CN110085730A - 发光器件封装结构、量子点led光源以及电子器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了发光器件封装结构、量子点LED光源以及电子器件。其中，发光器件封装结构，包括：提供芯片安装区域的封装体；安装在芯片安装区域的LED芯片；包围LED芯片的第一封装部；设于第一封装部主出光方向的变折射率扩散层，变折射率扩散层在与其主进光方向垂直的方向上的折射率由中心向边缘逐渐增大；设于变折射率扩散层主出光方向的量子点层；以及包围量子点层的第二封装部。本发明通过在量子点层的进光侧设置一变折射率扩散层，解决了量子点层的中心光能量过于集中的问题，使得到达量子点层的光能量分布均匀，解决了量子点层中心淬灭现象，提高了量子点层对光照的有效利用率以及量子点层的耐光照能力。

Description

发光器件封装结构、量子点LED光源以及电子器件

技术领域

本发明涉及发光器件技术领域，尤其涉及发光器件封装结构、量子点LED光源以及电子器件。

背景技术

量子点具有发光波长尺寸可调谐、发光峰窄、发光效率高和热稳定性好等特点，其作为一种新型发光材料受到了越来越多的关注，量子点这些优秀的光学特性借助于成熟的LED技术，在照明和显示领域具有很广阔的应用前景。量子点封装技术主要是将量子点层原位封装到LED光源上方，取代或混入荧光材料，使封装后的LED具有量子点的光学特性。

发光波长连续可调、量子效率高的量子点LED光源，给照明领域带来高显色指数的各色光源，而半峰宽窄、色纯度好的量子点白光LED又给显示领域的背光光源提供了更好的选择，不断推进高色域、高色彩还原率的显示设备的迭代发展，产品进步的同时也推动着量子点LED封装技术的发展。

量子点的稳定性会受到水氧、高温和强光照的影响，因此在量子点LED光源中，需要使用阻隔水氧的封装胶封装量子点，还需要使量子点远离LED芯片设置来减少高温对量子点的影响。但是，随着照明与显示领域中对光通量、光效和光亮度的需求不断提高，在器件尺寸不变的情况下，量子点要面对LED芯片的光照不断增加带来的稳定性下降的问题。

LED芯片近似朗伯光源，光源光强分布情况为中心区域光强大，两边区域光强小。而量子点层光照承受能力均匀一致，量子点层的中心区域随着LED芯片光照增加首先达到承受光照极限而后开始出现淬灭(量子点层黑化)现象，而此时的量子点层边缘区域还未达到极限光照，这种结构限制了量子点LED光源整体的耐光照能力，对提升量子点LED光源的光通量、解决量子点淬灭现象造成了困难。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种发光器件封装结构，能够有效提高量子点层的耐光照能力。

本发明的另一个目的在于提供一种量子点LED光源，与现有技术相比可以承受更高的光通量。

根据本发明的一个方面，提供一种发光器件封装结构，包括提供芯片安装区域的封装体以及安装在所述芯片安装区域的LED芯片，还包括：

包围所述LED芯片的第一封装部；

设于所述第一封装部主出光方向的变折射率扩散层，所述变折射率扩散层在与其主进光方向垂直的方向上的折射率由中心向边缘逐渐增大；

设于所述变折射率扩散层主出光方向的量子点层；以及

包围所述量子点层的第二封装部。

进一步地，所述封装体包括反光杯，所述LED芯片位于所述反光杯底部，所述第一封装部充满所述反光杯，所述变折射率扩散层与所述LED芯片相对地设于所述反光杯的上杯口外。

进一步地，所述反光杯内侧壁的表面为漫反射面，从而入射到所述反光杯内侧壁的光线发生漫反射。

进一步地，所述变折射率扩散层的外径不小于所述反光杯上杯口的外径，所述变折射率扩散层覆盖所述反光杯的上杯口，所述变折射率扩散层与所述第一封装部之间不中空。

进一步地，所述量子点层与所述变折射率扩散层之间不中空，优选地，所述量子点层设于所述变折射率扩散层的表面，所述第二封装部还包围所述变折射率扩散层。

进一步地，所述变折射率扩散层与所述第一封装部相对的表面呈向内凹的弧面，所述变折射率扩散层与所述量子点层相对的表面呈平面。

进一步地，所述变折射率扩散层各位置的折射率在1.3～1.8之间，优选1.35～1.7，进一步优选1.4～1.63，所述量子点层的折射率大于所述变折射率扩散层的折射率。

进一步地，所述变折射率扩散层由多种折射率不同的材料拼接形成。

根据本发明的另一个方面，提供一种量子点LED光源，包括上述发光器件封装结构。

根据本发明的另一个方面，提供一种电子器件，包括上述发光器件封装结构。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过在量子点层的进光侧设置一变折射率扩散层，解决了量子点层的中心光能量过于集中的问题，使得到达量子点层的光能量分布均匀，解决了量子点层中心淬灭现象，同时提高了量子点层对光照的有效利用率，提高了量子点层的耐光照能力。

附图说明

图1为本发明的发光器件封装结构的一个实施例的侧剖示意图；

图2为LED芯片发出的光线经过变折射率扩散层的光路示意图；

图3为LED芯片发出的光线经过现有的扩散层的光路示意图；

图4为LED芯片发出的光线经过变折射率扩散层的光路示意图，其中第一封装部和变折射率扩散层仅示出了右侧的一半；

图中：1、封装体；10、芯片安装区域；11、侧壁；12、反光杯；2、LED芯片；3、第一封装部；4、变折射率扩散层；5、量子点层；6、第二封装部；7、阳极；8、阴极。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明的发光器件封装结构包括提供一芯片安装区域10的封装体1以及安装在芯片安装区域10处的LED芯片2。本领域的技术人员可以理解的是，LED芯片2具有正、负极，在一些情况下，发光器件封装结构还包括与LED芯片2正、负极电连接的阳极和阴极。

本发明的发光器件封装结构还包括：包围LED芯片2的第一封装部3；设于第一封装部3主出光方向的变折射率扩散层4，变折射率扩散层4在与主进光方向垂直的方向上的折射率由中心向边缘逐渐增大；设于变折射率扩散层4主出光方向的量子点层5；以及包围量子点层5的第二封装部6。

LED芯片2是发光器件封装结构的发光元件，其配光曲线近似朗伯体，即中心区域光强高，边缘区域光强低。在一些实施例中，LED芯片2为单光源，也即LED芯片2为单灯珠。在另一些实施例中，LED芯片2包括两个以上光源，LED芯片2可以是单个芯片上集成两个以上的光源(或灯珠)，也可以是包括两个以上的单光源芯片。

第一封装部3一方面起到使LED芯片2与水氧隔绝的作用，另一方面起到隔离LED芯片2与量子点层5的作用，以减少LED芯片2产生的热量对量子点层5的影响。优选地，第一封装部3采用导热性能好的封装胶水制备，以加速LED芯片2的散热。第一封装部3优选采用透光性较好的封装胶水制备。

本领域技术人员可以理解的是，第一封装部3的主出光方向是指LED芯片2发出的光线主要从第一封装部3的该方向射出，变折射率扩散层4的主进光方向是指光线主要从变折射率扩散层4的该方向入射，变折射率扩散层4的主出光方向是指光线从变折射率扩散层4的该方向射出。

变折射率扩散层4在与其主进光方向垂直的方向上的折射率由中心向边缘逐渐增大，因此LED芯片2中心大、边缘小的光强分布情况经过变折射率扩散层4的处理后分布相对均匀，也即到达量子点层5的光强分布更均匀。其原理如图2所示：变折射率扩散层4由中心到边缘的折射率依次为n₁、n₂、……n_k，n₁大于空气的折射率n₀，n_k的折射率小于量子点层5的折射率n_q；LED芯片2发出的光近似朗伯光源，其中心光强大，边缘光强较小，当LED芯片2的光倾斜照射到变折射率扩散层4上时，光线倾斜向变折射率扩散层4边缘的方向前进，在前进的过程中，介质的折射率逐渐变大，因此光线向边缘倾斜的角度也逐渐增加，也即增加了从变折射率扩散层4的边缘射出的光线，也即，从变折射率扩散层4射出的光线相对于入射光线更加均匀。

朗伯光源的特点是随着发散角增加光强逐渐呈余弦值减小，假设其中心光强为I₀，其它各处光强I_θ＝I₀·cosθ，该光源的能量分布公式为：

其中Φ为光源在发散角为θ时的能量。

假设常规LED芯片的发散角为120°，忽略LED封装胶水等结构对光线的影响，中心光强是边缘光强的2倍。假设中心区域为发散角30°的区域，该区域的总能量为1/2·πI₀(1-cos30°)，则两侧区域的总能量为1/2·πI₀(cos30°-cos120°)，若能降低中心光强使之与两侧的平均光强相同均为I_k，此时中心区域的能量为2πI_k(1-cos15°)，边缘区域能量为2πI_k(cos15°-cos60°)，总能量相同，即1/2·πI₀(1-cos120°)＝2πI_k(1-cos60°)，则I_k＝3/4I₀，此结果证明若将中心区域光强降下与边缘区域接近时，相同光能量情况时，理论上可使量子点层耐光能力提高25％，并且光源发散角越大，中心光强降低的越多。

本发明正是通过增加变折射率扩散层4，使得到达量子点层5的光强更加均匀，从而达到提高量子点层5耐光照能力的效果，克服了量子点层5中心容易黑化的问题。

图3示意了量子点层5与LED芯片2之间设置普通的扩散板4A时的光路图，扩散片4A从中心到边缘的折射率不变，LED芯片2发出的光线经过扩散片4A后，仍然是中心光强大，边缘光强小，在图2与图3其他条件均相同的情况下，图3的量子点层5的中心光能量更高，更容易出现中心黑化现象，也即图2的结构使得量子点层5的耐光照能力提升。

量子点层5包括分散有量子点的树脂层，量子点层5可以使出射光有更窄的半峰宽，更高的色纯度，更合适的光谱。在一些实施例中，量子点层5还包括设置在树脂层外用于阻隔水氧的阻隔层。本发明对量子点层5中的量子点的种类不进行限制。

第二封装部6主要起到使量子点层5与水氧隔绝的作用。第二封装部6优选采用透光性较好的封装胶水制备。

图1为本发明的发光器件封装结构的一个实施例的侧剖示意图，封装体1包括侧壁11，侧壁11围绕形成一腔体。封装体1还包括反光杯12，反光杯12设置在侧壁11围绕形成的腔体内，反光杯12呈杯形，反光杯12的底部提供LED芯片安装区域10，LED芯片2设置在反光杯12的底部。反光杯12用于聚拢LED芯片2发出的光，并使LED芯片2发出的光以固定角度出射。

第一封装部3充满反光杯12，第一封装部3在反光杯12的上杯口处形成主出光面。变折射率扩散层4与LED芯片2相对地设置在反光杯12的上杯口外，也即变折射率扩散层4与第一封装部3的主出光面相对。将变折射率扩散层4以及量子点层5设置在反光杯12外，有利于降低LED芯片2产生的热量对量子点层5的影响。此外，增加反光杯12的高度(也即增加量子点层5与LED芯片2之间的距离)也可以有效地增强量子点层5的耐光照能力，原理如下：根据照度与距离的二次方反比定律，随着量子点层5与光源的距离的增加，光能量呈二次方减弱，在本发明中，配合反光杯12的聚光效果，能有效地将从反光杯12中心射出的光强减弱，从而使入射到量子点层5的光照更加均匀，也即有利于提高量子点层5的耐光照能力。

在一些实施例中，LED芯片2为单光源，LED芯片2设置在反光杯12底部的中心。在另一些实施例中，LED芯片2包括两个以上光源，LED芯片2的各光源均匀地分布在反光杯12的底部，以使得各光源与反光杯12底部边缘的距离相同。

在一些实施例中，反光杯12内侧壁的表面为漫反射面，从而入射到反光杯12内侧壁的光线发生漫反射。利用反光杯12侧壁的漫反射，打散反射光线，使入射到变折射率扩散层4的光能量更加分散，从而有利于使入射到量子点层5的光照更加均匀，也即提高量子点层5的耐光照能力。

优选变折射率扩散层4的外径不小于反光杯12上杯口的外径，从而变折射率扩散层4将反光杯12的上杯口完全覆盖。图1所示的实施例中，第一封装部3的主出光面的高度不超过反光杯12上杯口的高度，因此第一封装部3主出光面被变折射率扩散层4完全覆盖。

变折射率扩散层4与第一封装部3之间可以设置其他功能层，也可以不设置其他层。优选变折射率扩散层4与第一封装部3之间不中空，也即变折射率扩散层4与第一封装部3之间无空气阻隔。在图1所示实施例中，变折射率扩散层4直接设置在第一封装部3的主出光面上。

量子点层5与变折射率扩散层4之间可以设置其他功能层，也可以不设置其他层。优选变折射率扩散层4与量子点层5之间不中空，也即变折射率扩散层4与量子点层5之间无空气阻隔。

在一些实施例中，变折射率扩散层中不同折射率材料层的横向宽度(参见图4)与折射率变化差值之间的关系可以通过下面方式计算。通过传播光程分析，首先光源的光线从发散角为θ的LED芯片发射，通过第一封装部后入射到变折射率扩散层，忽略第一封装部的胶水(折射率为n₀’)对光线的作用。假设变折射率扩散层由中心到边缘的折射率依次为n₁，n₂、……n_k，即折射率层由k个折射率不同的材料层拼接而成，且n₁到n_k按由小到大排序，设折射率为n₁～n_k的扩散材料的对应横向宽度为L₁～L_k。设置边界条件：光源发射以发散角θ角度发出的光线刚好入射到变折射率扩散层边缘处，即：tanθ＝L/H₁。其中L为变折射率扩散层边缘处到中心的距离，即L＝L₁+L₂+…+L_k；H₁为反光杯高度，也可以理解为第一封装部的厚度。由此可得LED芯片发光角θ_i与各折射率层横向宽度Li的关系为

tanθ_i＝∑Li/H₁，其中i取1～k (公式1)

根据朗伯光源发光能量分布公式，将发散角为θ的光源分为k等分，每部分能量相同，光源发射角从小到大依次为θ₁～θ_k，入射到对应折射率为n₁～n_k的扩散材料层中。能量公式如下：

得到

k(cos2θ_i-cos2θ_i+1)＝l-cos2θ (公式3)

其中I(θ)＝I₀cosθ为朗伯光源发光强度分布，I₀为中心光强；发光角[θ_i，θ_i+1]刚好入射到n_i+1扩散材料的横向宽度L_i；根据边界条件扩散层边缘的角度θ_i+1对应扩散角θ，可推出θ_i，根据公式3依次倒推出θ₁～θ_k，带入公式1，推出对应不同折射率扩散材料层横向宽度L₁～L_k。由此可以根据反光杯高度及光源扩散角将扩散层分为k份，每一个扩散材料层的横向宽度均能求出。根据反光杯高度、光源扩散角，将入射到每一个扩散材料的光能量相同量化并依次限制每一个折射率层的横向宽度，能够进一步提高入射到每个折射率材料层的能量均匀性。

在图1所示的实施例中，量子点层5直接设置在变折射率扩散层4的主出光面(也即上表面)上。量子点层5可以通过将分散有量子点的树脂直接涂覆在变折射率扩散层4上，然后固化形成。将量子点分散在树脂中，可以保证量子点层5在变折射率扩散层4上有足够好的附着性能。优选用于分散量子点的树脂不与量子点以及变折射率扩散层4发生化学反应，且该树脂的可见光透过率达到98％以上，以减少其对光路的影响。

第二封装部6将量子点层5以及变折射率扩散层4的外侧包围，以起到阻隔水氧的作用。

在图1所示的实施例中，发光器件封装结构还包括设置在封装体1外的阳极7和阴极8，阳极7和阴极8分别与LED芯片2电连接。

在一些实施例中，变折射率扩散层4与第一封装部3相对的表面(也即下表面)呈向内凹的弧面，变折射率扩散层4与量子点层5相对的表面(也即上表面)呈平面。

变折射率扩散层4各处的最小折射率大于空气的折射率，变折射率扩散层4各处的最大折射率小于量子点层5的折射率，考虑到量子点层5的折射率通常在2以上，空气的折射率约为1，优选变折射率扩散层4各位置的折射率在1～2之间。在一些实施例中，变折射率扩散层4各位置的折射率在1.3～1.8之间，优选1.35-1.7，进一步优选1.4-1.63，所述量子点层的折射率大于变折射率扩散层的折射率(与变折射率扩散层的最大折射率比较)。

变折射率扩散层4可以由同一种材料制备得到，也可由多种材质的材料拼接融合形成。变折射率扩散层4的材质可以是但不限于PMMA、PC、PS、PVC等。

图1所示的发光器件封装结构可以通过以下方法制备：首先，将LED芯片2设置在热沉之上、反光杯12的底部，然后在反光杯12内充满封装胶水，使封装胶水完全包围LED芯片2；然后在反光杯12的上杯口处设置预先制备成板状的变折射率扩散层4，变折射率扩散层4的下表面与反光杯12内的封装胶水接着，并且保证两者之间无空气；然后在变折射率扩散层4的上表面涂覆量子点层5，再用封装胶水将量子点层5与变折射率扩散层4包围；最后使反光杯12内的封装胶水以及量子点层5和变折射率扩散层4外的封装胶水固化，从而得到发光器件封装结构。

本发明还提供一种量子点LED光源，其包括前述发光器件封装结构。

本发明还提供一种电子器件，其包括前述发光器件封装结构，该电子器件可以是但不限于背光单元、照明单元、显示单元。

【实施例】

将图1所示的发光器件封装结构应用于量子点LED光源，变折射率扩散层4中心的折射率为1.4，中心到边缘的折射率逐渐增大，最边缘处的折射率为1.6，

LED芯片2采用0.1W，20lm的蓝光LED作为激发光源时，量子点LED光源无黑化现象，将LED芯片2的光能量提高至22lm，仍然无黑化现象。

【对比例】

将【实施例】中的变折射率扩散层4替换为普通的扩散层，普通扩散层各处的折射率均相同，普通扩散层的折射率为变折射率扩散层4的各处折射率的平均值。当LED芯片2采用0.1W，20lm的蓝光LED作为激发光源时，量子点LED光源中心少量区域出现黑化现象。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种发光器件封装结构，包括提供芯片安装区域的封装体以及安装在所述芯片安装区域的LED芯片，其特征在于，还包括：

包围所述LED芯片的第一封装部；

设于所述第一封装部主出光方向的变折射率扩散层，所述变折射率扩散层在与其主进光方向垂直的方向上的折射率由中心向边缘逐渐增大；

设于所述变折射率扩散层主出光方向的量子点层；以及

包围所述量子点层的第二封装部。

2.根据权利要求1所述的发光器件封装结构，其特征在于，所述封装体包括反光杯，所述LED芯片位于所述反光杯底部，所述第一封装部充满所述反光杯，所述变折射率扩散层与所述LED芯片相对地设于所述反光杯的上杯口外。

3.根据权利要求2所述的发光器件封装结构，其特征在于，所述反光杯内侧壁的表面为漫反射面，从而入射到所述反光杯内侧壁的光线发生漫反射。

4.根据权利要求2所述的发光器件封装结构，其特征在于，所述变折射率扩散层的外径不小于所述反光杯上杯口的外径，从而所述变折射率扩散层覆盖所述反光杯的上杯口，所述变折射率扩散层与所述第一封装部之间不中空。

5.根据权利要求1所述的发光器件封装结构，其特征在于，所述量子点层与所述变折射率扩散层之间不中空，优选地，所述量子点层设于所述变折射率扩散层的表面，所述第二封装部还包围所述变折射率扩散层。

6.根据权利要求1所述的发光器件封装结构，其特征在于，所述变折射率扩散层与所述第一封装部相对的表面呈向内凹的弧面，所述变折射率扩散层与所述量子点层相对的表面呈平面。

7.根据权利要求1-6任一所述的发光器件封装结构，其特征在于，所述变折射率扩散层各位置的折射率在1.3～1.8之间，优选1.35～1.7，进一步优选1.4～1.63，所述量子点层的折射率大于所述变折射率扩散层的折射率。

8.根据权利要求7所述的发光器件封装结构，其特征在于，所述变折射率扩散层由多种折射率不同的材料拼接形成。

9.一种量子点LED光源，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的发光器件封装结构。

10.一种电子器件，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的发光器件封装结构。