CN108321284B - 一种直下式量子点白光led背光模组及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直下式量子点白光LED背光模组及其制备方法。该方法利用直下式LED背光模组中匀光扩束的透镜作为红、绿光量子点荧光胶体的涂覆载体，并对红、绿光量子点荧光胶体表面进行气密性保护来改善其稳定性，然后将涂覆有红、绿光量子点荧光胶体的透镜与蓝光LED粘接在一起，形成直下式背光模组，利用蓝光芯片激发红、绿光量子点发射红、绿光并与部分未吸收的蓝光形成红、绿、蓝三基色白光LED。本发明的直下式量子点白光LED背光模组具有发光效率高、稳定性好、制作简单以及成本低的优势。
Description
技术领域
本发明涉及量子点白光LED封装技术及其LCD背光应用领域，具体涉及一种直下式量子点白光LED背光模组及其制备方法。
背景技术
目前主流平板显示器应用的液晶模组采用的是薄膜晶体管（TFT）技术，TFT属于非主动式发光显示，需要由白光背光模组提供均匀的系统亮度，再透过彩色滤光片实现多样的色彩显示，而白光LED是TFT使用最广泛的背光源。白光LED主要通过GaN基蓝光芯片激发黄色YAG:Ce荧光粉发出黄光与剩余蓝光复合得到白光，因具有寿命长、使用电压低、尺寸小、集成度高、响应时间短（最低可达到1飞秒）、性能稳定可靠以及无汞低碳环保等一系列优点，已代替冷阴极荧光灯（CCFL）成为TFT-LCD面板中的主流背光源。但是这种荧光转换的白光LED背光模组存在显色指数低、色域范围小的问题，其显示画面质量不佳。目前，高色域显示已经成为液晶显示器（LCD）面板发展的重要方向之一。
量子点是一种三维度尺寸均在纳米数量级的“准零维”纳米材料，由于量子尺寸效应，其电子和空穴在三维上都受到量子限域的影响，从而使得体材料中连续的能带变成离散的分立能级结构。相对于上述传统的YAG:Ce荧光粉，半导体量子点作为一种新型转换材料，其发光特性可通过其尺寸、形状、结构和掺杂来进行调节，具有发射光谱尺寸可调性、色纯度高、荧光效率高等特点。因此，量子点为荧光转换的白光LED作为LCD的背光源称为量子点背光技术，相对于传统YAG:Ce荧光粉，红、绿光量子点具有发射光谱窄的特点，可以使LCD的NTSC标准色域达到100%以上。因此，量子点背光技术受到产业界和研究院所的广泛关注。
目前，量子点背光技术有三种方式：量子点荧光增强薄膜、量子点玻璃导轨和量子点On-chip白光LED等，量子点荧光增强薄膜和量子点玻璃导轨具有制备复杂成本高的缺点，而量子点On-chip白光LED稳定性差。为此，提出一种直下式量子点LED背光模组，即将蓝光芯片固晶、焊线、点胶和固化等封装工艺制备蓝光LED，然后将蓝光LED回流焊安装在直下式LED背光模组的基板上；并将红、绿光量子点与封装胶体混合涂覆在直下式LED背光源的透镜进光面的凹槽内，在惰性气体环境中进行固化，并对量子点荧光胶体表面进行气密性保护提升其稳定性，最后将涂覆有量子点封装胶体的透镜与蓝光LED背光模组胶粘接在一起，即形成直下式量子点白光LED背光模组。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种直下式量子点白光LED背光模组。
本发明的目的还在于提供制备上述一种直下式量子点白光LED背光模组的方法。该方法利用直下式LED背光模组中匀光扩束的透镜作为红、绿光量子点荧光胶体的涂覆载体，并对红、绿光量子点荧光胶体表面进行气密性保护来改善其稳定性，然后将涂覆有红、绿光量子点荧光胶体的透镜与蓝光LED焊接在一起，形成直下式背光模组，利用蓝光芯片激发红、绿光量子点发射红、绿光并与部分未吸收的蓝光形成红、绿、蓝三基色白光LED。该方法制备的量子点白光LED背光模组具有发光效率高、稳定性好、制作简单以及成本低的优势。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种直下式量子点白光LED背光模组的制备方法，包括如下步骤：
（1）将蓝光芯片在LED支架上经固晶、焊线、点胶以及固化后，得到蓝光LED；再将蓝光LED通过回流焊安装在LED基板上；
（2）将红光量子点、绿光量子点以及封装胶混合，经搅拌、抽气除泡，形成均一分散的量子点荧光胶体；
（3）选用进光面具有凹槽的透镜作为匀光扩束透镜，在惰性气体保护下将量子点荧光胶体涂覆在透镜进光面的凹槽内，并经固化后，在涂覆量子点荧光胶体表面沉积致密隔绝水氧的透明薄膜，得到涂覆有量子点荧光胶体的透镜；
（4）取紫外固化胶点胶在蓝光LED出光面上，再将涂覆有量子点荧光胶体的透镜按照进光面的凹槽与蓝光LED同轴心安装在蓝光LED上，经紫外照射固化，得到所述直下式量子点白光LED背光模组。
进一步地，步骤（2）中，所述封装胶为透明的胶体，选自包括硅胶、环氧树脂或紫外固化胶。
进一步地，步骤（3）中，所述透镜的材料选自包括光学级聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、光学级聚碳酸酯（PC）或光学级玻璃。
进一步地，步骤（3）中，所述透镜进光面的凹槽为圆形凹槽，凹槽的直径大于LED支架的长度。
进一步地，步骤（3）中，所述透镜的进光面有三个凸点，用于与背光基本表面焊接。
进一步地，步骤（3）中，所述透镜的出光面为中部薄的非球面。
进一步地，步骤（3）中，所述惰性气体优选包括氮气或氩气。
进一步地，步骤（3）中，所述固化是在惰性气体保护的固化炉中固化。
进一步地，步骤（3）中，所述致密隔绝水氧的透明薄膜为依次沉积有机薄膜与无机薄膜形成的双层薄膜，形成透镜/量子点封装胶体/有机薄膜/无机薄膜的量子点封装结构。
更进一步地，步骤（3）中，所述有机薄膜的材料为派瑞林，包括N型、C型、D型或HT型派瑞林，有机薄膜采用派瑞林生长设备在室温下沉积得到。
更进一步地，步骤（3）中，所述有机薄膜的厚度为2~10 µm。
更进一步地，步骤（3）中，所述无机薄膜的材料选自包括氧化铝、氧化硅或氮化硅的透明薄膜材料，无机薄膜为采用包括等离子体增强化学的气相沉积（PECVD）或原子层沉积（ALD）低温沉积技术沉积得到。
更进一步地，步骤（3）中，所述无机薄膜的厚度为50~100nm。
进一步地，步骤（4）中，所述紫外照射固化的时间为5~10分钟。
由上述任一项所述的制备方法制得的一种直下式量子点白光LED背光模组，与LCD面板结合形成直下式背光，相应的NTSC色域大于100%，并有效提升量子点背光技术的稳定性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和技术效果：
（1）本发明制备的直下式量子点白光LED背光模组发光稳定性好，500小时工作后，发光效率仍保持初始效率的80%以上；
（2）本发明的制备方法采用了红、绿光量子点荧光胶体与匀光扩束透镜相结合，并进行有机/无机杂合薄膜的气密性保护，有效提升量子点的稳定性，同时提高了量子点背光模组的发光效率，与量子点荧光增强薄膜技术相比，该方法具有制备简单，成本低的优势；
（3）本发明的制备方法相比于量子点On-chip封装白光LED技术，避免了量子点白光LED与背光模组制备过程中的回流焊等高温对量子点稳定性的影响，解决了量子点白光LED发光效率急剧衰减的问题。
附图说明
图1为本发明的直下式量子点白光LED背光模组的封装结构截面图；
图2为实施例2制备的直下式量子点白光LED背光模组的封装结构截面图；
图3为实施例3制备的直下式量子点on-chip白光LED背光模组的结构截面图；
图4为实施例1~3制备的量子点白光LED的发射光谱图；
图5为实施例1~3制备的量子点白光LED的发光效率的衰减曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图来对本发明技术方案作进一步详细描述，但本发明的保护范围及实施方式并不局限于此。
具体实施例中，本发明直下式量子点白光LED背光模组的封装结构截面图如图1所示，包括灯条1、LED基板2、蓝光芯片3、支架4、LED透镜5、红绿量子点混合胶体层6、紫外固化胶7、封装胶体8以及致密透明薄膜9；
在灯条1上的单个直下式量子点白光LED背光模组中，蓝光芯片3通过固晶、焊线以及封装胶体8点胶、固化固定在LED支架4的底部，组成蓝光LED；蓝光LED通过回流焊安装在LED基板2上；
选用的透镜5为进光面具有圆形凹槽的匀光扩束透镜，圆形凹槽内涂覆并固化有红、绿光量子点荧光胶体6，且在红、绿光量子点荧光胶体6表面沉积致密隔绝水氧透明薄膜9；红、绿光量子点荧光胶体6为通过红光量子点、绿光量子点以及封装胶混合得到的，混合质量比为0.9:5:400；
其中，透镜5的材料选自包括光学级聚甲基丙烯酸甲酯、光学级聚碳酸酯或光学级玻璃；采用的封装胶选自包括硅胶、环氧树脂或紫外固化胶；
致密隔绝水氧的透明薄膜9为依次沉积有机薄膜与无机薄膜形成的双层薄膜，形成透镜/量子点封装胶体/有机薄膜/无机薄膜的量子点封装结构；其中，有机薄膜的材料为派瑞林，包括N型、C型、D型或HT型派瑞林，有机薄膜的厚度为2~10 µm；无机薄膜的材料选自包括氧化铝、氧化硅或氮化硅的透明薄膜材料，无机薄膜的厚度为50~100nm；
其中，圆形凹槽的直径大于LED支架4的长度，凹槽的深度为2~4 mm；透镜5的进光面有三个凸点，用于与背光基板表面粘接；透镜5的出光面为中部薄的非球面，其直径在10~15 mm，能对凹槽中的红、绿光量子点荧光胶体6发出的光进行均匀扩光；
通过紫外固化胶7的固化粘接，涂覆有量子点胶体的透镜5按照进光面的凹槽与蓝光LED同轴心安装在LED基板2上，形成直下式量子点白光LED背光模组。
实施例1
直下式量子点白光LED背光模组的制备，具体包括如下步骤：
（1）将蓝光芯片在LED支架上进行固晶、焊线、点胶和固化，制备蓝光LED，然后，将蓝光LED通过回流焊安装在直下式LED背光模组的基板上；
（2）称取0.2 g的热固化胶A和0.2 g的热固化胶B（A胶: B胶=1: 1，w/w）于烧杯中搅拌均匀，并加入100 μL绿光量子点溶液（绿光量子点溶液浓度为50 mg/ml）和30 μL红光量子点溶液（红光量子点溶液浓度为30 mg/ml），并再次搅拌使其混合均匀；放入真空烘箱内，进行抽真空20分钟去除胶体内的气泡，得到红、绿光量子点荧光胶体；把所得到的红、绿光量子点荧光胶体均匀涂覆在匀光扩束透镜进光面的凹槽内，在氮气保护下80℃固化2小时；
（3）将步骤（2）中涂覆红、绿光量子点荧光胶体的透镜移入派瑞林生长设备中制备厚度为6 μm的派瑞林薄膜，然后，在ALD设备中低温沉积一层厚度为80 nm的氧化铝薄膜，形成有机/无机杂合双层致密透明薄膜；
（4）取紫外固化胶点滴在蓝光LED背光模组基板上，然后将步骤（3）制备的涂覆红、绿光量子点荧光胶体的透镜安装在蓝光LED上，透镜进光面的凹槽与蓝光LED同轴心，在紫外光照射5分钟进行固化，得到直下式量子点白光LED背光模组。
制备的直下式量子点白光LED背光模组的封装结构截面图参见图1。
实施例2
直下式量子点白光LED背光模组的制备，具体包括如下步骤：
（1）将蓝光芯片在LED支架上进行固晶、焊线、点胶和固化，制备蓝光LED，然后，将蓝光LED通过回流焊安装在直下式LED背光模组的基板上；
（2）称取0.2 g的热固化胶A和0.2 g的热固化胶B（A胶: B胶=1: 1，w/w）于烧杯中搅拌均匀，并加入100 μL绿光量子点溶液（绿光量子点溶液浓度为50 mg/ml）和30 μL红光量子点溶液（红光量子点溶液浓度为30 mg/ml），并再次搅拌使其混合均匀；放入真空烘箱内，进行抽真空20分钟去除胶体内的气泡，得到红、绿光量子点荧光胶体；把所得到的红、绿光量子点荧光胶体均匀涂覆在匀光扩束透镜进光面的凹槽内，在氮气保护下80℃固化2小时；
（3）取适量紫外固化胶点滴在蓝光LED背光模组基板上，然后将步骤（2）制备的涂覆红、绿光量子点荧光胶体的透镜安装在蓝光LED上，透镜进光面的凹槽与蓝光LED同轴心，在紫外光照射5分钟进行固化，得到直下式量子点白光LED背光模组。
制备的直下式量子点白光LED背光模组的结构示意图如图2所示，相比实施例1的直下式量子点白光LED背光模组，结构中对量子点胶体层没有致密隔绝水氧的透明薄膜进行气密性保护。
实施例3
直下式量子点On-chip封装白光LED背光模组的制备，具体包括如下步骤：
（1）将蓝光芯片在LED支架上进行固晶、焊线、点胶和固化，制备蓝光LED；
（2）称取0.2 g的热固化胶A和0.2 g的热固化胶B（A胶: B胶=1: 1，w/w）于烧杯中搅拌均匀，并加入100 μL绿光量子点溶液（绿光量子点溶液浓度为50 mg/ml）和30 μL红光量子点溶液（红光量子点溶液浓度为30 mg/ml），并再次搅拌使其混合均匀；放入真空烘箱内，进行抽真空20分钟去除胶体内的气泡，得到红、绿光量子点荧光胶体；把所得到的红、绿光量子点荧光胶体均匀涂覆在步骤（1）中的蓝光LED支架内，在氮气保护下80℃固化2小时，形成量子点On-chip白光LED；
（3）将步骤（2）中制备的量子点On-chip白光LED通过回流焊安装在直下式LED背光模组的基板上；取紫外固化胶点滴在量子点On-chip白光LED背光基板上，将透镜安装在量子点On-chip白光LED上，在紫外光照射5分钟进行固化，得到量子点On-chip封装白光LED。
制备的直下式量子点On-chip封装白光LED背光模组的结构示意图如图3所示，相比实施例1的直下式量子点白光LED背光模组，红、绿光量子点胶体直接涂覆在固有蓝光芯片的LED支架内。
实施例1~3制备的不同直下式背光模组的发光光谱图如图4所示，由图4可知，实施例1~3制备的不同直下式背光模组都实现了红绿蓝三基色发射，其中红光和绿光为蓝光芯片激发红、绿光量子点的发射，而蓝光则为未被量子点吸收的蓝光芯片发射。
实施例1~3制备的不同直下式背光模组的发光效率随时间的变化衰减曲线图如图5所示，由图5观察实施例1~3制备的不同直下式量子点白光LED背光模组发光效率衰减情况，可以看出，实施例3制备的直下式量子点On-chip封装白光LED背光模组经38小时后背光模组的发光效率就衰减到初始效率的一半以下，实施例2制备的直下式量子点白光LED背光模组经400小时工作后其背光模组的发光效率衰减到初始效率的80%以下，而实施例1制备的直下式量子点白光LED背光模组经500小时工作后其背光模组的发光效率还保持初始效率的80%以上。
将实施例1中制备的背光模组搭配32寸液晶面板制成的液晶显示器，通过色度计测量，其RGB三基色色坐标分别为（0.6722 0.2971）、（0.1897 0.7584）和（0.1498 0.0771），再通过计算RGB三个色坐标点围成的面积，其NTSC色域达到110%。
由上述分析可知，本发明通过以红、绿光量子点为荧光转换材料，采用红、绿光量子点荧光胶体与匀光扩束透镜相结合，并进行有机/无机杂合的气密性保护能有效提升量子点的稳定性，解决了量子点On-chip白光LED发光效率急剧衰减的问题，从而实现高色域、高稳定性、低成本的量子点背光技术。
以上实例的量子点LED封装方法及其器件制备的参数仅为示意，对本领域技术人员来说，可以根据上述说明和实例加以改进或变换，所有这些相关改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种直下式量子点白光LED背光模组的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将蓝光芯片在LED支架上经固晶、焊线、点胶以及固化后，得到蓝光LED；再将蓝光LED通过回流焊安装在LED基板上；
（2）将红光量子点、绿光量子点以及封装胶混合，经搅拌、抽气除泡，形成均一分散的量子点荧光胶体；所述封装胶为透明的胶体，选自包括硅胶、环氧树脂或紫外固化胶；
（3）选用进光面具有凹槽的透镜作为匀光扩束透镜，在惰性气体保护下将量子点荧光胶体涂覆在透镜进光面的凹槽内，并经固化后，在涂覆量子点荧光胶体表面沉积致密隔绝水氧的透明薄膜，得到涂覆有量子点荧光胶体的透镜；所述透镜进光面的凹槽为圆形凹槽，凹槽的直径大于LED支架的长度；所述透镜的材料选自包括光学级聚甲基丙烯酸甲酯、光学级聚碳酸酯或光学级玻璃；所述致密隔绝水氧的透明薄膜为依次沉积有机薄膜与无机薄膜形成的双层薄膜，形成透镜/量子点封装胶体/有机薄膜/无机薄膜的量子点封装结构；所述有机薄膜的材料为派瑞林，包括N型、C型、D型或HT型派瑞林；所述有机薄膜的厚度为2~10 µm；所述无机薄膜的材料选自包括氧化铝、氧化硅或氮化硅的透明薄膜材料；所述无机薄膜的厚度为50~100nm；
（4）取紫外固化胶点胶在蓝光LED出光面上，再将涂覆有量子点荧光胶体的透镜按照进光面的凹槽与蓝光LED同轴心安装在蓝光LED上，经紫外照射固化，得到所述直下式量子点白光LED背光模组，与LCD面板结合形成直下式背光，相应的NTSC色域大于100%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述透镜的进光面有三个凸点，用于与背光基板表面粘接；所述透镜的出光面为中部薄的非球面。
3.由权利要求1~2所述的一种直下式量子点白光LED背光模组，其特征在于，与LCD面板结合形成直下式背光，相应的NTSC色域大于100%。
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