CN111081853B - Led组件、量子点led发光件、量子点led封装结构及显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED组件、量子点LED发光件、量子点LED封装结构及显示设备。其中，LED组件包括LED芯片，所述LED芯片一侧面上设置有表面具有若干凸起的透光量子点容置结构；所述透光量子点容置结构呈多孔结构；所述透光量子点容置结构的材质为有机聚合物或无机物。利用能够通过刻蚀处理形成多孔结构的材料，来构建透光率高的透光量子点容置结构，以使量子点能够在三维空间内进行特定形态的布置，另外结合对光线提供的多重折射导路，避免整个区域量子点因局部范围内量子点受到过强蓝光照射所造成的淬灭黑化而发生系统性淬灭；量子点吸蓝光率得到有效提升，实现高光转化率的同时，能够在相等亮度情况下，有效降低量子点的实际使用量，从而降低成本。
Description
技术领域
本发明属于LED制造技术领域，涉及一种LED组件以及由此引申而出的相关量子点LED装置，特别涉及到一种LED组件、量子点LED发光件、量子点LED封装结构及显示设备。
背景技术
量子点是一种可将激子在三个空间方向上进行束缚的半导体纳米结构。通过对量子点施加电场或光照，量子点能够对外发出光子。现实场景中，水氧以及热的侵害是制约量子点应用的重要因素。针对该问题，现有技术提供了多种如下相关的技术方案：
公开号为CN109755357A的中国专利公开了一种量子点LED封装结构及封装方法，通过设置隔热层以及多层复合隔绝水氧，以求对量子点层进行有效保护。但缺点在于进行的多层复合安装导致封装工艺繁复；外罩呈凸透镜，不符合目前产品轻薄化趋势；选用的AB胶，其阻隔有效性有待商榷；量子点的光转换效率因固化在胶层中而不可避免的下降。
公开号为CN107565003B的中国专利公开了一种量子点LED封装结构，具体由非金属支架、LED芯片、第一阻隔层、量子点硅胶层、第二阻隔层以及未掺杂硅胶层构成的三明治结构封装，其中第一阻隔层能够对LED芯片进行散热并阻挡外界水氧对LED芯片的侵袭，第二阻隔层能够阻挡外界水氧对量子点硅胶层与LED芯片的侵袭并进一步起到散热效果。该封装方案具有轻薄化优势，但高水氧阻隔性的阻隔层无成本优势，且固化在胶层中的量子点光转换效率同样不可避免的造成下降。
另外，现有技术中存在的更重要缺陷还同时集中体现在光照淬灭问题：靠近于芯片中间部分的量子点首先会因受到芯片的强蓝光照射而发生淬灭，引发变黑现象，并不断恶化，黑色吸收蓝光发热而导致整个量子点封装层发生淬灭。倘若引入扩散层到膜片中或靠紧芯片一侧，还或加入散射粒子，则又会造成发光效率的下降，导致亮度低下。就目前而言，现有技术当中还不能有效解决上述技术矛盾。
发明内容
本发明的主要目的在于：
1、如何避免因中心光强过高而使该部位量子点容易发生光照淬灭；
2、如何避免量子点因固化在胶层当中而导致其光转化率下降。
为了达到上述目的，根据本申请的第一个方面提供了一种LED组件，包括LED芯片，所述LED芯片一侧表面上设置有具有若干凸起的透光量子点容置结构；所述透光量子点容置结构呈多孔结构；所述透光量子点容置结构的材质为有机聚合物或无机物。
根据本申请的第二个方面提供了一种LED组件的制备方法，包括以下步骤：
提供LED芯片；
将有机聚合物或无机物设置在所述LED芯片一侧的表面上；
对所述有机聚合物或无机物进行刻蚀处理，以使其具有多孔结构；
在进行所述刻蚀处理之前和/或之后，通过表面处理工艺使所述有机聚合物或无机物形成若干凸起，得到透光量子点容置结构。
进一步地，LED组件的制备方法还包括以下步骤：对所述透光量子点容置结构的表面进行疏水化处理。
根据本申请的第三个方面提供了一种量子点LED发光件，包括：
如上述LED组件或前述制备方法所制备的LED组件，以及设置于所述LED组件的多孔结构中的量子点或量子点溶液。
根据本申请的第四个方面提供了一种量子点LED发光件的制备方法，包括如下步骤：
S1：提供如上述的LED组件或依照如前述制备方法而制备得到的LED组件，以及量子点溶液；
S2：将所述量子点溶液设置在所述LED组件的透光量子点容置结构上，以使得所述量子点溶液进入到所述透光量子点容置结构的多孔结构中；
进一步地，所述制备方法还包括S3：干燥所述量子点LED发光件。
进一步地，所述量子点溶液的粘度为1～100cps，所述量子点溶液与所述透光量子点容置层的表面同为亲水性或同为疏水性。
进一步地，量子点LED发光件的制备方法还包括介于所述步骤S1和所述步骤S2之间的步骤S2’：对所述透光量子点容置结构的表面进行疏水化处理。
进一步地，量子点LED发光件的制备方法还包括步骤S4：将水氧阻隔胶设置在所述透光量子点容置结构表面并固化。
进一步地，量子点LED发光件的制备方法还包括介于所述步骤S1和所述步骤S2之间的步骤S1’：对所述LED组件进行切割；或者还包括S5：将所述量子点LED发光件进行切割。
根据本申请的第五个方面提供了一种量子点LED封装结构，包括LED支架，所述LED支架形成一内腔；所述内腔内部设置有如上述的量子点LED发光件，以及将所述量子点LED发光件封装于所述内腔中的水氧阻隔胶。
根据本申请的第六个方面提供了一种量子点显示设备，包括上述任一的量子点LED发光件或如上述任一的量子点LED封装结构。
本发明的设计理念和有益效果主要体现在：
1、提供一种独特结构，能够使得光在其中获得合理路径，结合适当且符合一定空间位置特性的量子点分散布局，从而达到均化量子点受光强度和提高量子点光转化率的目的。具体的，利用能够通过刻蚀处理形成多孔结构的材料，来构建透光率高的透光量子点容置结构，以使量子点能够在三维空间内进行特定形态的布置，另外结合对光线提供的多重折射导路，避免整个区域量子点因局部范围内量子点受到过强蓝光照射所造成的淬灭黑化而发生系统性淬灭；量子点对蓝光的吸收率得到有效提升，实现高光转化率的同时，能够在相等亮度情况下，有效降低量子点的实际使用量。
2、提供一种更为简便快捷的产品制造工艺，特别体现在量子点的施加和空间构成过程上。量子点溶液的空间定位过程近似于自然吸附，通过对界面表面张力的控制，即可在基本相同简便程度的工艺条件下，达到多种预设效果。
3、使产品制造工艺在一定程度上能够自由进行分割，形成各自独立的新的产品组件。具体如LED组件的制造生产并非必然的局限在量子点LED发光件的制造工艺之内，量子点LED发光件与量子点LED封装结构以及量子点显示设备之间亦为同理关系。
4、提供一种水汽隔离程度更高的量子点隔绝方案。具体的，当量子点所处环境经过疏水化处理后，水汽与量子点之间直接接触的几率将更小。
附图说明
图1为本申请一种实施例中LED芯片的侧面结构示意图。
图2为本申请一种实施例中包含有机聚合物层的LED芯片侧面结构示意图。
图3为本申请一种实施例中对图2所示的结构进行结构化后得到的LED组件的侧面结构示意图。
图4为本申请一种实施例中透光量子点容置结构的侧面结构示意图。
图5为本申请一种实施例中量子点LED发光件的局部侧面结构示意图。
图6为本申请一种实施例中量子点LED发光件的微观结构示意图。
图7为本申请一种实施例中量子点LED封装结构半成品的侧面结构示意图。
图8为本申请一种实施例中施加量子点后的图5所示的半成品的侧面结构示意图。
图9为本申请一种实施例中量子点LED封装结构的侧面结构示意图。
图10为本申请一种实施例中LED组件经切割后得到的微晶片。
其中，附图标记为：
1、LED芯片；2、有机聚合物层；3、凸起；4、多孔结构；5、量子点；6、光线；7、LED支架；8、水氧阻隔胶；9、微晶片。
具体实施方式
为了使阅读者能够更好的理解本发明之设计宗旨，特提供下述具体实施例，以使得阅读者能够形象的理解本发明所涉及到结构、结构组成、作用原理和技术效果。但应当注意，下述各实施例并非是对本发明技术方案的限定，本领域技术人员在对各实施例进行分析和理解的同时，可结合现有知识对本发明提供的技术方案做一系列变形与等效替换，该变形与等效替换而得的新的技术方案亦被本发明囊括在内。
由于本发明无法对实施例进行穷举，因此一些优选的技术特征和优选的技术方案可以进行合理的相互替换或组合，由此而得的新的技术方案亦被囊括在本发明之中。阅读者应该明白，在阅读者通过阅读实施例内容和理解本发明宗旨之后，根据提供的实施方案所做出的一系列变形、等效替换、特征元素之糅合等，均应理解为被囊括在本发明的精神之内。
本申请提供了一种LED组件，如图1至4所示，包括LED芯片1，所述LED芯片1一侧表面上设置有具有若干凸起3的透光量子点容置结构；所述透光量子点容置结构呈多孔结构4；所述透光量子点容置结构的材质为有机聚合物或无机物。
本申请利用多孔结构来构建透光率高的透光量子点容置结构，以使量子点能够在三维空间内进行特定形态的布置，另外结合对光线提供的多重折射导路，避免整个区域量子点因局部范围内量子点受到过强蓝光照射所造成的淬灭黑化而发生系统性淬灭；量子点对蓝光的吸收率得到有效提升，实现高光转化率的同时，能够在相等亮度情况下，有效降低量子点的实际使用量。
其中，LED芯片1的形状大小不定，可用一般晶圆，亦可直接使用微晶片。凸起的形状可以为微柱或近似三角锥等形状。本申请对量子点材料不做进一步限定，可以根据实际应用选择量子点材料。
本申请还提供了一种LED组件的制备方法，如图1至4所示，包括以下步骤：
提供LED芯片1；
将有机聚合物或无机物设置在所述LED芯片1一侧的表面上；
对所述有机聚合物或无机物进行刻蚀处理，以使其具有多孔结构4；
在进行所述刻蚀处理之前和/或之后，通过表面处理工艺使所述有机聚合物或无机物形成若干凸起3，得到透光量子点容置结构。
值得一提的是，上述方法利用刻蚀处理形成多孔结构4，来构建透光率高的透光量子点容置结构，以使量子点能够在三维空间内进行特定形态的布置，另外结合对光线提供的多重折射导路，避免整个区域量子点因局部范围内量子点受到过强蓝光照射所造成的淬灭黑化而发生系统性淬灭；量子点对蓝光的吸收率得到有效提升，实现高光转化率的同时，能够在相等亮度情况下，有效降低量子点的实际使用量。
其中，有机聚合物的制备方法可以但不局限于是涂布或打印等，无机物层的制备方法可以但不局限于是气相沉积法等。厚度多控制在10～100μm之间。在对有机聚合物或无机物的种类进行选择时，所遵循的原则是至少保证该厚度下的层状物具有较高的光透过率，因此一般情况下，较为优选的，有机聚合物多选用聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷等物质，而无机物则多选用氧化铟锡、氧化铟镓锌等物质，但具体选择并非仅局限于上述选项。可使用酸碱溶液、腐蚀性气体、电子束或离子体等进行刻蚀处理。得到的多孔结构形态可以多样，优选为多孔通道结构，孔径大小及孔数量则根据实际的需要通过刻蚀处理工艺进行调整。
凸起3可采用纳米压印或光刻等表面处理工艺获得，优选得到较为规整的结构化外观表面，凸起3的高度为5～80μm，相邻两个凸起3的间距为5～20μm。该表面处理工艺可设计于刻蚀处理工艺前或后，顺序的改变通常不会使透光量子点容置结构所具备的多孔结构的微观构象有大的变化。
在一些实施例中，LED组件的制备方法还包括以下步骤：对所述透光量子点容置结构进行表面疏水化处理。
当选用的量子点溶液表现为疏水性时，对透光量子点容置结构进行疏水化处理，能够提高量子点溶液的浸润程度，降低量子点溶液渗透入多孔结构并附着于多孔结构表壁上的难度；同时，经疏水化处理后的表面，能够有效阻挡水汽的进入，进一步降低量子点受外界环境的影响。
疏水化处理可根据实际情况进行合理调整，以此保证多孔结构4的孔内表壁和孔外层表面的亲疏水性质不同，从而达到对量子点溶液停留区域以及停留量的精细控制。
如图5所示，本申请还提供了一种量子点LED发光件，包括：如上述的LED组件或前述制备方法所制备的LED组件，以及设置于所述LED组件的多孔结构4中的量子点5或量子点溶液。
如图6所示，光线6在孔道空隙及孔道表壁内部传输并发生多重折射，所有量子点5高度均匀接受光的照射，以此有效减少中心受光强度，极大提高量子点的光照稳定性，最大程度上避免了因中心光强过高而使局部量子点容易发生光照淬灭的情况发生，达到有效延长发光寿命的目的。并且由于量子点5对光线6的吸收率提高，进而实现了更高的光转化率，降低了量子点5的等效使用量，从而降低产品成本。
本申请还提供了一种量子点LED发光件的制备方法，包括如下步骤：
S1：提供如上述的LED组件或依照如前述制备方法而制备得到的LED组件，以及量子点溶液；
S2：将所述量子点溶液设置在所述LED组件的透光量子点容置结构上，以使得所述量子点溶液进入到所述透光量子点容置结构的多孔结构4中；
优选地，所述制备方法还包括S3：干燥所述量子点LED发光件。
量子点溶液设置在容置层上所采用的方式为本领域常规的可以实现有效控制单位施加量的方式，如滴注等。若量子点溶液中的构成组分包括可挥发性物质，如挥发性溶剂，则优选在工艺后期对量子点LED发光件进行干燥。
在一些实施例中，所述量子点溶液的粘度为1～100cps，所述量子点溶液与所述透光量子点容置结构的表面同为亲水性或同为疏水性。也即材料的表面能接近。
在一些实施例中，量子点LED发光件的制备方法还包括介于所述步骤S1和所述步骤S2之间的步骤S2’：对所述透光量子点容置结构进行疏水化处理。
当量子点溶液的粘度选定为1～100cps时，不仅更加有利于实现量子点溶液的浸润，使得量子点溶液可以顺利进入多孔孔道内，亦更加方便滴注等施加工艺的具体实施，有利于对量子点施加量进行严格掌控。为了增加量子点溶液对透光量子点容置结构表面的浸润程度，优选两者同为亲水性或疏水性；在一些优选的实施例中为疏水性，以此降低外界环境中水汽的侵害风险。疏水化处理方法可在目前现有技术当中提及的多种技术方案中合理选择。在一些优选的实施例中，疏水化处理范围包括多孔结构中的全部孔道表壁及孔外的量子点容置层表面。
在一些实施例中，量子点LED发光件的制备方法还包括步骤S4：将水氧阻隔胶8设置在所述透光量子点容置结构表面并固化。
在设置水氧阻隔胶8时，水氧阻隔胶8可以部分进入多孔结构中，也可以不进入多孔结构中。在一些优选的实施例中，水氧阻隔胶8进入多孔结构当中并固化其内，可以更有效地为量子点提供保护作用。
在一些实施例中，量子点LED发光件的制备方法还包括介于所述步骤S1和所述步骤S2之间的步骤S1’：对所述LED组件进行切割；或者还包括S5：将所述量子点LED发光件进行切割。
在具体生产过程当中，所涉及到的产品多样，为了得到相应适用，可对LED组件或量子点LED发光件进行切割。如所提供的LED组件基于晶圆，切割为微小片体后，可适用于如Mini-LED或者Micro-LED等产品的生产。
本申请还提供了一种量子点LED封装结构，如图7至9所示，包括LED支架7，所述LED支架7形成一内腔；所述内腔内部设置有如上述的量子点LED发光件，以及将所述量子点LED发光件封装于所述内腔中的水氧阻隔胶。
本申请还提供了一种量子点显示设备，包括上述任一的量子点LED发光件或如上述任一的量子点LED封装结构。
下面将结合具体实施例进一步描述本申请提供的LED组件、量子点LED发光件、量子点LED封装结构及显示设备。
实施例1
参看图1～5，取LED芯片1，在其上涂布一层聚甲基丙烯酸甲酯以形成透明有机聚合物层2，其厚度为100μm，而后利用纳米压印的方式对该有机聚合物层2进行表面结构化处理，以此形成规整凸起3，其尺寸为65μm，相邻间距为20μm，然后使用溶剂(包括但不限于如乙酸乙酯、甲苯等)对其进行刻蚀处理以形成多孔结构4，最后对多孔结构4进行疏水化处理。
参看图7～10，按照一定尺寸对上述所得LED组件进行切割，得到微晶片9。将微晶片9安放置LED支架7当中，并对其进行CdSe量子点溶液的滴注，其中选用的量子点溶液粘度为48cps；当保证适量的量子点溶液渗入多孔结构4当中后，干燥使量子点溶液本身所含溶剂挥发殆尽，最后使用水氧阻隔胶8进行封装。
实施例2
取LED芯片1，在其上涂布一层聚二甲基硅氧烷以形成透明有机聚合物层2，其厚度为100μm，而后利用纳米压印的方式对该有机聚合物层2进行表面结构化处理，以此形成规整凸起3，其尺寸为40μm，相邻间距为10μm，然后使用溶剂(包括但不限于如乙酸乙酯、甲苯等)对其进行刻蚀处理以形成多孔结构4。
按照一定尺寸对上述所得LED组件进行切割，得到微晶片9。将微晶片9安放置LED支架7当中，并对其进行CdSe量子点溶液(与实施例1相同的量子点溶液)的滴注，其中选用的量子点溶液粘度为10cps；当保证适量的量子点溶液渗入多孔结构4当中后，干燥使量子点溶液本身所含溶剂挥发殆尽，最后使用水氧阻隔胶8进行封装。
实施例3
取LED芯片1，在其上涂布一层聚甲基丙烯酸甲酯以形成透明有机聚合物层2，其厚度为50μm，而后利用纳米压印的方式对该有机聚合物层2进行表面结构化处理，以此形成规整凸起3，其尺寸为20μm，相邻间距为5μm，然后使用溶剂(包括但不限于如乙酸乙酯、甲苯等)对其进行刻蚀处理以形成多孔结构4，最后对其进行疏水化处理。
按照一定尺寸对上述所得LED组件进行切割，得到微晶片9。将微晶片9安放置LED支架7当中，并对其进行InP量子点溶液的滴注，其中选用的量子点溶液粘度为100cps；当保证适量的量子点溶液渗入多孔结构4当中后，干燥使量子点溶液本身所含溶剂挥发殆尽，最后使用水氧阻隔胶8进行封装。
实施例4
取LED芯片1，在其上涂布一层聚甲基丙烯酸甲酯以形成透明有机聚合物层2，其厚度为100μm，而后利用纳米压印的方式对该有机聚合物层2进行表面结构化处理，以此形成规整凸起3，其尺寸为5μm，相邻间距为5μm，然后使用溶剂(包括但不限于如乙酸乙酯、甲苯等)对其进行刻蚀处理以形成多孔结构4，最后对其进行疏水化处理。
按照一定尺寸对上述所得LED组件进行切割，得到微晶片9。将微晶片9安放置LED支架7当中，并对其进行CdSe量子点溶液(与实施例1相同的量子点溶液)的滴注，其中选用的量子点溶液粘度为80cps；当保证适量的量子点溶液渗入多孔结构4当中后，干燥使量子点溶液本身所含溶剂挥发殆尽，最后使用水氧阻隔胶8进行封装。
对比例
制备100μm的量子点硅胶层，且单位体积CdSe量子点溶液(与实施例1相同的量子点溶液)对应的施胶量相同。同样置于LED支架的LED芯片上，使用水氧阻隔胶进行封装。
持续点亮测试稳定性测试：
以65℃温度、95％相对湿度作为环境设定，利用波长为450nm蓝色LED灯作为背光光源，利用积分球测试蓝色背光光谱和透过量子点膜的光谱，利用光谱图的积分面积计算量子点发光效率。发光效率＝(红色量子点发射峰面积+绿色量子点发射峰面积)/(蓝色背光峰面积-透过量子点膜未被吸收的蓝色峰面积)×100％，最后，对发光效率进行归一化处理。
对上述实施例和对比例进行实验测试，获得如下数据：
| 同批次产品测试 | 量子点发光效率 | 老化时长 |
| 实施例1 | 90％ | 1000h |
| 实施例2 | 93％ | 1000h |
| 实施例3 | 92％ | 1000h |
| 实施例4 | 91％ | 1000h |
| 对比例1 | 8％ | 69h |
可以看到对比例1在老化69小时后量子点发光效率已经衰减严重，而实施例在1000小时老化后发光效率衰减较少，也即稳定性高。
Claims (12)
1.一种LED组件，其特征在于，包括LED芯片(1)，所述LED芯片(1)一侧表面上设置有具有若干凸起(3)的透光量子点容置结构，所述透光量子点容置结构呈多孔结构(4)；所述透光量子点容置结构的材质为有机聚合物或无机物。
2.一种LED组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供LED芯片(1)；
将有机聚合物或无机物设置在所述LED芯片(1)一侧的表面上；
对所述有机聚合物或无机物进行刻蚀处理，以使其形成多孔结构(4)；
在进行所述刻蚀处理之前和/或之后，通过表面处理工艺使所述有机聚合物或无机物形成若干凸起(3)，得到透光量子点容置结构。
3.根据权利要求2所述的LED组件的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：对所述透光量子点容置结构的表面进行疏水化处理。
4.一种量子点LED发光件，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的LED组件或依照如权利要求2～3任一所述的制备方法所制备的LED组件，以及设置于所述LED组件的多孔结构(4)中的量子点(5)或量子点溶液。
5.一种量子点LED发光件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：提供如权利要求1所述的LED组件或依照如权利要求2～3任一所述的制备方法而制备得到的LED组件，以及量子点溶液；
S2：将所述量子点溶液设置在所述LED组件的透光量子点容置结构上，以使得所述量子点溶液进入到所述透光量子点容置结构的多孔结构(4)中。
6.根据权利要求5所述的量子点LED发光件的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括S3：干燥所述量子点LED发光件。
7.根据权利要求5所述的量子点LED发光件的制备方法，其特征在于，所述量子点溶液的粘度为1～100cps，所述量子点溶液与所述透光量子点容置层的表面同为亲水性或同为疏水性。
8.根据权利要求5所述的量子点LED发光件的制备方法，其特征在于，还包括介于所述步骤S1和所述步骤S2之间的步骤S2’：对所述透光量子点容置结构进行疏水化处理。
9.根据权利要求5所述的量子点LED发光件的制备方法，其特征在于，还包括步骤S4：将水氧阻隔胶(8)设置在所述透光量子点容置结构表面并固化。
10.根据权利要求5～9任一所述的量子点LED发光件的制备方法，其特征在于，还包括介于所述步骤S1和所述步骤S2之间的步骤S1’：对所述LED组件进行切割；或者还包括S5：将所述量子点LED发光件进行切割。
11.一种量子点LED封装结构，其特征在于，包括LED支架(7)，所述LED支架(7)形成一内腔；所述内腔内部设置有如权利要求4所述的量子点LED发光件，以及将所述量子点LED发光件封装于所述内腔中的水氧阻隔胶(8)。
12.一种量子点显示设备，其特征在于，包括如权利要求4所述的量子点LED发光件或如权利要求10所述的量子点LED封装结构。
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