发光二极管的颜色转换基板及其制造方法与流程

本发明涉及一种用于发光二极管(LED)的颜色转换基板及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种用于LED的颜色转换基板及其制造方法，能够形成气密密封，从而完全保护容置在颜色转换基板中的量子点(QD)免受外部环境影响。

背景技术：

发光二极管(LED)是由诸如砷化镓(GaAs)的化合物形成的半导体器件，以当对其施加电流时发光。LED使用诸如电子或空穴的少数载流子注入到其中的半导体的p-n结，使得通过少数载流子的复合而产生光。

LED的特性包括低功耗、相对长的寿命、被安装在狭窄的空间的能力以及耐振动性。另外，LED被用于显示装置中和显示装置的背光单元中。近来，已经开展了将LED应用到通用照明装置的研究。除了诸如红光LED、蓝光LED或绿光LED的单色光LED外，白光LED已经进入了市场。具体来说，因为白光LED可应用于车辆和照明设备，所以预计有对白光LED需求的急剧增长。

在LED技术的领域中，通常使用两种主要方法产生白光。产生白光的第一种方法包括：将诸如红光LED、绿光LED和蓝光LED的单色光LED彼此相邻地设置，使得具有各种颜色的单色光LED发出的光混合。然而，因为个体的单色光LED具有不同的热特性或时间特性，所以色调会根据使用这样的设备的环境改变。具体来说，可能会发生色渍，使得难以均匀地混合不同颜色的光。产生白光的第二种方法包括：将荧光材料应用到LED，并将LED发射的初始光的一部分与由荧光材料波长转换后的二次光混合。例如，产生淡黄绿光或黄光的荧光材料可以用作蓝光LED的光激发源，由此可通过将蓝光LED发射的蓝光和由荧光材料激发的淡黄绿光或黄光混合来产生白光。目前，通常使用利用蓝光LED和荧光材料来实现白光的方法。

目前，产生波长比典型的荧光材料的波长窄的强光的量子点(QD)被用作颜色转换材料。通常来说，QD-LED背光通过用蓝光LED发出的蓝光照射黄色QD来产生白光，并将该白光作为背光供应到液晶显示装置(LCD)。因为这些LCD的特性包括：与使用仅采用LED的传统背光的显示装置不同的更好的色彩重现、实现媲美LED的全彩色的能力以及比LED TV低的制造成本和高的生产率，所以使用这样的QD-LED背光的LCD具有作为新显示器的高潜力。

在现有技术中，制造这样的QD-LED的方法包括：通过将QD与聚合物混合形成QD片；随后用多个阻挡层涂覆QD片，以保护片的表面免受外部潮气等影响并保持寿命。然而，这种现有技术的方法问题在于：制造成本由于必须要涂若干阻挡层而昂贵，而且最重要的是，这种方法不能完全保护QD免受外部环境影响。

另外，现有技术中使用的另一种方法包括：蚀刻玻璃表面至特定深度；将QD输入到玻璃表面的蚀刻部分；用盖玻璃覆盖所得结构；将低熔点玻璃涂到外周；烧结所涂的低熔点玻璃；用激光束密封所得结构。然而，蚀刻工艺导致制造成本昂贵。尤其是，难以使用薄玻璃板。

现有技术文献

专利文献1：第2012-124123号日本未审查专利公开(2012年6月28日)。

技术实现要素：

技术问题

本发明的各个方面提供了一种用于发光二极管(LED)的颜色转换基板及其制造方法，能够形成气密密封，从而完全保护容置在颜色转换基板中的量子点(QD)免受外部环境影响。

技术方案

在本发明的一个方面，提供了一种用于LED的颜色转换基板。颜色转换基板包括：第一基板，设置在LED上方；第二基板，面对第一基板；第一密封件，设置在第一基板的顶表面上，限定具有第一基板的顶表面作为第一密封件的底表面的凹状的容置空间；QD，容置在容置空间中；第二密封件，设置在第二基板与第一密封件之间，呈与第一密封件的形状对应的形状。第二密封件由一种材料形成，该材料吸收红外(IR)激光的能力比第一密封件吸收IR激光的能力大。

根据本发明的一个实施例，第一基板和第二基板中的每个可以由玻璃基板形成。第一密封件和第二密封件中的每个可以由玻璃料形成。

这里，第一密封件的玻璃料的软化点可以比第一基板的软化点低。

第二密封件的玻璃料的软化点可以比第一密封件的玻璃料的软化点低。

第二密封件的组分可以包括按重量计2％至10％的黑色颜料。

形成在第一基板的顶表面上的第一密封件的高度可以在从300μm至500μm的范围。

在本发明的另一方面，提供了一种制造用于LED的颜色转换基板的方法。所述方法包括：在其下设置有LED的第一基板的顶表面上形成第一密封件，限定具有第一基板作为第一密封件的底表面的凹状的容置空间；将QD输入到容置空间内；在第一密封件上将第二密封件和第二基板对准，将第二基板设置在第二密封件上并面对第一基板，使得第二密封件以与第一密封件的形状对应的形状设置在第一密封件上，第二密封件吸收IR激光的能力大于第一密封件吸收IR激光的能力；通过用激光束照射第二密封件，将第一基板、第一密封件、第二密封件和第二基板彼此激光密封。

根据本发明的实施例，将第二密封件和第二基板对准的操作包括：在第一密封件上形成第二密封件，随后将第二基板设置在第二密封件上。

将第二密封件和第二基板对准的操作可以包括：将第二密封件施用在第二基板的底表面上，随后将第二基板设置在第一密封件上，使得第二密封件与第一密封件紧密接触。

第一基板和第二基板中的每个可以由玻璃基板形成。第一密封件和第二密封件中的每个可以由玻璃料的糊形成。

第一密封件的玻璃料的软化点可以比第一基板的软化点低。

第二密封件的玻璃料的软化点可以比第一密封件的玻璃料的软化点低。

第二密封件的组分可以包括按重量计2％至10％的黑色颜料。

形成第一密封件的操作可以包括：将第一密封件形成为使得多个容置空间限定在第一基板的顶表面上。所述方法还可以包括：在对所述多个容置空间顺序地执行输入QD、将第二密封件和第二基板对准以及激光密封的操作之后，将所得结构切割成被第一密封件和第二密封件限定的单元。

技术效果

根据如上面阐述的本发明，将第一密封件(热膨胀系数(CTE)与由玻璃形成的下基板的CTE相同)施用在下基板上，限定具有下基板作为第一密封件的底表面的凹状的容置空间。随后，将QD输入到由下基板和第一密封件所限定的容置空间。之后，将第二密封件和由玻璃形成的上基板顺序地设置在第一密封件上，使得第二密封件以与第一密封件的形状对应的形状设置在第一密封件上，第二密封件吸收IR激光的能力大于第一密封件吸收IR激光的能力。然后，通过激光密封，将上基板、下基板、第一密封件和第二密封件彼此密封，使得具有更高能力吸收IR激光的第二密封件可以局部加热，从而保护第一密封件免受否则将由热冲击导致的裂纹。能够因此将气密密封提供给制造的用于LED的颜色转换基板，从而完全保护容置在颜色转换基板中的QD免受外部环境影响。

另外，根据本发明，省略了诸如意图保护QD的多层涂覆或蚀刻多层涂层的现有技术的工艺。因此，能够与现有技术的制造成本相比减少制造成本，并去除基板厚度的限制。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于LED的颜色转换基板的剖视图；

图2是示出用于图1中示出的LED的颜色转换基板的俯视平面图；

图3是示出根据本发明的另一示例性实施例的用于LED的颜色转换基板的透视图；

图4是沿着图3中的线A-A截取的剖视图；

图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的制造用于LED的颜色转换基板的方法的工艺流程图；

图6至图8是顺序地示出根据本发明的示例性实施例的制造用于LED的颜色转换基板的方法的操作的工艺图。

具体实施方式

现在将根据本发明对用于发光二极管(LED)的颜色转换基板及其制造方法做出详细的参考，在附图中示出并在下面描述本发明的实施例，使得本发明涉及的领域的技术人员能够容易地将本发明付诸实践。

贯穿本文件，应对附图做出参考，在附图中，相同的附图标记和符号在不同附图中始终用来指示相同或相似的组件。在本发明的以下描述中，在使本发明的主题呈现不清楚的情况下，将省略对包含在这里的已知功能和组件的详细描述。

如图1和图2所示，根据本发明的示例性实施例的颜色转换基板100是设置在LED上方以在密封LED的同时将LED发射的一部分光的颜色进行转换的基板。因此，包括颜色转换基板100和LED的LED封装件照射白光，白光混合了例如蓝光LED发射的蓝光和通过颜色转换基板100进行了颜色转换的光。虽然未在图中示出，但是LED包括主体和LED芯片。LED的主体是具有预定形状的开口的结构，提供了安装LED芯片的结构空间。主体可以具有布线和引线框架，LED芯片通过布线和引线框架电连接到外部电源。另外，LED芯片安装在主体上，并用作利用外部电流发光的光源。LED芯片被实施为提供电子的n型半导体层和提供空穴的p型半导体层的正向结。

根据这个实施例的如上设置在LED上方的颜色转换基板100包括第一基板110、第二基板120、第一密封件130、量子点(QD)140和第二密封件150。

第一基板110设置在LED上方。第二基板120设置为使得第二基板120面对第一基板110。第一基板110和第二基板120通过设置在其间的第一密封件130、QD 140和第二密封件150彼此间隔开。第一基板110和第二基板120在保护QD 140免受外部环境影响的同时，用作LED发射的光通过其向外照射的路径。为此，第一基板110或者第二基板120可以由透明玻璃基板形成。

第一密封件130设置在第一基板110的顶表面上，形成具有第一基板110作为其底表面的凹状容置空间。设置在第一基板110的顶表面上的第一密封件130的高度在从300μm至500μm的范围。如图1和图2所示，设置在第一基板110的顶表面上的第一密封件130呈矩形框架的形状。QD 140容置在由第一密封件130所限定的容置空间内。因此，第一密封件130用作密封QD 140的结构，同时容置QD 140。根据这个实施例，第一密封件130由玻璃料形成。具体来说，第一密封件130可以由玻璃料形成，其软化点在例如从500℃至800℃的范围，这比实施为玻璃基板的第一基板110的软化点低，其热膨胀系数(CTE)与第一基板110的CTE相似。例如，第一密封件130可以由ZnO-B₂O₃-SiO₂系玻璃料形成。因为只要第一密封件130的软化点和CTE处在上述范围，第一密封件130就可以由任何玻璃料形成，所以第一密封件130决不限于根据本实施例的ZnO-B₂O₃-SiO₂系玻璃料。这里，因为如果第一密封件130的软化点比第一基板110的软化点高，则第一基板110会在烧结期间变形，所以第一密封件130的软化点需要比第一基板110的软化点低。

QD 140容置在由第一基板110和第一密封件130限定的容置空间内。QD 140通过激光密封的第一基板110、第二基板120、第一密封件130和第二密封件150气密密封，使得QD 140可以被完全保护免受外部环境影响。QD 140是具有量子限域效应的纳米晶体半导体材料，其直径大约在从1nm至10nm的范围。QD 140将LED发射的光的波长转换，由此产生波长转换光或荧光。根据本发明的这个实施例，LED被实施为蓝光LED，QD 140由能够将蓝光LED发射的一部分光波长转换为黄光的QD材料形成，以通过将黄光与蓝光混合产生白光。

第二密封件150设置在第二基板120与第一密封件130之间。如图1和图2所示，第二密封件150呈与第一密封件130的形状对应的形状。即，第二密封件150沿着QD 140的外周设置。利用该构造，当第一基板110、第二基板120、第一密封件130、QD 140和第二密封件150被激光密封时，容置在由第一基板110和第一密封件130所限定的容置空间内的QD 140被第一基板110、第二基板120、第一密封件130和第二密封件150气密密封，从而被完全保护免受外部环境影响。

根据这个实施例，第二密封件150由这样的材料形成，所述材料吸收红外(IR)激光的能力大于第一密封件130的能力。第二密封件150可以由与第一密封件130相同的玻璃料形成。第二密封件150的玻璃料的软化点可以比第一密封件130的玻璃料的软化点低。因为当第二密封件150的软化点比第一密封件130的软化点高时，热冲击可能会导致裂纹，所以优选的是，第二密封件150的玻璃料的软化点比第一密封件130的玻璃料的软化点低。第二密封件150可以由具有低熔点的Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO系玻璃料或V₂O₅系玻璃料形成。当第二密封件150由具有低熔点的Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO系玻璃料形成时，第二密封件150的组分可以包括黑色颜料，以进一步提高吸收IR激光的能力。第二密封件150中的黑色颜料可以是MnO₂-Fe₂O₃系材料，其含量可为按重量计在第二密封件150的从2％到10％的范围。当黑色颜料的含量按重量计超过10％时，第二密封件150的物理性质会变化。当黑色颜料的含量按重量计小于2％时，吸收IR波长范围内的激光的能力降低。这因此使得气密密封困难。

将在下面参照图3和图4给出对根据本发明的另一示例性实施例的用于LED的颜色转换基板的描述。

图3是示出根据本发明的这个示例性实施例的用于LED的颜色转换基板的透视图，图4是沿着图3中的线A-A截取的剖视图。

如图3和图4所示，根据这个实施例的用于LED的颜色转换基板200包括第一基板110、第二基板120、第一密封件230、多个QD 140以及第二密封件250。

除了第一密封件设置在第一基板上使得多个容置空间限定在单个第一基板上，以及第二密封件呈与第一密封件的形状对应的形状之外，这个实施例与之前的实施例基本相同。因此，将用相同的附图标记来指示相同或相似的部件，并且将省略其详细描述。

根据这个实施例的用于LED的颜色转换基板200可以是可应用于用作大显示器的背光源或广域照明设备的光源的多个LED的基板。可选择地，根据这个实施例的用于LED的颜色转换基板200可以是划分成单元之前的大块基板，每个单元基于单个QD 140并应用到相同数量的LED中相应的LED。

为此，第一密封件230形成在第一基板110上以限定与设置在第一基板110下面的多个LED的阵列共形的多个容置空间。所述多个QD 140容置在所述多个容置空间内。第二密封件250形成在第二基板120的面对第一基板110的底表面与第一密封件230之间。第二密封件250的形状与第一密封件230的形状对应或匹配。

如上所述，在根据本发明的实施例的颜色转换基板100和200中，第一密封件130/230与第一基板110配合限定了容置空间以容置QD 140，由玻璃料形成的第二密封件150/250提供了气密密封，第二密封件150/250的吸收IR激光的能力大于第一密封件130/230的能力，且其软化点比第一密封件130/230的软化点低。这种构造使得在激光密封期间能够局部加热第二密封件150/250，防止否则将由热冲击导致的裂纹。这能够因此提供气密密封，通过此完全保护密封QD 140免受外部环境影响，从而增加包括颜色转换基板100/200的LED封装件的寿命。

将在下面参照图5至图8给出根据本发明的示例性实施例的制造用于LED的颜色转换基板的方法的描述。

如图5所示，根据这个实施例的制造用于LED的颜色转换基板的方法包括第一密封件形成步骤S1、QD输入步骤S2、对准步骤S3和激光密封步骤S4。在对根据这个实施例的制造用于LED的颜色转换基板的方法的接下来的描述中，用于LED的颜色转换基板将被示出为可应用于显示器的背光源或广域照明设备的光源的LED颜色转换基板。

首先，如图6所示，在第一密封件形成步骤S1中，将第一密封件230形成在其下假定设置有LED的第一基板110的顶表面上，限定具有第一基板110作为其底表面的凹状容置空间。具体而言，在第一密封件形成步骤S1中，将由施用在第一基板110上达到例如从300μm至500μm的范围的高度的玻璃料糊来形成第一密封件230，使得多个容置空间限定在第一基板110上，并且随后对其烧结。可以通过印刷或使用分配器将处于糊状的第一密封件230施用到第一基板110的顶表面上。在第一密封件形成步骤S1中，可以由玻璃料形成第一密封件230，其软化点比实施为玻璃基板的第一基板110的软化点低，且其CTE与第一基板110的CTE相似。例如，可以由ZnO-B₂O₃-SiO₂系玻璃料形成第一密封件230。此外，可以将陶瓷填料添加到第一密封件230，以增加第一密封件230的强度。

之后，在QD输入步骤S2中，将QD 140输入到由第一基板110和第一密封件230限定的容置空间内。具体来说，在QD输入步骤S2中，将能够将蓝光LED发射的一部分光波长转换成黄光的QD材料输入到所述多个划分的容置空间中的每个中。

之后，在对准步骤S3中，将第二密封件250和设置在第二密封件250上的第二基板120在限定了多个容置空间的第一密封件230上对准，使第二基板120面对第一基板110。这里，将第二密封件250以与第一密封件230的形状对应的形状设置在第一密封件230上并与其对准。对准步骤S3可以包括将实施为玻璃基板的第二基板120设置在第二密封件250上，随后将第二密封件250设置在第一密封件230上。可选择地，如图7所示，对准步骤S3可以包括：将由玻璃料糊形成的第二密封件250施用在第二基板120的底表面上(参照图8)；烧结所施用的第二密封件250；随后将第二基板120设置在第一密封件230上，使得第二密封件250与第一密封件230紧密接触。

在对准步骤S3中，可以使用这样的玻璃料来形成第二密封件250：其吸收IR激光的能力大于第一密封件230吸收IR激光的能力，并且其软化点低于第一密封件230的软化点。例如，在对准步骤S3中，可以使用诸如V₂O₅系玻璃料或Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO系玻璃料的低熔点玻璃料来形成第二密封件250。当由Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO系低熔点玻璃料来形成第二密封件250时，可以添加由例如MnO₂-Fe₂O₃系材料形成的黑色颜料，以提高吸收IR激光的能力。黑色颜料的含量可为按重量计在第二密封件250的从2％到10％的范围。

最后，在激光密封步骤S4中，将激光束提供到第二密封件250上，将第一基板110、第一密封件230、第二密封件250和第二基板120彼此密封。在这种情况下，对具有更高的吸收IR激光的能力的第二密封件250进行局部加热。这可以因此保护第一密封件230免于裂纹(否则将由热冲击导致裂纹)，从而形成气密密封。

当如上完成激光密封步骤S4时，如图8所示，根据本发明的实施例制造了用于LED的颜色转换基板200。当通过根据这个实施例的制造方法制造用于LED的颜色转换基板200时，省略了意图保护QD的多层涂覆工艺的现有技术，从而与现有技术的制造成本相比减少了制造成本。另外，省略了对于容置QD需要的蚀刻涂覆工艺的现有技术，由此去除了对基板厚度的限制。

通过根据这个实施例的制造方法制造的颜色转换基板200可应用于显示器的背光源或广域照明设备的光源。另外，颜色转换基板200可以划分成多个单元，每个单元用作用于LED的颜色转换基板(见图1中的100)。为了这个目的，根据这个实施例的制造方法还可以包括：在激光密封步骤S4之后，将颜色转换基板切割成单元，每个单元容置所述多个QD 140中的单个QD。如上所阐述的，根据这个实施例，通过制造大块颜色转换基板200并随后将大块颜色转换基板200切割成多个单元，能够促进可应用于个体LED的颜色转换基板(图1中的100)的大规模生产。

已经参照附图给出了前述对本发明的具体示例性实施例的描述。它们不意图详尽本发明或不意图将本发明限制为公开的确切形式，并且明显的是，根据上述教导，许多修改和变化对本领域普通技术人员是可能的。

因此意图的是，本发明的范围不限于前述实施例，而受在此所附权利要求及其等同物的限定。

[附图标记的解释]

100、200：颜色转换基板；

110：第一基板；120：第二基板；

130、230：第一密封件；140：QD；

150、250：第二密封件。