一种显示用宽色域背光源的制作方法

本发明涉及背光源技术领域，特别是涉及一种显示用宽色域背光源。

背景技术：

led是一种新型绿色光源，因体积小、节能、环保、寿命长、响应快、安全环保等优点，已经在液晶显示器、背光源、普通照明等诸多领域得到广泛应用。色域覆盖率的定义是显示设备显示的rgb三原色坐标点所围成的三角形的面积占整个cie色度空间面积的百分比。行业中一般以ntsc(美国国家电视标准委员会)标准来表示，ntsc色域值越高，显示设备能够显示物体的颜色就越鲜艳，越接近真实物体的颜色。因此，开发出色纯度高的荧光材料在制备宽色域背光源中就显得格外重要。

目前显示用宽色域背光源技术还存在以下优缺点：

1、主流的白光led光源是由蓝光led芯片搭配yag:ce³⁺黄色荧光粉构成，但是由于红光和绿光成分不足，造成显色性偏低，色域偏低，只达到ntsc的72％。且近程封装容易造成有机物的黄花老化等严重问题；

2、蓝光、紫外和近紫外led耦合商用红色和绿色荧光粉技术：传统的eu3+掺杂的氧化物y2o3和硫氧化物y2o2s中存在吸收截面小，在紫外或者近紫外激发下量子效率低的问题；近些年开发的eu²⁺掺杂的氮化物caalsin3和m2si5n8(m＝ca，sr，ba)发射光谱过宽，色纯度不高，不适合应用在显示领域；k2sif6：mn⁴⁺(ksf:mn⁴⁺)是最近窄带红色荧光粉研究的热点，通过包覆等手段有效的解决了其耐候性问题，可以极大地提升液晶显示的色域覆盖率。主要的商用绿色荧光粉有：ce³⁺掺杂的lu3al5o12(luag)、eu²⁺掺杂的sr2sio4以及β-sialon，但这些绿色荧光粉也存在光谱过宽等问题。利用上述红色荧光粉和绿色荧光粉结合led芯片得到的色域只有80％ntsc。同样，采用近程的涂覆封装也存在着封装材料易老化的问题；

3、蓝光led耦合cdse/zns等ii-vi族或者inp/zns等iii-v族核壳结构量子点：得益于量子点优异的色纯度，这种技术方案获得的产品达到ntsc标准的105％，但是光效差、制备工艺及流程复杂，环境稳定性较差，需进行防湿防氧化处理，使用寿命比较短；

4、全无机卤化物钙钛矿cspbx3(x＝cl，br，i)量子点材料由于优异的发光特性，例如发光效率高、色纯度高、窄带发射等优点逐渐成为显示领域的研究热点，但是唯一的缺点就是对环境不友好。为提高量子点的稳定性，研究者们采用介孔材料包覆、高分子材料包裹等方法致力于将量子点与外界进行隔离以提升其稳定性。然而，这些方法不能从根本上提高cspbx3量子点的稳定性；

量子点荧光微晶玻璃由于具有优异的色彩稳定性和长期材料损伤的耐抗性，在高通量激光照射和热冲击下能够保证良好的发光性能，所以应该微晶玻璃在功率型白光led领域以及高端显示领域中具有极大的应用前景，因此荧光微晶玻璃转换体的研究成为了热点，国内外许多知名机构均在此从事这方面的研究。量子点玻璃中绿色材料是发光性能最优异的存在，而显示中缺少的红光成分选择可以被蓝光有效激发的ksf:mn⁴⁺则最佳，这样的耦合方式可以达到ntsc标准的129％。同样重要的一点，选择将荧光复合材料以远程封装方式构建背光源，可以有效降低蓝光波长对有机物材料的影响；

5、目前，电致发光量子点二极管(qled)和电致发光有机二极管(oled)技术是量子点玻璃led背光技术的竞争者，但本技术相对于以上两种显示技术来说有着明显的优势：相比于qled技术，本发明提出的钙钛矿量子点复合荧光材料作为led背光源技术与现有的液晶显示技术兼容性最好，工艺、成本、稳定性和使用寿命方面有着巨大的优势；相比于oled技术，本发明提出的技术思路简单，发光效率高、成本低、性能稳定、使用寿命长。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种显示用宽色域背光源，利用cspbbr3钙钛矿量子点微晶玻璃及ksf荧光薄膜制备的复合荧光材料搭配蓝光led作为显示用背光源，从而有效提高了器件整体的发光效率、环境稳定性、增加了使用寿命、降低了使用成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种显示用宽色域背光源，所述背光源包括蓝光led芯片和复合荧光材料；

所述复合荧光材料包括钙钛矿量子点微晶玻璃和红色荧光薄膜，所述钙钛矿量子点微晶玻璃材料中核心材料为cspbbr3量子点，用于产生显示用的窄带绿色光谱；所述红色荧光薄膜的核心成分为k2sif6:mn⁴⁺，用于产生窄带红色光谱；

所述显示用宽色域背光源中红绿蓝三基色光谱成分中，所述蓝光led芯片产生蓝光成分，且所述蓝光led激发cspbbr3量子点微晶玻璃产生窄带绿光成分，蓝光led激发红色荧光薄膜产生窄带红光成分。

作为优选方案，所述钙钛矿量子点微晶玻璃的发射光谱半高宽窄为20nm-40nm；且所述钙钛矿量子点微晶玻璃的发光量子效率为50％-95％。

作为优选方案，所述复合荧光材料封装在led芯片上。

作为优选方案，所述钙钛矿量子点微晶玻璃的玻璃组成材料为硅酸盐、硼硅酸盐、硅铝酸盐、铝硼硅酸盐、磷酸盐、磷硅酸盐、锗酸盐、硅锗酸盐、碲酸盐和铋酸盐中的至少一种。

作为优选方案，所述钙钛矿量子点微晶玻璃的发光量子效率可达85％；所述红色荧光薄膜的发光效率可达95％。

作为优选方案，所述复合荧光材料采用远程封装方式。

作为优选方案，所述荧光复合材料中红色荧光玻璃一面正对led蓝光芯片。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的蓝光led用钙钛矿量子点微晶玻璃复合荧光材料的显示用宽色域背光源，与现有led背光源技术兼容，性能有着显著提升；在钙钛矿量子点玻璃上旋涂红色荧光薄膜形成的复合荧光材料，在实际背光源系统中采用远程封装，有效降低了有机物老化问题。

2、本发明提供的蓝光led用钙钛矿量子点微晶玻璃复合荧光材料的显示用宽色域背光源，其中涉及的钙钛矿量子荧光玻璃能有效吸收紫外、近紫外和蓝光并能发出高效绿光，其光致发光光谱窄且高度对称，色纯度高，红色荧光薄膜对于近紫外和蓝光也有高效的吸收，且发射窄带红光，色纯度高，通过调整红色荧光薄和量子点微晶玻璃的厚度可以得到多色荧光复合材料，与led激发光源结合起来，非常适合显示用宽色域背光源。

3、本发明提供的蓝光led用钙钛矿量子点微晶玻璃复合荧光材料的显示用宽色域背光源，所涉及的钙钛矿量子点微晶玻璃具有很高的发光量子效率为85％，色纯度高，半峰宽为16nm；所涉及的红色荧光薄膜有很高的发光量子效率为95％，色纯度非常高，半峰宽为8nm。

4、本发明提供的蓝光led用钙钛矿量子点微晶玻璃复合荧光材料的显示用宽色域背光源，所涉及钙钛矿量子点微晶玻璃采用的高温固相法，量子点纳米晶均匀镶嵌在玻璃基质中，适合做成多种形状，工艺简单、制备成本低；复合荧光材料中红色荧光薄膜采用的是旋涂法，工艺简单、制备成本低。

5、本发明提供的蓝光led用钙钛矿量子点微晶玻璃复合荧光材料的显示用宽色域背光源，所涉及钙钛矿量子点由于镶嵌在玻璃基体中，不易受到外界环境的影响，故环境稳定性好，不在需要采用核壳或者包覆手段来提升量子点的稳定性，同时延长了使用寿命，降低了制备过程中的成本；宽色域背光源采用了远程封装技术，有效防止了有机荧光薄膜的老化。

6、本发明提供的蓝光led用钙钛矿量子点微晶玻璃复合荧光材料的显示用宽色域背光源，所涉及钙钛矿量子点微晶玻璃的光致发光寿命达到～90ns，匹配与led的响应速度，没有显示中存在的拖尾问题。

综上，应用本发明可有效解决现有显示技术中存在色域低、光效低、性能老化、需要特殊的防护措施以及成本高的问题。结合钙钛矿量子点微晶玻璃及红色荧光薄膜的远程封装技术可获得性能优异，适合应用于宽色域、高效率、低成本、稳定性好及响应速度快的显示用led背光源。

附图说明

图1为蓝光led、绿色钙钛矿量子点和红色荧光薄膜的发光光谱示意图。

图2为显示器输出的一定比例的红、绿、蓝光谱示意图。

图3为复合荧光材料与led结合的方式示意图。

图4为绿色钙钛矿量子点的x射线衍图谱。

图5为绿色钙钛矿量子点的高分辨透射电子显微镜图。

图6为量子点微晶玻璃的吸收谱图。

图7为量子点微晶玻璃的发射谱图。

图8为红色荧光薄膜的激发光谱图。

图9为红色荧光薄膜的发射光谱图。

图10为钙钛矿量子点微晶玻璃在不同温度下发光光谱图。

图11为红色荧光薄膜在不同温度下发光光谱图。

图12为蓝光led、蓝光led激发绿色钙钛矿量子点微晶玻璃和红色荧光薄膜的色坐标示意图。

附图标记：

1、蓝光led；2、反射杯；3、红光荧光薄膜；4、钙钛矿量子点微晶玻璃；5、扩散膜；6、增亮膜；7、双增亮膜；8、lcd面板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明优选实施例提供一种显示用宽色域背光源，所述背光源包括蓝光led芯片和复合荧光材料；

所述复合荧光材料包括钙钛矿量子点微晶玻璃和红色荧光薄膜，所述钙钛矿量子点微晶玻璃材料中核心材料为cspbbr3量子点，用于产生显示用的窄带绿色光谱；所述红色荧光薄膜的核心成分为k2sif6:mn⁴⁺，用于产生窄带红色光谱；

所述显示用宽色域背光源中红绿蓝三基色光谱成分中，所述蓝光led芯片产生蓝光成分，且所述蓝光led激发cspbbr3量子点微晶玻璃产生窄带绿光成分，蓝光led激发红色荧光薄膜产生窄带红光成分。

本发明的优选实施例中，所述钙钛矿量子点微晶玻璃的发射光谱半高宽窄为20nm-40nm；且所述钙钛矿量子点微晶玻璃的发光量子效率为50％-95％。

本发明的优选实施例中，所述复合荧光材料封装在led芯片上。

本发明的优选实施例中，所述钙钛矿量子点微晶玻璃的玻璃组成材料为硅酸盐、硼硅酸盐、硅铝酸盐、铝硼硅酸盐、磷酸盐、磷硅酸盐、锗酸盐、硅锗酸盐、碲酸盐和铋酸盐中的至少一种。

本发明的优选实施例中，所述钙钛矿量子点微晶玻璃的发光量子效率可达85％；所述红色荧光薄膜的发光效率可达95％。

本发明的优选实施例中，所述复合荧光材料采用远程封装方式。

本发明的优选实施例中，所述荧光复合材料中红色荧光玻璃一面正对led蓝光芯片。

图1和图2分别为本发明优选实施例中蓝光led结合复合荧光材料得到背光源的光谱示意图，其中图1为蓝光led、绿色钙钛矿量子点和红色荧光薄膜的发光光谱示意图，图2为显示器输出的一定比例的红、绿、蓝光谱示意图。如图1和图2所示，红、绿、蓝三种颜色光谱都十分狭窄，每种颜色的色纯度都非常高、有利于光线的充分利用。现有蓝光led结合的黄色yag:ce³⁺荧光粉技术以及led结合的其它红色、绿色荧光粉技术中光谱过宽在彩色滤光片中会造成光谱浪费，而且色纯度不够高、响应速度慢，而本发明优选实施例中提供的蓝光led结合的复合荧光材料作为背光源技术具有明显的优势。

图3为本发明优选实施例中复合荧光材料与led结合的方式示意图，依次布置有蓝光led1、反射杯2、红光荧光薄膜3、钙钛矿量子点微晶玻璃4、扩散膜5、增亮膜6、双增亮膜7和lcd面板8；复合荧光材料远程封装在蓝光led1上，该封装方式有利于增加散热，同时降低了有机物的热冲击效果。本实施例中的红色荧光薄膜3旋涂在钙钛矿量子微晶玻璃4的一面上，并将红色荧光薄膜3一面正对蓝光led1，这样降低了绿色钙钛矿量子点对于蓝光光谱的吸收率，使得输出的三基色光谱更加均匀。经过扩散膜5、增亮膜6、双增亮膜7和内含滤波片的lcd面板8,通过液晶光阀和彩色滤光片共同控制输出红光、绿光和蓝光的比例。

图4和图5分别为本发明优选实施例中绿色钙钛矿量子点的x射线衍图谱(和高分辨透射电子显微镜图。本发明优选实施例中采用高温固相法制备绿色钙钛矿量子点微晶玻璃，优先选用硼硅酸盐玻璃体系：h3bo320～30％；sio220～40％；zno10～20％；cs2co35～15％；na2co35～15％；pbbr210～20％；csbr5～15％；将各组分混合研磨均匀后，升温至1050-1150℃，保温10-20分钟后；保温结束后，快速倒入模具中，高温退火，玻璃热处理温度t保温4-10小时，然后降温至室温，取出得到玻璃材料。获得的量子点微晶玻璃继承了钙钛矿量子点优异的光学性质，具有很高的量子效率。更重要的是该材料稳定性良好，制备工艺简单、原材料易得、成本低。

图6为本发明优选实施例中量子点微晶玻璃的吸收谱，图7为量子点微晶玻璃的发射谱。如图6所示，可得短于吸收截止波长的很多波段的光子都可以激发量子点微晶玻璃发光。如图7所示，钙钛矿量子点微晶玻璃由于激子发光特性，发射波长不会出现随着激发波长变化而变化的行为，色稳定性优异。发射光谱很窄，为21nm，峰形高度对称，峰值波长在520nm，在450nm下发光量子点效率高达83.2％，发光平均寿命为94.5ns。

图8和图9分别为本发明优选实施例旋涂得到一定厚度的红色荧光薄膜的激发光谱和发射光谱示意图，其中图8为激发光谱，图9为发射光谱。如图8所示，红色荧光薄膜的有效激发波段主要集中在紫外区域和蓝光区域，匹配于当先的蓝光led芯片。如图9，在450nm蓝光波段激发下，荧光薄膜的发射峰窄而且尖锐有着优异的色纯度，主要的峰值波长为631nm，在450nm激发下发光量子效率为95％。

图10和图11分别为本发明优选实施例中复合荧光材料发光光谱温度稳定性的示意图。如图10所示为绿色钙钛矿量子点微晶玻璃在不同温度下发光光谱图，随着温度从30-150℃变化，发光强度逐渐减弱，但峰值波长没有变化，峰形也保持不变。如图11所示为红色荧光薄膜在不同温度下发光光谱图，随着温度从30-150℃变化，发光强度逐渐减弱，但峰值波长没有变化，峰形也保持不变。复合材料随着温度变化要求在使用过程中要有相应的温度控制管理，以保证红、绿蓝三色匹配出的颜色稳定性。

图12为本发明优选实施例中蓝光led、蓝光led激发绿色钙钛矿量子点微晶玻璃和红色荧光薄膜的色坐标示意图。如图12所示，图中a点表示蓝光led芯片本身的蓝光色坐标，b点表示蓝光led激发绿色钙钛矿量子点微晶玻璃产生的窄带绿光的色坐标，c点表示蓝光led激发红光荧光薄膜产生的窄带红光色坐标。由图12可得，可以实现非常宽的色域，达到ntsc色域标准的128％。

以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。