TW201929290A

TW201929290A - 用於led顯示器之量子點led背光模組

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Publication number: TW201929290A
Application number: TW107142657A
Authority: TW
Inventors: 里歐納查爾斯達比西二世; 史蒂芬路夫維奇洛古諾夫; 馬克亞歷山卓克薩達; 威廉艾倫伍德
Original assignee: 美商康寧公司
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2019-07-16
Also published as: WO2019108771A1

Abstract

本案揭露一種QD LED模組，該模組具有發出藍光的LED；沿著線L與該LDE隔開的QD結構，該QD結構在垂直於L的方向上具有橫向邊界；及透明結構，位於該LED與該QD結構之間。該透明結構包括延伸超出該橫向邊界的橫向延伸部。該橫向延伸部具有遠離該LED的上表面。來自該LED的該藍光的第一部分穿過該QD結構並被轉換，並且該藍光的第二部分穿過該上表面，該上表面將該藍光的該第二部分的傳播方向朝該線L偏移。

Description

用於LED顯示器之量子點LED背光模組

本揭露涉及使用量子點背光的LED顯示器，尤其涉及用於LED顯示器的量子點LED背光模組。

量子點(QD)材料用於一些類型的LED顯示器中以提供增強的背光。QD材料的優點在於不需要波長濾波器來產生形成彩色顯示器所需的R-G-B波長的光。

基於QD的背光的缺點為QD材料對來自LED光源的溫度及光通量敏感。此等敏感度要求LED光源與QD材料分離。但是此種分離與QD LED封裝或「模組」的需求背馳，QD LED封裝或「模組」所形成的基於QD的背光緊湊及佔用面積小，同時亦具有高亮度。

本揭露的一個態樣涉及一種量子點發光二極管(QDLED)模組，該模組包括具有發射藍光的發射表面的LED、沿著垂直於發射表面的線L、並以距離D1與發射表面軸向間隔開的QD結構，QD結構在垂直於線L的方向上具有橫向邊界，QD結構包括QD材料；及位於LED與QD結構之間的透明結構。透明結構包括橫向延伸部，橫向延伸部在垂直於線L的方向上延伸超出QD結構的橫向邊界，並且橫向延伸部在其背向LED的一側上具有上表面。來自LED的藍光的第一部分穿過QD結構並藉由QD材料從藍光轉換為紅光及綠光，並且藍光的第二部分穿過上表面，並且上表面構造成使藍光的第二部分的傳播方向向線L偏移。

本揭露的其他態樣包含QDLED顯示器，該QDLED顯示器使用發射藍光的LED及在色域(例如，CIE1931)上具有從習用QD色彩點(例如，(0.28，0.2)偏移到色彩空間的黃色或黃綠色部分(例如，x＞0.35，y＞3.75)的色彩點的QD材料。來自LED的藍光的第一部分不通過色偏移QD材料。第二部分藍光被引導至QD材料並被使用(即，由QD材料轉換)以形成綠光及紅光。此種配置允許QD材料上的藍光通量減少(例如，減少至少10％及多達50％)，這因而增加了壽命並減少了QD材料的故障時間，同時與使用習知QDLED模組的背光相比，亦提高了整體背光亮度。

本揭露的其他態樣包含：1)使用至少一個間隔層及支撐組件，該支撐組件支撐熱傳導遠離QD材料並返回至支撐LED的電路板，其中電路板用作散熱器；2)散射層，配置成在照射QD材料時實質上使藍光均勻化以避免熱點；3)由透明蓋形成的氣密密封，用作氧氣與水分的屏障，氧氣與水分可隨時間增長降低QD材料的效能。QD材料亦可為氣密地密封QD小芯片(chiplet)的一部分，無需透明蓋。

本發明的一個實施例涉及一種QDLED模組，該模組包含:電路板；LED，由電路板可操作地支撐，LED具有發射藍光的表面；以及QD結構，支撐在支撐組件的內部並且以距離D1與LED表面軸向間隔開，QD結構具有包括至少一個QD材料的第一區域的主動區域及至少一個不具有QD材料的第二區域，其中來自LED的藍光的第一部分穿過至少一個第一區域並由OD材料轉換成紅光及綠光，並且其中藍光的第二部分穿過至少一個第二區域。

本發明的另一個實施例涉及一種QDLED模組，該模組包含：具有內部的支撐組件；電路板；由電路板可操作地支撐的LED，具有發射藍光的表面；QD結構，支撐在支撐組件的內部並且以距離D1與LED表面軸向間隔開距離D1，QD結構具有包括至少一個QD材料的第一區域的主動區域及至少一個不具有QD材料的第二區域，其中來自LED的藍光的第一部分穿過至少一個第一區域並轉換成紅光及綠光，並且其中藍光的第二部分穿過至少一個第二區域；及至少一個間隔層，設置在LED與QD結構之間，使得LED與QD結構之間沒有空氣空間。

本發明的另一實施例涉及一種QDLED模組，該模組包含：支撐組件，具有第一端、第二端，至少一個側壁及內部；電路板，設置在支撐組件的第二端處或附近，其中電路與支撐組件的至少一個側壁熱接觸；由電路板可操作地支撐的LED，具有發射藍光的表面；QD結構，支撐在支撐組件的內部並且與LED頂表面軸向間隔開距離D1，QD結構具有主動區域，主動區域包括至少一個第一區域，該至少一個第一區域包括QD材料，配置成接收藍光並將藍光轉換成紅光與綠光，以及至少一個不包括任何QD材料的第二區域，其中至少一個第一區域的QD材料具有x＞0.35且y＞0.375的(x,y)CIE色彩點；及至少一個間隔層，設置在LED與QD結構之間，並且與至少一個側壁熱接觸，使得在LED與QD結構之間沒有空氣空間。

本揭露的另一個實施例涉及使用支撐在QD結構上的QD材料形成白光的方法。該方法包含下列步驟：從LED產生藍光；使第一部分藍光通過QD結構的QD材料，形成綠光及紅光；使第二部分藍光通過QD結構但不通過任何QD材料；並結合綠光、紅光及藍光的第二部分以形成白光。

其他特徵與優勢將於下面的詳細敘述中，並且部分地對於本領域熟習技術者而言從描述中為顯而易見的，或通過實踐在書面描述及申請專利範圍中描述的實施例及附加的附圖來認識到。應當理解，前述一般性敘述以及隨後實施方式呈現的實施例僅為範例性的，並且企圖提供概述或框架，以理解所請求項的性質與特性。

現在詳細參照本揭露的各種實施例，其範例在附圖中示出。將盡可能地於附圖中使用相同或相似的附圖標記及符號來表示相同或相似的部分。附圖不一定按比例繪製，並且本領域熟習技術者將認識到附圖已簡化以說明本揭露的關鍵態樣。

如下所述的申請專利範圍被併入並構成本具體實施方式的一部分。

出於參考的目的，在一些附圖中示出了笛卡爾坐標，並且不旨在限制方向或取向性。

術語「下游」與「上游」係指基於光的行進方向的組件、元件等的相對位置，因此A在B的下游意味著光首先入射在B上隨後在A上。同樣地，A在B的上游意味著光首先入射在A上隨後在B上。設計之考量

第1圖為可用於形成QD LED顯示器的背光裝置的通用或「基本」QD LED封裝或「模組」10B的一示意性側視圖。基本QD LED模組10B基於磷基的LED模組並且包含可操作地支撐LED 30的電路板20，如印刷電路板(PCB)。LED 30具有頂表面32，藍光36B從頂表面32發射。基本QD LED模塊10B亦包含支撐組件40，支撐組件40具有頂端42、底端44 、及界定內部47的至少一個側壁46。基本QD LED模塊10B可包含鄰近支撐組件40的頂端42設置的透鏡元件50。特寫插圖示出了透鏡元件50的範例。

支撐組件40在其內部47內可操作地支撐QD結構60，QD結構60包含QD材料62。QD結構60有時稱為「QD小芯片」。在一個範例中，QD結構60包括聚合物基質，並且QD材料62由聚合物基質支撐(例如，在其之中或在其之上)。在一個範例中，QD結構可包括密封QD小芯片，消除了使用帽氣密地密封QD LED模組的需求，如下所述。

沿著垂直軸A1測量從LED 30的頂表面32至QD材料62的距離並且表示為D1，並且如下所述為主模組尺寸之一。QD材料62經配置成使得藍光36B的一部分轉換成紅光36R及綠光36G，同時藍光的一部分穿透其中(即，未被轉換)，從而提供用於(彩色)QD LED顯示器的紅色，藍色及綠色。透鏡50可用於重定向紅光36R、綠光36G及藍光36B以使光分佈均勻化以用於背光目的。

藉由LED 30發射的藍光36B具有相關的光通量FL，能以瓦每平方米(W/m² )為單位測量。LED 30亦產生熱量H，其到達QD結構60並且使得QD材料62具有溫度TF。QD LED顯示器需求QD材料62經歷的光通量FL及溫度TF被良好地管理以達到長壽命操作。這需要距離D1係足以減少峰值漂移與峰值加寬發射衰減，暨長時間高溫與高通量操作的產量降低。

不受理論束縛，通常認為QD材料的衰減主要歸因於QD-配體(ligand)與聚合物基質分解及QD表面中形成的缺陷。在用於背光裝置的QD LED模組中，使用的LED 30的類型通常產生約100 W/cm² 的光通量FL，這對於大多數QD材料來說過高。同時，成本要求使得QD-LED模組需要佔用空間小且簡單，同時亦易於與其他模組整合。此外，QD LED模組亦具有氣密地密封性，可在10年內容忍高通量及高溫運行。

QD LED顯示器的一個關鍵要求為其運行時間超過30,000+小時，色域變化不到10％。此需求將入射在QD材料62上的藍光36B的通量FL的量限制在約小於2.5至3 W/cm² 。無論使用多少個LED30，假設QD材料62的組合面積約為100　cm² ，發光效率(LE)為120　瓦/流明(W/lm)，或180　W/lm時為290　W，典型的具有1000　nits亮度的55英寸電視需要約435 W的藍光。需要注意的是，電視面板的LE描述了面板將入射光功率(W)轉換成人類可感知的光(流明或lm)的能力，並且在計算構建1000nits電視所需的總LED功率方面發揮重要作用。假設面板LE至少為100流明/瓦，在55英寸電視的LED計數計算中使用的290至520瓦的藍光36B功率。一些面板的LE值高達180流明/瓦。

取決於LED 30的設計，所需的QD材料62的最小面積由上述考慮因素及分佈來自有限數量的LED的光的光學技術的限制來確定。為了確定所需的QD材料62的最小面積，藍光36B的發射需要足夠接近QD材料以均勻地照射，但不能太接近以致超出FL ＜2.5W /cm² 至3W/ cm² 的通量極限。

應注意到，增加OD LED顯示器的亮度表示讓OD 材料62接受增加的熱量H的量。因此另一設計考量為如何散去將由LED30產生、且可達OD材料62的熱量H，使得OD材料62的溫度TF保持低於閾值溫度T_TH ，在一個範例中，閾值溫度T_TH 為90℃。若QD材料62的溫度TF超過臨界值溫度T_TH ，則QD LED背光效能可能由於以下中的至少一個原因而衰減：a) 移位發射峰值(~1 奈米(nm)/10℃)； b) 峰寬加寬(較佳保持窄，如＜24 nm)；c) QD材料的加速老化及聚合物基質的分解。

因此，本文揭露的QD LED模組的一些主要設計目標包含以下中的一個或更多個：1) 入射在QD材料上的藍光36的通量基本為均勻的並且達到或接近最大允許通量；2) 最大化LED亮度；3) 在相對長的持續時間(例如，10年)內穩定地輸出來自QD材料的紅光及綠光。第一 QD LED 模組範例

第2A圖為根據本文中揭露的QD LED模組10的第一範例的一示意性側視圖。QD LED模組10包含與第1圖的基本QD LED模組10B相同的基本元件，以及解決上述設計考慮因素的附加效能增強組件與特徵。QD LED模組10的一些實施例可採用透鏡元件50，為了便於說明，省略了透鏡元件50。

第2A圖的QD LED模組10在內部47中包含第一間隔層100A，第一間隔層100A位於LED 30的下游，並且於範例中位於緊鄰LED頂表面32的頂上並且亦可選地位於PCB20的頂表面22的至少一部分上。第一間隔層100A是透明且不散射的並且具有軸向厚度DA。在一個範例中，第一間隔層100A包括矽氧樹脂（silicone）或由矽氧樹脂組成。

第二間隔層100B位於緊鄰第一間隔層100A的頂上(即，下游)。第二間隔層100B為散射層並且具有厚度DB。在一個範例中，第二間隔層100B經配置成散射來自LED 30的藍光36B。在一個範例中，第二間隔層100B包括矽氧樹脂及嵌入其中的散射顆粒130(例如，TiO₂ )。

因此，在一個範例中，第一與第二間隔層100A與100B佔據LED 30與QD結構60之間的支撐組件40的內部47的部分，使得LED 30與QD材料62之間沒有空氣空間。此配置用於藉由將熱量傳導到支撐組件40來促進熱量H遠離QD材料的傳遞。在一個範例中，採用至少一個間隔層100A，其中間隔層的熱傳導大於空氣的熱傳導。在一個範例中，可採用單個間隔層100，其包含設計成適於從LED 30散射藍光36B的散射特徵，如下所述。在一個範例中，QD材料62具有厚度DQ。

在一個範例中，QD LED模組10可包含帽70，帽70位於支撐組件40的頂側42上，並且與支撐組件一起用於氣密地密封支撐組件的內部47與其中的組件，並且尤其是QD結構60。帽70亦可直接附接至QD結構60，因為僅需氣密地密封QD材料62。在一個範例中，帽70可為前述透鏡元件50的形式，可用於再定向白光36W以從QD LED模組10提供更均勻的照明。如此透鏡元件50在本領域中有時稱為二次透鏡元件。QD結構60亦可包括氣密地密封的QD小芯片，從而避免了對帽70的需求。

因此，在一個範例中，非散射第一間隔層100A用作第一導熱層，將熱量H傳導至支撐組件40的側壁42。支撐組件40的側壁46可由具有相對高導熱性的材料製成，如金屬，使得LED產生的熱量H可傳導回PCB 20並隨後消散，如箭頭AH所示。在此種案例下，PCB 20用作散熱器。

具有相對高導熱率(例如，大於純銅的導熱率的20％)的範例材料包含金屬，如鋁、銅、不銹鋼及其他金屬合金等。在一個範例中，導熱材料或構成側壁46的材料具有大於50Wm_-1 K_-1 的導熱率。

第二間隔層100B用作第二導熱層，亦將熱量H傳導至支撐組件40的側壁46。第二間隔層100B亦用於使藍光36B散射及均勻化，以避免在QD材料62處形成「熱點」。換言之，由於其光散射特性，第二間隔層100B改善了入射在QD結構60上的藍光36B的空間強度均勻性。

第二間隔層100B亦有助於藉由QD材料62實質上均勻地產生紅光及綠光36R與36G，同時亦有助於藍光36B的一部分實質上均勻透射穿過QD結構的不具有QD材料的一個或更多個區域，如下所述。

在一個範例中，LED具有2 mm×2 mm的尺寸，而厚度DA在1 mm與8 mm之間，並且厚度DB在0.05與0.5 mm之間。

第2B圖類似於第2A圖並且示出了QD LED模組10的範例，其中支撐組件40包含具有孔50的底壁48。LED 30可如圖所示位於孔50內，或如第2C圖所示與孔50相鄰。在任一種配置中，底壁48可由導熱材料(例如，與側壁46相同的材料)製成，以提供遠離LED 30的額外的熱量H的傳導.在一個範例中，底壁48用作散熱器，並且於範例中係由如銅的高導熱率金屬製成。

第2D圖類似於第2C圖並且示出了支撐組件40經配置有傾斜側壁46的範例實施例。在第2D圖的範例性配置中，支撐組件40的下部被製成具有厚度，使其可用作散熱器並且將熱量從QD材料及第一間隔層100A傳導離開(例如，傳導到PCB 20)。第二 QD LED 模組範例

第3A及3B圖為第二範例QD LED 10的一示意性側視圖；QD結構60具有主動區域AR，來自LED的藍光36B穿透主動區域AR，如下所述。QD結構60的主動區域AR包含QD材料62的至少一個第一區域R1(例如，中心區域64)與不具有QD材料的至少一個第二區域R2(例如，外部區域66)。

第3A圖的QD LED 10亦包含在LED 30頂上的上述非散射第一間隔層100A及於LED 30與QD結構60之間的散射第二間隔層100B，使得LED與QD結構之間沒有空氣空間。除了不採用非散射的第一間隔層100A，第3B圖的QD LED 10與第3A圖的QD LED 10相同，其在LED 30與QD結構60之間留下空氣空間AS。

參照第3A圖，非散射第一間隔層100A具有頂側122、底側124並且可具有至少一個成角度的側壁126。底側124可直接位於LED 30的頂側32的頂上。QD結構60設置在非散射第一間隔層100A的頂側122附近或直接設置在頂上。散射第二層100B位於QD結構60的下游，或接近QD結構60或直接在QD結構60上並且與QD結構60接觸。

第3A圖與第3B圖的QD LED 10的範例各自包含光均勻化介質200，光均勻化介質200位於散射第二層100B的下游並且接近散射第二層或緊鄰散射第二層的頂部。光均勻化介質200具有接收光的結構，並且藉由反射、折射、衍射、散射及透射中的一種或更多種，用於實質上混合或均勻化通過其中的光。在一個範例中，光均勻化介質200為片狀的。合適的光均化介質200的範例描述於美國專利第7,540,630、7,325,962號與US20080266875A1，及中國專利第103383084號與CN201210135443A中，所有該等專利均通過引用併入本文。在一個範例中，光均勻化層200可經配置成使光重定向，使得離開光均勻化層的光具有比入射在光均勻化介質上的光的角展度更大的角展度。

光均勻化介質200位於距LED 30的頂表面32的軸向距離DG處。距離DG構成QD LED模組10的第二主要尺寸參數(第一個為上面介紹及討論的尺寸D1)。

第3A與3B圖的範例性QD LED 10各自可選地包含帽70，帽70附接至支撐組件40的頂側42，並且氣密地密封駐留在內部47中的部件，並且尤其是氣密地密封QD材料62。在一個範例中，帽70可由玻璃製成，並且於特定範例中，由化學強化玻璃製成。如上所述，帽70可為如第1圖所示的透鏡元件50的形式。在QD材料62已被氣密地密封作為QD結構60的一部分的案例下(例如，當QD結構包含氣密地密封的QD小芯片時)，可省略帽70。

在第3A圖的QD LED 10的範例中，從LED 30發射的藍光36B行進通過非散射間隔層100A，隨後行進至QD結構60。在第3B圖的範例中，藍光36B行進通過自由空間(即，空氣空間AS)到QD結構60。在任一種情況下，該藍光36B的一部分入射至QD結構的中心區域64(即第一區域R1)中的QD材料62上，並由QD材料轉換成紅光及綠光36R與36G。同時，藍光36B的另一部分行進通過QD結構60的外部區域66(即，第二區域R2)，其中沒有QD材料62，因此保持藍光。由於藍光36G已藉由藍光透射穿過沒有QD材料62的第二區域而提供，QD材料62的配方(配置)可為具有比標準QD材料更高濃度的紅色QD及綠色QD的配方(配置)，其需要透射入射在其上的大部分藍光。

透射通過區域R1的藍光36B及新產生的紅光36R與來自區域R2的綠光36G入射到散射層160上，散射層160散射藍光36B、綠光36G及紅光36R以製成「初始」、「白光36W」，即不具有高度均勻性的白光。然後，初始白光36W’入射至光均勻化介質200上，用於使初始白光36W’的藍色、紅色及綠色成分均勻化(即，結合，混合等)以形成實質上均勻的白光36W，白光36W最終離開QD LED模組10並且用作顯示器的背光(未示出)。

在一個範例中，光均勻化介質200經配置以使一些初始白光36W’向下反射回到PCB 20，其頂表面22為反射性的，使得初始白光36W’通過散射層160反射回來。並且光均勻化介質200由此提供最終由QD LED 10最終發射的白光36W的更均勻化。在一個範例中，光均勻化介質200的反射率在90％至99％的範圍內，並且PCB 20的頂表面22的反射率在85％至99％的範圍內。在一個範例中，支撐組件40經配置成使得內部47允許PCB 20與光均勻化層200之間的此種反射。舉例而言，支撐組件40的側壁46可製成垂直而非成角度(參照，例如，第2D圖)。

因此，第3A及3B圖的QD LED模組10經配置成有意地從LED 30通過QD結構60傳輸一些藍光36B，而不會入射在由此支撐的任何QD材料62上，作為產生白光36W的過程的一部分。此外，藉由將入射在其上的藍光僅轉換成紅光36G及紅光36R，更有效地利用入射在中心區域64(即第二區域R2)中的QD材料62上的藍光36B，可減少入射在QD材料62上的峰值輻照度(通量FL)。在一個範例中，QD材料62可使用更高濃度的紅色QD及綠色QD，其中所選擇的尺寸用於相對於標準QD材料更大色彩偏移所需的更深綠色及紅色(例如，具有(0.28, 0.20)的CIE色彩點。QD LED模組10之基於電腦的建模顯示出，可從QD LED模組獲得明顯的亮度改進。

第3A及3B圖亦示出了包含漫射器300及一個或更多個增亮膜(BEF)310的範例，增強膜310位於帽70的下游並且可位於帽70附近或者與帽70接觸。通過使用折射及全內反射(TIR)，BEF 310可用於增強QD LED模組10的亮度，以選擇性地引導白光36W離開QD LED。在一個範例中，使用交叉BEF 310。漫射器300用於漫射白光36W，以使白光36W在到達QD LED顯示器(未示出)的下游部分之前更均勻。

第4A至4D圖為範例QD結構60及範例圖案的俯視圖、或QD材料62的第一區域R1暨第二區域R2的俯視圖，QD材料62由QD結構支撐，第二區域R2不具有QD材料並且允許藍光36B的一部分通過QD結構傳輸，而不必通過QD材料。在一個範例中，主動區域AR包含至少一個第一區域R1及至少一個第二區域R2。

第4A圖示出了第3A及3B圖的QD結構60的基本配置，其中QD材料62集中在支撐組件的單個第一區域R1(即中心區域64)中，並且其中在單個第二區域R2(即外部區域66)中沒有QD材料。第4B圖示出了另一範例配置，其具有由中心盤狀區域及多個同心區域界定的QD材料62的多個第一區域R1，及不具有QD材料62的多個同心第二區域R2。第4C圖類似於第4B圖並且示出了針對QD材料62的第一區域R1及沒有QD材料的第二區域R2，具有不同環形配置的範例。第4D圖示出了QD材料62的另一範例配置，QD材料62佈置於較大的方塊QD結構60上的小方塊的規則圖案形式的多個第一區域R1中。QD材料62的第一區域之間的空間界定了沒有QD材料的第二區域R2。

除了第4A至4D圖中所示的少數範例之外，本文中預期界定一個或更多個第一區域R1及一個或更多個第二區域R2的QD材料62的其他分佈或配置。舉例而言，可使用QD材料62的隨機島，及具有不同QD濃度的島等。QD材料區域與非QD材料區域的比率界定藍光36B的透射及紅光和綠光36R和36G生成的相對量。

在一個範例中，一個或更多個區域R2的非QD材料區域的量在QD結構60的總主動區域AR的10％至30％的範圍內。第三 QD LED 模組範例

第5A圖示出了類似於第3A圖的QD LED模組10的第三範例。但在去除散射層100B的情況下，使得僅存在單個間隔層100A。在此範例中，光均勻化介質200用於組合構成初始白光36W’的藍光36B、綠光36G及紅光36R以形成白光36W。應當注意，較低均勻化的白光36W’仍然被光均勻化介質200反射回PCB 20的反射表面22，此舉將白光36W’通過光均勻化介質200反射回來，以改善離開QD LED 10的白光36W的均勻性。

圖5B類似於圖5A並且示出了相關範例，其中間隔層100A包括中心部分100C，中心部分100C包含散射顆粒130。散射顆粒130經佈置成使得入射在QD結構60的中心部分64(即，第一區域R1)中的QD材料62上的藍光36B被散射及均勻化，而行進穿過QD結構的外部區域66( 即，第二區域R2)的藍光未被散射。散射顆粒130經配置成將QD材料62內的藍光36B的光路延長，以引發QD-光子相互作用，從而產生更多的綠光36G及紅光36R。在一個範例中，散射顆粒130包括二氧化鈦。在一個範例中，散射顆粒130被支撐在矽氧樹脂中，有助於將熱量H傳導離開QD結構60。此舉允許QD結構60更靠近LED放置，例如，在1mm至5mm的範圍內的距離D1處放置。

第5C圖類似於第5A及5B圖並且示出了在LED 30與QD結構60之間沒有間隔層的範例，使得藍光36B從LED到QD結構行進穿過自由空間(即，空氣空間AS)。在第5C圖的範例中，示出了QD結構60經由導熱支撐構件41被安裝到支撐組件40。

第5D及5E圖為示出QD LED模組10的第三範例實施例的兩個變型的特寫側視圖，其中散射顆粒130位於緊鄰QD結構或為QD結構的一部分。調整 QD 材料的 CIE 坐標

第6圖是CIE 1931色彩空間(「CIE坐標」)的(x, y)坐標的一標繪圖，(x, y)坐標為QD材料厚度DQ(mm)的函數。第6圖的標繪圖圖解了如何藉由改變QD材料的厚度DQ來改變(x, y)CIE坐標。在第6圖中，x CIE坐標沿著線LX，而y CIE坐標沿著線LY。藉由改變紅色QD及綠色QD的濃度c，可獲得改變(x, y)CIE坐標的相同效果。在一個範例中，這是藉由保持產品c·DQ不變來實現的。

對於具有紅色及綠色QD的初始濃度的特定QD材料62，可使紅色及綠色QD的濃度c加倍或使厚度DQ加倍以使y CIE坐標移動0.09並將x CIE坐標移動0.05。舉例而言，對於從(0.23, 2)到(0.47, 55)(此為CIE色彩空間中的最高藍點)的CIE色彩點偏移，需將紅色及綠色QD的濃度c增加約3.5倍至5倍。作為參考，CIE色彩點(0.28, 0.24)為LED顯示器中白光的FOS(「螢幕前」)的目標色彩點，沒有圖像及最大白光通過量。改善亮度

與使用標準QD材料的習知模組相比，QD LED模組10可提供改善的亮度。此乃因，本文中揭露的QD LED模組10可使用QD材料62，QD材料62具有相對於習知QD LED模組中使用的標準QD材料的CIE色彩點偏移的CIE色彩點。作為參考，獲得標準QD材料62並測量其CIE色彩點為(0.28,0.20)。範例 1

第7圖是預測平均亮度B(nits)的等高線圖，預測平均亮度B(nits)為基於第4A圖的QD LED 10之模組尺寸D1 (mm)及DG (mm)的函數，對於具有CIE色彩點(x, y)=(0.47,0.47)的第一範例QD材料62，其處於CIE 1931色彩空間的黃色部分中。相對於測量的CIE色彩點(0.28,0.20)的色彩點偏移(Δx, Δy)為，Δx= 0.19並且Δy= 0.27。

第8A及8B圖分別為CIE1931色彩空間的平均x CIE坐標與y CIE坐標的等高線圖，平均x CIE坐標與y CIE坐標係第一範例QD材料62的模組尺寸D1 (mm)與DG (mm)的函數。圖8A及8B的標繪圖示出(x, y)CIE色彩座標僅微弱地取決於光均勻化膜200的位置或距離DG，並且更強烈地取決於LED 30與QD材料62之間的尺寸D1。

使用第一範例QD材料62的QD LED模組10具有的平均亮度，比與典型商用顯示器(600≤ nits≤1000)相關的QD LED模組大2倍與3倍之間。範例 2

在第二範例中，QD材料62具有色彩點(x, y)=(0.41, 0.54)，該色彩點位於CIE 1931色彩空間的黃綠色部分中。此色彩點具有相對於測量的CIE色彩點(0.28,0.20)的色彩點偏移(Δx, Δy))為，Δx= 0.19並且Δy= 0.34。

第9圖為類似於第7圖，並示出了QD LED模組10的預測平均亮度B(nits)，預測平均亮度B(nits)為第二範例QD材料的模組尺寸D1 (mm)與DG (mm)的函數。採用第二QD材料的QD LED模組所具有的亮度，大於採用標準QD材料的習知QD LED模組，藍光通過該標準QD材料傳輸。第10A及10B圖與第8A及8B圖相同，但用於使用第二範例QD材料的QD LED模組。第10A與10B圖的預測的平均CIE x及y色彩坐標非常接近「完美」白光(x, y)色彩點。相對色彩點偏移及優點

在一個範例中，可相對於FOS色彩點(0.28, 0.24)測量本文中揭露的色彩偏移QD材料62的色彩點偏移(Δx, Δy)，在這種情況下，x坐標的色彩偏移為 Δx＞ 0.15，y坐標的色彩偏移為Δy＞ 0.15。在又一個範例中，QD材料62的(x, y)色彩點在x＞ 0.4且y＞ 0.45的範圍內。在另一個範例中，QD材料的色彩點在x＞ 0.35且y＞ 0.375的範圍內。

QD材料62的CIE色彩點(x, y)中的色彩點偏移(Δx，Δy)相對於標準QD材料(例如，具有CIE色彩點(x, y)=(0.28,0.2)或(0.28,0.24))，使得QD結構60的QD材料62上的藍光36B的通量更低，從而能夠實現QD LED模組10的較長操作。如上所述，與習知的QD LED模組相比，其亦可增加亮度，例如，增加約15％。第四 QD LED 模組範例

第11A至11D圖示出了在LED 30與QD結構60之間採用透明結構400的第四QD LED模組範例。具體地，第11A、11B及11D圖分別為包含根據本發明，具有頂表面的橫向延伸部的透明結構的第四範例QD LED模組的各態樣的示意性俯視圖、側視圖及仰視圖，並且第11C圖為第11A、11B及11D圖的橫向延伸部的替代實施例的線框3D立體視圖。

參照第11A至11D圖，量子點發光二極體(QD LED)模組10，圖示為包括LED 30，LED 30具有發射藍光的發射表面32； QD結構60，沿垂直於發射表面30的線L與發射表面軸向間隔開距離D1，QD結構60在垂直於線L的方向上具有橫向邊界61，QD結構60包括QD材料62。

模組10進一步包括位於LED 30與QD結構60之間的透明結構400，其中透明結構400包括橫向延伸部402，其在垂直於線L的方向上延伸超出QD結構60的橫向邊界61。橫向延伸部402具有上表面404，於橫向延伸部402的背離LED 30的一側上。來自LED 30的藍光的第一部分(例如，由光線R’表示)穿過QD結構60並經由QD材料從藍光轉換為紅光及綠光，並且藍光的第二部分(例如，由光線R“表示)穿過上表面404。此外，上表面404構造成使藍光的第二部分的傳播方向朝向線L偏移，如第11B圖的範例光線R“中所見。

如在第11B圖的右側所示，根據表面404的設計及其期望的效果，藍光的第二部分的傳播方向可稍微改變(實線R”)或相對改變更多(虛線R”)。亦如第11B圖中所示，LED 30及/或透明結構400可支撐在支撐結構302上。支撐結構302可為電路板或其他結構，以用於向LED 30提供電力及/或控制信號，及提供支撐。

如在第11B圖的側視圖中看到的輪廓所示，第11A、11B及11D圖的實施例中的表面404可為正圓錐表面的一部分的形式。第11C圖為第11A、11B及11D圖的橫向延伸部的替代實施例的線框3D立體圖，其中頂表面404呈圓形或拋物線形表面或其他類似的可變錐形表面的形式。

在第11A至11D圖的實施例中，透明結構400具有圓形周邊。如在第11D圖的仰視圖中所見，在其底部具有適配LED或LED封裝30周圍的方形凹槽。頂部(如第11A圖的頂視圖所示)包含方形切口凹槽，QD結構60(最好為QD小芯片60的形式)放置在該凹槽中。作為使用單個相對較厚的QD結構或小芯片60的替代方案，可在第一個上面堆疊附加小芯片60以進行額外的藍色吸收與轉換。

作為尺寸的範例，對於6.3×6.3mm小芯片(5.0×5.0mm有效區域)，基本半徑期望為4.5mm +/- 1.5mm。其高度可為2.0mm +/- 0.5mm。在該範例中，LED封裝為5.0×5.0×0.75mm。小芯片位於實心基座的頂部，並且被凹槽的側面及結構400的橫向延伸部圍繞。

頂部表面可採用高度為2.1mm +/- 0.3mm的錐形正圓柱體的表面形式，其基部半徑與基部相匹配，頂部半徑為0.45mm +/- 0.1mm。從該圓柱體的中心切下一個垂直的方形圓柱體。正方形的尺寸理想地為6.35×6.35mm，使小芯片具有一點額外的空間。

在另一個實施例中，如第12圖所示的透視圖中，透明結構400具有正方形或矩形形狀，並且其頂表面404呈截棱錐表面的形式。如圖12(及於該範例的所有實施例中)所示，全內反射(TIR)或反射表面(RS)(如具有反射膜的表面)亦可於透明結構400的周邊處使用以另外或進一步將藍光的第二部分重定向至垂直於表面32的線L。作為另一個替代性實施例，圓形或拋物線形上表面404亦可與正方形或矩形形狀的透明結構400一起使用。

將藍光的第二部分朝向線L重定向，具有將藍光發射定位成與QD結構60中產生的紅光與綠光更大的空間及/或角度重疊的效果。此舉提供了來自組合的LED及QD結構輸出的更均勻的照明色彩，並降低了光均勻化介質200或QD結構下游的其他光分佈層304所需的混合效能，如第11B圖所示。以此種方式，LED正上方的光實際上比沒有透明結構400時更「白」，使得無需對具有標準小芯片以改善空間照明均勻性的標準LED背光組件進行重大修改，具有所揭露的高色彩點(HCP)小芯片的標準LED背光組件可能有良好的操作。該結構理想地由實心透明塑料形成，並且與小芯片接觸。其既可用作支撐件302的散熱器及/或熱導體，亦可用作如上所述的光導件。進一步地，該結構與廉價製造的低成本模塑製程兼容。

對於本領域熟習技術者顯而易見的是，在不脫離本揭露的精神或範圍的情況下，可對如本文中所述的本揭露的優選實施例進行各種修改。因此，若此修改與變化落入所附申請專利範圍以及其均等物內時，公開揭露書意圖涵蓋此等修改與變化。

AR‧‧‧主動區域

AH‧‧‧箭頭

B‧‧‧亮度

D1‧‧‧距離

DA‧‧‧軸向厚度

DB‧‧‧厚度

FL‧‧‧光通量

R“‧‧‧光線

R1‧‧‧第一區域

R2‧‧‧第二區域

TF‧‧‧溫度

T_TH‧‧‧閾值溫度

H‧‧‧熱量

10‧‧‧QD LED模組

10B‧‧‧基本QD LED模組

20‧‧‧電路板(PCB)

30‧‧‧LED

32‧‧‧頂表面

36W’‧‧‧初始白光

36W‧‧‧白光

36R‧‧‧紅光

36G‧‧‧綠光

36B‧‧‧藍光

40‧‧‧支撐組件

41‧‧‧支撐構件

42‧‧‧頂端

44‧‧‧底端

46‧‧‧側壁

47‧‧‧界定內部

48‧‧‧底壁

50‧‧‧透鏡元件

60‧‧‧QD結構,小芯片

61‧‧‧橫向邊界

62‧‧‧QD材料

64‧‧‧中心區域

66‧‧‧外部區域

70‧‧‧帽

100A‧‧‧第一間隔層

100B‧‧‧第二間隔層

122‧‧‧頂側

124‧‧‧底側

126‧‧‧側壁

130‧‧‧散射顆粒

160‧‧‧散射層

200‧‧‧光均勻化介質

300‧‧‧漫射器

302‧‧‧支撐結構

304‧‧‧光分佈層

310‧‧‧增亮膜(BEF)

400‧‧‧透明結構

402‧‧‧橫向延伸部

404‧‧‧上表面

此說明書包含隨附圖式以提供進一步理解，且隨附圖式併入以及構成此說明書的一部分。附圖示出了一個或更多個實施例，並且與詳細說明書一併用於解釋各種實施例的原理與操作。如此，藉由以下結合附圖的詳細描述，將更全面地理解本發明，其中：

第1圖為可用於QD LED顯示器的背光裝置的通用或「基本」QD LED模組的一示意圖。

第2A至2D圖為根據本發明的QD LED模組的第一範例的一示意性側視圖；

第3A及3B圖為根據本發明的第二範例QD LED模組的一示意性側視圖；

第4A至4D圖為範例QD結構的一俯視圖及由QD結構支撐的QD材料的一示例圖案，其允許一部分藍光透射通過QD結構而不必穿過QD材料；

第5A至5C圖為根據本發明的第三範例QD LED模組的一示意性側視圖；

第5D及5E圖為LED與QD結構的一特寫側視圖，示出了如何在LED與QD結構之間設置散射層，並且亦示出了QD LED模組的兩個主要尺寸參數D1與DG；

第6圖是CIE 1931色彩空間(「CIE坐標」)的(x, y)坐標的一標繪圖，(x，y)坐標為QD材料厚度DQ (mm,公釐)的函數，圖示了如何藉由改變QD材料的厚度DQ來改變CIE坐標；

第7圖為對於第一範例QD材料，作為第4A圖的QD LED模組的模組尺寸D1 (mm)與DG (mm)的函數的預測平均亮度B (尼特, nits)的一等高線圖。

第8A及8B圖分別為平均x CIE坐標與y CIE坐標的等高線圖，平均x CIE坐標與y CIE坐標為第一範例QD材料的模組尺寸D1 (mm)與DG (mm)的函數；

第9圖為類似於第7圖的一標繪圖，示出了第二範例QD材料的預測亮度B (nits)，第二範例QD材料的預測亮度B (nits)為模組尺寸D1 (mm)與DG (mm)的函數；

第10A及10B圖為類似於第8A及8B圖的一標繪圖，但為第二範例QD材料；

第11A、11B及11D圖分別為包含透明結構的第四範例QD LED模組的各態樣的一示意性俯視圖、側視圖及仰視圖，該透明結構具有根據本發明的帶有頂表面的橫向延伸部；

第11C圖為第11A圖及第11B圖的橫向延伸部的替代實施例的一線框3D立體視圖；及

第12圖為透明結構的替代實施例及其橫向延伸部的一立體視圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims

一種量子點發光二極體(QD LED)模組，包括：一LED，具有發射藍光的一發射表面；一QD結構，沿著垂直於該發射表面的一線L並以距離D1與該發射表面軸向間隔開，該QD結構在垂直於該線L的一方向上具有一橫向邊界，該QD結構包括一QD材料；以及一透明結構，位於該LED與該QD結構之間，其中該透明結構包括一橫向延伸部，該橫向延伸部在垂直於該線L的一方向上，延伸超出該QD結構的該橫向邊界，該橫向延伸部在其背向該LED的一側具有一上表面，並且其中來自該LED的該藍光的一第一部分穿過該QD結構並且藉由該QD材料從藍光轉換為紅光及綠光，並且其中該藍光的一第二部分穿過該上表面，並且其中該上表面構造成使該藍光的該第二部分的一傳播方向朝向該線L偏移。
如請求項1所述之QD LED模組，其中該透明結構形成設置於該LED與該QD結構之間的一間隔層，使得於該LED與該QD結構之間沒有空氣空間。
如請求項1或2所述之QD LED模組，進一步包括：位於該透明結構與該QD結構下游的一光均勻化介質。
如請求項3所述之QD LED模組，進一步包括：設置在該QD結構下游的一氣密密封。
如請求項3所述之QD LED模組，其中該距離D1在0.5mm至7mm的範圍內。
如請求項3所述之QD LED模組，其中該透明結構包括矽氧樹脂。
如請求項3所述之QD LED模組，其中該透明結構包括塑膠。
如請求項3所述之QD LED模組，其中至少該透明結構的一部分包括散射該藍光的散射顆粒。
如請求項3所述之QD LED模組，其中該透明結構至少包括一非散射層及一散射層。
如請求項3所述之QD LED模組，其中該QD結構包括一氣密地密封QD小芯片。