CN110707201A

CN110707201A - 量子点发光装置

Info

Publication number: CN110707201A
Application number: CN201910940517.1A
Authority: CN
Inventors: 刘雅俊; 刘玉婧; 林佳丽; 韩璐
Original assignee: Shenzhen Zowee Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Zowee Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: CN110707201B

Abstract

本发明涉及一种量子点发光装置，包括基板、LED芯片、隔热层、量子点层及保护层。LED芯片设于基板上，LED芯片为紫外光LED芯片。隔热层设于LED芯片的外表面。量子点层设于隔热层上。量子点层包含有相互独立的红色量子点单元、橙色量子点单元、黄色量子点单元、绿色量子点单元、青色量子点单元及蓝色量子点单元。保护层设于量子点层上并同时包覆量子点层、隔热层及LED芯片。该量子点发光装置发出的白光的显色指数较高、蓝光强度较低，光谱范围广、色温适宜，更加贴近自然光。此外，量子点发光装置的发光效率与使用寿命较高。

Description

量子点发光装置

技术领域

本发明涉及发光器件技术领域，特别是涉及一种量子点发光装置。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种固态的半导体器件，具有亮度高、工作电压低、功耗小、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，已被作为光源广泛应用于照明领域。

目前的白光LED器件主要是在蓝色LED芯片上涂覆能被蓝光激发的黄色荧光粉，蓝色LED芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光混合形成白光，这类白光LED器件存在显色指数偏低、蓝光强度偏高、色温较高的缺点，长时间使用易造成眼疲劳、有损视网膜健康的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种显色指数较高、蓝光强度较低、色温接近自然光且发光频谱范围较宽的量子点发光装置。

一种量子点发光装置，包括：

基板；

LED芯片，设于所述基板上，所述LED芯片为紫外光LED芯片；

隔热层，设于所述LED芯片的外表面；

量子点层，设于所述隔热层上，所述量子点层包含有相互独立的红色量子点单元、橙色量子点单元、黄色量子点单元、绿色量子点单元、青色量子点单元及蓝色量子点单元；及

保护层，设于所述量子点层上并同时包覆所述量子点层、所述隔热层及所述LED芯片。

该量子点发光装置，LED芯片采用紫外光LED芯片，且量子点层至少含有红橙黄绿青蓝6种颜色的量子点单元，利用紫外光LED芯片发出的紫外光作为量子点层的激发能源，由于紫外光的能量高，故而能够有效地保证红橙黄绿青蓝6种颜色的量子点的利用率和发光效率，使得量子点层各色量子点单元发出的光混合后，发出的白光的显色指数较高、蓝光强度较低，光谱范围广、色温适宜，更加贴近自然光。此外，隔热层能够有效避免LED芯片的热量对量子点层造成不良影响，延长量子点的使用寿命；保护层能够阻挡外界水氧对量子点层和LED芯片的侵袭并进一步起到散热效果，有利于提高量子点发光装置的发光效率与使用寿命。

在其中一个实施例中，所述隔热层包覆于所述LED芯片的整个外表面；所述量子点层也包覆于所述隔热层的整个外表面。

在其中一个实施例中，在所述量子点层中，一个红色量子点单元、一个橙色量子点单元、一个黄色量子点单元、一个绿色量子点单元、一个青色量子点单元及一个蓝色量子点单元构成一个结构单元，所述结构单元中的各量子点单元分布于同一行。

在其中一个实施例中，在所述量子点层中，一个红色量子点单元、一个橙色量子点单元、一个黄色量子点单元、一个绿色量子点单元、一个青色量子点单元及一个蓝色量子点单元构成一个结构单元，所述结构单元中的各量子点单元呈两行三列排布。

在其中一个实施例中，还包括透镜，所述透镜罩设于包覆有所述保护层的LED芯片上，且与所述基板连接。

在其中一个实施例中，所述透镜为双曲面透镜。

在其中一个实施例中，在所述量子点层中，一个红色量子点单元、一个橙色量子点单元、一个黄色量子点单元、一个绿色量子点单元、一个青色量子点单元及一个蓝色量子点单元构成的结构单元的数量至少为两个，至少有两个所述结构单元分别对应所述透镜的两个曲面设置。

在其中一个实施例中，所述量子点层还包含用于间隔各量子点单元的间隔单元，所述间隔单元为透明间隔单元。

在其中一个实施例中，所述隔热层的材质选自有机硅树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述保护层的材质选自无机非金属材料、金属氧化物及金属氮化物中的一种或多种。

附图说明

图1为一实施例的量子点发光装置的结构示意图；

图2为图1所示的量子点发光装置不含透镜的截面结构示意图；

图3为又一实施例的量子点发光装置不含透镜的截面结构示意图；

图4为图1所示的量子点发光装置中的量子点层的俯视结构示意图；

图5为又一实施例的量子点发光装置中的量子点层的俯视结构示意图；

图6为图1所示的量子点发光装置的发光光谱图；

图7为太阳光光谱图；

图8为传统的红绿量子点LED和传统的黄荧光粉LED的发光光谱图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

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。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明一实施方式提供了一实施例的量子点发光装置100。该量子点发光装置100包括基板110、LED芯片120、隔热层130、量子点层140及保护层150。

LED芯片120设于基板110上，LED芯片120为紫外光LED芯片。

隔热层130设于LED芯片120的外表面。

量子点层140设于隔热层130上。量子点层140包含有相互独立的红色量子点单元、橙色量子点单元、黄色量子点单元、绿色量子点单元、青色量子点单元及蓝色量子点单元。

保护层150设于量子点层140上并同时包覆量子点层140、隔热层130及LED芯片120。

该量子点发光装置100，LED芯片120采用紫外光LED芯片，且量子点层130至少含有红橙黄绿青蓝6种颜色的量子点单元，利用紫外光LED芯片发出的紫外光作为量子点层140的激发能源，由于紫外光的能量高，故而能够有效地保证红橙黄绿青蓝6种颜色的量子点的利用率和发光效率，使得量子点层140各色量子点单元发出的光混合后，发出的白光的显色指数较高(显示指数98)、蓝光强度较低，光谱范围广、色温适宜(约为4000K-5000K)，更加贴近自然光。此外，隔热层130能够有效避免LED芯片120的热量对量子点层140造成不良影响，延长量子点的使用寿命；保护层150能够阻挡外界水氧对量子点层140和LED芯片120的侵袭并进一步起到散热效果，有利于提高量子点发光装置100的发光效率与使用寿命。

该量子点发光装置100发出的白光具有良好的自然光效果，不会造成眼疲劳、有损视网膜健康的问题，也可称为量子点自然光LED。该量子点发光装置100可为良好的发自然白光的照明装置。

在一些实施例中，基板110可为陶瓷基板或金属基板。进一步地，陶瓷基板的材质包括AlN、Al₂O₃、SiO、SiO₂、Si₃N₄和SiON中的一种或多种。进一步地，金属基板可为铜金属基板、铝金属基板或铜铝合金基板。

在一些示例中，LED芯片120优选采用倒装的方式设于基板110上，如此能够彻底摆脱金线和固晶胶的束缚，使得LED芯片120的导热系数高、热阻小、可耐大电流使用，具有更强的可靠性、更高的光通量维持率和更长的使用寿命。

具体地，基板110和LED芯片120的连接可通过锡膏焊点固定。

具体地，LED芯片120所发射出的紫外光波长范围在360nm-400nm。

请参阅图2，隔热层130和量子点层140依次层叠设于LED芯片上。保护层150设于量子点层140上，并同时包覆量子点层140、隔热层130及LED芯片120，且保护层150与量子点层140、隔热层130及LED芯片120均有直接接触。

进一步地，隔热层130为透明隔热层，如此不会影响照射到量子点层140上的紫外光的强度。

进一步地，隔热层130的材质可为固化隔热树脂，例如可选自有机硅树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂中的一种或多种。

可理解，隔热层130可通过涂覆的方式形成于LED芯片的外表面。具体地，涂覆方式包括蒸镀、涂布、旋涂、浸蘸、喷墨打印和激光打印。

请参阅图3，在另一些实施例中，隔热层130包覆于LED芯片120的整个外表面。进一步地，量子点层140也包覆于隔热层130的整个外表面。换言之，量子点层140不仅设于隔热层130的上表面，还设于隔热层130的侧面。如此保护层150设于量子点层140上并同时包覆量子点层140、隔热层130及LED芯片120，且保护层150与量子点层140直接接触，而与隔热层130及LED芯片120均不直接接触。如此LED芯片120发光的光可从各角度发光出并被位于其上的量子点层140的量子点单元吸收，如此可增大出光角度和出光效果。

请参阅图4，在一些实施例中，在量子点层140中，一个红色量子点单元、一个橙色量子点单元、一个黄色量子点单元、一个绿色量子点单元、一个青色量子点单元及一个蓝色量子点单元构成一个结构单元，结构单元中的各量子点单元分布于同一行。

可理解，结构单元中的各量子点单元分布于同一行即可，具体的颜色顺序可以根据需要调整，如图4所示的仅为一具体示例。其中B代表蓝色，C代表青色，G代表绿色，Y代表黄色，O代表橙色，R代表红色。具体在本示例中，按照波长依次从大到小或从小到大的方式排列。

可理解，红色量子点的波长范围为610nm-640nm；橙色量子点的波长范围为570nm-600nm；黄色量子点的波长范围为540nm-570nm；绿色量子点的波长范围为500nm-530nm；青色量子点的波长范围为470nm-500nm；蓝色量子点的波长范围为440nm-460nm。LED芯片发出的紫外光射入到量子点层140后，激发量子点层140中的红色量子点、橙色量子点、黄色量子点、绿色量子点、青色量子点及蓝色量子点分别发出红光、橙光、黄光、绿光、青光和蓝光，该六种颜色光混合后形成白光射出。

可理解，各量子点单元可采用墨水喷墨打印的方式形成。

可理解，根据不同需求，量子点层140还可包括除上述红橙黄绿青蓝6种颜色的量子点单元以外的任意颜色的量子点单元。由于量子点具有量子尺寸效应，且其波长可调，由此可以得到任意波长所对应任意颜色的量子点，量子点颜色越多，混合之后发出的白光越贴近自然光。量子点单元中的量子点材料可市购得到。进一步地，量子点材料可选自VI-II族、III-V族、IV-VI族量子点，例如但不局限于CdSe、CdS、CdTe、ZnSe、ZnTe、PbSe、PbTe、InP、InAs、InSb、GaAs、GaP、CuInS₂、AgInS₂类核、核/壳、核/壳/壳量子点及相关三元、四元量子点、碳量子点、钙钛矿量子点等。

量子点层140中的不同颜色的量子点单元之间采用互相分离的方式，有效减少量子点材料之间的相互影响，有效避免量子点混合时各色光的相互吸收，尤其是发射波长长的量子点材料对发射波长短的量子点材料发出光的吸收，进而大大提高量子点的利用率和发光效率。量子点层140还包含用于间隔各量子点单元的间隔单元(图未标)。

在一些示例中，间隔单元的材质为有机树脂。在一些示例中，间隔单元为透明间隔单元，此时间隔单元的材质可选自硅树脂材料，由于其具有良好的光高透过率、耐高温性、防潮性、和较低的导热系数，可以有效保护量子点免受高温高湿影响，以避免量子点受潮和受热失效。

请参阅图5，在另一些实施例中，在量子点层140中，一个红色量子点单元、一个橙色量子点单元、一个黄色量子点单元、一个绿色量子点单元、一个青色量子点单元及一个蓝色量子点单元构成一个结构单元，结构单元中的各量子点单元呈两行三列排布。结构单元采用两行三列排布方式可使红橙黄绿青蓝6种颜色的量子点单元更加集中，进而提高混色效果，使得白光更加接近自然光。结构单元中的颜色排列也可根据实际需要设置，如图5所示的仅为一具体示例。

可理解，结构单元的数量可为一个或多个。

可理解，在如图4或图5的示例中，量子点单元的形状均为矩形，但不只限于此，例如还可为圆形、同心圆形、三角形、四边形等多边形，等等各种形状。6种颜色量子点单元的用量没有要求，可以相同也可以不同。

请继续参阅图1，在一些实施例中，该量子点发光装置100还包括透镜160，透镜160罩设于包覆有保护层150的LED芯片120上，且与基板110连接。

在一示例中，透镜160为双曲面透镜，双曲面的透镜可以扩大光线的出光角度。

进一步地，上述结构单元的数量至少为两个，至少有两个结构单元分别对应透镜160的两个曲面设置。如此通过量子点层140的结构单元和透镜160对应设置，可进一步提高出光效果和扩大出光角度。

进一步地，透镜160的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。具体地，透镜160与基板110之间可以通过UV胶固定。

在一些实施例中，保护层150的材质选自无机非金属材料、金属氧化物及金属氮化物中的一种或多种。进一步地，保护层150为无机非金属保护层、金属氧化物保护层或金属氮化物保护层。

优选的，保护层150的材质选自二氧化硅(SiO₂)、氮化铝(AIN)、氮化铝氮化硅复合物(氮铝硅、SiAlN)及氧化铝(Al₂O₃₎中的一种或多种，以上材料均为低透水透氧率材料。进一步地，保护层150为二氧化硅保护层、氮化铝保护层、氮铝硅保护层或氧化铝保护层。

图6为图1所示的量子点发光装置的发光光谱图；图7为太阳光光谱图；图8为传统的红绿量子点LED和传统的黄荧光粉LED的发光光谱图，分别为图8中的(1)和(2)所示。其中，传统的黄荧光粉LED的结构如背景技术所述。传统的红绿量子点LED与传统的黄荧光粉LED的结构不同在于，采用红绿量子点材料代替传统的荧光粉；相比于传统的黄荧光粉LED，传统的红绿量子点LED的显色指数的确有所提高，但蓝光强度和色温并不能降低；这主要是红绿量子点材料半峰宽窄，导致发光频谱范围窄，并不能形成全光谱覆盖，难以满足人们对白光的健康度和舒适度的追求。

对比可知，本发明的量子点发光装置得到的白光，显色指数可达98，色温为4000K-5000K，降低蓝光强度，波谱范围覆盖整个可见光，增加了频谱范围，堪比自然光，让人的视觉更加舒适，更加不容易疲劳，用于照明更自然更健康。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种量子点发光装置，其特征在于，包括：

基板；

LED芯片，设于所述基板上，所述LED芯片为紫外光LED芯片；

隔热层，设于所述LED芯片的外表面；

2.如权利要求1所述的量子点发光装置，其特征在于，所述隔热层包覆于所述LED芯片的整个外表面；所述量子点层也包覆于所述隔热层的整个外表面。

3.如权利要求1所述的量子点发光装置，其特征在于，在所述量子点层中，一个红色量子点单元、一个橙色量子点单元、一个黄色量子点单元、一个绿色量子点单元、一个青色量子点单元及一个蓝色量子点单元构成一个结构单元，所述结构单元中的各量子点单元分布于同一行。

4.如权利要求1所述的量子点发光装置，其特征在于，在所述量子点层中，一个红色量子点单元、一个橙色量子点单元、一个黄色量子点单元、一个绿色量子点单元、一个青色量子点单元及一个蓝色量子点单元构成一个结构单元，所述结构单元中的各量子点单元呈两行三列排布。

5.如权利要求1～4任一项所述的量子点发光装置，其特征在于，还包括透镜，所述透镜罩设于包覆有所述保护层的LED芯片上，且与所述基板连接。

6.如权利要求5所述的量子点发光装置，其特征在于，所述透镜为双曲面透镜。

7.如权利要求6所述的量子点发光装置，其特征在于，在所述量子点层中，一个红色量子点单元、一个橙色量子点单元、一个黄色量子点单元、一个绿色量子点单元、一个青色量子点单元及一个蓝色量子点单元构成的结构单元的数量至少为两个，至少有两个所述结构单元分别对应所述透镜的两个曲面设置。

8.如权利要求1～4任一项所述的量子点发光装置，其特征在于，所述量子点层还包含用于间隔各量子点单元的间隔单元，所述间隔单元为透明间隔单元。

9.如权利要求1～4任一项所述的量子点发光装置，其特征在于，所述隔热层的材质选自有机硅树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂中的一种或多种。

10.如权利要求1～4任一项所述的量子点发光装置，其特征在于，所述保护层的材质选自无机非金属材料、金属氧化物及金属氮化物中的一种或多种。