TWM649321U

TWM649321U - 光學元件及具有量子點的發光裝置

Info

Publication number: TWM649321U
Application number: TW112207555U
Authority: TW
Inventors: 張容華; 易錦良; 黃宸洋
Original assignee: 陳量科技股份有限公司
Priority date: 2023-07-19
Filing date: 2023-07-19
Publication date: 2023-12-11

Abstract

一種光學元件，包含一量子點薄膜層、一下透明膜層以及一外保護膜。量子點薄膜層具有一上表面、一下表面以及一側面；側面連接上表面與下表面，且量子點薄膜層是包含發光性半導體奈米粒子的薄膜。下透明膜層設置於量子點薄膜層的下表面。外保護膜直接地或間接地覆蓋於量子點薄膜層的上表面，並延伸而覆蓋於量子點薄膜層的側面。

Description

光學元件及具有量子點的發光裝置

本新型有關於發光二極體組成的發光裝置，特別是關於一種光學元件及具有量子點的發光裝置。

量子點用於受光激發，產生激發光譜。因此，量子點經常用於作為轉換發光二極體波長，使得發光裝置的發光頻譜不受限於發光二極體原有的的發光頻譜，而得到所需要的發光效果。現有的量子點應用是於載體基材中加入半導體奈米粒子，而將此載體基材直接覆蓋於發光二極體晶片，形成量子點薄膜層，以作為發光二極體晶片的光學元件。發光二極體晶片發出的光線穿過量子點薄膜層，藉以激發量子點產生激發光。

製作量子點薄膜層的方式通常會利用塗佈於基底層的方式製作為大面積的量子點薄膜片，再透過裁切形成適合發光二極體晶片大小的量子點薄膜層。量子點薄膜片的上方及下方也會另外附加透明膜層，以對上、下表面形成保護，避免量子點薄膜直接暴露於空氣中，而接觸氧氣以及水氣。然而，大面積的量子點薄膜片經過裁切形成適合發光二極體晶片大小的量子點薄膜層之後，量子點薄膜層又會直接外露，仍會接觸氧氣以及水氣而使得載體基材仍然容易降解(degrade)劣化，進而影響到發光二極體發光裝置的使用壽命。

鑑於上述技術問題，本新型提出一種光學元件及具有量子點的發光裝置，用於延長量子點薄膜層的壽命。

本新型提出一種光學元件，包含一量子點薄膜層、一下透明膜層以及一外保護膜。量子點薄膜層，有一上表面、一下表面以及一側面；側面連接上表面與下表面，且量子點薄膜層是包含發光性半導體奈米粒子的薄膜。下透明膜層設置於量子點薄膜層的下表面。外保護膜直接地或間接地覆蓋於上透明膜層，並延伸而覆蓋於量子點薄膜層的側面。

在至少一實施例中，外保護膜是無機材質的鍍膜。

在至少一實施例中，外保護膜的厚度介於10~500nm之間，並且外保護膜的材質是選自氧化鋁、二氧化矽或二氧化鈦所成群組組合。

在至少一實施例中，光學元件更包含一上透明膜層，設置於量子點薄膜層的上表面，而位於上表面與外保護膜之間。

在至少一實施例中，下透明膜層與上透明膜層的厚度介於20~200μm之間。

在至少一實施例中，下透明膜層與上透明膜層是有機材質、有機材質中混合奈米級無機粉末或無機材質，且奈米級無機粉末是選自氧化鋁、二氧化矽或二氧化鈦所成群組組合。

本新型還提出一種具有量子點的發光裝置，包含一基板、一發光二極體晶片以及如前所述的光學元件。發光二極體晶片設置於基板上。光學元件以下透明膜層朝向發光二極體晶片，而固定於發光二極體晶片之上。

在至少一實施例中，外保護膜延伸至基板未受到光學元件遮蓋的部分。

透過本新型提出的光學元件及具有量子點的發光裝置，量子點薄膜層是完整地被外保護膜包覆，量子點薄膜層不再有外露的部分，可以有效地透過外保護膜隔絕於外界空氣。因此，本新型的發光裝置可以有效地減緩量子點薄膜層的材質降解，延長發光裝置的壽命。同時，本新型提出的製造方法，也可以批量化生產發光裝置，維持需要的產能。

100:具有量子點的光學元件

110:量子點薄膜層

112:下表面

114:上表面

116:側面

120:下透明膜層

130:上透明膜層

140:外保護膜

200:發光裝置

210:基板

220:發光二極體晶片

310:基底層

圖1至圖4是本新型第一實施例中，具有量子點的發光裝置的半成品的剖面示意圖。

圖5是本新型第一實施例中，具有量子點的發光裝置的剖面示意圖。

圖6是本新型第一實施例中，光學元件的剖面示意圖。

圖7是本新型第一實施例中，光學元件的另一剖面示意圖。

圖8是本新型第一實施例中，量子點的發光裝置的製造方法的流程圖。

圖9至圖10是本新型第二實施例中，具有量子點的發光裝置的半成品的剖面示意圖。

圖11是本新型第二實施例中，光學元件的剖面示意圖。

圖12是本新型第一實施例中，量子點的發光裝置的製造方法的流程圖。

請參閱圖1至圖6所示，為本新型第一實施例所揭露的一種具有量子點的光學元件100以及具有光學元件100的發光裝置200。

如圖1所示，光學元件100具有一量子點薄膜層110、一下透明膜層120、一上透明膜層130以及一外保護膜140。

如圖1至圖6所示，量子點薄膜層110具有一下表面112、一上表面114、一下表面112以及連接上表面114與下表面112的一側面116。量子點薄膜層110是包含發光性半導體奈米粒子的薄膜。該些粒子可以受到發光二極體晶片220發出的光線激發，而對發光二極體晶片220發出的光進行波長轉換，以使得發光裝置200最終發出的發光波長符合預期的光譜，例如可將發光裝置200最終發出光調整為白色光。

如圖1至圖2所示，下透明膜層120設置於量子點薄膜層110的下表面112。外保護膜140直接地或間接地覆蓋於上表面114之上，並且進一步地延伸而覆蓋於量子點薄膜層110的側面116，使得下透明膜層120以及量子點薄膜層110的側面116都受到外保護膜140的覆蓋，而不會暴露於空氣中。

具體而言，上透明膜層130設置於量子點薄膜層110的上表面114，而位於上表面114與外保護膜140之間。換句話說，外保護膜140間接地覆蓋於量子點薄膜層110的上表面114，並延伸而覆蓋於量子點薄膜層110的側面 116。而上透明膜層130設置於量子點薄膜層110的上表面114，且位於上表面114與外保護膜140之間。

外保護膜140可以是無機材質的鍍膜，透過原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)製程進行製作，其厚度介於10~500nm之間。外保護膜140的材質可為但不限定於氧化鋁(Al2O3)、二氧化矽(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)，具有良好的剛性與氣體阻隔性能，因此不限定外保護膜140材質或設置方式，只要能達成隔絕量子點薄膜層110的側面116與外界空氣的接觸即可。

如圖7所示，此外，由於外保護膜140透過鍍膜技術包覆於量子點薄膜層110的上方以及側面116，因此在一具體實施例中，上透明膜層130可以被省略，使得外保護膜140直接地覆蓋於量子點薄膜層110的上表面114。

具體而言，下透明膜層120與上透明膜層130材質可為純有機材質，例如PE，並且是可以透過點膠、噴塗快速塗佈的膠材，並且厚度介於20~200μm之間。

此外，下透明膜層120與上透明膜層130的材質也可以是有機材質中也可以進一步混合奈米級無機粉末，例如Al2O3、SiO2或Al2O3，而形成可以透過點膠、噴塗快速塗佈的膠材。或者，下透明膜層120與上透明膜層130可以是無機材質，透過鍍膜、沈積等各種方式形成於下表面112與上表面114。

如圖5所示，基於上述具有量子點的光學元件100，發光裝置200包含有一基板210、至少一發光二極體晶片220以及光學元件100。發光二極體晶片220的數量與光學元件100的數量為互相匹配；亦即，每一個發光二極體晶片220匹配一個光學元件100使用。

如圖5所示，發光二極體晶片220可為但不限定於藍光LED。發光二極體晶片220設置於基板210上，並且光學元件100以下透明膜層120朝向發光二極體晶片220，而固定於發光二極體晶片220之上。因此，下透明膜層120是覆蓋於發光二極體晶片220之上，使得發光二極體晶片220與量子點薄膜層110之間被下透明膜層120隔開。因此，當發光二極體晶片220通電發光時，發光二極體晶片220產生的高溫不會直接影響到量子點薄膜層110。

如圖5所示，於此同時，外保護膜140覆蓋於上透明膜層130之上，並且進一步地延伸而覆蓋於量子點薄膜層110的側面116。也就是說，對於固定於發光二極體晶片220之上的光學元件100而言，量子點薄膜層110的上表面114、下表面112以及側面116是完整地被上透明膜層130、下透明膜層120以及外保護膜140所覆蓋。量子點薄膜層110與外界空氣的接觸可以有效地被隔離，避免空氣中水分或氧氣造成量子點薄膜層110降解。此外，於圖1中，外保護膜140僅覆蓋於上透明膜層130以及量子點薄膜層110的側面116。基於鍍膜程序的差異，基於鍍膜程序的差異，外保護膜140也可以進一步延伸至基板210表面未受到光學元件100遮蓋的部分。

此外，如圖7所示，上透明膜層130也可以省略，使得外保護膜140是直接地覆蓋於上表面114。

如圖1與圖8所示，本新型提出一種具有量子點的發光裝置200的製造方法。首先，提供一基底層310，基底層310可為承載基板、轉移膠帶或離型膜，如步驟S110所示。

具體而言，基底層310用以供光學元件100暫時性或永久性的設置於其上。例如，當基底層310為轉移膠帶或離型膜，光學元件100是暫時性的設置於基底層310上，而後續製作完成的光學元件100或光學元件單體可以由基底層310剝離以移轉至背光模組基板210(例如PCB或玻璃)或其他電路基板210上進行表面黏著、焊接等固晶作業。當基底層310為一背光模組基板210或電路基板210，發光二極體晶片220是永久性的透過表面黏著、焊接等固晶作業設置於基底層310上；而光學元件100則是直接於基底層310上進行製作後而固定於發光二極體晶片220之上。

如圖1與圖8所示，接著，於基底層310上方設置一量子點薄膜層110，量子點薄膜層110的下表面112以及上表面114分別設置有下透明膜層120以及上透明膜層130，且下透明膜層120位於基底層310上，如步驟S120所示。

具體而言，量子點薄膜層110的厚度介於20~200μm之間，材質可為光硬化膠混合奈米粒子等可以透過點膠、噴塗方式塗佈的膠材，而可大範圍地塗佈於基底層310。下透明膜層120的厚度介於20~200μm之間，其材質可為光硬化膠等可以透過點膠、噴塗方式塗佈的膠材，而具有低熱傳導係數。下透明膜層120可以在發光二極體晶片220表面與量子點薄膜層110之間形成較高的溫度差，進而避免量子點薄膜層110的下表面112直接承受發光二極體晶片220的高溫，減緩量子點薄膜層110因為受熱發生的降解(degrade)。上透明膜層130設置於上表面114，厚度介於20~200μm之間，其材質可為光硬化膠等可以透過點膠、噴塗方式塗佈的膠材；上透明膜層130對量子點薄膜層110提供額外的保護，並且調整光學特性。此外，下透明膜層120與上透明膜層130的材質也可以是有機材質中也可以進一步混合奈米級無機粉末，例如Al2O3、SiO2或Al2O3，而形成可以透過點膠、噴塗快速塗佈的膠材。或者，下透明膜層120與上透明膜層130可以是無機材質，透過鍍膜、沈積等各種方式形成於下表面112與上表面114。

如圖2與圖8所示，接著，對量子點薄膜層110、下透明膜層120以及上透明膜層130進行切割形成多個光學元件單體，如步驟S130所示。前述的切割可以是雷射切割，也可以是水刀切割。

如圖3與圖8所示，對光學元件單體實施鍍膜，形成一外保護膜140覆蓋於各光學元件單體的上透明膜層130以及量子點薄膜層110的側面116，而形成多個光學元件100，如步驟S140所示。此外，如圖7所示，上透明膜層130也可以省略，使得外保護膜140是直接地覆蓋於上表面114。

由基底層310剝離各光學元件100，並移轉各光學元件100至一基板210上，而固定每一光學元件100於基板210上的發光二極體晶片220上，如步驟S150所示。多個光學元件100可透過Pick and Placc程序(P & P)設置於對應的發光二極體晶片220上。

請參閱圖1、圖2、圖9至圖12所示，為本新型第二實施例所揭露的一種具有量子點的光學元件100以及具有光學元件100的發光裝置200。光學元件100具有一量子點薄膜層110、一下透明膜層120、一上透明膜層130以及一外保護膜140。

在第二實施例中，發光裝置200或光學元件100的結構，大致上與第一實施例相同，差異在於外保護膜140覆蓋範圍不同。於第二實施例中，光學元件單體先固定於基板210上的發光二極體晶片220之後，再對整個基板210與光學元件單體實施ALD鍍膜程序。因此，如圖13所示，外保護膜140除了覆蓋於上透明膜層130之上以及量子點薄膜層110的側面116之外，還進一步包覆了整個基板210的其他部分，使得光學元件100之間外露的基板210表面、基板210的側緣以及基板210的底面也被外保護膜140所覆蓋。外保護膜140更完善地包覆於發光裝置200，而可進一步地提升發光裝置200的使用壽命。

第二實施例的具有量子點的發光裝置200的製造方法也基於外保護膜140的分布變化而有所改變。

如圖1與圖12所示，首先，提供一基底層310，基底層310可為承載基板、轉移膠帶或離型膜，如步驟S210所示。

如圖1與圖12所示，接著，於基底層310上方設置一量子點薄膜層110，量子點薄膜層110的下表面112以及上表面114分別設置有下透明膜層120以及上透明膜層130，如步驟S220所示。

與第一實施例不同的是，上透明膜層130位於基底層310上，也就是量子點薄膜層110的下表面112以及下透明膜層120是位於遠離基底層310的一側。

如圖9與圖12所示，接著，對量子點薄膜層110、下透明膜層120以及上透明膜層130進行切割形成多個光學元件單體，如步驟S230所示。

如圖10與圖12所示，直接翻轉基底層310，利用基底層310移轉光學元件單體至一基板210上，而固定每一光學元件單體於基板210上的發光二極體晶片220上，並剝離基底層310，如步驟S240所示。

如圖11與圖12所示，對光學元件單體以及基板210實施鍍膜，形成一外保護膜140覆蓋於各光學元件單體的上透明膜層130以及量子點薄膜層110的側面116，並延伸於基板210的其他部分，而形成位於基板210上的多個光學元件100，如步驟S250所示。

透過本新型提出的光學元件100及具有量子點的發光裝置200，量子點薄膜層110是完整地被外保護膜140包覆，量子點薄膜層110不再有外露的部分，可以有效地透過外保護膜140隔絕於外界空氣。因此，本新型的發光裝置200可以有效地減緩量子點薄膜層110的材質降解，延長發光裝置200的壽命。同時，本新型提出的製造方法，也可以批量化生產發光裝置200，維持需要的產能。