量子点LED器件及其封装方法、背光灯条和背光模组与流程

本发明涉及LED背光领域，特别涉及一种量子点LED器件的封装方法，采用上述封装方法得到的量子点LED器件，以及采用上述量子点LED器件的背光灯条和背光模组。

背景技术：

量子点(简写为QD)具有发射波长连续可控、发光效率高以及半波宽窄等优点，因此在高色域背光显示领域具有广阔的应用前景。当前量子点显示器主要基于Q-LCD和Q-LCF技术。Q-LCD采用侧入式背光形式，结合蓝光LED，组装成新型白光背光光源。Q-LCD典型的封装形式为玻璃管+量子点胶水，量子点胶水包含红色QD和绿色QD。Q-LCF为膜片形式，将量子点封装成三明治结构，其中上下两层为PET类薄膜。Q-LCF亦与蓝光LED配套使用，放置在导光板(或直下式中的扩散板)上方。Q-LCD和Q-LCF技术的出现，主要基于保障QD可靠性的考虑，但两种形式中QD用料很多，且阻隔层膜昂贵，因此成本高。相对以上两种形式，On-Chip型量子点LED直接将量子点发光材料封装于器件支架中，用料最少并且系统集成最容易，是一种非常理想的封装形式。然而，量子点的稳定性受热、水汽和氧气影响非常大，因此On-Chip型量子点LED不但需要量子点自身具有高稳定性，且需要进行高要求的封装保护。

目前所报道的量子点材料在制备LED过程中均采用有机溶剂配胶的形式，需要先将量子点材料分散于甲苯或氯仿等有毒有机溶剂中，再与封装胶搅拌混合后真空去除有机溶剂，最后点胶进行热固化，制备过程工序多且不环保。

另外，为避免量子点与芯片接触以降低热量对量子点的影响，On-Chip型量子点LED的封装结构所报道的有空气隔离、硅胶透镜隔离、硅胶封装隔离等隔离封装形式，但可靠性的提升并不明显。

现有On-Chip型量子点LED的封装结构中，虽然意图通过空气或硅胶层将量子点发光层和芯片隔离开，但可靠性的改善并不明显。主要有两方面的原因，一是空气或硅胶层的隔热性能未满足隔热要求，二是LED的热量传递方式主要为热传导和热对流，散热路径自器件顶部往底部金属基板。由于量子点光-光转换效率低，相对荧光粉，QD在光发射过程中自身会产生更多的热量。添加隔离层之后，发光层与支架底部金属基板无接触，散热路径被阻隔，QD发光层产生的热量无法快速被疏散，导致热量积聚。

如图1所示，对比文件1是公开号为CN106653985A的中国专利,其公开了一种多层封装的量子点LED结构，包括载体1和设于载体1上的LED芯片2。LED芯片2上依次覆有封装胶层4、荧光粉胶层5、量子点胶层6和阻隔水氧层。封装胶层4是由防硫化剂、硅橡胶、硅树脂中的一种或多种材料制成。阻隔水氧层包括阻隔水氧薄膜7和覆盖于阻隔水氧薄膜上的阻隔水氧胶层8。荧光粉胶层5是荧光粉分散于透明胶体中得到的。量子点胶层6是量子点微球分散于透明胶体中得到的，所述透明胶体为硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚苯乙烯的一种或多种。

对比文件1将荧光粉与量子点分成两层，将荧光粉和量子点隔离开，可以有效减少量子点与荧光粉对各自发射光的吸收；在LED芯片与荧光粉胶层之间填充一层封装胶层，可以减少向LED芯片的方向散射的激发光被LED芯片吸收，继而提高LED的发光效率。但是，封装胶层完全覆盖于LED芯片和载体上，使得荧光粉胶层与载体的底部无接触，导致散热效果不佳。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种量子点LED器件的封装方法，无需有机溶剂即可将量子点与固化胶直接混合，简化工序，避免有机溶剂对环境的污染。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种量子点LED器件的封装方法，解决外部热量及量子点受激发光过程自身产生热量对量子点的影响，提高器件可靠性。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种采用上述封装方法制得的量子点LED器件，所述量子点LED器件散热能力好，可靠性强。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种包含上述量子点LED器件的背光灯条和背光模组，所述背光灯条和背光模组的可靠性好，色域宽。

为达到上述技术效果，本发明提供了一种量子点LED器件的封装方法，包括：

(1)对LED芯片进行预处理；

(2)将光转换物质和固化胶混合搅拌，再将其涂覆在LED芯片上，经固化形成发光层；

其中，至少一种光转换物质为量子点；

所述量子点为通过将量子点颗粒嵌入到高分子聚合物中而制得，所述高分子聚合物为含有介孔结构的聚合物微球。

作为上述方案的改进，所述光转换物质包括红色光转换物质和绿色光转换物质，所述红色光转换物质、绿色光转换物质中的至少一种为量子点。

作为上述方案的改进，所述LED芯片为蓝光芯片。

作为上述方案的改进，所述绿色光转换物质为量子点，其波长为520nm-540nm，半波宽为≤30nm，且所述红色光转换物质为量子点，其波长为630nm-660nm，半波宽≤30nm；

或者，所述红色光转换物质为红色普通荧光粉，其波长为630nm-660nm，半波宽为≤30nm；且所述绿色光转换物质为量子点，其波长为520nm-540nm，半波宽为≤30nm；

或者，所述红色光转换物质为量子点，其波长为630nm-660nm，半波宽≤30nm，且所述绿色光转换物质为绿色普通荧光粉，其波长为520nm-540nm，半波宽为20nm-50nm。

作为上述方案的改进，所述红色普通荧光粉为氟化物荧光粉，绿色普通荧光粉为氮化物荧光粉。

作为上述方案的改进，所述量子点由下述方法制得：

将高分子聚合物通过物理或化学的方式使其介孔结构扩张；

将量子点颗粒嵌入到高分子聚合物的介孔结构中；

通过物理或化学的方式使介孔结构收缩变小，再经干燥处理，得到量子点。

作为上述方案的改进，所述量子点由下述方法制得：

在搅拌状态下，加入高分子聚合物、溶剂和量子点溶液，得到混合溶液；

通入氩气除去空气，将混合溶液加热至55℃-65℃，以使量子点颗粒嵌入到高分子聚合物的介孔结构中；

蒸发溶剂，以使量子点颗粒深入高分子聚合物的介孔结构中且所述介孔结构收缩变小，得到混合物；

对蒸发溶剂后的混合物进行干燥处理，得到量子点。

作为上述方案的改进，所述高分子聚合物为高透光、含介孔结构、与量子点化学兼容性高的聚合物材料；

所述溶剂为正乙烷溶剂。

作为上述方案的改进，所述聚合物材料采用介孔氧化硅微球，微球的直径为(30-60)um，微球上的平均孔径为(5-10)nm。

作为上述方案的改进，所述量子点由下述方法制得：

将高分子聚合物用溶胀剂溶胀后，加入量子点溶液，超声分散，使量子点颗粒嵌入到高分子聚合物的介孔结构中，得到混合溶液；

将所述混合溶液放置预设时间，再将其离心分离，用洗涤剂洗涤直至上层溶液无色，然后进行真空干燥，得到量子点。

作为上述方案的改进，所述高分子聚合物为高透光、含介孔结构、与量子点化学兼容性高的聚合物材料；

所述溶胀剂为氯仿和丙醇的混合溶剂，或者氯仿和丁醇的混合溶剂；

所述混合溶液放置的预设时间为12-36个小时；

所述洗涤剂为乙醇。

作为上述方案的改进，所述聚合物材料采用介孔聚苯乙烯微球。

作为上述方案的改进，所述步骤(1)和步骤(2)之间，还包括：

在LED芯片上点涂隔热材料，形成透光隔热层，以完成LED芯片发光面的全包覆。

作为上述方案的改进，所述隔热材料为全氢聚硅氮烷，LED芯片上点涂全氢聚硅氮烷，加热固化形成氮氧化硅。

作为上述方案的改进，所述加热固化的温度为100℃-200℃。

作为上述方案的改进，所述LED芯片底部设有LED支架，所述透光隔热层包覆在LED芯片的外表面上，且所述发光层与LED支架底部部分接触。

作为上述方案的改进，所述量子点LED器件的固化封装的方式为UV固化、IR固化或热固化，所述固化胶为UV固化胶、IR固化胶或热固化胶。

作为上述方案的改进，步骤(2)之后还包括：

在发光层的上方设有透明保护层。

作为上述方案的改进，所述透明保护层为透明硅胶层。

相应的，本发明还公开一种量子点LED器件，包括LED支架、LED芯片和发光层，所述量子点LED器件由上述的封装方法制得。

相应的，本发明还公开一种背光灯条，包括采用至少一个上述的量子点LED器件。

相应的，本发明还公开一种背光模组，包括至少一个上述的背光灯条。

实施本发明具有如下有益效果：

本发明在LED器件的封装领域引入量子点作为光转换物质，量子点部分取代或全部取代普通的荧光粉，与固化胶混合后形成发光层。其中，所述光转换物质通过将量子点颗粒嵌入到含有介孔结构的高分子聚合物微球中而制得。量子点深入到介孔结构中，结构稳定，且由于有外围聚合物层的保护，其热防御性及化学稳定性得以提升，分散性好无团聚，因此可以像荧光粉一般直接跟固化胶混合，不需要有机溶剂，简化工序，避免有机溶剂对环境的污染。

本发明采用SiON为隔热材料，既可以起到良好的隔热效果，又具有良好的透光性。而且，所述透光隔热层包覆在LED芯片的外表面上，且发光层与LED支架部分接触，透光隔热层占据LED支架的面积比例较小，发光层与支架底部依然有较大比例接触面积。因此，该结构设计既可以隔离芯片和量子点发光层以降低芯片温度对量子点的破坏，又能增强发光层的热量疏散能力。

本发明还在发光层的上方设有透明保护层，增强器件的气密性，防止水氧对量子点发光层的腐蚀，进一步提高器件的可靠性。

附图说明

图1为现有的量子点LED结构的示意图；

图2为本发明量子点颗粒嵌入到高分子聚合物微球中的过程原理示意图；

图3为本发明量子点-介孔高分子聚合物微球的SEM图；

图4为本发明一种量子点LED器件的结构示意图；

图5为本发明一种量子点LED器件的光谱图；

图6为本发明一种量子点LED器件的色域图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。

目前所报道的量子点材料在制备LED过程中均采用有机溶剂配胶的形式，制备过程工序多且不环保，而且，量子点材料在光发射过程中自身会产生较大的热量，若热量无法快速被疏散，导致热量积聚，影响LED器件的可靠性。

为此，本发明提供了一种量子点LED器件的封装方法，所述量子点LED器件具体为On-Chip型量子点LED器件，包括：

(1)对LED芯片进行预处理，所述预处理包括空支架离子清洗，高温加热并进行固晶、焊线工序，完成蓝光LED的制作(俗称半成品)。

(2)将光转换物质和固化胶混合搅拌，再将其涂覆在LED芯片上，经固化形成发光层；

其中，至少一种光转换物质为量子点；

所述量子点为通过将量子点颗粒嵌入到高分子聚合物中而制得，所述高分子聚合物为含有介孔结构的聚合物微球。

本发明在LED器件的封装领域引入量子点，量子点部分取代或全部取代普通的荧光粉，与固化胶混合后形成发光层。

具体的，所述光转换物质包括红色光转换物质和绿色光转换物质，所述红色光转换物质、绿色光转换物质中的至少一种为量子点。所述LED芯片优选为蓝光芯片。红色荧光粉、绿色荧光粉和蓝色芯片相配合，产生白光，满足日常多种场合对于LED照明的需求。

需要说明的是，当上述LED器件应用到其他场合，需要产生其他颜色的光时，其可以采用不同的LED芯片以及采用不同颜色的光转换物质组合，其实施方式并不局限于本发明所举实施例。

本发明的红色光转换物质可以是普通荧光粉，也可以是量子点。而绿色光转换物质可以是普通荧光粉，也可以是量子点。红色光转换物质和绿色光转换物质有多种组合关系，本发明优选的组合关系如下：

1、所述绿色光转换物质为量子点，其波长为520nm-540nm，半波宽为≤30nm，且所述红色光转换物质为量子点，其波长为630nm-660nm，半波宽≤30nm。

2、所述红色光转换物质为红色普通荧光粉，其波长为630nm-660nm，半波宽为≤30nm；且所述绿色光转换物质为量子点，其波长为520nm-540nm，半波宽为≤30nm。

3、所述红色光转换物质为量子点，其波长为630nm-660nm，半波宽≤30nm，且所述绿色光转换物质为绿色普通荧光粉，其波长为520nm-540nm，半波宽为20nm-50nm。

红色光转换物质和绿色光转换物质采用第1种组合关系时，效果最优。

对于普通荧光粉的具体物质选择，所述红色普通荧光粉优选为氟化物荧光粉，绿色普通荧光粉优选为氮化物荧光粉，此时发光效果最好。所述红色普通荧光粉还可以为氮化物荧光粉、硫化物荧光粉等，绿色普通荧光粉还可以为硅酸盐荧光粉等，其实施方式并不局限于本发明所举实施例。

进一步，所述量子点由下述方法制得：

1、将高分子聚合物通过物理或化学的方式使其介孔结构扩张，该物理的方式可以是加热，该化学的方式可以是加入溶胀剂，但不限于此；

2、将量子点颗粒嵌入到高分子聚合物的介孔结构中；

3、通过物理或化学的方式使介孔结构收缩变小，再经干燥处理，得到量子点，该物理的方式可以是蒸发，该化学的方式可以是离心，但不限于此。

下面结合具体的制备方法来对量子点做进一步阐述，所述量子点的制备方法有多种，一般包括物理法和化学法。具体的，

(一)通过物理法制备量子点，所述制备方法包括：

1、在搅拌状态下，加入高分子聚合物、溶剂和量子点溶液，得到混合溶液。

其中，所述高分子聚合物为高透光、含介孔结构、与量子点化学兼容性高的聚合物材料，优选为介孔氧化硅微球，微球的直径为(30-60)um，微球上的平均孔径为(5-10)nm，所述高分子聚合物可从市场购买。

所述溶剂优选为正乙烷溶剂，但不限于此。

高分子聚合物、溶剂和量子点溶液的混合比例为：

氧化硅：正乙烷溶剂：量子点溶液＝0.1g：10ml：4ml。

2、通入氩气除去空气，将混合溶液加热至55℃-65℃，以使量子点颗粒嵌入到高分子聚合物的介孔结构中。

混合溶液优选加热至60℃，在温度作用下，微球膨胀，孔穴尺寸变大，量子点颗粒进入到该介孔结构中。

3、蒸发溶剂，以使量子点颗粒深入高分子聚合物的介孔结构中且所述介孔结构收缩变小，得到混合物，这样，量子点颗粒就被紧紧地嵌在微球的介孔结构中。

4、对蒸发溶剂后的混合物进行干燥处理，得到量子点。

需要说明的是，物理法制备量子点的过程中，是制备基于物理溶胀和溶剂蒸发的方法，其中，高分子聚合物、溶剂的具体物质选择，还可以是其他的实施方式，本发明仅仅给出了优选方案。

(二)通过化学法制备量子点，所述制备方法包括：

1、将高分子聚合物用溶胀剂溶胀后，加入量子点溶液，超声分散，使颗粒嵌入到高分子聚合物的介孔结构中，得到混合溶液；

所述高分子聚合物为高透光、含介孔结构、与量子点化学兼容性高的聚合物材料，优选为介孔聚苯乙烯微球，微球的直径为1um-5um，微球上的平均孔径为1nm-10nm，所述高分子聚合物可从市场购买。

所述溶胀剂优选为氯仿和丙醇的混合溶剂，或者氯仿和丁醇的混合溶剂，其混合比例为：

氯仿：丙醇/丁醇＝5％：95％/95％。

高分子聚合物、溶胀剂和量子点溶液的用量比为：

聚苯乙烯：溶胀剂：量子点溶液＝0.18g：10ml：4ml。

以上这些尺寸和比例会根据实际的需求情况改变，仅供参考。

2、将所述混合溶液放置预设时间，待其溶胀平衡后，再将其离心分离，用洗涤剂洗涤直至上层溶液无色，然后进行真空干燥，得到量子点。

所述混合溶液放置的预设时间为12-36个小时，优先为24h；

所述洗涤剂优选为乙醇，提取效率高。

需要说明的是，化学法制备量子点的过程中，是制备基于溶胀和洗涤的方法，其中，高分子聚合物、溶胀剂、洗涤剂的具体物质选择，还可以是其他的实施方式，本发明仅仅给出了优选方案。

如图2所示，图2显示了量子点颗粒嵌入到含有介孔结构的高分子聚合物微球中的过程，含有介孔结构的高分子聚合物微球在物理或化学的作用下溶胀，然后量子点进入介孔结构中，最后通过蒸发缩小为量子点-介孔高分子聚合物微球。如图3所示，图3是量子点-介孔高分子聚合物微球的SEM图。

本发明在LED器件的封装领域引入量子点，量子点部分取代或全部取代普通的荧光粉，与固化胶混合后形成发光层。其中，所述量子点通过将量子点颗粒嵌入到含有介孔结构的高分子聚合物微球中而制得。量子点深入到介孔结构中，结构稳定，且由于有外围聚合物层的保护，其热防御性及化学稳定性得以提升，分散性好无团聚，因此可以像荧光粉一般直接跟固化胶混合，不需要有机溶剂，简化工序，避免有机溶剂对环境的污染。

本发明采用量子点，由于量子点光-光转换效率低，相对普通荧光粉，量子粉在光发射过程中自身会产生更多的热量。

为此，本发明在步骤(1)和步骤(2)之间，还设置下述步骤：

在LED芯片上点涂隔热材料，形成透光隔热层，以完成LED芯片发光面的全包覆。

所述隔热材料优选为全氢聚硅氮烷，LED芯片上点涂全氢聚硅氮烷，加热固化形成氮氧化硅。所述加热固化的温度优选为100℃-200℃，但不限于此。

氮氧化硅SiON，可见光区域的透光率98％以上，导热性差，致密性高，莫式硬度高达9H，耐腐蚀，耐高温，抗氧化，可由全氢聚硅氮烷(PHPS，无机聚合物)加热固化转化而成。因此，该涂层能有效隔离高温芯片与发光层，削弱芯片工作时产生的高温对量子点产生影响。另外，高硬度特性还能部分弛豫发光层热膨胀对芯片的张应力。

所述LED芯片底部设有LED支架，所述透光隔热层包覆在LED芯片的外表面上，且所述发光层与LED支架底部金属基板部分接触，透光隔热层占据LED支架的底部面积比例较小，发光层与支架底部依然有较大比例接触面积。因此，该结构设计既可以隔离芯片和量子点发光层以降低芯片温度对量子点的破坏，又能增强发光层的热量疏散能力。

发光层与LED支架底部的金属基板有一定的接触，可快速将发光层的热量传导出去，降低热量积聚对发光层的影响。

进一步，关于本发明的固化方式，所述量子点LED器件的固化封装的方式为UV固化、IR固化或热固化，所述固化胶为UV固化胶、IR固化胶或热固化胶。

优选的，所述量子点LED器件的固化封装的方式为UV固化，所述固化胶为UV固化胶，UV固化胶的主体为丙烯酸类树脂。相对热固化的方式(一般8h工序时间)，本发明采用UV固化可大幅度提高生产效率，另外避免热固化过程中炉体温度对量子点的热破坏。

作为本发明更佳的实施方式，步骤(2)之后还包括：

在发光层的上方设有透明保护层。所述透明保护层优选为透明硅胶层，可以增强器件的气密性，防止水氧对量子点发光层的侵蚀。

相应的，如图4所示，本发明还公开一种量子点LED器件，包括LED支架1、LED芯片2、透光隔热层3和发光层4，所述LED芯片2设于LED支架1上，所述透光隔热层3包覆在LED芯片2的外表面，所述透光隔热层3的上方设有发光层4，所述发光层4与LED支架1部分接触。本发明的量子点LED器件由上述封装方法制得，可以解决QD在光发射过程中自身产生的热量，提高器件可靠性。而且，量子点LED器件的封装过程无需有机溶剂，避免有机溶剂对环境的污染。

所述透光隔热层3包覆在LED芯片2的外表面上，且所述发光层4与LED支架1部分接触，透光隔热层3占据LED支架1的面积比例较小，发光层4与支架1底部依然有较大比例接触面积。因此，该结构设计既可以隔离芯片和量子点发光层以降低芯片温度对量子点的破坏，又能增强发光层的热量疏散能力。

发光层4与LED支架1底部的金属基板有一定的接触，可快速将发光层的热量传导出去，降低热量积聚对发光层的影响。

所述透光隔热层3为氮氧化硅层。采用SiON为隔热材料，既可以起到良好的隔热效果，又具有良好的透光性。

更佳的，发光层4的上方设有透明保护层5。所述透明保护层5优选为透明硅胶层，可以增强器件的气密性，防止水氧对量子点发光层的侵蚀。

相应的，本发明还公开一种背光灯条，包括采用上述的至少一个量子点LED器件。作为背光灯条其中一种优选的实施方式，其包括上述的至少一个量子点LED器件、光学透镜和PCB板，所述量子点LED器件安装在所述PCB板上，所述光学透镜固化在所述PCB板上，并位于所述量子点LED器件上方。进一步的所述PCB板上设置有接线端子用于与外部电源连接。

相应的，本发明还公开一种背光模组，包括上述的至少一个背光灯条。作为背光模组其中一种优选的实施方式，其包括上述的至少一个背光灯条、扩散板以及膜片，所述扩散板安放在所述背光灯条上方，所述膜片安放在所述扩散板上。具体的，所述膜片可以为至少一个棱镜片和至少一个扩散片。该背光模组可应用在直下式TV背光或直下式面板灯等设备中。

如图5所示，其显示了量子点LED器件的光谱图，由光谱图可知，所述量子点LED器件具备良好的发光性能，适用于直下式TV背光或直下式面板灯等设备中。

如图6所示，其显示了量子点LED器件的色域图，曲线1为标准NTSC，曲线2为本发明量子点LED器件NTSC。由图6可知，本发明量子点LED器件与标准的面积一样，为100％，证明本发明量子点LED器件的色域宽。

综上所述，实施本发明具有如下有益效果：

本发明在LED器件的封装领域引入量子点，量子点部分取代或全部取代普通的荧光粉，与固化胶混合后形成发光层。其中，所述光转换物质通过将量子点颗粒嵌入到含有介孔结构的高分子聚合物微球中而制得。量子点深入到介孔结构中，结构稳定，且由于有外围聚合物层的保护，其热防御性及化学稳定性得以提升，分散性好无团聚，因此可以像荧光粉一般直接跟固化胶混合，不需要有机溶剂，简化工序，避免有机溶剂对环境的污染。

本发明采用SiON为隔热材料，既可以起到良好的隔热效果，又具有良好的透光性。而且，所述透光隔热层包覆在LED芯片的外表面上，且发光层与LED支架部分接触，透光隔热层占据LED支架的面积比例较小，发光层与支架底部依然有较大比例接触面积。因此，该结构设计既可以隔离芯片和量子点发光层以降低芯片温度对量子点的破坏，又能增强发光层的热量疏散能力。

本发明还在发光层的上方设有透明保护层，增强器件的气密性，防止水氧对量子点发光层的腐蚀，进一步提高器件的可靠性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。