CN108110120A - 量子点led以及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高量子点LED使用功率的设计，属于LED光源技术领域，包括LED芯片以及设有沉槽状容置腔的LED支架，所述LED芯片设置在所述容置腔底面的中心；通过在LED芯片和量子点材料之间设置混有荧光粉和散射粒子的填充层，或者设置混有荧光粉的填充层，以及在填充层与量子点层之间设置扩散层，并且设置所述LED芯片与所述量子层之间的最小距离h在合适的范围，在保证量子点材料使用过程中不失效的情况下，提高量子点LED的可靠性以及LED芯片的使用功率，实现量子点LED的高色域显示。

Description

量子点LED以及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种提高量子点LED使用功率的设计。
背景技术
发光二极管(light-emitting diode,LED)是一种新型固态光源，具有亮度高、光效高、寿命长等优点，目前显示技术领域内实现高色域的背光即采用蓝光LED激发量子点材料产生白光的方案，色域可达100％NTSC以上。
在应用这种量子点LED时，量子点材料在高温以及空气中的水和氧的作用下会导致其失效，需要对量子点材料进行封装，目前多采用膜片的形式，将量子点材料涂布在整个出光面，放置在扩散板或导光板上侧，量子点接收蓝光照射为均匀面，接收的蓝光LED光功率可达1～2W/cm2，缺点是量子点需涂布整个出光面，成本较高；而将量子点材料直接放置在LED芯片上方这种形式最节省量子点材料。
但由于LED芯片的光强分布呈朗伯分布，出光角度越小，单位面积的光功率也就越高，即在LED芯片正上方的量子点材料更容易受到高强度蓝光的照射，会使得量子点材料受到最高值60W/cm2～100W/cm2的蓝光光功率的照射，而量子点材料可承受的蓝光功率极限一般在5W/cm2，推荐正常使用推荐正常使用是在2W/cm2以下，即超出量子点材料可承受的极限光功率范围会造成LED芯片正上方部位的量子点失效，而距离LED芯片较远处的光强则较低，不利于实现量子点LED的高色域显示，因此，在保证量子点材料在使用过程中不失效的前提下，以及在不降低量子点LED实现高色域的基础上，需要提高LED芯片的使用功率以及量子点LED的可靠性。
发明内容
本发明提供了一种量子点LED，在保证量子点材料在使用过程中不失效前提下，实现量子点LED的高色域显示，提高量子点LED的可靠性。
本发明技术方案如下：
本发明第一方面提供一种量子点LED，包括LED芯片以及设有沉槽状容置腔的LED支架，所述LED芯片设置在所述容置腔的底面；所述容置腔内从上往下依次设置阻隔层与量子点层，所述量子点层与所述容置腔的底面形成填充层，所述填充层内填充混有散射粒子与荧光粉的胶体，所述填充层的光能量的转换率a，0.24≤a≤0.48；所述LED芯片与所述量子层之间的最小距离h满足：h≥0.03mm；以及所述LED芯片的光功率Pe，0.17W≤Pe≤4.23W。
可选地，所述散射粒子的材料包括SiO2、CaCO3、TiO2、BaSO4和玻璃微珠中的一种或多种。
可选地，所述荧光粉为红色荧光粉，所述荧光粉的材料为普通氮化物或KSF荧光粉，其受激发可产生波峰波长为620nm～660nm范围内的红光。
可选地，所述胶体为环氧树脂或硅胶或其他胶体，所述胶体充当溶液的作用。
可选地，所述阻隔层层的主要材料为Al2O3或SiO2，从顶部隔绝空气中的氧气与水分对量子点材料造成破坏。
可选地，所述LED芯片为蓝光芯片，其可发出波长小于460nm的蓝光。
可选地，所述量子点材料为绿色量子点材料，受激发可产生波长在520nm～550nm范围内的绿光。
本发明第二方面提供一种量子点LED，包括LED芯片以及设有沉槽状容置腔的LED支架，所述LED芯片设置在所述容置腔底面的中心；所述容置腔内从上往下依次设置阻隔层、量子点层以及混有散射粒子的扩散层，所述扩射层与所述容置腔底面形成填充层，所述填充层内填充混有荧光粉的胶体，所述填充层的光能量的转换率a，0.24≤a≤0.48；所述LED芯片与所述量子层之间的最小距离h满足：h≥0.03mm；以及所述LED芯片的光功率Pe，0.17W≤Pe≤4.23W；
所述LED芯片与所述量子层之间的最小距离h满足：h≥0.03mm。
可选地，所述扩散层中包括散射粒子，所述散射粒子包括SiO2、CaCO3、TiO2、BaSO4和玻璃微珠中的一种或多种。
可选地，所述荧光粉为红色荧光粉，所述荧光粉的材料为普通氮化物或KSF荧光粉，其受激发可产生波峰波长为620nm～660nm范围内的红光。
可选地，所述胶体为环氧树脂或硅胶或其他胶体，所述胶体充当溶液的作用。
可选地，所述阻隔层的主要材料为Al2O3或SiO2，从顶部隔绝空气中的氧气与水分对量子点材料造成破坏。
可选地，所述LED芯片为蓝光芯片，其可发出波长小于460nm的蓝光。
可选地，所述量子点材料为绿色量子点材料，受激发可产生波长在520nm～550nm范围内的绿光。
本发明第三方面还提供一种显示装置，包括上述任一一种量子点LED。
与现有技术相比，本发明申请所提出的技术方案的有益技术效果包括：
本发明提供的量子点LED，通过在LED芯片和量子点材料之间设置混有荧光粉和散射粒子的填充层，或者设置混有荧光粉的填充层，且在填充层与量子点层之间设置混有散射粒子的扩散层，通过设置量子点层到LED芯片之间的最小距离在合适范围，在保证量子点材料不会因为LED芯片照射在单位面积最大光功率过大而导致其失效的问题的前提下，提高量子点LED的可靠性以及LED芯片的使用功率，实现量子点LED的高色域显示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式，下面将对实施方式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方式，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是本发明实施例一量子点LED的结构示意图；
图2是本发明实施例一量子点LED光功率分布图；
图3是本发明实施例一量子点LED的功能图；
图4是本发明实施例二量子点LED的结构示意图；
图5是本发明实施例二量子点LED的功能图；
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。需要说明的是，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
实施例一：
本申请实施例一为本申请的优选实施例，提供一种量子点LED，其局部结构示意图如图1所示。一种量子点LED100，包括LED芯片110以及设有沉槽状容置腔121的LED支架120，其中，LED支架120的材料可以为特殊处理的EMC、PC材质，其具有全可见光波段的高反射性，耐蓝光辐射、以及耐高温等特性；LED芯片110设置在容置腔121底面上，位于容置腔121底面的中心位置；在容置腔121内从上往下依次设置阻隔层130、量子点层140，其中，阻隔层130与量子点层140均与容置腔121的四壁紧密契合，且阻隔层130与LED支架120的上表面齐平；量子点层140与容置腔121的底面形成填充层150，填充层150内填充混有散射粒子与荧光粉的胶体，该胶体覆盖LED芯片110的所有发光面，且填充满整个填充层250；经过大量的实验测试，发明人发现，LED芯片110与量子点层140之间的距离h满足：h≥0.03mm时，本申请提供的量子点LED具有较高的使用功率与可靠性。
可选地，填充层150中的散射粒子可以为SiO2、CaCO3、TiO2、BaSO4和玻璃微珠中的一种或多种，上述散射粒子能破坏蓝光光强的朗伯分布，使蓝光能更加均匀照射到量子点层140的各个位置，而不是集中在量子点层140上对应的LED芯片110出光角度较小的区域，可以使单位面积的最大蓝光照射能量降低40％～60％，单位面积的最大蓝光照射能量变为原来的40％～60％，如图2所示，图2为本申请实施例一中量子点LED 100有无散射粒子时蓝光照射量子点层的光功率分布图，其中，图2左边为无散射粒子，右边为有散射粒子时蓝光照射量子点层140的光功率分布。
可选地，填充层150中的荧光粉为红色荧光粉，其材料可以为普通的氮化物，也可以为KSF荧光粉，在蓝光的照射下，上述红色荧光粉可以吸收20％～40％的蓝光能量并激发产生红光，能剩余的60％～80％的蓝光能量。
具体地，经过填充层150中的荧光粉吸收与散射粒子的扩散作用以后，单位面积的最大蓝光照射能量约变为原来的24％～48％，能减小局部的光功率过高的问题，使得蓝光照射分布更均匀，降低量子点层140中的量子点材料失效的概率，提高量子点LED 100的可靠性。
可选地，由于LED芯片110在发光过程中会产生大量的热量，为保证量子点LED100能正常工作，且光线能透过填充层150，需保证填充层150中的胶体具有耐高温、透光性良好的性质，优选地，填充层150中的胶体可以为环氧树脂或硅胶以及其他具有耐高温、透光性良好的胶体。
可选地，如果量子点材料长时间暴露在空气中，在空气的水分和氧气的作用下，量子点层140中的量子点材料会失效，不利于量子点LED 100使用的可靠性以及使用寿命，因此，阻隔层130应具有良好的密封性以及透光性。
优选地，阻隔层130的主要材料可以为Al2O3或SiO2，并且通过溅射或者蒸镀的方式设置在量子点层140的上方(即量子点层140与空气接触的一侧)，从顶部阻隔空气中水和氧对量子点材料的破坏。
优选地，LED芯片110为蓝光芯片，可发出波长小于460nm的蓝光，蓝光激发量子点层140中的量子点材料，混合产生白光，具有较高的色域。
可选地，量子点层140中的量子点材料为波长在520-550nm范围内的绿色量子点材料，其受激发可以产生波长在520-550nm范围内的绿光。
如图3所示，图3是本发明实施例一的量子点LED功能图，发明人在研究中发现，由于LED芯片110的出光具有朗伯分布的特性，在不同距离下，普通蓝光LED单位面积的最大蓝光强度y与LED芯片与量子点层之间距离x接近如下关系式：
y＝Pe/0.55*(-0.0001x6+0.0018x5-0.0107x4+0.0277x3-0.0136x2-0.0776x+0.1399)
式中，y为单位面积的接收到的LED芯片发出的蓝光能量(单位W/mm2)，x为LED芯片与照射处的距离(单位mm)，Pe为选用的LED芯片的光功率。
本申请实施例一中，若按照量子点层140可承受的最大单位面积的蓝光光功率5W/cm2计算，则本发明的中，当LED芯片110的光功率Pe与LED芯片110到量子点层140的距离h满足关系式：
a*Pe(-0.0001*h6+0.0018*h5-0.0107*h4+0.0277*h3-0.0136*h2-0.0776*h+0.1399)≤2.75*10-2
式中，Pe为本申请实施例一中LED芯片110的光功率，a为填充层150对光能量的转换率，其中，0.24≤a≤0.48(前面已经论述)，h为LED芯片110到量子点层140之间的距离h，通过实验测试发现，当h≥0.03mm时(h距离太远时，增加了显示装置的整体厚度，且会导致LED芯片110出光角度较大的光强不够，不具有现实意义，因此h一般应小于2.5mm)，本申请实施例一提供的LED芯片110的光功率Pe介于0.62W-4.23W之间，而目前常用的LED芯片110的光功率Pe0仅为0.05-1.8W，提高了LED芯片110的使用功率，且本申请实施例一提供的量子点LED100能使得LED芯片110照射在量子点层140的单位面积最大蓝光功率控制在极限范围以内，不会造成量子点材料失效，提高了量子点LED100的可靠性，实现量子点LED100的高色域显示。
具体地，若按照推荐正常使用时，量子点层140可承受的最大单位面积的蓝光光功率在2W/cm2以下计算，则LED芯片110的光功率Pe与LED芯片110到量子点层140的距离h满足关系式：
a*Pe(-0.0001*h6+0.0018*h5-0.0107*h4+0.0277*h3-0.0136*h2-0.0776*h+0.1399)≤1.1*10-2
此时，LED芯片110的光功率Pe1范围介于0.17W-1.69W之间，相对于常用的LED芯片110的光功率，最小值也有所提高。
本发明提供的量子点LED，通过在LED芯片和量子点材料之间设置混有荧光粉和散射粒子的填充层，或者设置混有荧光粉的填充层，且在填充层与量子点层之间设置混有散射粒子的扩散层，通过设置量子点层到LED芯片之间的最小距离在合适范围，在保证量子点材料不会因为LED芯片照射在单位面积最大光功率过大而导致其失效的问题的前提下，提高量子点LED的可靠性以及LED芯片的使用功率，实现量子点LED的高色域显示。
实施例二：
图4是本发明实施例二的量子点LED结构示意图，如图4所示，一种量子点LED 200，包括LED芯片210以及设有沉槽状容置腔221的LED支架220，其中，LED支架220的材料可以为特殊处理的EMC、PC材质，其具有全可见光波段的高反射性，耐蓝光辐射、以及耐高温等特性；LED芯片210设置在容置腔221底面，位于容置腔221底面的中心位置；在容置腔221内从上往下依次设置阻隔层230、量子点层240与混有散射粒子的扩散层260，其中，阻隔层230与量子点层240以及扩散层260均与容置腔221的四壁紧密契合，且阻隔层230与LED支架220的上表面齐平；扩散层260与容置腔221的底面形成填充层250，填充层250内填充混有荧光粉的胶体，该胶体覆盖LED芯片210的所有发光面，且填充满整个填充层250；经过大量的实验测试，发明人发现，LED芯片110与量子点层140之间的距离h满足：h≥0.03mm时，本申请提供的量子点LED具有较高的使用功率与可靠性。如图5所示，图5为本申请实施例二提供的量子点LED的功能图。
可选地，扩散层260中散射粒子可以为SiO2、CaCO3、TiO2、BaSO4和玻璃微珠中的一种或多种，上述材料能破坏蓝光光强的朗伯分布，使蓝光能更加均匀照射到量子点层240的各个位置，而不是集中在量子点层240上对应的LED芯片210出光角度较小的区域，可以使单位面积的最大蓝光照射能量降低40％～60％，单位面积的最大蓝光照射能量变为原来的40％～60％。
可选地，填充层250中的荧光粉为红色荧光粉，其材料可以为普通的氮化物，也可以为KSF荧光粉，在蓝光的照射下，上述红色荧光粉可以吸收20％～40％的蓝光能量并激发产生红光，能剩余的60％～80％的蓝光能量。
具体地，经过填充层250中的荧光粉吸收以及扩散层260中散射粒子的扩散作用以后，单位面积的最大蓝光照射能量约变为原来的24％～48％，能减小局部的光功率过高的问题，降低量子点层240中的量子点材料失效的概率，提高量子点LED 200的可靠性与使用功率。
本申请实施例二中量子点LED200的其他结构与功能与实施例一中量子点LED100相同，所具有的有益技术效果也相同，在此不做赘述。
实施例三：
本申请实施例三还提供一种显示装置，包括上述实施例一与实施例二任一所述的量子点LED100(200)，量子点LED100(200)的功能与作用已在前述实施例中详细说明，此处不再赘述。
以上具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种量子点LED，其特征在于，包括：
LED芯片以及设有沉槽状容置腔的LED支架，所述LED芯片设置在所述容置腔的底面；
所述容置腔内从上往下依次设置阻隔层与量子点层，所述量子点层与所述容置腔的底面之间形成填充层，所述填充层内填充混有散射粒子与荧光粉的胶体，所述填充层的光能量的转换率a满足 0.24≤a≤0.48；
所述LED芯片与所述量子层之间的最小距离h满足：h≥0.03mm；
以及所述LED芯片的光功率Pe满足 0.17W≤Pe≤4.23W。
2.一种量子点LED，其特征在于，包括：
LED芯片以及设有沉槽状容置腔的LED支架，所述LED芯片设置在所述容置腔底面的中心；
所述容置腔内从上往下依次设置阻隔层、量子点层以及混有散射粒子的扩散层，所述扩散层与所述容置腔底面形成填充层，所述填充层内填充混有荧光粉的胶体，所述填充层的光能量的转换率a，0.24≤a≤0.48；
所述LED芯片与所述量子层之间的最小距离h满足：h≥0.03mm；
以及所述LED芯片的光功率Pe，0.17W≤Pe≤4.23W。
3.根据权利要求1或权利要求2中任一所述的量子点LED，其特征在于，所述散射粒子包括SiO2、CaCO3、TiO2、BaSO4和玻璃微珠中的一种或多种。
4.根据权利要求1或权利要求2中任一所述的量子点LED，其特征在于，所述荧光粉为红色荧光粉，所述荧光粉的材料为普通氮化物或KSF荧光粉。
5.根据权利要求1或权利要求2中任一所述的量子点LED，其特征在于，所述胶体为环氧树脂或硅胶。
6.根据权利要求1或权利要求2中任一所述的量子点LED，其特征在于，所述阻隔层的主要材料为Al2O3或SiO2。
7.根据权利要求6所述的量子点LED，其特征在于，所述阻隔层通过溅射或者蒸镀的方式形成在所述量子点层的上方。
8.根据权利要求1或权利要求2中任一所述的量子点LED，其特征在于，所述LED芯片可发出波长小于460nm的蓝光。
9.根据权利要求1或权利要求2中任一所述的量子点LED，其特征在于，所述量子点材料受激发可产生波长在520-550nm范围内的绿光。
10.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括权利要求1-8任一所述的量子点LED。
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