用于发光二极管的颜色转换的基板及其制造方法与流程

本公开总体涉及用于发光二极管(LED)的颜色转换基板及其制造方法。更具体地，本公开涉及这样的用于LED的颜色转换基板及其制造方法，在所述颜色转换基板中，不仅量子点(QD)而且包含QD的结构体具有用于产生白光的颜色转换功能。

背景技术：

发光二极管(LED)是由诸如砷化镓(GaAs)的化合物形成以在被施加电流时发光的半导体器件。LED使用p-n结半导体结构，诸如电子或空穴的少数载流子注入到p-n结半导体结构中，使得通过电子和空穴的复合来产生光。

LED的特性包括低功耗、相对长的寿命、安装在狭窄空间中的能力以及强的抗振动性。LED通常用于显示装置中以及显示装置的背光单元中。近来，已经进行了将LED应用于一般照明装置的研究。除了单色LED(诸如红色、蓝色或绿色LED)之外，白色LED也已经出现在市场上。特别地，与白色LED应用于车辆照明装置和一般照明装置一致，预计对白色LED的需求急剧增加。

在LED技术领域中，通常使用两种主要方法产生白色光。第一种产生白色光的方法包括彼此相邻地设置单色LED(诸如红色、绿色和蓝色LED)，使得由单色LED发射的各种颜色的光混合。然而，由于各个单色LED具有不同的热特性或时间特性，所以色调会根据使用这些装置的环境而改变。特别地，可能出现色斑，使得难以均匀地混合不同颜色的光。第二种产生白色光的方法包括将荧光材料施用到LED并且将由LED发射的初始光的一部分与已经由荧光材料转换了波长的二次光混合。例如，产生黄绿色或黄色光的荧光材料可以用作蓝色LED上的光激发源，从而可以通过将蓝色LED发射的蓝色光与由荧光材料激发的黄绿色或黄色光混合来产生白色光。目前，通常使用利用蓝色LED和荧光材料实现白色光的第二种方法。

近来，量子点(QD)已经用于颜色转换以产生白色光。QD在窄波长内产生相对强的光，该光比由典型荧光材料产生的光强。通常，QD-LED背光单元通过用蓝色LED发射的蓝色光照射黄色QD来产生白色光，并且作为背光将白色光施加到液晶显示器(LCD)。由于这种LCD的特性包括与利用仅使用LED的传统背光不同的优良的色彩再现性、与有机发光二极管(OLED)相当的实现全彩色的能力、以及比OLED TV低的制造成本和高的制造生产率，所以使用这种QD-LED背光单元的LCD作为新显示器具有高潜力。

在现有技术中，制造这种QD-LED的方法包括：通过将QD和聚合物混合来形成QD片；随后用多个阻挡层涂覆QD片，以便保护片表面免受外部湿气等的影响并保持LED的寿命。然而，该现有技术方法的问题在于制造成本相对高，这是由于需要多次施加阻挡层，最重要的是，该方法不能完全保护QD免受外部环境的影响。

此外，现有技术中所使用的另一种方法包括：将玻璃表面蚀刻到一定深度；将QD插入到玻璃表面的蚀刻部分中；用玻璃盖覆盖所得结构；将低熔点玻璃施用到玻璃盖的周边；焙烧施用的低熔点玻璃；利用激光束密封所得结构。然而，蚀刻工艺会导致制造成本增加。特别地，会难以使用薄玻璃板。

同时，由于QD的寿命短，所以当长时间使用QD-LED时，QD-LED的亮度由于QD的劣化而降低。因此，QD的使用导致了使用QD-LED背光会难以获得或确保LCD的寿命的问题。

[现有技术文献]

专利文献1：第10-2012-0009315号韩国专利申请公开(2012年2月1日)

技术实现要素：

技术问题

本公开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，在所述颜色转换基板中，不仅量子点(QD)而且包含QD的结构体都具有用于产生白色光的颜色转换功能。

技术方案

根据一个方面，一种颜色转换基板包括：第一玻璃基板，设置在LED上方；第二玻璃基板，面对第一玻璃基板；结构体，设置在第一玻璃基板与第二玻璃基板之间，具有中空部分并由黄色荧光材料和低熔点玻璃料的混合物形成；QD，容纳在结构体的中空部分中；密封剂，设置在第一玻璃基板与结构体的底表面之间以及第二玻璃基板与结构体的顶表面之间。

黄色荧光材料可以实现为钇铝石榴石(YAG)基荧光材料。

低熔点玻璃料的软化点可以为650℃或更低。

低熔点玻璃料的折射率可以为1.7或更大。

密封剂可以由低熔点玻璃料形成。

多个结构体可以设置在第一玻璃基板与第二玻璃基板之间。

根据另一方面，一种制造颜色转换基板的方法包括：形成具有中空部分并由黄色荧光材料和低熔点玻璃料的混合物形成的结构体；将结构体设置在第一玻璃基板上；在设置在第一玻璃基板上的结构体的中空部分内设置QD；在结构体上设置第二玻璃基板，使得第二玻璃基板面对第一玻璃基板；通过将第一玻璃基板、结构体和第二玻璃基板结合来密封所得结构。

形成结构体的操作可以包括：通过将黄色荧光材料和低熔点玻璃料粉末混合来制备颗粒；将颗粒成形并焙烧成矩形框架的形状。

设置结构体的操作可以包括通过由低熔点玻璃料形成的第一密封剂将结构体固定在第一玻璃基板上。

设置第二玻璃基板的操作可以包括通过由低熔点玻璃料形成的第二密封剂将第二玻璃基板固定在结构体上。

密封所得结构的操作可以包括：通过利用激光束辐射第一密封剂和第二密封剂，将第一玻璃基板与结构体彼此结合并将第二玻璃基板与结构体彼此结合。

根据又一方面，一种制造颜色转换基板的方法包括：通过将黄色荧光材料和低熔点玻璃料混合来制备膏料；通过将膏料印刷在第一玻璃基板上来形成具有中空部分的结构体；在设置在第一玻璃基板上的结构体的中空部分内设置QD；在结构体上设置第二玻璃基板，使得第二玻璃基板面对第一玻璃基板；通过将结构体与第二玻璃基板结合来密封所得结构。

设置第二玻璃基板的操作可以包括通过由低熔点玻璃料形成的密封剂将第二玻璃基板固定在结构体上。

密封所得结构的操作可以包括通过用激光束照射密封剂来将结构体与第二玻璃基板结合。

黄色荧光材料可以实现为YAG基荧光材料。

低熔点玻璃料可以具有650℃或更低的软化点和1.7或更大的折射率。

发明效果

根据如上所述的本公开，由于其中容纳有QD的结构体包含黄色荧光材料，所以不仅QD而且容纳QD的结构体都可以具有用于产生白色光的颜色转换功能。因此，能够增加或补偿LED的寿命和在其背光单元中使用该LED的显示装置的寿命，否则，由于QD的劣化而将降低它们的寿命。

此外，根据本公开，由于其中容纳有QD的结构体由黄色荧光材料和折射率与黄色荧光材料的折射率相似的低熔点玻璃料形成，所以可以改善LED的发光效率。

另外，根据本公开，由于结构体通过由低熔点玻璃料形成的密封剂结合到上覆和下覆的基板，所以能够提供对在通过密封剂结合之后完成制造的LED颜色转换基板的气密密封，从而可以很好地保护容纳在颜色转换基板内的QD免受外部环境的影响。

附图说明

图1是示出根据示例性实施例的用于LED的颜色转换基板的平面图。

图2是沿图1的线A-A截取的剖视图。

图3是示出根据另一示例性实施例的用于LED的颜色转换基板的平面图。

图4是沿图3的线B-B截取的剖视图。

图5是示出根据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9是顺序地示出根据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。

图10是示出根据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11至图13是顺序地示出根据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操作的工艺图。

具体实施方式

现在将详细针对根据本公开的用于发光二极管(LED)的颜色转换基板及其制造方法，本公开的实施例在附图中示出并在下面描述，使得本公开所涉及的技术领域的技术人员可以容易地将本公开付诸实践。

在整个文件中，应该参照附图，其中，将在不同的附图中使用相同的附图标记和符号来指定相同或同样的组件。在下面的描述中，在本公开的主题因包含已知功能和组件的详细描述而变得不清楚的情况下，将省略对并入这里的已知功能和组件的详细描述。

如图1和图2中所示，根据本实施例的LED颜色转换基板100是设置在LED上方、包封LED并对由LED发射的光的一部分的颜色(波长)进行转换的基板。因此，包括LED颜色转换基板100和例如蓝色LED的LED封装件通过将由蓝色LED发射的蓝色光和由LED颜色转换基板100激发的颜色转换的光混合来辐射白色光。尽管在附图中未示出，但是LED可以包括LED主体和LED芯片。LED主体是具有呈预定形状的中空部分的结构，以提供用于容纳LED芯片的结构空间。LED主体具有布线和引线框架，LED芯片通过所述布线和引线框架电连接到外部电源。LED芯片是当从外部电源施加电流时发光的光源，LED芯片安装在LED主体上，并且经由布线和引线框架连接到外部电源。LED芯片实现为提供电子的n半导体层和提供空穴的p半导体层的正向结。

设置在如上所述的LED上方的根据本实施例的LED颜色转换基板100包括第一玻璃基板110、第二玻璃基板120、结构体130、量子点(QD)140和密封剂150。

第一玻璃基板110是LED颜色转换基板100的与LED相邻设置的部分。第二玻璃基板120设置为面对第一玻璃基板110，形成LED颜色转换基板100的距离LED最远的部分。也就是说，第一玻璃基板110和第二玻璃基板120通过结构体130、QD 140以及夹在第一玻璃基板110与第二玻璃基板120之间的密封剂150而彼此分隔开，使得第一玻璃基板110和第二玻璃基板120彼此面对。第一玻璃基板110和第二玻璃基板120在保护容纳在结构体130中的QD 140免受外部环境影响的同时作为由LED发射的光向外部辐射所通过的路径。为此，可以使用透明玻璃基板作为第一玻璃基板110和第二玻璃基板120。根据示例性实施例，第一玻璃基板110和第二玻璃基板120可以由硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃形成。

结构体130设置在第一玻璃基板110与第二玻璃基板120之间。结构体130在其中心部分具有容纳QD 140的中空部分。如图1和图2中所示，结构体130基本成形为矩形框架。根据示例性实施例，结构体130可以由黄色荧光材料和低熔点玻璃料的混合物形成。黄色荧光材料可以是钇铝石榴石(YAG)基荧光材料。

当结构体130包含黄色荧光材料时，不仅QD 140而且其中容纳有QD 140的结构体130可以具有用于产生白色光的颜色转换功能。当QD 140随着LED的长时间使用而劣化时，结构体130可以因此补偿QD 140的颜色转换功能，从而增加或补偿LED的寿命以及在其背光单元中使用该LED的显示装置的寿命。

与黄色荧光材料一起形成结构体130的低熔点玻璃料可以由软化点为650℃或更低并且折射率为1.7或更大的Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃基玻璃料形成。当软化点高于650℃的低熔点玻璃料结合到第一玻璃基板110和第二玻璃基板120时，因为低熔点玻璃料的软化点比第一玻璃基板110或第二玻璃基板120的应变点高，所以第一玻璃基板110和第二玻璃基板120容易变形。此外，低熔点玻璃料的折射率可以为1.7或更大，这可以与YAG基黄色荧光材料的折射率类似地匹配，从而改善LED的发光效率。当低熔点玻璃料的折射率与黄色荧光材料的折射率不匹配时，由于光的散射可能难以获得期望的发光效率。

此外，根据本实施例的结构体130包括组成与密封剂150的低熔点玻璃料的组成相同的低熔点玻璃料，使得结构体130可以与密封剂150配合以通过激光密封形成气密密封。因此，这可以为容纳在结构体130内的QD 140提供良好程度的保护以免受外部环境的影响。

结构体130可以在结合到第一玻璃基板110之前通过粉末压实来制造，或者可以在通过印刷施用在第一玻璃基板110上之前形成为膏料。在下文中，将在制造颜色转换基板的方法中更详细地描述这些操作。

QD 140容纳在结构体130的中空部分内。QD 140被第一玻璃基板110、第二玻璃基板120、结构体130和密封剂150气密密封，由此可以完全保护QD 140免受外部环境的影响。QD 140是半导体纳米晶材料，QD 140的直径范围为约1nm至约10nm，并且QD 140具有量子限制效应。QD 140转换由LED发射的光的颜色(波长)，从而产生波长转换了的光或者荧光。根据本实施例，可以使用蓝色LED作为LED，QD 140由能够将蓝色LED发射的光的一部分波长转换成黄色光的QD材料形成，以通过将黄色光和蓝色光混合来产生白色光。

密封剂150设置在第一玻璃基板110与结构体130的底表面之间以及第二玻璃基板120与结构体130的顶表面之间。利用此构造，由于利用激光束照射密封剂150的密封工艺，使得QD 140可以被第一玻璃基板110和结构体130以及第二玻璃基板120和结构体130气密地密封，从而完全保护QD 140免受外部环境的影响。根据本实施例，密封剂150可以由热膨胀系数(CTE)与第一玻璃基板110、第二玻璃基板120或结构体130的CTE相等或相似的玻璃料形成，使得密封剂150可以通过激光密封而与它们结合。此外，优选的是，密封剂150由软化点比第一玻璃基板110或第二玻璃基板120的软化点低的玻璃料形成，从而防止第一玻璃基板110或第二玻璃基板120在执行焙烧以在第一玻璃基板110或第二玻璃基板120上形成密封剂150时发生转化。例如，密封剂150可以由具有优异的吸收波长范围为800nm至900nm的激光的能力的V₂O₅-P₂O₅基玻璃料或Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO基玻璃料形成。也就是说，密封剂150可以由低熔点玻璃料形成，其组成与结构体130的低熔点玻璃料的组成相同。

在下文中，将参照图3和图4描述根据另一示例性实施例的LED颜色转换基板。

图3是示出根据另一实施例的LED颜色转换基板的平面图，图4是沿图3的线B-B截取的剖视图。

如图3和图4中所示，根据另一实施例的LED颜色转换基板200构造为使得多个结构体130设置在第一玻璃基板110与面对第一玻璃基板110的第二玻璃基板120之间。本实施例与前述实施例的不同之处仅在于结构体130的数量和QD 140的所得数量。因此，由于本实施例的组件与前述实施例的组件相同，所以将省略对这些组件的详细描述。

具有此结构的颜色转换基板200可以是可用于作为大型显示器的背光源或广域照明装置的光源的多个LED的基板，或者可以是意在被划分为多个单元的大块基板，其中，每个单元基于单个结构体130或由单个结构体130限定并应用于单个LED。

在下文中，将参照图5至图9描述根据示例性实施例的制造LED颜色转换基板的方法。

如图5中所示，根据本实施例的制造LED颜色转换基板的方法包括结构体形成操作S1、结构体设置操作S2、QD容纳操作S3、第二玻璃基板设置操作S4和密封操作S5。

首先，如图6中所示，结构体形成操作S1是制造在其中心部分具有将要容纳QD(图8中的140)的中空部分的结构体130的操作。结构体形成操作S1包括：通过混合Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃基低熔点玻璃料粉末和YAG基黄色荧光材料来形成颗粒，所述低熔点玻璃料粉末具有650℃或更低的软化点以及1.7或更大的折射率；将混合物成形为矩形框架的形状；对成形的混合物进行焙烧，由此制造出矩形框架形状的结构体130。

之后，如图7中所示，执行结构体设置操作S2以将在结构体形成操作S1中制造的结构体130布置在第一玻璃基板110上。在结构体设置操作S2中，可以通过密封剂150来将结构体130固定在第一玻璃基板110的顶部上。在结构体设置操作S2中，可以将膏料形式的密封剂150施用到结构体130的底表面(即，将结合到第一玻璃基板110的结合表面)。另外，在结构体设置操作S2中，可以将膏料形式的密封剂150以与结构体130的底表面对应的形状印刷在第一玻璃基板110上。

如上所述的用作结构体130连接到第一玻璃基板110的介质的密封剂150可以由软化温度低于第一玻璃基板110的软化温度的低熔点玻璃料形成。例如，密封剂150可以由V₂O₅-P₂O₅基玻璃料或Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO基玻璃料形成。

此后，如图8中所示，执行QD容纳操作S3以将QD 140设置在结构体130的中空部分内。在QD容纳操作S3中，将蓝色LED发射的光的一部分的颜色(波长)转换为黄色光的QD材料被容纳在结构体130的中空部分内。

之后，如图9中所示，执行第二玻璃基板设置操作S4以将第二玻璃基板120布置在结构体130上，使得第二玻璃基板120面对第一玻璃基板110。在第二玻璃基板设置操作S4中，通过由组成与设置在第一玻璃基板110和结构体130之间的密封剂的组成相同的低熔点玻璃料形成的密封剂150将第二玻璃基板120固定在结构体130的顶部上。在第二玻璃基板设置操作S4中，按与结构体设置操作S2中相同的方式，可以将膏料形式的密封剂150施用到结构体130的顶表面，或者可以将膏料形式的密封剂150以与结构体130的顶表面对应的形状印刷在第二玻璃基板120的底表面上。

最后，执行密封操作S5以将第一玻璃基板110和结构体130彼此结合，并且将结构体130和第二玻璃基板120彼此结合。在密封操作S5中，用激光束照射设置在第一玻璃基板110与结构体130之间以及结构体130与第二玻璃基板120之间的密封剂150，由此第一玻璃基板110和结构体130通过激光密封而气密地结合，并且结构体130和第二玻璃基板120通过激光密封而气密地结合。

在如上所述完成密封操作S5后，制得LED颜色转换基板(图1中的100)。当通过根据本实施例的制造方法制造LED颜色转换基板100时，可以省略意在保护QD的现有技术的多层涂布工艺，从而与现有技术相比减了了制造成本。另外，可以省略用于容纳QD所需要的现有技术的蚀刻工艺，由此去除了对基板厚度的限制。特别地，由于通过粉末压实制造结构体130，所以可以以较低成本大批量生产结构体130。

在根据本实施例的制造LED颜色转换基板的方法中，已经描述了制造单个单元的方法。然而，通过如上所述的制造多个结构体130、将多个结构体130布置在单个第一玻璃基板110上以及执行一系列的QD容纳操作S3、第二玻璃基板设置操作S4和密封操作S5，能够制造出可用于显示器的背光源或广域照明装置的光源的用于多个LED的阵列的大块颜色转换基板(图3中的200)。另外，在通过此工艺制造大块颜色转换基板(图3中的200)之后，可以将大块颜色转换基板(图3中的200)切割成分别由多个结构体130限定的单元，从而有助于大量生产应用于单个LED的颜色转换基板(图1中的100)。

在下文中，将参照图10至图13描述根据另一示例性实施例的制造LED颜色转换基板的方法。

如图10中所示，根据本实施例的制造LED颜色转换基板的方法包括膏料制备操作S1、结构体形成操作S2、QD容纳操作S3、第二玻璃基板设置操作S4和密封操作S5。

首先，在膏料制备操作S1中，通过添加和混合YAG基黄色荧光材料和低熔点玻璃料粉末来制备膏料。之后，如图11中所示，在结构体形成操作S2中，通过将在膏料制备操作S1中制备的膏料印刷在第一玻璃基板110上来形成具有中空部分的结构体130。此后，如图12和图13中所示，可以顺序地执行包括QD容纳操作S3、第二玻璃基板设置操作S4和密封操作S5的一系列操作。将省略与前述实施例中描述的QD容纳操作S3、第二玻璃基板设置操作S4和密封操作S5相同的QD容纳操作S3、第二玻璃基板设置操作S4和密封操作S5的详细描述。

与根据通过粉末压实形成结构体130的前述实施例的制造LED颜色转换基板的方法不同，根据本实施例的制造LED颜色转换基板的方法通过印刷而在第一玻璃基板110上形成结构体130。根据本实施例，可以省略在根据前述实施例的制造LED颜色转换基板的方法中设置在第一玻璃基板110与结构体130之间的密封剂150。因此，在根据本实施例的制造LED颜色转换基板的方法中，密封剂150可以仅设置在结构体130与第二玻璃基板120之间，并且随后通过激光密封而与其结合。

已经参照附图提出了本公开的具体示例性实施例的前述描述。它们不意图是穷举性的或意图将本公开限制为所公开的精确形式，并且明显的是，根据以上教导，许多修改和变化对于本领域普通技术人员是可能的。

因此，本公开的范围不意图限于前述实施例，而是意图由所附权利要求及其等同物限定。

[附图标号的说明]

100、200：颜色转换基板

110：第一玻璃基板

120：第二玻璃基板

130：结构体

140：量子点