CN112103383B

CN112103383B - 白光发光二极管及包含其的背光模块与显示设备

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Publication number: CN112103383B
Application number: CN201910524113.4A
Authority: CN
Inventors: 李崇华; 陈建清
Original assignee: Individual
Current assignee: Suzhou Duolis Technology Co ltd
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: CN112103383A

Abstract

本公开提供一种白光发光二极管，包括：一发光二极管芯片，具有一第一表面及一第二表面，其中第一表面与第二表面相对；一电极，设置于发光二极管芯片的第一表面上；一荧光粉层，设置于发光二极管的第二表面上；以及一滤光层，设置于荧光粉层上，其中滤光层为一双陷波滤光层或一三带通滤光层。此外，本公开还提供一种使用前述白光发光二极管的背光模块及显示设备。

Description

白光发光二极管及包含其的背光模块与显示设备

技术领域

本公开关于一种白光发光二极管及包含其的背光模块与显示设备，尤指一种可提升色域的白光发光二极管及包含其的背光模块与显示设备。

背景技术

白光发光二极管的应用非常广泛，例如可应用于光源或显示设备的背光模块上。目前已知白光发光二极管的发光层材料可为荧光粉或量子点。然而，相较于量子点所发出的光，荧光粉所发出的光具有较多的杂光，故以荧光粉所制得的白光发光二极管的色域较不理想。因此，目前已有厂商想使用量子点作为发光层的材料制备白光发光二极管，以希望能提升应用于显示设备的背光模块上背光效果。

然而，量子点的制作成本较为昂贵，若能有效滤除荧光粉所发出的杂光并提升白光发光二极管的色域，即便未使用量子点作为白光发光二极管的发光层材料，也可有效提升显示设备的背光模块的背光效果。

有鉴于此，目前亟需发展一种新颖的使用荧光粉的白光发光二极管，以期能有效应用于显示设备的背光模块上。

发明内容

本公开提供一种白光发光二极管，通过设置一滤光层而可将白光发光二极管的色域提升。

本公开的白光发光二极管包括：一发光二极管芯片，具有一第一表面及一第二表面，其中第一表面与第二表面相对；一电极，设置于发光二极管芯片的第一表面上；一荧光粉层，设置于发光二极管的第二表面上；以及一滤光层，设置于荧光粉层上，其中滤光层为一双陷波滤光层(Dual-band notch filtering layer)或一三带通滤光层(Triple-modebandpass filtering layer)。

在本公开的白光发光二极管中，通过使用一滤光层，特别是使用一双陷波滤光层或一三带通滤光层，而可将荧光粉层所发出的光进一步过滤，特别是过滤掉杂光。从而，当本公开的白光发光二极管应用于显示设备的背光模块上时，可提供广色域的背光，进而提升显示设备的显示质量。

在本公开的白光发光二极管中，发光二极管芯片还包括一侧表面，侧表面与第一表面及第二表面连接，且荧光粉层还设置于侧表面上。更具体来说，在本公开的一实施例中，发光二极管除了设有电极的第一表面外，其他所有表面均设置有荧光粉层。

在本公开的白光发光二极管中，滤光层可还设置于该荧光粉层对应于该侧表面的表面上。在本公开的一实施例中，滤光层可仅设置于荧光粉层对应于发光二极管的第二表面的表面上。在本公开的另一实施例中，滤光层可设置于荧光粉层对应于发光二极管的第二表面及侧表面的表面上。

本公开的白光发光二极管可还包括一保护层，其中保护层设置于荧光粉层及滤光层间。此外，保护层可还设置于荧光粉层对应于侧表面的表面上。因此，在本公开的一实施例中，荧光粉层的所有表面均可设置有保护层。

在本公开的白光发光二极管中，发光二极管芯片可为一蓝光发光二极管芯片，较好为一蓝光倒装发光二极管芯片。在本公开的一实施例中，发光二极管芯片可包括两个电极，而此两个电极均设置于发光二极管的第一表面上。其中，电极的材料包括，但不限于，铜、铝、钼、钨、金、铬、镍、铂、钛、铜合金、铝合金、钼合金、钨合金、金合金、铬合金、镍合金、铂合金、钛合金、或其他适合金属或金属合金。

在本公开的白光发光二极管中，荧光粉层是由多荧光粉颗粒所形成的层。其中，荧光粉层的种类并无特殊限制，可根据发光二极管芯片的种类或荧光粉所要发出的色光做选择。举例来说，荧光粉颗粒可使用经激发后可发出黄光的荧光粉颗粒；当与蓝光发光二极管芯片合并使用时，则本公开的发光二极管可发出白光。

在本公开中，荧光粉颗粒的具体例子包括，但不限于，ZnO、ZrO₂、PbO、Y₂O₃、Y₂O₂、Zn₂SiO₄、Y₃Al₅O₁₂、Y3(AlGa)₅O₁₂Y₂SiO₅、LaOCl、InBO₃、ZnGa₂O₄、ZnS、PbS、CdS、CaS、SrS、Zn_xCd_1-xS、Y₂O₂S、SiAlON(Si_6-zAl_zO_zN_8-z)、AlN、或Gd₂O₂S，且做为荧光粉颗粒的化合物可还掺杂至少一选自由Cu、Ag、Eu、Yb、La、Cl、Tb、Al、Ce、Er、Zn、Mn、及其他镧系元素(Pr、Pm、Sm、Ho、Er)所组成的群组的元素。然而，本公开并不仅限于此。

在本公开中，荧光粉颗粒的粒径可介于10nm至50μm之间。然而，本公开并不仅限于此。

在本公开的白光发光二极管中，保护层的材料包括，但不限于，SiO₂、Al₂O₃、ZnO、ZrO、Y₂O₃、TiO₂、CoO、MnO₂、NiO、CuO、PbO、Si₃N₄或其混合物。

在本公开的一实施例中，白光发光二极管中的滤光层可为一滤光片，其可通过一透明黏胶，贴附于荧光粉层上，特别是贴附于荧光粉层上的保护层上。在本公开的另一实施例中，滤光层可为一滤光薄膜，其可以镀膜的方式形成于荧光粉层上，特别是形成于荧光粉层上的保护层上。

此外，本公开还提供一种背光模块，包括：一反射片；一光学膜片，设置于反射片上；以及如前所述的白光发光二极管，设置于反射片及光学膜片间。进一步的，本公开还提供一种显示设备，包括：如前所述的背光模块；以及一显示面板，设置于背光模块上。

在本公开中，通过设计白光发光二极管的设置位置，背光模块可为直下式的背光模块或是侧入式的背光模块。

在本公开中，显示面板可为一需要背光源的显示面板，例如，液晶显示面板。

在本公开的背光模块及显示设备中，通过使用前述的白光发光二极管，可提升背光模块的色域。因此，即便本公开的白光发光二极管使用荧光粉层作为发光层，也可达到与使用量子点作为发光层相近的背光效果。

附图说明

图1A至图1D为本公开实施例1的白光发光二极管制作流程的剖面示意图。

图2为本公开实施例2的白光发光二极管的剖面示意图。

图3为本公开实施例3的直下式背光模块的剖面示意图。

图4为本公开实施例4的侧入式背光模块的剖面示意图。

图5为本公开实施例5的显示设备的剖面示意图。

图6为本公开测试例1的比较例测试组件的剖面示意图。

图7为本公开测试例1的实验例测试组件的剖面示意图。

图8A及图8B分别为本公开测试例1的比较例及实验例的测试结果图。

图9A及图9B分别为本公开测试例2的比较例及实验例的测试结果图。

图10A及图10B分别为本公开测试例3的比较例及实验例的测试结果图。

图11A及图11B分别为本公开测试例4的比较例及实验例的测试结果图。

图12A及图12B分别为本公开测试例5的比较例及实验例的测试结果图。

图13A及图13B分别为本公开测试例6的比较例及实验例的测试结果图。

图14A及图14B分别为本公开测试例7的比较例及实验例的测试结果图。

图15A及图15B分别为本公开测试例8的比较例及实验例的测试结果图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1 白光发光二极管 11 发光二极管芯片

111 第一表面 112 第二表面

113 侧表面 12 电极

13 荧光粉层 14 保护层

15，16 滤光层 21 印刷电路板

22 线路 23 扩散透镜

231 透镜空穴 3 背光模块

30 壳体 31 反射片

32 光学膜片 33 导光板

4 显示面板 41 第一基板

42 显示层 43 第二基板

具体实施方式

以下参照附图说明本公开的实施方式，以明确阐释本公开前述和其他技术内容、特征、和/或功效。通过特定实施例的说明，本领域的技术人员可进一步明白本公开采取的技术手段和功效，以达成前述本公开的目的。另外，在此所公开的技术可为本领域的技术人员理解并且实施，且在不背离本公开概念的前提下，任何实质相同的变更或改良均可涵盖于保护范围中。

此外，说明书和权利要求所提及的序数，例如“第一”、“第二”等，仅用于说明主张的组件；而非意指、或表示主张的组件具有任何执行次序，也不是于一主张的组件和另一主张的组件之间的次序、或工艺方法的步骤次序。这些序数的使用仅用来使具有某命名的一申请组件得以和具有相同命名的另一申请组件能作出清楚区分。

此外，说明书和权利要求所提及的位置，例如“之上”、“上”、或“上方”，可指直接接触另一组件，或者可以指非直接接触另一组件。还有，说明书和权利要求所提及的位置，例如“之下”、“下”、或“下方”，可指直接接触另一组件，或者可以指非直接接触另一组件。

此外，本公开的不同实施例的技术特征可彼此组合，以形成另一实施例。

实施例1

图1A至图1D为本实施例的白光发光二极管的制作流程的剖面示意图。

如图1A所示，首先，提供一发光二极管芯片11，其具有一第一表面111及一第二表面112，其中第一表面111与第二表面112相对；且两电极12(分别为阳极及阴极)系设置于发光二极管芯片11的第一表面111上。此外，发光二极管芯片11还包括侧表面113，与第一表面111及第二表面112连接。在本实施例中，发光二极管芯片11为一蓝光倒装芯片；更具体来说，发光二极管芯片11为一形成有磊晶层的蓝光倒装芯片。

如图1B所示，形成一荧光粉层13于发光二极管芯片11的第二表面112及侧表面113上。在本实施例中，荧光粉层13的形成方法并无特殊限制，可使用如中国台湾专利第1398306号所述的方法形成。

如图1C所示，形成一保护层14于荧光粉层13上。在本实施例中，保护层14可为一光学保护胶。此外，保护层14的形成方法并无特殊限制，可使用任何已知的涂布方法形成，例如旋转涂布、刮刀涂布、喷墨法、印刷法、辊涂法、喷涂法等。

如图1D所示，设置一滤光层15于保护层14上。其中，滤光层15可通过一透明黏胶层贴附于保护层14上。在本实施例中，滤光层15可为一双陷波滤光片或一三带通滤光片。最后，经一加热工艺，可将滤光层15固定于荧光粉层13上，而得到本实施例的白光发光二极管。

经由前述工艺后，则可得到本实施例的白光发光二极管。如图1D所示，本实施例的白光发光二极管包括：一发光二极管芯片11，具有一第一表面111及一第二表面112，其中第一表面111与第二表面112相对；两电极12，设置于发光二极管芯片11的第一表面111上；一荧光粉层13，设置于发光二极管芯片11的第二表面112上；以及一滤光层15，设置于荧光粉层13上，其中滤光层15为一双陷波滤光片或一三带通滤光片。

在本实施例中，发光二极管芯片11还包括侧表面113，其与第一表面111及第二表面112连接，且荧光粉层13还设置于侧表面113上。更详细来说，在本实施例中，荧光粉层13形成于发光二极管芯片11的第一表面111外的其他所有表面(包括第二表面112及侧表面113)上。

在本实施例中，白光发光二极管还包括一保护层14，其中保护层14还设置于荧光粉层13对应于第二表面112及侧表面113的表面上。更详细来说，在本实施例中，因荧光粉层13形成于发光二极管芯片11的第二表面112及侧表面113上，而保护层14是用以保护荧光粉层13，故保护层14也形成于荧光粉层13对应于第二表面112及侧表面113的表面上。

在本实施例中，滤光层15是设置于保护层14上，因此保护层14是设置于荧光粉层13及滤光层15间。此外，在本实施例中，滤光层15为一双陷波滤光片或一三带通滤光片，其是直接以透明黏胶层贴附保护层14对应于第二表面112的表面上。因此，由荧光粉层13所发出的光可穿过保护层14而到达滤光层15，并通过滤光层15过滤掉杂光。

实施例2

图2为本实施例的白光发光二极管的剖面示意图。本实施例的白光发光二极管的制备方法及结构与实施例1相似，除了以下不同点。

在本实施例中，滤光层是以镀膜的方式形成于保护层上。因此，在本实施例中，为了使滤光层的镀膜得以平整的形成于保护层14上，在形成如图1C所示的结构后，可先进行一整平保护层14表面的步骤。在此，可使用本技术领域已知的镀膜方式(例如，真空镀膜工艺)，在保护层14形成一镀膜(图未示)，以整平保护层14的表面。在本实施例中，可使用电浆化学气相沉积法(PECVD)在保护层14上形成一氮化硅(Si₃N₄)镀膜，且此氮化硅镀膜是形成于保护层14对应于第二表面112及侧表面113的表面上。

而后，如图2所示，在保护层14上形成一滤光层16。在此，滤光层16也可使用本技术领域已知的镀膜方式(例如，真空镀膜工艺)，直接镀制于保护层14上。在本实施例中，可使用双陷波滤光材料或三带通滤光材料，通过溅镀工艺于保护层14(特别是保护层14上的氮化硅镀膜)上形成滤光层16。

因此，在本实施例中，滤光层16是设置于保护层14上，而保护层14是设置于荧光粉层13及滤光层16间。此外，在本实施例中，滤光层16为一双陷波滤光薄膜或一三带通滤光薄膜，其是直接镀制于保护层14对应于第二表面112及侧表面113的表面上。因此，由荧光粉层13所发出的光可穿过保护层14而到达滤光层16，并通过滤光层16过滤掉杂光。

实施例3

图3为本实施例的直下式背光模块的剖面示意图。如图3所示，本实施例的背光模块包括：一反射片31；一光学膜片32，设置于反射片31上；以及一白光发光二极管1，设置于反射片31及光学膜片32间。在本实施例中，白光发光二极管1可为实施例1或实施例2所示的白光发光二极管。

在本实施例中，反射片31也同时作为背光模块的壳体。此外，虽图未示，光学膜片32可包括背光模块常见的膜片，例如扩散片、棱镜片、增亮片等；然而，本公开并不仅限于此，可根据需求调整光学膜片32的组成。

实施例4

图4为本实施例的侧入式背光模块的剖面示意图。本实施例的背光模块与实施例3的相似，除了下列不同点。

如图4所示，本实施例的背光模块还包括一导光板33，设置于反射片31与光学膜片32间，而白光发光二极管1设置于导光板33的一侧。此外，在本实施例的背光模块还包括壳体30，而反射片31、光学膜片32、导光板33及白光发光二极管1均设置于壳体30的容置空间内。

实施例5

图5为本实施例的显示设备的剖面示意图。如图5所示，本实施例的显示设备包括：一背光模块3；以及一显示面板4，设置于背光模块3上。其中，背光模块3可为实施例3或实施例4所示的背光模块。此外，显示面板4可包括：一第一基板41；一第二基板43，与第一基板41相对设置；以及一显示层42，设置于第一基板41与第二基板43间。在本实施例中，显示层42可为一液晶层。

在本实施例的一实施形式中，第一基板41可为上方设置有薄膜电晶结构(图未示)的薄膜晶体管基板，而第二基板43可为上方设置有彩色滤光层(图未示)及黑色矩阵层(图未示)的彩色滤光片基板。在本实施例的另一实施形式中，彩色滤光层(图未示)也可设置在第一基板41上，此时，第一基板41则为一整合彩色滤光片数组的薄膜晶体管基板(colorfilter on array，COA)。在本实施例的再一实施形式中，黑色矩阵层(图未示)也可设置在基板1上，此时，基板1则为一整合黑色矩阵的薄膜晶体管基板(black matrx on array，BOA)。

测试例1

图6及图7分别为本测试例的比较例及实验例的测试组件的剖面示意图。如图6所示，本测试例的比较例所使用的测试组件包括：一印刷电路板21，其上方设置有一线路22；一如图1C所示的白光发光二极管1′，其电极12(请参阅图1C)与线路22电性连接；以及一扩散透镜23，设于印刷电路板21上，且如图1C所示的白光发光二极管1′是设于扩散透镜23的透镜空穴231中。如图7所示，本测试例的实验例所使用的测试组件与比较例所使用的测试组件相似，除了比较例的如图1C所示的白光发光二极管1′是以如图1D所示的白光发光二极管1所取代。

而后，将如图6及图7的测试组件用于如图3所示的背光模块中，并应用于如图5所示的显示设备中；其中，显示设备的第一基板41为薄膜晶体管基板，而第二基板43为彩色滤光片基板。

在本测试例中，白光发光二极管1′及白光发光二极管1所使用的荧光粉为窄波氟化物红色荧光粉(KSF)。此外，白光发光二极管1中的滤光层15(请参阅图1D)为一双陷波滤光片。另外，还使用LED积分球测试仪侦测比较例及实验例所得到的光谱，并使用色彩分析仪侦测比较例及实验例所得到的色域。

比较例及实验例所得到的光谱结果分别如图8A及图8B所示。当实验例的白光发光二极管使用双陷波滤光片，相较于未使用双陷波滤光片的比较例的白光发光二极管，可有效滤除杂光。此外，比较例可得到的90.2％的NTSC色域，而实验例的NTSC色域可提升至113.1％。

测试例2

本测试例与测试例1的测试条件相同，除了使用氮氧化物红色荧光粉取代测试例1所使用的氟化物红色荧光粉。

比较例及实验例所得到的光谱结果分别如图9A及图9B所示。当实验例的白光发光二极管使用双陷波滤光片，相较于未使用双陷波滤光片的比较例的白光发光二极管，可有效滤除杂光。此外，比较例可得到的87.3％的NTSC色域，而实验例的NTSC色域可提升至109.9％。

测试例3

本测试例与测试例1的测试条件相同，除了实验例使用图2所示的白光发光二极管取代测试例1的实验例所使用的图1D所示的白光发光二极管，且滤光层16(请参阅图2)为一双陷波滤光薄膜。

比较例及实验例所得到的光谱结果分别如图10A及图10B所示。当实验例的白光发光二极管使用双陷波滤光薄膜，相较于未使用双陷波滤光薄膜的比较例的白光发光二极管，可有效滤除杂光。此外，比较例可得到的90.2％的NTSC色域，而实验例的NTSC色域可提升至113.1％。

测试例4

本测试例与测试例3的测试条件相同，除了使用氮氧化物红色荧光粉取代测试例3所使用的氟化物红色荧光粉。

比较例及实验例所得到的光谱结果分别如图11A及图11B所示。当实验例的白光发光二极管使用双陷波滤光薄膜，相较于未使用双陷波滤光薄膜的比较例的白光发光二极管，可有效滤除杂光。此外，比较例可得到的87.3％的NTSC色域，而实验例的NTSC色域可提升至109.9％。

测试例5

本测试例与测试例1的测试条件相同，除了实验例的白光发光二极管中的滤光层15(请参阅图1D)为一三带通滤光片。

比较例及实验例所得到的光谱结果分别如图12A及图12B所示。当实验例的白光发光二极管使用三带通滤光片，相较于未使用三带通滤光片的比较例的白光发光二极管，可有效滤除杂光。此外，比较例可得到的90.2％的NTSC色域，而实验例的NTSC色域可提升至103.1％。

测试例6

本测试例与测试例5的测试条件相同，除了使用氮氧化物红色荧光粉取代测试例5所使用的氟化物红色荧光粉。

比较例及实验例所得到的光谱结果分别如图13A及图13B所示。当实验例的白光发光二极管使用三带通滤光片，相较于未使用三带通滤光片的比较例的白光发光二极管，可有效滤除杂光。此外，比较例可得到的87.3％的NTSC色域，而实验例的NTSC色域可提升至102.9％。

测试例7

本测试例与测试例5的测试条件相同，除了实验例使用图2所示的白光发光二极管取代测试例1的实验例所使用的图1D所示的白光发光二极管，且滤光层16(请参阅图2)为一三带通滤光薄膜。

比较例及实验例所得到的光谱结果分别如图14A及图14B所示。当实验例的白光发光二极管使用三带通滤光薄膜，相较于未使用三带通滤光薄膜的比较例的白光发光二极管，可有效滤除杂光。此外，比较例可得到的90.2％的NTSC色域，而实验例的NTSC色域可提升至103.1％。

测试例8

本测试例与测试例7的测试条件相同，除了使用氮氧化物红色荧光粉取代测试例7所使用的氟化物红色荧光粉。

比较例及实验例所得到的光谱结果分别如图15A及图15B所示。当实验例所使用的白光发光二极管使用三带通滤光薄膜，相较于未使用三带通滤光薄膜的比较例的白光发光二极管，可有效滤除杂光。此外，比较例可得到的87.3％的NTSC色域，而实验例的NTSC色域可提升至102.9％。

如前所述，当白光发光二极管使用一双陷波滤光层或一三带通滤光层时，此滤光层可有效滤除杂光，并可有效提升白发光二极管的色域。

本公开的白光发光二极管可应用于任何显示设备的背光模块中来作为一发光源，其中，显示设备的具体例子包括，但不限于，显示器、手机、笔记本电脑、摄影机、照相机、音乐播放器、移动导航装置、电视等。

Claims

1.一种白光发光二极管，包括：

一发光二极管芯片，具有一第一表面及一第二表面，其中该第一表面与该第二表面相对；

一电极，设置于该发光二极管芯片的该第一表面上；

一荧光粉层，设置于该发光二极管的该第二表面上；

一保护层，设置于该荧光粉层上；

一氮化硅膜，设置于该保护层上；以及

一滤光层，设置于该保护层上，其中该滤光层为一双陷波滤光层或一三带通滤光层；

其中该电极不与该荧光粉层直接接触。

2.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其中该发光二极管芯片还包括一侧表面，该侧表面与该第一表面及该第二表面连接，且该荧光粉层还设置于该侧表面上。

3.根据权利要求2所述的白光发光二极管，其中该滤光层还设置于该荧光粉层对应于该侧表面的表面上。

4.根据权利要求2所述的白光发光二极管，其中该保护层还设置于该荧光粉层对应于该侧表面的表面上。

5.根据权利要求3所述的白光发光二极管，其中该保护层还设置于该荧光粉层对应于该侧表面的表面上。

6.一种背光模块，包括：

一反射片；

一光学膜片，设置于该反射片上；以及

一白光发光二极管，设置于该反射片及该光学膜片间且包括：

一电极，设置于该发光二极管芯片的该第一表面上；

一荧光粉层，设置于该发光二极管的该第二表面上；

一保护层，设置于该荧光粉层上；

一氮化硅膜，设置于该保护层上；以及

其中该电极不与该荧光粉层直接接触。

7.根据权利要求6所述的背光模块，其中该发光二极管芯片还包括一侧表面，该侧表面与该第一表面及该第二表面连接，且该荧光粉层还设置于该侧表面上。

8.根据权利要求7所述的背光模块，其中该滤光层还设置于该荧光粉层对应于该侧表面的表面上。

9.根据权利要求7所述的背光模块，其中该保护层还设置于该荧光粉层对应于该侧表面的表面上。

10.根据权利要求8所述的背光模块，其中该保护层还设置于该荧光粉层对应于该侧表面的表面上。

11.一种显示设备，包括：

一背光模块；以及

一显示面板，设置于该背光模块上；

其中该背光模块包括：一反射片；一光学膜片，设置于该反射片上；以及一白光发光二极管，设置于该反射片及该光学膜片间且包括：

一电极，设置于该发光二极管芯片的该第一表面上；

一荧光粉层，设置于该发光二极管的该第二表面上；

一保护层，设置于该荧光粉层上；

一氮化硅膜，设置于该保护层上；以及

其中该电极不与该荧光粉层直接接触。

12.根据权利要求11所述的显示设备，其中该发光二极管芯片还包括一侧表面，该侧表面与该第一表面及该第二表面连接，且该荧光粉层还设置于该侧表面上。

13.根据权利要求12所述的显示设备，其中该滤光层还设置于该荧光粉层对应于该侧表面的表面上。

14.根据权利要求12所述的显示设备，其中该保护层还设置于该荧光粉层对应于该侧表面的表面上。

15.根据权利要求13所述的显示设备，其中该保护层还设置于该荧光粉层对应于该侧表面的表面上。