CN109950385B - 发光元件、显示装置、发光组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发光元件、包括所述发光元件的显示装置、发光组件及其制造方法，所述发光元件包括发光二极管芯片，用于发出激发光；第一荧光粉层，形成于所述发光二极管芯片的出光面，在所述激发光的激发下产生第一受激光；以及第二荧光粉层，形成于所述发光二极管芯片的出光面且与所述第一荧光粉层不相重叠，在所述激发光的激发下产生与所述第一受激光具有相同颜色的第二受激光，所述第一受激光、所述第二受激光和部分所述激发光合光形成照明光。有利于减少第一荧光粉层对第二受激光的局部吸收或第二荧光粉层对第一受激光的局部吸收，进而提高第一荧光粉层或第二荧光粉层的光转换效率。

Description

发光元件、显示装置、发光组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种发光元件、显示装置、发光组件及其制造方法。
背景技术
一般使用蓝光发光二极管芯片激发红色荧光粉和绿色荧光粉，使得激发的红色荧光和绿色荧光与未被完全吸收的蓝光混合产生白光出射。由于绿色荧光粉的转换效率较红色荧光粉差，因此一般先将绿色荧光粉形成在发光二极管芯片表面，随之再将红色荧光粉形成在绿色荧光粉层之上。具体地，当发光二极管芯片所发出的蓝光穿透绿色荧光粉层时，将会有一定比例的蓝光被绿色荧光粉吸收转换为绿光，穿透绿色荧光粉后的蓝光和绿光紧接着直接进入红色荧光粉层，蓝光激发红色荧光粉转换为红光，但在绿光穿透红色荧光粉的过程中，由于绿光的能量大于红色荧光粉粒子的能阶，部分绿光会被红色荧光粉粒子吸收转换为红光，造成绿光的转换效率降低。
发明内容
本发明第一方面提供一种发光元件，包括：
发光二极管芯片，用于发出激发光；
第一荧光粉层，形成于所述发光二极管芯片的出光面，在所述激发光的激发下产生第一受激光；以及
第二荧光粉层，形成于所述发光二极管芯片的出光面且与所述第一荧光粉层不相重叠，在所述激发光的激发下产生与所述第一受激光具有相同颜色的第二受激光，所述第一受激光、所述第二受激光和部分所述激发光合光形成照明光。
本发明第二方面提供一种发光组件，包括：
多个上述发光元件；以及
扩散层，用于对所述发光元件进行封装，以及用于对所述部分激发光、所述第一受激光和所述第二受激光进行扩散。
本发明第三方面提供一种显示装置，包括：
上述发光组件；以及
显示模组，位于所述发光组件的出光光路上，所述发光组件用于为所述显示模组提供图像显示所需的所述照明光。
本发明第四方面提供一种发光组件的制造方法，包括：
将多个发光二极管芯片设置于电路板上；
利用气相沉积法在每个所述发光二极管芯片的出光面分别沉积第一基色荧光粉和第二基色荧光粉以形成不相重叠的第一荧光粉层和第二荧光粉层；以及
在所述电路板、所述发光二极管芯片、所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层上形成扩散层进行封装。
本发明第五方面提供一种发光组件的制造方法，包括：
多个发光二极管芯片被承载于一承载片上，利用气相沉积法在每一发光二极管芯片的出光面分别沉积第一基色荧光粉和第二基色荧光粉以形成不相重叠的第一荧光粉层和第二荧光粉层；
在所述承载片、所述发光二极管芯片、所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层上形成扩散层进行封装；以及
将所述扩散层连同所述发光二极管芯片、所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层剥离所述承载片之后，于每两个发光二极管芯片之间切开形成多个被所述扩散层封装的单个发光二极管芯片组件，并将多个所述发光二极管芯片组件间隔地粘接于电路板上。
本发明提供的发光元件、发光组件和显示装置中第一荧光粉层和第二荧光粉层不相重叠，有利于减少第一受激光和第二受激光混合产生的杂光，提高第一受激光和第二受激光的色纯度。同时，有利于减少第一荧光粉层对第二受激光的局部吸收或第二荧光粉层对第一受激光的局部吸收，进而提高第一荧光粉层或第二荧光粉层的光转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例/方式技术方案，下面将对实施例/方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例/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为本发明第一实施例提供的显示装置的结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的发光组件的俯视示意图。
图3为本发明第一实施例的一种变更实施例提供的发光组件的结构示意图。
图4A和图4B为本发明第一实施例提供的发光组件的一种制造步骤对应的示意图。
图5A至图5C为本发明第一实施例提供的发光组件的另一种制造步骤对应的示意图。
图6为本发明第二实施例提供的发光组件的结构示意图。
图7A和图7B为本发明第二实施例提供的发光组件的制造步骤对应的结构示意图。
主要元件符号说明
显示装置 100
发光组件 40、41
发光元件 10
发光二极管芯片 11
出光面 11m
第一出光面 11a
第二出光面 11b
第三出光面 11c
电路板 12
第一荧光粉层 13a
第一延伸部 13m
第二荧光粉层 13b
第二延伸部 13n
扩散层 14
第一扩散层 14a
第二扩散层 14b
承载片 15
显示模组 50
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明实施例提供的发光元件中第一荧光粉层和第二荧光粉层不相重叠，有利于减少第一受激光和第二受激光混合产生的杂光，提高第一受激光和第二受激光的色纯度。同时，有利于减少传统的以层叠方式设置第一荧光粉层和第二荧光粉层时第一荧光粉层对第二受激光的局部吸收或第二荧光粉层对第一受激光的局部吸收，进而提高第一荧光粉层或第二荧光粉层的光转换效率。
第一实施例
请参阅图1，本发明第一实施例提供的显示装置100包括发光组件40和显示模组50，显示模组50位于发光组件40的出光光路上，发光组件40为显示模组50提供图像显示所需的照明光。本实施例中，发光组件40发出白光作为照明光，显示模组50为液晶显示模组，其包括常规的液晶显示模组所具备的机构，比如包括有源矩阵基板、对置的颜色滤光基板、设置于有源矩阵基板与颜色滤光基板之间的液晶层以及偏光片等。
发光组件40包括多个用于发出照明光的发光元件10及扩散层14，扩散层14用于对发光元件10进行封装，以及用于对发光组件40发出的照明光进行扩散。本实施例中发光组件40还包括电路板12，多个发光元件10的发光二极管芯片11的除出光面11m以外的一侧表面设置于电路板12上，扩散层14形成于电路板12上并覆盖所有的发光元件10。请再参照图1，出光面11m包括第一出光面11a、第二出光面11b和第三出光面11c。本实施例中，电路板12为印刷电路板(PCB板)，发光元件10电连接于电路板12上。发光组件40中发光元件10的具体数量可根据实际情况进行设计。
每个发光元件10包括：发光二极管芯片11，用于发出激发光；第一荧光粉层13a，形成于发光二极管芯片11的出光面11m，在激发光的激发下产生第一受激光；以及第二荧光粉层13b，形成于发光二极管芯片11的出光面11m且与第一荧光粉层13a不相重叠，在激发光的激发下产生与第一受激光具有不同颜色的第二受激光。本实施例中，第一荧光粉层13a与第二荧光粉层13b在出光面11m上间隔设置，使得出光面11m部分区域未被第一荧光粉层13a与第二荧光粉层13b覆盖，部分激发光从该未被覆盖的区域直接出射而未经过第一荧光粉层13a或第二荧光粉层13b，第一受激光、第二受激光和从出光面11m未被覆盖的区域直接出射的部分激发光合光形成照明光。
本实施例中，发光二极管芯片11发出蓝色的激发光。第一荧光粉层13a为红色荧光粉层，第二荧光粉层13b为绿色荧光粉层。发光二极管芯片11发出的蓝光分别激发第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b并分别产生红色荧光和绿色荧光作为第一受激光和第二受激光，红色荧光、绿色荧光及未被完全吸收的蓝色激发光合光后产生白色照明光。在其他实施例中，发光二极管芯片11发出的激发光的颜色及第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b的颜色可根据需要出射的照明光的颜色进行设计，例如还可为黄色、橙色、紫色等，本发明对此不作限定。发光二极管芯片11可以为迷你发光二极管(Mini LED)或者常规尺寸的发光二极管，所述Mini LED是指次毫米发光二极体，意指晶粒尺寸约在100微米到几百微米的LED。本实施例中，发光二极管芯片11为Mini LED。
具体地，本实施例中第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b的厚度基本相等，第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b接收激发光的面积与发光二极管芯片的出光面11m中未被第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b覆盖的面积分别为第一面积、第二面积和第三面积，混光形成照明光所需的第一受激光、第二受激光和激发光的光通量之比，等于第一面积、第二面积、第三面积分别与第一荧光粉层13a的光转换率、第二荧光粉层13b的光转换率和1的乘积之比。
本实施例中，依照白光混光比例R:G:B＝3:6:1，假设第一面积、第二面积、第三面积分别用X、Y、Z表示，红色荧光粉和绿色荧光粉的光转换效率分别为a、b，则有X*a：Y*b：1*(Z-X-Y)＝3：6：1。换句话说，依照第一荧光粉和第二荧光粉的光转换效率的不同，可以调整第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b接收激发光的面积，以得到较好的混光效果。本实施例中，第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b沉积于发光二极管芯片11背离所述电路板12一侧的顶表面，故而第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b接收激发光的面积即为第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b在发光二极管芯片11上的覆盖面积。
本实施例以常见的矩形发光二极管芯片11为例，请参阅图2，当第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b和发光二极管芯片11在y轴上的宽度相同时，假设第一荧光粉层13a、第二荧光粉层13b、发光二极管芯片11在x轴上的宽度分别为x1、x2、x3，则根据上述X*a：Y*b：1*(Z-X-Y)＝3：6：1，则有x1*a：x2*b：(x3-x1-x2)＝3：6：1，即依照第一荧光粉和第二荧光粉的光转换效率的不同，可以调整第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b在x方向上的宽度，以得到较好的白光混光效果。
在其它实施例中，发光二极管芯片11、第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b的形状可根据实际需求进行设计，例如还可为圆形、菱形或不规则形状等，发光二极管芯片11、第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b的形状可以相同也可以不相同，第一荧光粉或第二荧光粉在发光二极管芯片11上可连续沉积分布也可间隔沉积分布，只需保证X*a：Y*b：1*(Z-X-Y)等于所需照明光中第一受激光、第二受激光和激发光的光通量之比即可。
在一种变更的实施例中，请参阅图3，第一荧光粉层13a覆盖发光二极管芯片11远离电路板12一侧的顶表面的一端的部分以及发光二极管芯片11的一个侧表面上，第二荧光粉层13b覆盖发光二极管芯片11远离电路板12一侧的顶表面的另一端的部分以及发光二极管芯片11的另个相对的侧表面上，第一荧光粉层13a与第二荧光粉层13b在所述顶表面间隔开来，如此设计可将发光二极管芯片11的侧表面发出的激发光(蓝光)利用于激发第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b，有利于增加第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b接收发光二极管芯片11发出的激发光的面积，且有利于改善显示装置100的大视角色偏现象。
本实施例，第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b分别由第一荧光粉和第二荧光粉通过物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，简称PVD)形成于发光二极管芯片11的出光面11m。相比于传统技术的凝胶涂布法，物理气相沉积法形成的第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b具有更高的密度，使得绿色荧光粉和红色荧光粉的粉体之间的缝隙变小，提高了绿光、红光的波长转换效率。
传统的红色荧光粉层和绿色荧光粉层堆迭的方式，使得红色荧光粉和绿色荧光粉彼此混合杂阶，其激发出的光会交互影响，产生多余的杂光。本实施例中红色荧光粉层和绿色荧光粉层不相重叠，有利于减少红色荧光和绿色荧光混合产生的杂光，得到纯度较高的红光、绿光和蓝光进行混光，有利于降低红光和绿光对彼此的影响，得到高纯度的RGB频谱，另一方面也有利于减少红色荧光粉层对绿光的吸收从而提高光转换效率。本实施例提供的发光组件40除可用于以发光二极管光源为背光源的显示装置中，还可以应用于以发光二极管为光源的照明装置中。
发光组件40的一种制造方法包括如下步骤：
S11：将多个发光二极管芯片11设置于电路板12(印刷电路板)上，如图4A所示。
S12：利用物理气相沉积法在每个发光二极管芯片11的出光面11m分别沉积第一基色荧光粉(红色荧光粉，例如KSF体系红色荧光粉)和第二基色荧光粉(绿色荧光粉，例如β-SiAlON)以形成不相重叠的第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b，如图4B所示。
S13：在电路板12、发光二极管芯片11、第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b上形成扩散层14进行封装，得到如图1中所示的发光组件40。
在一种变更的实施例中，发光组件40的另一种制造方法包括如下步骤：
S21：多个发光二极管芯片11被承载于一承载片15上，本实施例中承载片15为发光二极管芯片基板(例如为硅基板)，之后利用物理气相沉积法在发光二极管芯片11的出光面11m分别沉积第一基色荧光粉和第二基色荧光粉以形成不相重叠的第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b，如图5A和图5B所示。
S22：在承载片15、发光二极管芯片11、第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b上形成扩散层14进行封装，如图5C所示。
S23：将扩散层14连同发光二极管芯片11、第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b剥离承载片15移转至电路板12上。
本实施例中，将扩散层14连同发光二极管芯片11、第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b剥离承载片15之后，于每两个发光二极管芯片11之间切开形成多个被扩散层14封装的单个发光二极管芯片组件，并将多个所述发光二极管芯片组件间隔地粘接于电路板12上。
第二实施例
请参阅图6，本发明的第二实施例提供的发光组件41与发光组件40的主要区别在于：
第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b部分设置于发光二极管芯片11的表面，第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b还分别包括第一延伸部13m和第二延伸部13n，扩散层14包括第一扩散层14a和第二扩散层14b，第一扩散层14a形成在电路板12上未被发光二极管芯片11覆盖的区域且在远离电路板12的一侧基本与发光二极管芯片11齐平，第一延伸部13m和第二延伸部13n从发光二极管芯片11远离电路板12的顶表面延伸至第一扩散层14a上，即，第一延伸部13m、第二延伸部13n与电路板12之间形成有第一扩散层14a，第二扩散层14b覆盖第一扩散层14a和发光元件10。其中，第二扩散层14b包括光学扩散粒子，能够进一步改善发光组件41的出射光的均匀性。
本实施例中发光组件41可由如下步骤制造：
S31：将多个发光二极管芯片11设置于电路板12上，如图4A所示；
S32：在电路板12上与发光二极管芯片11之间沉积第一扩散层14a，如图7A所示；
S33：在发光二极管芯片11的部分出光面11m和部分第一扩散层14a上利用物理气相沉积法分别沉积第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b，如图7B所示；
S34：在第一扩散层14a、第一荧光粉层13a、第二荧光粉层13b和发光二极管芯片11上形成第二扩散层14b进行封装，得到如图6所示的发光组件41。
由于应用物理气相沉积法在发光二极管芯片11表面沉积第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b时，在发光二极管芯片11表面交界处(尤其是拐角处)沉积的第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b会比较薄，导致蓝光易从大视角方向出射(即遮蔽效应)，本实施例提供的发光组件41包括具有第一延伸部13m和第二延伸部13n的发光元件10，第一延伸部13m和第二延伸部13n有利于保持第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b的沉积面为平面，使第一荧光粉层13a和第二荧光粉层13b较为均匀地沉积在发光二极管芯片11上，因此有利于减少遮蔽效应的影响，改善显示装置100的大视角色偏的现象，提升画面的显示质量。
需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施例的实施方案也可以相应地适用于第二实施例，为节省篇幅及避免重复，在此就不再赘述。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个装置也可以由同一个装置或系统通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种发光元件，其特征在于，包括：
发光二极管芯片，用于发出激发光；
第一荧光粉层，部分形成于所述发光二极管芯片的出光面，在所述激发光的激发下产生第一受激光；以及
第二荧光粉层，部分形成于所述发光二极管芯片的出光面且与所述第一荧光粉层不相重叠，在所述激发光的激发下产生与所述第一受激光具有不同颜色的第二受激光，所述第一受激光、所述第二受激光和部分所述激发光合光形成照明光；
所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层还分别包括第一延伸部和第二延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部不与所述发光二极管芯片接触。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层的厚度相等，所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层接收所述激发光的面积与所述发光二极管芯片出射蓝光的面积分别为第一面积、第二面积和第三面积，混光形成所述照明光所需的所述第一受激光、所述第二受激光和所述激发光的光通量之比，等于所述第一面积、所述第二面积、所述第三面积分别与所述第一荧光粉层的光转换率、所述第二荧光粉层的光转换率和1的乘积之比。
3.如权利要求1或2所述的发光元件，其特征在于，所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层分别由第一荧光粉和第二荧光粉通过物理气相沉积法形成于所述发光二极管芯片的出光面。
4.一种发光组件，其特征在于，包括：
多个如权利要求1-3任意一项所述的发光元件，用于发出所述照明光；
扩散层，用于对所述发光元件进行封装，以及用于对所述照明光进行扩散；以及
电路板，所述多个发光元件的非出光面设置于所述电路板上；
所述扩散层包括第一扩散层和第二扩散层，所述第一延伸部和所述第二延伸部与所述电路板之间形成有所述第一扩散层，所述第二扩散层覆盖所述第一扩散层和所述发光元件。
5.一种显示装置，其特征在于，包括：
如权利要求4所述的发光组件；以及
显示模组，位于所述发光组件的出光光路上，所述发光组件用于为所述显示模组提供图像显示所需的所述照明光。
6.一种发光组件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
将多个发光二极管芯片设置于电路板上；
在设置有所述发光二极管芯片的所述电路板上沉积第一扩散层；
利用气相沉积法在所述发光二极管芯片的出光面和部分所述第一扩散层上沉积第一基色荧光粉和第二基色荧光粉以形成不相重叠的第一荧光粉层和第二荧光粉层，所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层部分形成于所述发光二极管芯片的出光面，所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层还分别包括第一延伸部和第二延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部不与所述发光二极管芯片接触；以及
在所述第一扩散层、所述第一荧光粉层、所述第二荧光粉层和所述发光二极管芯片上形成第二扩散层。
7.一种发光组件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
多个发光二极管芯片被承载于一承载片上，在设置有所述发光二极管芯片的所述承载片上沉积第一扩散层；
利用气相沉积法在所述发光二极管芯片的出光面和部分所述第一扩散层上沉积第一基色荧光粉和第二基色荧光粉以形成不相重叠的第一荧光粉层和第二荧光粉层，所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层部分形成于所述发光二极管芯片的出光面，所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层还分别包括第一延伸部和第二延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部不与所述发光二极管芯片接触；
在所述第一扩散层、所述第一荧光粉层、所述第二荧光粉层和所述发光二极管芯片上形成第二扩散层；以及
将所述第一扩散层和所述第二扩散层连同所述发光二极管芯片、所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层剥离所述承载片并移转至电路板上。
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