量子点On‑chip白光LED的二次气密性封装方法与流程

本发明涉及量子点白光led封装技术领域，具体涉及量子点on-chip白光led的二次气密性封装方法。

背景技术：

白光led作为一种固态半导体光源，具有光效高、体积小和节能环保等优点，近年来，其应用领域和市场占有率不断扩大。目前商用白光led器件产生白光的方式通常是用蓝光led芯片来激发黄色荧光粉yag:ce，但由于白光led器件缺失红光光谱区，显色指数一般在70左右，满足不了室内照明的要求(显色指数一般要求不低于80)，同时作为lcd背光源在色域方面表现比较低。

量子点作为准零维限度的半导体纳米材料，由于量子尺寸效应，其电子和空穴在三维上都受到量子限域的影响，从而使得体材料中连续的能带变成离散的分立能级结构。这导致量子点的光学性质与尺寸相关，尺寸越小，电子与空穴的束缚作用越大，带隙越宽，对应的发光峰蓝移。相对于上述传统的yag:ce荧光粉，半导体量子点作为一种新型发光材料，其光学特性可通过其尺寸、形状、结构和掺杂来进行调节，具有光谱可协调性、色纯度高、高荧光效率、较大的斯托克斯位移、较长的荧光寿命等特点，可以弥补传统荧光粉的发光缺点。因此，量子点为荧光转换的白光led作为lcd的背光源可以实现ntsc标准色域达到100%以上，也可利用量子点来改善传统白光led器件的显色指数。但由于量子表面效应，量子点具有较大的比表面积、表面配体容易脱离、高表面能导致量子点存在大量的表面缺陷。这些表面缺陷态会加大量子点活性，极不稳定，比如容易吸附氧气发生敏化反应形成单态氧进行表面氧化作用。正因为这些缺陷极易俘获载流子，降低量子点的发光效率。

目前，量子点背光技术有三种方式：量子点荧光增强薄膜、量子点玻璃导轨和量子点on-chip白光led等，而量子点on-chip白光led具有制作工艺简单、成本低并与目前白光led的生产线完全兼容而受到广泛关注。当前led封装支架和封装胶水的气密性比较差，所以on-chip白光led的稳定性比量子点荧光增强薄膜和量子点玻璃导轨的性能差。通常，对采用封装胶水与荧光转换材料混合后点胶、固化等封装称为一次封装；为此，提出对on-chip封装支架和封装胶体出光侧等进行二次气密性封装，进一步提升量子点与封装胶体的稳定性。通过二次气密性封装可以看出：传统封装方法得到的量子点on-chip白光led的发光效率只有58.6lm/w@20ma，并且发光强度半小时内就衰减了50%；而使用本发明提出的二次气密性封装方法得到的量子点on-chip白光led的发光效率为92.5lm/w@20ma，量子点on-chip白光led器件的稳定性得到了有效提升，工作101小时后光效仍处于51.1lm/w@20ma，且400小时后仍能工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种量子点on-chip白光led的二次气密性封装方法。该方法将蓝光芯片固定在led支架的底部后，通过包括等离子体增强化学气相沉积（pecvd）或原子层沉积（ald）的低温沉积技术在led支架的底部以及内侧壁沉积隔水隔氧的透明薄膜层，再将量子点与透明的封装胶混合成量子点封装胶体后涂覆在led支架内，加热固化后，将紫外固化胶点胶在固化后的量子点荧光胶体上并盖上玻璃片，再进行紫外固化，完成量子点on-chip白光led的二次气密性封装，实现量子点on-chip白光led的高发光效率和高稳定性。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种量子点on-chip白光led的二次气密性封装方法，包括如下步骤：

（1）将蓝光芯片通过固晶、焊线固定在led支架的底部后，再将led支架移入等离子体增强化学气相沉积系统或原子层沉积系统中，在led支架的底部和内侧壁低温沉积隔水隔氧的透明薄膜层；

（2）将红光量子点、绿光量子点以及透明的封装胶混合后，搅拌、抽气，得到均一分散的量子点荧光胶体；

（3）将量子点荧光胶体均匀涂覆在沉积有透明薄膜层的led支架内，加热固化后，将紫外固化胶点胶在固化后的量子点荧光胶体上，盖上玻璃片，再进行紫外固化，完成量子点on-chip白光led的二次气密性封装。

进一步地，步骤（1）中，所述透明薄膜层为包括三氧化铝薄膜层、二氧化硅薄膜层或氮化硅薄膜层。

进一步地，步骤（1）中，所述透明薄膜层的厚度为50~100nm，透明薄膜层覆盖于支架侧壁和蓝光芯片表面。

所述透明薄膜层能有效隔绝环境中水、氧从led支架四周渗入量子点荧光胶体内，减小量子点氧化淬灭；同时，有利于量子点荧光胶体平铺在led芯片上，对量子点激发更均匀，减少黄圈现象。

进一步地，步骤（1）中，所述透明薄膜层的沉积温度为60~100℃。

进一步地，步骤（1）中，led支架底部沉积的透明薄膜层在蓝光芯片和支架四周形成保护层。

进一步地，步骤（2）中，所述红光量子点包括硫化镉、硒化镉、硫硒化镉及其不同厚度的核壳结构量子点。

进一步地，步骤（2）中，所述绿光量子点包括硫化镉、硒化镉、硫硒化镉及其不同厚度的核壳结构量子点。

进一步地，步骤（2）中，所述透明的封装胶包括透明的硅胶、透明的环氧树脂或透明的紫外固化胶。

进一步地，步骤（2）中，根据所需色坐标及色温等性能要求，所述红光量子点与透明的封装胶的质量比为1/1000~2/1000，绿光量子点与透明的封装胶的质量比为1/100~2/100。

进一步地，步骤（3）中，所述量子点荧光胶体由led支架底部涂覆至距支架顶部的1/10~2/10高度处。

进一步地，步骤（3）中，所述量子点荧光胶体的涂覆和加热固化过程均在惰性气氛中进行。

更进一步地，步骤（3）中，所述惰性气氛包括氮气气氛或氩气气氛。

进一步地，步骤（3）中，所述加热固化为60~120℃固化1~4小时。

量子点荧光胶体在惰性气氛下进行加热固化封装，减少透明的封装胶的氧化和热老化，保证了透明的封装胶本身的折射率和出光率，同时减少热固化过程中量子点的光氧化问题。

紫外固化胶作为很好的固体粘合剂，能将玻璃片与led支架紧密粘合，有效隔绝环境中水、氧从量子点荧光胶体的光出射面渗入量子点荧光胶体内，减小量子点受水、氧的影响；同时，采用紫外固化胶，避免了采用热固化胶时需再次高温固化处理对量子点的二次高温影响。

进一步地，步骤（3）中，所述玻璃片为厚度0.5~1mm的透明玻璃片。

进一步地，步骤（3）中，所述紫外固化是在uv固化炉中，功率为20-40mw/cm²，固化5~10分钟。

本发明方法中通过沉积透明薄膜层实现封装支架的隔水隔氧等气密性保护，再通过在氮气气氛的封装、透明玻璃片的加盖以及紫外固化胶与支架之间的粘合，进一步实现了led器件的二次气密性封装保护，使led器件气密性保护良好，保证了led器件的高发光效率和高稳定性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）本发明方法为一种新型气密性封装方法，能进一步隔离空气中的水和氧，有效解决了现有led芯片封装气密性差的问题；

（2）本发明方法中，量子点荧光胶体的热固化是在包括氮气或氩气的惰性气氛下进行的，能减小热固化过程中量子点的光氧化问题；同时，有效隔绝环境中水、氧从量子点荧光胶体的胶面渗入量子点荧光胶体内，减小量子点受水、氧的影响；

（3）本发明方法有效改善量子点on-chip白光led器件的发光效率和稳定性，发光效率（lm/w）提高58%以上，实现量子点on-chip白光led的高发光效率和高稳定性。

附图说明

图1为本发明具体实施例中量子点on-chip白光led的气密性封装示意图；

图2为实施例1~3不同封装方式的量子点on-chip白光led的发射光光谱图；

图3为实施例1~3不同封装方式的量子点on-chip白光led光效的老化趋势图。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述，但本发明不限于此。

如图1所示，为本发明具体实施例中量子点on-chip白光led的二次气密性封装示意图，包括蓝光芯片1、led支架2、透明薄膜层3、量子点荧光胶体、紫外固化胶7以及玻璃片8；量子点荧光胶体由红光量子点4、绿光量子点5以及透明的封装胶6均匀混合得到；

由图1可知，蓝光芯片1固定在led支架2的底部；在固定有蓝光芯片1的led支架2的底部和内侧壁上沉积有透明薄膜层3，且透明薄膜层3的厚度在50~100nm，大于蓝光芯片1的厚度，底部的透明薄膜层遮盖住蓝光芯片1；由红光量子点4、绿光量子点5以及透明的封装胶6均匀混合得到的量子点荧光胶体（红光量子点与透明的封装胶的质量比为1/1000~2/1000，绿光量子点与透明的封装胶的质量比为1/100~2/100）涂覆在沉积有透明薄膜层3的led支架2内，量子点荧光胶体的胶面位于距离led支架2顶部1/10~2/10的led支架高度处；在led支架2顶部盖有厚度0.5~1mm的透明的玻璃片8，玻璃片8通过紫外固化胶7与量子点荧光胶体的胶面以及led支架2的顶部紧密粘合。

本发明具体实施例中量子点on-chip白光led的二次气密性封装，包括如下步骤：

（1）将蓝光芯片1通过固晶、焊线固定在led支架2的底部后，再将led支架2移入等离子体增强化学气相沉积系统或原子层沉积系统中，在led支架2的底部和内侧壁低温沉积隔水隔氧的透明薄膜层；

（2）将红光量子点4、绿光量子点5以及透明的封装胶6混合后，搅拌、抽气，得到均一分散的量子点荧光胶体；

（3）将量子点荧光胶体均匀涂覆在沉积有透明薄膜层的led支架2内，加热固化后，将紫外固化胶7点胶在固化后的量子点荧光胶体上，盖上玻璃片8，再进行紫外固化，完成量子点on-chip白光led的二次气密性封装。

实施例1

二次气密性保护的量子点on-chip白光led的封装，具体包括如下步骤：

（1）将蓝光芯片在led支架中进行固晶、焊线、烘烤后，固定在led支架的底部；

（2）将固定有蓝光芯片的led支架移入原子层沉积系统中，80℃下沉积氧化铝薄膜层，提高led支架的隔阻水氧的能力，厚度为50nm；

（3）称量环氧树脂ab固化胶a组分0.2g和环氧树脂ab固化胶b组分0.2g于烧杯中，搅拌均匀得到封装胶，加入120µl绿光量子点和20µl红光量子点，再次搅拌混合均匀，放入真空烘箱内，进行抽真空20分钟去除胶体内的气泡，得到均一分散的量子点荧光胶体；

将沉积有氧化铝薄膜层的led支架和量子点荧光胶体移入氮气保护的手套箱中，将量子点荧光胶体涂覆在led支架内，进行量子点on-chip白光led封装，量子点荧光胶体的胶面位于距离led支架顶部2/10的led支架高度处；在氮气气氛下，再将涂覆量子点荧光胶体后的led支架，进行90℃热固化2小时；

（4）热固化结束后，将紫外固化胶涂覆在led支架出光面的围栏及量子点荧光胶体的胶面上，盖上0.7mm的透明玻璃片，再在uv固化炉中紫外照射5分钟后固化，得到led支架围栏、氧化铝薄膜和玻璃等组成的二次气密性保护的量子点on-chip白光led。

实施例2

氮气氛围中无气密性保护的量子点on-chip白光led的封装，具体包括如下步骤：

（1）将蓝光芯片在led支架中进行固晶、焊线、烘烤后，固定在led支架的底部；

（2）将固定有蓝光芯片的led支架移入原子层沉积系统中，80℃下沉积氧化铝薄膜层，提高led支架的隔阻水氧的能，厚度为50nm；

（3）称量环氧树脂ab固化胶a组分0.2g和环氧树脂ab固化胶b组分0.2g于烧杯中，搅拌均匀得到封装胶，加入120µl绿光量子点和20µl红光量子点，再次搅拌混合均匀，放入真空烘箱内，进行抽真空20分钟去除胶体内的气泡，得到均一分散的量子点荧光胶体；

将沉积有氧化铝薄膜层的led支架和量子点荧光胶体移入氮气保护的手套箱中，将量子点荧光胶体涂覆在led支架内，进行量子点on-chip白光led封装，量子点荧光胶体的胶面位于距离led支架顶部2/10的led支架2高度处；在氮气气氛下，再将涂覆量子点荧光胶体后的led支架，进行90℃热固化2小时，得到氮气气氛下封装的无气密性保护的量子点on-chip白光led

实施例3

空气氛围中无气密性保护的量子点on-chip白光led的封装，具体包括如下步骤：

（1）将蓝光芯片在led支架中进行固晶、焊线、烘烤后，固定在led支架的底部；

（2）将固定有蓝光芯片的led支架移入原子层沉积系统中，80℃下沉积氧化铝薄膜层，提高led支架的隔阻水氧的能，厚度为50nm；

（3）称量环氧树脂ab固化胶a组分0.2g和环氧树脂ab固化胶b组分0.2g于烧杯中，搅拌均匀得到封装胶，加入120µl绿光量子点和20µl红光量子点，再次搅拌混合均匀，放入真空烘箱内，进行抽真空20分钟去除胶体内的气泡，得到均一分散的量子点荧光胶体；

大气环境下，将量子点荧光胶体涂覆在led支架内，进行量子点on-chip白光led封装，量子点荧光胶体的胶面位于距离led支架顶部2/10的led支架高度处；直接在大气环境下，将涂覆量子点荧光胶体后的led支架，进行90℃热固化2小时，得到在大气中封装的无气密性保护的量子点on-chip白光led。

实施例1~3不同封装方法的量子点on-chip白光led的发射光光谱图如图2所示，实施例1样品为本发明对led支架和出光面多层气密性封装保护的量子点on-chip白光led；实施例2样品为只有led支架做气密性处理的在氮气保护下的单层气密性保护的量子点on-chip白光led；实施例3样品为空气中没有进行气密性处理的量子点on-chip白光led；由图2中三个实施例样品的发光光谱可知，实施例1和实施例2在氮气中的气密性封装所得的量子点led器件均保证了蓝光芯片的出光率和红、绿量子点的原始光学特性，且实施例1样品在发光效率和稳定性能上均优于实施例2样品；但实施例3在大气中封装所得的量子点led器件光谱均在封装过程中便出现一部分衰减，特别是因为胶水老化导致蓝光芯片出光率下降，以及绿光量子点氧化老化导致衰减极大并伴随轻微红移现象。

实施例1~3不同封装方式的量子点on-chip白光led光效的老化趋势图如图3所示，由图3可知，实施例1在氮气氛围保护下所得的二次气密性封装的量子点led器件的初始光效为92.5lm/w@20ma，且工作101小时后光效仍处于51.1lm/w@20ma，且400小时后仍能工作；而实施例2和实施例3分别在氮气中和大气中采用传统封装法所得量子点led器件的初始光效分别为87.0lm/w@20ma和58.6lm/w@20ma，但均在短时间工作后光效快速衰减至19.0lm/w@20ma。

综上，本发明的量子点on-chip白光led的二次气密性封装技术能很大程度提高量子点led器件的稳定性和发光性能，所得的led器件的发光光效（lm/w）提高了约58%，量子点发光的稳定性大大提高，器件寿命大大增加。

以上实施例仅为本发明技术方案较优的实施例，对本领域技术人员来说，可以根据上述说明和实例加以改进或变换，所有这些相关改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。