CN106299076B - 一种量子点发光元件、背光模组和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供一种量子点发光元件、背光模组和显示装置，涉及光电器件领域，能够降低量子点发光元件散热问题对量子点材料发光效率的影响。该量子点发光元件，包括：衬底基板；LED发光结构，其中所述LED发光结构设置于所述衬底基板第一表面，用于产生激励光线；隔热层，所述隔热层设置于所述衬底基板第二表面；量子点层，所述量子点层设置于所述隔热层上，所述量子点层受所述激励光线激发而发光；所述隔热层用于阻隔所述衬底基板和所述量子点层的热传导或热辐射。本发明的实施例用于量子点发光元件制造。

Description

一种量子点发光元件、背光模组和显示装置
技术领域
本发明涉及光电器件领域，尤其涉及一种量子点发光元件、背光模组和显示装置。
背景技术
目前市面上最常见的液晶电视，它们能表现的色域范围一般都不大，其显示色域一般在68％～72％NTSC(英文全称：National Television Standards Committee，中文缩写：国家电视标准委员会)标准左右，因而不能提供很好的色彩效果。随着消费者对画质要求的提高，高色域背光技术正成为行业内研究的重点。ULED(Ultra Light EmittingDiode，极致发光二极管)产品色域可达85％NTSC以上，色彩表现力突出，市场反应较好，更高的色域是下一代ULED产品的发展方向。
目前行业内可实现色域最高的背光方案是蓝光激发量子点材料产生白光的方案，色域可达100％NTSC以上。因为量子点的热稳定性较差，温度高于120℃时激发效率急速下降甚至失效。因此，目前行业内比较成熟的做法是将量子点材料放置在距离LED较远的地方。该方案应用于直下式背光方案中，量子点材料被封装在膜片中，作为模组中的一张膜片，放置在扩散板的上方，所有膜片的下方。该方案应用于侧入式背光方案中，量子点被封装在一条玻璃管中，通过支架固定在入光侧LED上方，并需保证一定距离。这两种方式由于量子点材料用量较大，不仅增加了背光成本和设计难度，而且量子点材料的激发效率也会受到影响，蓝光利用率降低。
为提高激发效率并降低生产成本，发明人在尝试将量子点直接封装到LED内部时，因为电视背光需要亮度较高，需采用大功率LED发光芯片，散热问题成为技术瓶颈，由于结温经常会接近甚至高于120℃，严重影响到了量子点材料的激发效率。
发明内容
本发明的实施例提供一种量子点发光元件、背光模组和显示装置，能够降低量子点发光元件散热问题对量子点材料发光效率的影响。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供一种量子点发光元件，包括：
衬底基板；
LED发光结构，其中所述LED发光结构设置于所述衬底基板第一表面，用于产生激励光线；
隔热层，所述隔热层设置于所述衬底基板第二表面；
量子点层，所述量子点层设置于所述隔热层上，所述量子点层受所述激励光线激发而发光；所述隔热层用于阻隔所述衬底基板和所述量子点层的热传导。
第二方面，提供一种背光模组，包括：
背板；
背光光源，所述背光光源设置在所述背板上，所述背光光源包括多个点光源，每个所述点光源包括上述的量子点发光元件；
光学膜片组，所述光学膜片组设置在所述背光光源的出光方向上；
液晶显示面板，所述液晶显示面板设置在所述光学膜片组上方；
其中，所述背板、所述背光光源、所述光学膜片组及所述液晶显示面板组装成一体结构。
第三方面，提供一种显示装置，包括上述的背光模组。
上述提供的量子点发光元件、背光模组和显示装置，由于衬底基板和量子点层之间设置有隔热层，因此能够避免或降低LED发光结构产生的热量通过衬底基板后传导或辐射至量子点层，从而能够降低量子点发光元件散热问题对量子点材料发光效率的影响。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例提供的一种量子点发光元件的结构示意图；
图2为本发明的另一实施例提供的一种量子点发光元件的结构示意图；
图3为本发明的又一实施例提供的一种量子点发光元件的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的一种两种介质表面的光线折射原理示意图；
图5为本发明的实施例提供的一种两种介质表面的光线全反射原理示意图；
图6为本发明的实施例提供的隔热层对不同波长光线的透过率特性曲线示意图；
图7为本发明的实施例提供的一种背光模组的结构示意图；
图8为本发明的另一实施例提供的一种背光模组的结构示意图。
附图标记：
衬底基板-11；
LED发光结构-12；
空穴层-121；
量子阱-122；
电子层-123；
封框胶-124；
隔热层-13；
量子点层-14；
第一电极-15；
第一欧姆接触层-16；
第二电极-17；
第二欧姆接触层-18；
散热基板-19；
水氧阻隔层-20；
第一反射层-21；
第二反射层-22。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1所示，本发明的实施例提供一种量子点发光元件，包括：
衬底基板11；
LED发光结构12，其中LED发光结构12设置于衬底基板11第一表面，用于产生激励光线；
隔热层13，设置于衬底基板11第二表面；
量子点层14，设置于隔热层13上，量子点层14受激励光线激发而发光；隔热层13用于阻隔衬底基板11和量子点层14的热传导或热辐射。
上述提供的量子点发光元件，由于衬底基板和量子点层之间设置有隔热层，因此能够避免或降低LED发光结构产生的热量通过衬底基板后传导或辐射至量子点层，从而能够降低量子点发光元件散热问题对量子点发光效率的影响。
进一步的参照图1所示，LED发光结构12包括：设置于衬底基板11第一表面的空穴层121、设置于空穴层121上的量子阱122、设置于量子阱122上的电子层123。
为了对LED发光结构12形成的PN结实现良好的散热，本发明的实施例提供的方案还包括：电子层123通过第一电极15与散热基板19上的第一欧姆接触层16导通；空穴层121通过第二电极17与散热基板19上的第二欧姆接触层18导通。其中第一电极15和第二电极16形成两个散热通道，实现对PN结的良好散热。
进一步的，由于量子点层激发的光线存在后向散射光线，后向散射光为量子点发光元件损失光线，为提高量子点发光元件的出光效率，参照图3所示，本发明的实施例提供的方案还包括：电子层123与第一电极15之间设置有第一反射层21；空穴层121与第二电极16之间设置有第二反射层22。
其中，上述LED发光结构12用于向量子点层14提供激发光源，示例性的：空穴层121可以采用P型氮化镓材料(P-GaN)，电子层123可以采用N型氮化镓材料(N-GaN)；衬底基板11通常采用蓝宝石衬底；参照图3所示，P型氮化镓产生的空穴和N型氮化镓产生的电子结合后释放出一个光子，一部分光子i向上通过透明的蓝宝石衬底出射至量子点层14，一部分光子o向下被第一电极和第二电极上方的反射层反射回来，从蓝宝石衬底上表面出射至量子点层14。此外，受半导体LED发光结构内部量子效率和光取出效率的影响，目前半导体LED发光器件仅能够将约30％的输入功率转化光能，剩余部分转化为热能致使结温过高。从而造成LED封装内温度过高使量子点失效，上实施例中蓝宝石衬底上部增加一隔热层，在隔热层上部封装量子点材料形成量子点层，隔热层用于阻隔衬底基板和量子点层的热传导，有效将LED结温升高转化的热能与量子点层隔离，而LED发光结构产生的光以辐射的形式传递到量子点层，并激发量子点材料产生特定波长的光线。此外LED发光结构的PN结产生的大量热能可以通过第一电极和第二电极形成的散热通道向下传导，通过欧姆接触电极将热能传递到散热基板，以保证LED寿命，同时可有效避免因LED芯片过热引起的量子点材料失效问题。
为对量子点层中的量子点材料进行保护，可选的，参照图2、3所示，量子点层14上覆盖有水氧阻隔层20。水氧阻隔层的材料可以是硅酮、丙烯酸聚合物或玻璃，该层可以对水分和氧气隔离，防止量子点材料失效。具体的，水氧阻隔层20可以通过封框胶粘接在隔热层13上方，通过将量子点材料封装于水氧阻隔层20和隔热层13之间实现量子点层的功能。
此外为了进一步提高激发光源的利用效率，隔热层13的材料对蓝光的折射率大于衬底基板的材料对蓝光的折射率。隔热层对蓝光的折射率大于封装内蓝宝石衬底对蓝光的折射率，这样光线由蓝宝石衬底(光疏介质)入射到隔热层(光密介质)时，可以避免界面上发生全发射，提高蓝光取出效率。如图4、5所示，若α为光线自蓝宝石衬底入射到隔热层时发生全反射的临界角，如图4所示，当光线由光疏介质向光密介质传播时，光线100％折射，不会发生全反射，其中折射角为图3中的β；如图5所示当光线由光密介质向光疏介质传播时，入射角大于α时光线会发生全反射，光线取出效率降低。因此，若隔热层折射率大于蓝宝石衬底，光线按图4所示方式传播，提高了光线取出效率。
此外，由于光线波长越短，对量子点的激发效率越高，并且长波长光谱携带大量热量，因此量子点材料的激发光源多选用波长较短的蓝光、紫光或紫外光波段，在本发明的实施例中隔热层对超过第一预设波长的光为第一透过率；隔热层对低于第一预设波长的光为第二透过率；其中第一透过率小于第二透过率。
具体的，参照图6所示的隔热层对不同波长光线的透过率特性曲线图；其中图6中示出了量子点发光元件的出射光谱及蓝光激发量子点后的光谱特性曲线5-1，以及隔热层对可见光区域的透过率特性曲线5-2；其中横坐标表示波长，纵坐标表示透过率；该隔热层可以为半透明状态，并不是对所有可见光都100％透过，波长越长隔热层的透过率越低；从图6中5-2的光谱透过率特性曲线可知，隔热层适用于激发源波长低于470nm的量子点发光元件。从图6可以看出，隔热层对谱段内的蓝光光线(B)透过率为100％，蓝光光子可以全部透过隔热层对激发量子点材料，有效保证蓝光利用率；而对于激发量子点所产生的红色(R)和绿色(G)波段，隔热层的透过率较低，大部分红光和绿光经隔热层向上反射后经量子点材料层和水氧阻隔层出射，光线光程减小，能量损失也相对减少，另一小部分则向下透射到欧姆接触层被欧姆接触层的反射面反射回来。
隔热层不仅可以阻断接触热传导，因其具有曲线5-2所示特性，对于携带大量热能的红外或近红外辐射的透过率几乎为0，因此避免了LED发光结构产生的热量以红外线的形式辐射至量子点层，更加有效的降低了量子点发光元件散热问题对量子点材料发光效率的影响。
基于上述实施例提供的各个方案，LED发光结构产生蓝光，量子点层的材料为红绿量子点混合材料；或者，LED发光结构产生紫外光，量子点层的材料为红绿蓝量子点混合材料。
本发明的实施例提供一种背光模组，参照图7、8所示，包括背板71；背光光源72，光学膜片组73、液晶显示面板74；
背光光源72设置在背板71上，背光光源72包括多个点光源，每个点光源包括上述任一实施例提供的量子点发光元件；光学膜片组73设置在背光光源72的出光方向上；液晶显示面板74，设置在光学膜片组73上方，其中，背板71、背光光源72、光学膜片组73及液晶显示面板84组装成一体结构。
参照图7所示，本发明的实施例提供的背光模组可以为直下式背光模组，此时背光光源72均匀设置于背板71的底面，上述的光学膜片组73具体可以为由扩散膜、棱镜片组成的光学膜层结构。
或者，参照图8所示，本发明的实施例提供的背光模组可以为侧入式背光模组，此时背光光源72设置于背板71的侧面，上述的光学膜片组73还包括导光板731，其中导光板731用于将背光光源72发射的光线反射至光学膜片组73的其他膜片结构，其中上述直下式和侧入式背光模组的光学膜片组均为现有技术这里不再赘述。
本发明的实施例提供一种显示装置，包括上述的背光模组。该显示装置可以为电子纸、手机、电视、数码相框等等显示设备。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种量子点发光元件，其特征在于，包括：
衬底基板；
LED发光结构，其中所述LED发光结构设置于所述衬底基板第一表面，用于产生激励光线；
隔热层，所述隔热层设置于所述衬底基板第二表面；
量子点层，所述量子点层设置于所述隔热层上，所述量子点层受所述激励光线激发而发光；所述隔热层用于阻隔所述衬底基板和所述量子点层的热传导或热辐射；
所述LED发光结构包括：设置于所述衬底基板第一表面的空穴层、设置于所述空穴层上的量子阱、设置于所述量子阱上的电子层；
所述电子层通过第一电极与散热基板上的第一欧姆接触层导通；所述空穴层通过第二电极与散热基板上的第二欧姆接触层导通；
所述电子层与所述第一电极之间设置有第一反射层；所述空穴层与所述第二电极之间设置有第二反射层。
2.根据权利要求1所述的量子点发光元件，其特征在于，所述量子点层上覆盖有水氧阻隔层。
3.根据权利要求2所述的量子点发光元件，其特征在于，所述水氧阻隔层的材料包括以下任一：硅酮、丙烯酸聚合物和玻璃。
4.根据权利要求1所述的量子点发光元件，其特征在于，所述隔热层的材料对蓝光的折射率大于所述衬底基板的材料对蓝光的折射率。
5.根据权利要求1所述的量子点发光元件，其特征在于，所述隔热层对超过第一预设波长的光为第一透过率；所述隔热层对低于第一预设波长的光为第二透过率；
其中所述第一透过率小于所述第二透过率。
6.根据权利要求1所述的量子点发光元件，其特征在于，所述LED发光结构产生蓝光，所述量子点层的材料为红绿量子点混合材料；
或者，所述LED发光结构产生紫外光，所述量子点层的材料为红绿蓝量子点混合材料。
7.一种背光模组，其特征在于，包括：
背板；
背光光源，所述背光光源设置在所述背板上，所述背光光源包括多个点光源，每个所述点光源包括权利要求1-6任一项所述的量子点发光元件；
光学膜片组，所述光学膜片组设置在所述背光光源的出光方向上；液晶显示面板，所述液晶显示面板设置在所述光学膜片组上方；
其中，所述背板、所述背光光源、所述光学膜片组及所述液晶显示面板组装成一体结构。
8.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求7所述的背光模组。
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