施上述相关技术过程中发现至少存在如下问题:
如图1a和图1b可知，采用蓝色LED发光芯片产生激励蓝光，激发量子层中红绿量子点材料，以产生红绿转换光线与透过蓝光混合成白光。其中，红绿量子点材料混合在一起封装在量子点层中。图1c为不同尺寸量子点吸收光谱及激发光谱示意图，如图1c所示，根据能量守恒，由高能量的光子去激发低能量的光子产生转换光线，其中，单光子能量E=h*v, h是一个常数，v是波长的倒数，这样，波长越短单个光子的能量越高，激发能力越强，也就是说，粒径越大的量子点，受激发产生的光波长越长，能量越低，可吸收的光谱的波长范围越大。
继续如图1c得知，吸收光谱的波长范围：红色量子点材料>绿色量子点材料>蓝色量子点材料,这样, 红色量子点材料的吸收光谱最宽,绿色量子点吸收蓝光激发产生绿光之后，一部分绿光继续激发红色量子点二次吸收转换，其中,每次转换过程都会带来一定的光能损失，这样,会降低量子点层的最终出光效率。
发明内容
本发明提供一种量子点发光装置、背光模组及液晶显示装置，以提高量子点材料的激发光转换效率。
第一方面，本发明提供一种量子点发光装置，包括：
发光装置，用于产生第一波长激励光；
第三量子点封装层，用于吸收所述第一波长激励光线而产生第三波长转换光线；
第二量子点封装层，用于吸收所述第一波长激励光线而产生第二波长转换光线，所述第二量子点封装层位于所述发光装置与所述第三量子点封装层之间；
二向色部件，用于透射所述第一波长光和所述第二波长光且反射所述第三波长光，其中，二向色部件位于所述第二量子点封装层和所述第三量子点封装层之间；
其中，所述第三波长小于所述第二波长且大于所述第一波长。
第二方面，本发明还提供一种背光模组，包括上述的量子点发光装置作为背光源。
第三方面，本发明又提供一种液晶显示装置，包括：背光模组和液晶显示面板，所述显示面板设置于所述背光模组上方，其中，所述背光模组包括前述的量子点发光装置。
本发明实施例中提供的量子点光源器件、背光模组及液晶显示装置中，一方面，将量子点材料分层封装,且将产生转换光波长较长第二量子点材料层位于转换波长较短的第三量子点材料层与发光装置之间,这样,激发光先激发第二量子点材料产生第二波长转换光,然后, 第二波长转换光和部分透射激发光经过第三量子点材料层时,第三量子点材料仅吸收能量高的激发光转换为第三波长转换光,而不能吸收能量低的第二波长转换光,这样第二波长转换光直接透射过第三量子点材料层,因此,减少了相关技术第二量子点材料二次吸收第三波长转换光发生二次转换,从而降低激发光的转换次数,提高了量子点材料的吸收激发光转换效率。
另一方面，第二量子点封装层和第三量子点封装层之间还设置二向色部件，用于透射第一波长光和第二波长光且反射所第三波长光，这样，在第三波长转换光的一部分后向转换光，阻止其反射至第二量子点封装层中，避免在激发第二量子点材料产生第二波长转换光，进一步避免可能发生二次转换激发问题，提高了激发光转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为相关技术一中量子点发光光源的结构示意图；
图1b为相关技术二中量子点发光光源的结构示意图；
图1c为不同尺寸量子点吸收光谱及激发光谱示意图；
图2为本发明实施例一提供一种量子点发光装置的结构示意图；
图2a为图2中量子点发光装置的光线示意图；
图3提供图2实施例一中量子点发光装置的变形例的结构示意图；
图3a为图3中量子点发光装置的光线示意图;
图3b为二向色性膜透光特性示意图;
图4为本发明实施例二为实施例一中量子点发光装置提供一种封装件结构示意图;
图4a为图4中量子点发光装置封装件结构的变形例的示意图;
图5为本发明实施例三中又提供一种量子点发光装置封装件结构示意图;
图5a为图5中量子点发光装置封装件结构的变形例的示意图;
图6为本实施例四提供一种液晶显示设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
发明人发现每次转换过程会带来一定的光能转化损失,进而为了提高量子点材料的光能转换效率，本发明解决思路将红色量子点材料和绿色量子点材料分层封装,且红色量子点材料层位于绿色量子点材料层与蓝色激发光源之间,这样,蓝色激发光先激发红色量子点材料产生红色转换光,然后,红色转换光和部分透射蓝色经过绿色量子点材料层时,绿色量子点材料仅吸收光能更高的蓝光转换为绿光,而不能吸收能量低的红色光,这样红色光直接透射过绿色量子点材料层,因此,减少了相关技术中红色量子点材料二次吸收绿色转换光的二次转换,从而降低量子点材料的转换次数,提高了量子点材料的光转换效率。
实施例一：
图2为本发明实施例一提供一种量子点发光装置的结构示意图，如图2所示，量子点发光装置300，包括：发光装置301、第二量子点封装层302和第三量子点封装层303，发光装置301产生第一波长激励光线，第二量子点封装层302，用于吸收第一波长激励光线而产生第二波长转换光线，第三量子点封装层303，用于吸收第一波长激励光线而产生第三波长转换光线，第二量子点封装层302位于发光装置301与第三量子点封装层303之间，其中，第三波长小于第二波长且大于第一波长。
示例的，发光装置301可以是蓝色发光二极管（LED）芯片，如：应用发射蓝光的基于GaN的LED芯片。也可以紫色或紫外发光二极管（LED）芯片。第二量子点封装层302封装红色量子点材料，第二波长为红光波段，第三量子点封装层303封装绿色量子点材料，第三波长为绿光波段。
图2a为图2中量子点发光装置的光线示意图，如图2a所示，发光装置301发出第一波长蓝光b，一部分蓝光bj激发第二量子点封装层302中红色量子点材料产生第二波长的红色转换光rj，另一部分蓝光bi和红色转换光rj透射过第二量子点封装层302至第三量子点封装层303，其中，红色转换光rj不再被第三量子点封装层303中的绿色量子点吸收，而直接透射出第三量子点封装层303，透射至第三量子点封装层303的蓝光bi一部分继续激发绿色量子点材料产生绿色转换光gi，蓝光bi另一部分bi1直接透过第三量子点封装层303，这样，蓝光bi1与绿光转换gi以及红色转换光rj混光形成白色光源。其中，红色转换光rj在经过第三量子点封装层303不会被绿色量子点材料吸收而产生转换光。
继续参考图2a可知，在蓝光bi激发第三量子点封装层303产生的绿色转换光gi中，一部分绿色前向转换光gi1直接透射出第三量子点封装层303，由于在绿色前向转换光gi1传输路径中不再有低于大颗粒尺寸的红色量子点材料，绿色前向转换光gi1不会被吸收而发生再次转换，而现有技术中由于红色和绿色量子点材料混合封装，绿色前向转换光gi1必然会遇到大颗粒的红色量子点材料，被吸收而转换光红色，因此，本实施例中，至少避免了绿色前向转换光gi1被红色量子点材料吸收而发生二次转换，提高蓝色光转换效率。
发明人进一步大量实验验证发现，在绿色转换光gi中还有一部分接近50%后向转换光gi2，向后反射至第二量子点封装层302中，而再次激发红色量子点材料产生红色转换光rj2，因此，虽然避免一部分绿色前向转换光gi1二次转换问题，但是，还有一部分后向转换光gi2依然会发生二次转换激发问题。
为了进一步提高依然存在一部分后向转换光gi2会发生二次转换问题，图3提供图2实施例一中量子点发光装置的变形例的结构示意图，如图3所示，本变形例与实施例一不同的是，量子点发光装置400还在第二量子点封装层402和第三量子点封装层403之间设置有二向色部件404，二向色部件404用于透射第一波长光和第二波长光，而反射第三波长光。
二向色部件404具体结构形态可以透明状薄膜状，如：二向色性膜，可在第二量子点封装层402出光面或第三量子点封装层403的入光面设置透明涂层。
本变形例与实施例一相同部分在此不再赘述。
图3a为图3中量子点发光装置的光线示意图，如图3a所示，与图2a不同的是，在绿色转换光gi中一部分后向转换光gi2，向后在反射过程中被二向色部件404反射后，从第三量子点封装层403正面出射，其中，二向色部件404阻止了绿光后向转换光gi2二次被红色量子点吸收，进一步提高了提高蓝色光转换效率。
图3b为二向色性膜透光特性示意图，如图3b所示，二向色性膜通过绿光波段之外其他波段的光线，反射绿色波段光线。如：绿色波段光线通过率接近0%，其他波段光线通过率接近100%。。
实施例二：
图4为本发明实施例二为实施例一中量子点发光装置提供一种封装件结构示意图，如图3所示，一种量子点发光装置封装件50，可用作为光源，用于背光模组中的背光源，可以单独用作为一种照明光源使用，包括：
电路板51，布设为量子点发光装置封装件50提供电力电路。
发光装置52，设置电路板51上，产生第一波长激励光线。其中，发光装置52可以为发光二极管（LED）芯片，如：应用发射蓝光的基于GaN的LED芯片。
第二量子点封装层53，用于吸收第一波长激励光线而产生第二波长转换光线。
第三量子点封装层54，用于吸收第一波长激励光线而产生第三波长转换光线。
其中，第二量子点封装层53和第三量子点封装层54与电路板51连接，分别形成在发光装置52的外围，且第二量子点封装层53形成在第三量子点封装层54与发光装置52之间，以及第二量子点封装层53和第三量子点封装层54内外表面分别形成弧面，其中，向外凸出的外表面为出光面，相对于外表面的内表面为凹面，内表面为入光面。
其中，第二量子点封装层53和第三量子点封装层54可采用硅胶与量子点粒子混合而成，量子点可以是直径为1nm至10nm的半导体纳米晶体，可表现出量子限制效应，如：基于Si的纳米晶体、II-Ⅵ族化合物半导体纳米晶体、III-Ⅴ族化合物半导体纳米晶体,以及Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶体等纳米晶体，本实施例中可单独或组合使用前述的量子点。
密封部件55，形成在第三量子点封装层54的外表面上，以对第三量子点封装层54进行密封。具体的，密封部件55为一层水氧阻隔层，该水氧阻隔层可以是SiO2薄膜、Si3N4薄膜或者SiON薄膜，也可以通过物理气相沉积法或原子层沉积法制备Al2O3或V2O5等薄层作为水氧阻隔层。
为了防止量子点材料受热失效，第二量子点封装层53与发光装置52之间表面最短距离大于3mm。通过大量实验表明，当距离大于3mm时，发光装置52的平均热量不会造成量子点粒子失效。优选的，发光装置52与第二量子点封装层53之间的最小表面距离为大于3mm且小于10mm，这样有利量子点发光装置封装件小型化设计。
为了进一步减少量子点材料局部受热而失效问题，第二量子点封装层53的靠近发光装置的内表面一侧形成有扩散粒子层，扩散粒子层包含扩散粒子对光线有扩散作用。从发光装置52发出的第一波长激励光线，经扩散粒子层中扩散粒子的扩散作用，扩大了激励光线的发散角度，避免由于激发光线光强过度集中而导致局部量子点材料高温失效。
进一步实验表明，虽然距离大于3mm时，发光装置的平均热量不会造成量子点粒子失效，但是，若光源发出的光线过于集中，局部能量太大可使局部量子点造成损伤而导致的失效问题，因此，本实施例中在第二量子点封装层53内表面一侧上设置扩散粒子层，将集中光线均匀扩散，使光的能量不会过于集中于局部，以防止局部量子点过热而损伤失效。
本实施例中，通过大量实验得出，在实现了量子点发光装置封装件500的小型化设计基础上，又设置扩散粒子层，也避免由于小型化局部散热而导致量子点高温失效问题。
进一步的，图4a为图4中量子点发光装置封装件结构的变形例的示意图，如图4a所示，在第二量子点封装层53和第三量子点封装层54之间设置有二向色部件56，具体参照实施例一，在此不再赘述。
实施例三：
图5为本发明实施例三中又提供一种量子点发光装置封装件结构示意图，如图5所示，一种量子点发光装置封装件60，可用作为光源，用于背光模组中的背光源，可以单独用作为一种照明光源使用。
量子点发光装置封装件60包括：
封装基体62，形成凹槽状。
发光装置61，设置封装基体62凹槽底部上，产生第一波长激励光线。其中，发光装置61可以为发光二极管（LED）芯片，如：应用发射蓝光的基于GaN的LED芯片。
第二量子点封装层63，用于吸收第一波长激励光线而产生第二波长转换光线。
第三量子点封装层64，用于吸收第一波长激励光线而产生第三波长转换光线。
其中，第二量子点封装层63和第三量子点封装层64分别形成在凹槽开口部上，且第二量子点封装层63形成在第三量子点封装层64与发光装置61之间。与实施例二不同的是，本实施例三中第二量子点封装层63和第三量子点封装层64的出光面呈平面状。另一种可能实施方式中，第二量子点封装层63和第三量子点封装层64的表面可以是弧面型。
与实施例二相同的是，第二量子点封装层63和第三量子点封装层64可采用硅胶与量子点粒子混合而成，量子点可以是直径为1nm至10nm的半导体纳米晶体，可表现出量子限制效应，如：基于Si的纳米晶体、II-Ⅵ族化合物半导体纳米晶体、III-Ⅴ族化合物半导体纳米晶体,以及Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体纳米晶体等纳米晶体，本实施例中可单独或组合使用前述的量子点。
密封部件65，形成在第三量子点封装层64的上表面上，以对第三量子点封装层64进行密封。具体的，密封部件65为一层水氧阻隔层，该水氧阻隔层可以是SiO2薄膜、Si3N4薄膜或者SiON薄膜，也可以通过物理气相沉积法或原子层沉积法制备Al2O3或V2O5等薄层作为水氧阻隔层。
与实施例二相同的是，为了防止量子点材料受热失效，第二量子点封装层63与发光装置61之间表面最短距离大于3mm。优选的，发光装置61与第二量子点封装层63之间的最小表面距离为大于3mm且小于10mm。本实施例三中，为了进一步减少量子点材料局部受热而失效问题以及中间位置蓝色光强较大而导致中间位置偏色问题，第二量子点封装层63的内表面一侧形成有扩散粒子层，扩散粒子层包含扩散粒子对光线有扩散作用。从发光装置61发出的第一波长激励光线，经扩散粒子层中扩散粒子的扩散作用，扩大了激励光线的发散角度，使激励光线更加均匀，避免由于激发光线光强过度集中而导致局部量子点材料高温失效，以及防止由于蓝色光强过度集中中间位置而偏色问题。
进一步的，图5a为图5中量子点发光装置封装件结构的变形例的示意图，如图5a所示，在第二量子点封装层63和第三量子点封装层64之间设置有二向色部件66，具体参照实施例一，在此不再赘述。
实施例四：
本发明实施例四还提供一种背光模组，包括：
如实施例一至三中任一量子点发光装置。具体的，将量子点发光装置作为背光模组的背光源，本领域技术人员可参照现有技术中背光模组结构实现。
实施例五：
本发明实施例五还提供一种液晶显示装置，包括：
图6为本实施例四提供一种液晶显示装置的结构示意图，如图6所示，本实施例的液晶显示装置500包括：包括外壳501、液晶显示面板502和背光模组503，其中，背光模组503可以采用实施例四中背光模组，此处不再赘述。其中，外壳501可以包括前壳和后壳。
在一些其他可能实现方式中，外壳501可以省略，外壳501的外观功能集成在背光模组503上。
在实际应用中，液晶显示面板可以为薄膜晶体管液晶显示器件（Liquid CrystalDisplay，简称LCD）。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种量子点发光装置，其特征在于，包括：
发光装置，用于产生第一波长激励光；
第三量子点封装层，用于吸收所述第一波长激励光线而产生第三波长转换光线；
第二量子点封装层，用于吸收所述第一波长激励光线而产生第二波长转换光线，所述第二量子点封装层位于所述发光装置与所述第三量子点封装层之间，所述第二量子点封装层与所述发光装置之间表面最短距离大于3mm且小于10mm；
二向色部件，用于透射所述第一波长光和所述第二波长光且反射所述第三波长光，其中，二向色部件位于所述第二量子点封装层和所述第三量子点封装层之间；
其中，所述第三波长小于所述第二波长且大于所述第一波长。
2.根据权利要求1所述的量子点发光装置，其特征在于，在所述第二量子点封装层靠近所述发光装置一侧形成有扩散粒子层。
3.根据权利要求2所述的量子点发光装置，其特征在于，所述第二量子点封装层和所述第三量子点封装层的内外表面分别形成弧面，其中，向外凸出的外表面为出光面，相对于所述外表面的内表面为凹面，所述内表面为入光面。
4.根据权利要求3所述的量子点发光装置，其特征在于，还包括电路板，所述发光装置设置在所述电路板上；
以及所述第二量子点封装层和所述第三量子点封装层与所述电路板连接，且分别形成在所述发光装置的外围。
5.根据权利要求2所述的量子点发光装置，其特征在于，还包括：
封装基体，形成凹槽状，所述发光装置设置所述封装基体的凹槽底部上；
其中，所述第二量子点封装层和所述第三量子点封装层分别形成在凹槽开口部上。
6.根据权利要求5所述的量子点发光装置，其特征在于，所述第二量子点封装层和所述第三量子点封装层的出光面分别为平面状。
7.根据权利要求2所述的量子点发光装置，其特征在于，还包括：
密封部件，形成在所述第三量子点封装层的外表面上，以对所述第三量子点封装层进行密封。
8.一种背光模组，其特征在于，包括：包括权利要求1-7任一所述的量子点发光装置作为该背光模组的背光源。
9.一种液晶显示装置，其特征在于，包括：
背光模组和液晶显示面板，所述显示面板设置于所述背光模组上方，其中，所述背光模组包括权利要求8所述背光模组。
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