CN115074110A - 波长转换物质、发光元件与显示装置 - Google Patents
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Abstract
本揭露提供一种波长转换物质、发光元件与显示装置。波长转换物质包含发光核体与包覆层。发光核体包含量子点或荧光粉。包覆层包覆发光核体，其中包覆层为非晶质物质，且包覆层的外表面具有至少一尖角。
Description
技术领域
本揭露是有关于一种波长转换物质、发光元件与显示装置。
背景技术
近年，背光显示器快速发展，液晶显示器(liquid crystal display，LCD)应用已逐渐普及。目前液晶显示器应用朝次毫米发光二极管(mini LED)与微发光二极管(microLED)小尺寸晶片方向进展。随着发光二极管尺寸变小，发光材料(例如量子点)的尺寸也随之变小。量子点逐渐成为热门的研发领域。量子点做为纳米级发光材料，具有窄光谱与高色纯度的优势。当散布于胶材中时，量子点的分散度可能影响胶材的流动性与操作性。
发明内容
在本揭露的一些实施方式中，波长转换物质包含发光核体与包覆层。发光核体包含量子点或荧光粉。包覆层包覆发光核体其中包覆层为非晶质物质，且包覆层的外表面具有至少一尖角。
在本揭露的一些实施方式中，非晶质物质为介电材料。
在本揭露的一些实施方式中，包覆层更为非发光物质。
在本揭露的一些实施方式中，包覆层为非金属物质。
在本揭露的一些实施方式中，包覆层为一体成型结构。
在本揭露的一些实施方式中，包覆层为透光。
在本揭露的一些实施方式中，包覆层的外表面还包含第一凹面部与第二凹面部，第一凹面部与第二凹面部共同定义尖角。
在本揭露的一些实施方式中，发光核体的直径为15纳米至25纳米。
在本揭露的一些实施方式中，发光元件包含基板、发光二极管、透光材与波长转换物质。发光二极管位于基板上。透光材覆盖发光二极管。波长转换物质散布于透光材之中。
在本揭露的一些实施方式中，显示装置包含载板与发光元件。发光元件排列于载板上。
本揭露的一些实施方式可降低波长转换物质的高静电特性与聚集特性，进而增加研磨后的波长转换物质于胶材或板材中的分散度。产品的稳定性与操作性也得以提升。
附图说明
附图揭示出了本揭露的一个或多个实施方式，并配合说明书中的说明一起用于解释本揭露的原理。只要有可能，与整个附图中使用相同的标记来表示实施方式中的相同或相似的元件。其中这些附图包含：
图1A绘示本揭露的一些实施方式中的未研磨时的波长转换物质；
图1B至图1E绘示本揭露的一些实施方式中的研磨后的波长转换物质；
图2绘示本揭露的一些实施方式的研磨波长转换物质的流程图；
图3至图4绘示使用本揭露的一些实施方式的波长转换物质的发光元件；
图5绘示使用本揭露的一些实施方式的波长转换物质的发光元件的显示装置；
图6与图7绘示本揭露的一些实施方式的研磨后的波长转换物质于不同倍率下的穿透式电子显微镜图。
【符号说明】
100a：波长转换物质
100b：波长转换物质
100c：波长转换物质
100d：波长转换物质
100e：波长转换物质
110：发光核体
120：包覆层
122：尖角
124：外表面
126：第一凹面部
128：第二凹面部
210：步骤
220：步骤
230：步骤
240：步骤
250：步骤
300：发光元件
310：基板
320：发光二极管
330：侧壁
340：胶材
400：发光元件
410：底座
420：发光二极管
430：板材
500：显示装置
510：载板
520：发光元件
530：光学膜片
540：扩散片
550：面板
D：直径
具体实施方式
为了使本揭露内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本揭露的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本揭露具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种元件、组成成分、区域、层、及/或部分，这些元件、组成成分、区域、层、及/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的元件、组成成分、区域、层、及/或部分。因此，以下讨论的一第一元件、组成成分、区域、层、及/或部分可在不偏离本发明的教示的情况下被称为一第二元件、组成成分、区域、层、及/或部分。
在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无这些特定细节的情况下实践本揭露的实施例。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。
本揭露的一些实施方式可改善波长转换物质的稳定性。具体而言，在研磨波长转换物质时，可加入不同组成的添加剂研磨波长转换物质。此举可提升波长转换物质在胶材中的分散性，进而提升制造出的发光二极管装置的稳定性。
图1A绘示本揭露的一些实施方式中的未研磨时的波长转换物质100a。波长转换物质100a包含发光核体110与包覆层120。波长转换物质100a可转换光线的波长，举例而言，将具有第一波长的光线转换成具有第二波长的光线。在一些实施方式中，波长转换物质100a可将蓝光(例如，波长介于约445纳米至约470纳米之间)转换为绿光(例如，波长介于约500纳米至约540纳米之间)。在另一些实施方式中，波长转换物质100a可将蓝光转换为红光(例如，波长介于610纳米至700纳米之间)。若将波长转换物质100a置于显示装置中，可将发光二极管发出的各种光线依实际情况转换成不同光线，例如红光、绿光或蓝光等。
图1B绘示本揭露的一些实施方式中的研磨后的波长转换物质100b。一般而言，在研磨图1A的波长转换物质100a之后，波长转换物质100a会从如图1A的较大的块状变成图1B的小颗粒状，并成为研磨后的波长转换物质100b。此时，每个波长转换物质100b中包含的发光核体110数量也比波长转换物质100a少。未研磨的波长转换物质100a可包含多个发光核体110，如图1A所示，而研磨后的波长转换物质100b可包含单颗发光核体110(如图1B、图1C与图1E所示)或者少颗发光核体110(如图1D所示)。发光核体110为纳米级发光材料，例如可以是量子点、荧光粉或任何适合的形式。在一些实施方式中，发光核体110的直径D介于约15纳米至约25纳米之间。
在一些实施方式中，发光核体110的量子点材料包含CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、InAlPSb、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe、SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe、SnPbSSe、SnPbSeTe、SnPbSTe、CsPbX3或Cs4PbX6，其中，X为氯、溴、碘或其组合。
在一些实施方式中，发光核体110的荧光粉材料包含Y3Al5O12(YAG)、LuYAG、GaYAG、SrS:Eu2+、SrGa2S4:Eu2+、ZnS:Cu+、ZnS:Ag+、Y2O2S:Eu2+、La2O2S:Eu2+、Gd2O2S:Eu2+、SrGa2S4:Ce3 +,ZnS:Mn2+、SrS:Eu2+、CaS:Eu2+、(Sr1-xCax)S:Eu2+、Ba2SiO4:Eu2+、Sr2SiO4:Eu2+、(Mg,Ca,Sr,Ba)3Si2O7:Eu2+、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+、(Mg,Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、(Sr,Ca,Ba)SixOyNz:Eu2+、(Ca,Mg,Y)SiwAlxOyNz:Ce2+、Ca2Si5N8:Eu2+、(Ca,Mg,Y)SiwAlxOyNz:Eu2+、K2GeF6:Mn4+、K2SiF6:Mn4+、K2TiF6:Mn4+、Sr(LiAl3N4):Eu2+、Si6–nAlnOnN8–n(n＝0-4.2):Eu2或上述的组合。
包覆层120包覆于多个发光核体110外围，并用于修饰发光核体110的表面，以增加发光核体110的光热稳定性或其他性质。包覆层120亦用于保护发光核体110免于受到外界物质的损害(例如氧气及水气破坏)，使得波长转换物质100b可具有良好的发光寿命。
在一些实施方式中，包覆层120可由任何适合的非晶质(amorphous)材料制成。非晶质材料本身不具有如晶质(crystalline)材料可能会有的晶粒边界，其可能会延伸至包覆层120的外表面124而作为氧气或水气侵入发光核体110的途径，因此非晶质材料的包覆层120可具有良好的包覆性，提供发光核体110良好的保护。
在一些实施方式中，非晶质材料可以是非金属材料或介电材料，例如氧化物(如二氧化硅)或其他合适的材料。此外，在一些实施方式中，包覆层120可只由一种材料组成，因此不会有分界或者不会有明显的分界，亦即包覆层120可为一体成形的。如上所述，因包覆层120不会有(明显的)分界，其亦可能成为氧气或水气侵入发光核体110的途径，因此包覆层120具有良好的包覆性，提供发光核体110良好的保护。
在一些实施方式中，包覆层120为非发光材料，亦即包覆层120不具有发光性质。又或者，波长转换物质100b的发光颜色由发光核体110而决定，亦即发光核体110本身所发出的光颜色与波长转换物质100b所发出的光颜色实质相同。另外，波长转换物质100b所发出的光强度略小于(或不大于)发光核体110本身所发出的光强度。
应了解到，“实质”是用以修饰任何可些微变化的关系，但这种些微变化并不会改变其本质。举例来说，“发光核体110本身所发出的光颜色与波长转换物质100b所发出的光颜色实质相同”，此一描述除了代表发光核体110本身所发出的光颜色，相对于波长转换物质100b所发出的光颜色，确实相同外，只要实质上波长转换物质100b的光颜色并未改变，包覆层120本身也可以具有颜色。在本文中，只要发光核体110本身所发出的光颜色与波长转换物质100b所发出的光颜色之间的波长差距小于20纳米，即称为光颜色实质相同。
在一些实施方式中，包覆层120可为实质透光，例如包覆层120的透光度为约90％至100％，或者为约95％至100％，或者为约99％至100％，因此包覆层120并不影响(或不明显减弱)发光核体120所发出的光强度。
相对于波长转换物质100a的圆滑的外表面，进行研磨后的波长转换物质100b具有包含多个尖角122的外表面124。这些尖角122由不同的凹面部共同定义，举例而言，由第一凹面部126与第二凹面部128共同定义。第一凹面部126与第二凹面部128朝发光核体110的方向凹入。在一些实施方式中，由第一凹面部126与第二凹面部128定义的尖角122的角度为锐角(小于约90度)。
除了图1B外，研磨后的波长转换物质100b亦可能具有如图1C至图1E所绘示的波长转换物质100c、100d与100e的型态。在图1C中，每个研磨后的波长转换物质100c的内部具有单一个发光核体110。在图1D中，每个研磨后的波长转换物质100d的内部具有多个发光核体110。应注意，虽然图1D绘示波长转换物质100d具有3个发光核体，但波长转换物质100d可以为更少或更多，例如2个或4个。在图1E中，绘示由图1C中的波长转换物质100c聚集而成的波长转换物质100e。换句话说，波长转换物质100e包含多个波长转换物质100c。在图1C至图1E中，每一波长转换物质100c、100d与100e的外表面124皆具有至少一尖角122，且此尖角122由两个凹面部所共同定义。至于波长转换物质100c、100d与100e的其他特征皆与波长转换物质100b相同或相似，在此便不再赘述。
图2绘示本揭露的一些实施方式的研磨波长转换物质100a的流程图。在步骤210中，准备波长转换物质。具体而言，可准备如图1A所示的波长转换物质100a，并将波长转换物质100a放入研磨装置中以待研磨。如图1A所示，在还未研磨前，波长转换物质100a的外表面为圆滑的凸面，且每一波长转换物质100a包含多颗(如大于5颗)发光核体110。波长转换物质100a可经过研磨的步骤以将发光核体110打散。
在步骤220中，加入研磨体与添加剂。研磨体可以是任何适合磨碎波长转换物质100a的固状物，且可具有任何适合的形状，例如球体、方体等。在一些实施方式中，研磨体可为锆珠、不锈钢球等或其组合。研磨波长转换物质100a时，可加入适当的添加剂来研磨。在一些实施方式中，可使用乙醇或是甲苯等作为添加剂，来研磨波长转换物质100a。除此之外，添加剂还可包含特定混合物，特定混合物可以是磷酸盐类、醇类官能基(-OH)或其组合的混合物。举例而言，添加剂可由乙醇添加异丙醇、正丁醇、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等化合物所制成。此外，相对于乙醇的量而言，特定混合物为微量。在一些实施方式中，特定混合物的体积介于乙醇体积的约0.01％至约1％之间。使用包含上述混合物的添加剂研磨波长转换物质100a可降低研磨后的波长转换物质100b的高静电特性与聚集特性，进而增加研磨后的波长转换物质100b于胶材(例如封装胶)或板材中的分散度。
在一些实施方式中，添加剂的总体积为约研磨体的总体积的约0.1％至约5％之间。当添加剂的总体积落于此范围外时，实验结果发现研磨后的波长转换物质100b无法有效被分散。
在步骤230中，研磨波长转换物质。可使用机械研磨来研磨波长转换物质100a。举例来说，可使用离心研磨、震荡研磨等来研磨波长转换物质100a。在研磨的过程中，波长转换物质100a被打散成多个较小的波长转换物质100b。此外，由于特定混合物中的与磷酸盐类的醇类官能基解离产生的氧基(-O)或氢氧基(-OH)可与包覆层120的表面产生键结，此键结有助于将波长转换物质100a研磨成包含单颗或少颗发光核体110的波长转换物质100b(、100c、100d与/或100e)。经由实验结果显示(如图6与图7所示)，使用上述的添加剂可在包覆层120的外表面124产生尖角122，如图1B至图1E所示。
在步骤240中，干燥波长转换物质。研磨完成之后，可干燥研磨后的波长转换物质100b(、100c、100d与/或100e)，以去除波长转换物质100b(、100c、100d与/或100e)中的添加剂。如此一来，添加剂不会存在于波长转换物质100b(、100c、100d与/或100e)中，而影响后续的制程。在步骤250中，进行波长转换物质的后续应用。举例而言，可将波长转换物质100b(、100c、100d与/或100e)应用于发光二极管的胶材中或是板材中。具体的实施方式可参照下文中的图3与图4。
图3绘示使用本揭露的一些实施方式的波长转换物质的发光元件300。发光元件300可包含基板310、发光二极管320、侧壁330、胶材340与波长转换物质350、360与370。基板310可包含电路板与设置于电路板上的导电层。虽然图3绘示基板310为平板状，但基板310的形状不限于此。在一些实施方式中，基板310可以具有其他的形状，例如杯状。发光二极管320可置于基板310上，并通过导电层与电路板电性连接。发光二极管320可发出特定波长的光线，例如蓝光或紫外光等。此光线可通过位于发光二极管330周围的侧壁引导，朝所期望的方向射出。胶材340为透光材，并填充于发光二极管320的周围与由侧壁330界定的空间内。波长转换物质350、360与370散布于胶材340中，并用以转换发光二极管320所发出的光线的波长。举例而言，在一些实施方式中，波长转换物质350、360与370可用于将发光二极管320发出的蓝光转换成其他波长的光(如绿光或红光)。波长转换物质350、360与/或370具有如图1B至图1E其中一图的结构。波长转换物质350、360与370的不同处在于发光核体110(如图1B所示)的材料，使得波长转换物质350、360与370可发出不同波长的光。虽然在图3中，发光元件300包含三种波长转换物质350、360与370，然而在其他实施方式中，发光元件300可包含仅一种、两种或大于三种的波长转换物质，本揭露不以此为限。
图4绘示使用本揭露的一些实施方式的波长转换物质的发光元件400。发光元件400可包含底座410、发光二极管420、板材430与波长转换物质440。底座410可具有凹槽，且凹槽的底部具有电路。发光二极管420可置于底座410的凹槽中，并电性连接至底座410的电路，以发出特定波长的光线，例如蓝光或紫外光等。板材430覆盖于发光二极管420的上方，并完全覆盖底座410的凹槽。板材430可由任何合适的透光材料制成，例如玻璃、石英、塑料等。波长转换物质440散布于板材430中，并用以转换发光二极管420所发出的光线的波长。举例而言，在一些实施方式中，波长转换物质440可用于将发光二极管420发出的蓝光转换成其他波长的光(如绿光或红光)。板材430与发光二极管420和底座410的凹槽之间可为真空，或是可以充满任何合适的物质，例如气体、液体或胶体等。波长转换物质440具有如图1B至图1E其中一图的结构。虽然在图4中，发光元件400包含一种波长转换物质440，然而在其他实施方式中，发光元件400可包含两种或两种以上的波长转换物质，本揭露不以此为限。
图5绘示使用本揭露的一些实施方式的波长转换物质的发光元件的显示装置500。显示装置500可包含载板510、发光元件520、光学膜片530、扩散片540与面板550。
发光元件520可排列于载板510上，并发出白光作为背光源。载板510可以为电路板。发光元件520可如图3所示的发光元件300、如图4所示的发光元件400或其他任何适合的形式。在一些实施方式中，发光元件520包含可发出蓝光的发光二极管320或420与可在吸收蓝光后，将蓝光转换成绿光或红光的波长转换物质。红光、绿光与蓝光混合后，可成为白光。在另一些实施方式中，发光元件520包含可发出蓝光的发光二极管320或420与可在吸收蓝光后，将蓝光转换成黄光的波长转换物质。黄光与蓝光混合后，可成为白光。
光学膜片530设置于发光元件520上。在一些实施方式中，光学膜片530可包含棱镜片与增亮膜。应注意，虽然图5绘示1片光学膜片530，但光学膜片530可以为更多，例如2个或更多个。光学膜片530主要的功用为通过光的折射和反射来达到集光、提高正面出光、提升亮度的目的。因为当光经由下扩散片漫射出来之后，光线的行进方向并不集中，光的指向性差，利用光学膜片530来修正光的行进方向，更可以大幅提升显示装置500整体的亮度。
扩散片540设置于光学膜片530上。扩散片540可以改善光的分布，以扩增视野，扩散片540亦可以使后续面板550发射出的光线更加地均匀，进而使得显示装置500能够有柔和均匀化的面光源。
面板550设置于扩散片540上。在一些实施方式中，面板550可为液晶面板。在一些其他实施方式中，显示装置500还可以包含其他本领域常用的光学组件，以更佳地提升显示装置500的视觉效能。
图6与图7绘示本揭露的一些实施方式的研磨后的波长转换物质于不同倍率下的TEM图。在图6与图7中，使用穿透式电子显微镜(transmission electronic microscope，TEM)观察波长转换物质的外表面。可观察到外表面具有多个尖角，且这些尖角是使用如上所述的添加剂来研磨波长转换物质而得。
综上所述，使用如本揭露所述的添加剂研磨波长转换物质可降低波长转换物质的高静电特性与聚集特性，进而增加研磨后的波长转换物质于胶材或板材中的分散度。产品的稳定性与操作性也得以提升。
虽然本揭露已以实施例揭露如上，然其并不用以限定本揭露，任何熟悉此技艺者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种波长转换物质，其特征在于，包含：
一发光核体，包含一量子点或一荧光粉；以及
一包覆层，包覆该发光核体，其中该包覆层为一非晶质物质，且该包覆层的一外表面具有至少一尖角。
2.根据权利要求1所述的波长转换物质，其特征在于，该非晶质物质为一介电材料。
3.根据权利要求1所述的波长转换物质，其特征在于，该包覆层更为一非发光物质。
4.根据权利要求1所述的波长转换物质，其特征在于，该包覆层为一非金属物质。
5.根据权利要求1所述的波长转换物质，其特征在于，该包覆层为一体成形结构。
6.根据权利要求1所述的波长转换物质，其特征在于，该包覆层为透光。
7.根据权利要求1所述的波长转换物质，其特征在于，该包覆层的该外表面还包含一第一凹面部与一第二凹面部，该第一凹面部与该第二凹面部共同定义该尖角。
8.根据权利要求1所述的波长转换物质，其特征在于，该发光核体的一直径为15纳米至25纳米。
9.一种发光元件，其特征在于，包含：
一基板；
一发光二极管，位于该基板上；
一透光材，覆盖该发光二极管；及
多个如权利要求1至11中任一项所述的波长转换物质，散布于该透光材之中。
10.一种显示装置，其特征在于，包含：
一载板；及
多个如权利要求9所述的发光元件，排列于该载板上。
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