量子点发光器件及其制备方法与应用

本申请属于半导体制造技术领域，尤其涉及量子点发光器件及其制备方法与应用。

背景技术：

半导体照明技术以其光效高、能耗低、寿命长、结构紧凑、响应时间短、环境友好等显著优势，逐渐取代了白炽灯、荧光灯等传统照明，被誉为新一代的绿色固态照明。在量子点发光器件中，传统白光led是采用蓝光led芯片激发黄色荧光粉来合成白光，其具有较高的发光效率。但由于其光谱中缺少红色光谱成分，导致白光led的显色指数低、色温高，且发射光谱中高强度蓝光会对人体造成潜在危害，从而难以满足高品质照明和显示领域的需求。

目前，国内外研究者开始采用紫外led芯片激发三基色荧光粉(红色、绿色和蓝色)以获得高品质白光，但由于三基色荧光粉的量子效率较低，造成白光led的发光效率偏低。半导体量子点(qd)由于其窄发射光谱、宽吸收光谱和高量子效率等优点，逐渐被用于代替荧光粉来制作白光led。

然而，采用紫外led芯片来激发三基色量子点来合成高品质白光，在使用过程中，量子点很容易被湿气、氧气等侵蚀和破坏导致量子点的稳定性不足，且三基色量子点混合时会存在光能量重吸收损耗易出现重吸收，进而较大程度地影响了使用。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种量子点发光器件及其制备方法与应用，旨在解决现有技术的量子点发光器件中，量子点稳定性差的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种量子点发光器件，包括：

封装基板，所述封装基板开设有一容置槽；

发光芯片，设置于所述容置槽的底部；

发光功能层，设置于所述容置槽的开口处，所述发光功能层与所述发光芯片具有间隙，其中，所述发光功能层包括透明基片和与透明基片层叠结合的量子点膜层，且所述透明基片设有凹槽，所述凹槽的开口与所述容置槽的开口同向，所述量子点膜层设置于所述凹槽的底部；

透明封装层，设置于所述发光功能层外表面。

第二方面，本申请提供一种量子点发光器件的制备方法，包括如下步骤：

提供发光芯片，将所述发光芯片设置于所述封装基板容置槽的底部；

提供量子点材料，将所述量子点材料涂覆于所述透明基片的凹槽结构中并进行固化处理，得到发光功能层；

将所述发光功能层设置于所述封装基板容置槽的开口处，并进行封装；

将所述透明封装层封装于所述发光功能层外表面，至少是覆盖所述发光功能层，得到所述量子点发光器件。

第三方面，本申请提供一种显示装置，包括量子点发光器件，所述量子点发光器件为所述的量子点发光器件或由所述的制备方法制备的量子点发光器件。

本申请第一方面提供的量子点发光器件，该器件中，通过利用含有凹槽结构的透明基片实现量子点膜层的密闭以及远离芯片的封装结构，使量子点膜层材料不会被湿气、氧气等侵蚀，保证量子点的稳定性，提高了量子点发光器件的可靠性，同时能够确保量子点发光器件的发光效率加强，有利于广泛应用。

本申请第二方面提供了一种量子点发光器件的制备方法，该制备方法为将各层结构层一一设置，该制备方法简单方便，易于操作，在制备过程中不需要采用大型机器，有利于广泛使用。

本申请第三方面提供了一种显示装置，所述量子点发光器件为所述的量子点发光器件或由所述的制备方法制备的量子点发光器件，基于该量子点发光器件具有良好的可靠性，稳定性和发光效率优异，采用该量子点发光器件应用的显示装置必定性能稳定，发光效率优异，可广泛应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例1提供的量子点发光器件，其中，11-紫外led芯片，12-封装基板，13-透明基片，14-量子点膜层，,15-发光功能层，16-透明封装层，17-粘结层。

图2是本申请实施例2提供的量子点发光器件，其中，21-紫外led芯片，22-封装基板，23-透明基片，24-量子点膜层，25-发光功能层，26-透明封装层，27-粘结层。

图3是本申请实施例1提供的量子点发光器件使用积分球测试系统在不同输入电流的条件下量子点led器件的发光光谱。

具体实施方式

为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

术语“第一“、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一xx也可以被称为第二xx，类似地，第二xx也可以被称为第一xx。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请实施例第一方面提供一种量子点发光器件，如附图1所示，包括：

封装基板12，封装基板开设有一容置槽；

发光芯片11，设置于容置槽的底部；

发光功能层15，设置于容置槽的开口处，发光功能层与发光芯片具有间隙，其中，发光功能层包括透明基片13和与透明基片层叠结合的量子点膜层14，且透明基片设有凹槽，凹槽的开口与容置槽的开口同向，量子点膜层设置于凹槽的底部；

透明封装层16，设置于发光功能层外表面。

本申请第一方面提供的量子点发光器件，该器件中，通过利用含有凹槽结构的透明基片实现量子点膜层的密闭以及远离芯片的封装结构，使量子点不会被湿气、氧气等侵蚀，保证量子点的稳定性，提高了量子点发光器件的可靠性，同时能够确保量子点发光器件的发光效率加强，有利于广泛应用。

具体的，量子点发光器件包括封装基板12，采用封装基板作为量子点发光器件的主要材料，将发光芯片和发光功能层设置于封装基板中，以起到对发光芯片和发光功能层的保护。

进一步的，封装基板开设有一容置槽。优选的，容置槽的形状选自倒梯形、长方形、正方形。在本发明优选实施例中，容置槽的形状选自倒梯形。进一步优选的，容置槽的深度为5-20mm。

优选的，封装基板的容置槽的开口处设置有台阶结构，设置台阶结构有利于发光功能层的设置。

具体的，量子点发光器件包括发光芯片，发光芯片设置于容置槽的底部，发光芯片为常规设置于容置槽底部的金属线路层上。其中，发光芯片是该量子点发光器件的核心组件，主要作用是将电能转化为光能，对发光功能层实现激发，使发光功能层产生发光作用。优选的，发光芯片选自紫外led发光芯片。

优选的，发光功能层位于发光芯片上方且与发光芯片具有间隙，间隙为1-10mm。

在一些实施例中，设置一个发光芯片，将发光芯片设置于容置槽的底部中间。在另一些实施例中，设置多个发光芯片，将多个发光芯片设置于容置槽的底部，且多个发光芯片呈阵列设置，使该器件的发光性能更优异。

具体的，量子点发光器件包括发光功能层，发光功能层设置于容置槽的开口处，发光功能层与发光芯片具有间隙，进一步的，发光功能层位于发光芯片上方。

优选的，发光功能层选自单层发光功能层或多层发光功能层。

优选的，单层发光功能层包括：红色、绿色和蓝色三种量子点材料共同掺杂的单层发光功能层，采用红色、绿色和蓝色三种量子点材料进行混合得到单层发光功能层，能够实现器件的发光性能。进一步优选的，单层发光功能层中，红色量子点材料、绿色量子点材料和蓝色量子点材料的掺杂量为(2～3)：(5～6)：(4～5)，在实际运用中，可以根据光谱的需求进一步调整各种量子点的掺杂量。

优选的，多层发光功能层包括：从容置槽的开口处从开口至槽底方向依次层叠设置的蓝色量子点发光功能层、绿色量子点发光功能层和红色量子点发光功能层。将每一个量子点材料制备形成单独的设置在透明基片凹槽的发光功能层，再依次进行叠加形成多层发光功能层进行使用，该结构避免了将三种颜色的荧光色进行混合，可有效避免不同颜色荧光粉之间激发光谱部分重叠吸收的现象，有效地提高光效，进而提高量子点器件的发光效率。

在本发明优选实施例中，当述发光功能层选自多层发光功能层，得到的量子点发光器件，包括：

封装基板，封装基板包括一容置槽；

发光芯片，设置于容置槽的底部；

发光功能层，设置于容置槽的开口处，发光功能层与发光芯片具有间隙，其中，发光功能层包括透明基片和与透明基片层叠结合的量子点膜层，且透明基片设有凹槽，凹槽的开口与容置槽的开口同向，量子点膜层是层叠设置于凹槽的底部；其中，发光功能层为多层发光功能层，从容置槽的开口处从开口至槽底方向依次层叠设置的蓝色量子点发光功能层、绿色量子点发光功能层和红色量子点发光功能层；且发光功能层包括设置于透明基片的凹槽结构中的量子点膜层；

透明封装层，设置于发光功能层外表面。

进一步，发光功能层位于发光芯片上方且与发光芯片具有间隙，控制发光功能层与发光芯片之间存在距离，保证位于发光芯片上方的量子点材料不会因为发光芯片的照射而导致材料的失效，进而影响材料的使用。优选的，发光功能层位于发光芯片上方且与发光芯片具有间隙，间隙为5mm。

优选的，封装基板的容置槽的开口处设置有台阶结构，发光功能层设置于台阶结构上，并将容置槽的开口封闭，将发光功能层设置于封装基板的容置槽的开口处的台阶结构上，使材料形成封闭的整体，避免水汽等有害物质的侵蚀，提高材料的稳定性。进一步优选的，发光功能层不高于封装基板的容置槽的开口边缘，控制发光功能层与封装基板的容置槽的开口边缘处于同一水平面，保证封装结构没有缝隙，提高材料的稳定性。

进一步的，发光功能层包括透明基片和与透明基片层叠结合的量子点膜层，且透明基片设有凹槽，凹槽的开口与容置槽的开口同向，量子点膜层设置于凹槽的底部。

其中，控制凹槽的开口与容置槽的开口同向，确保设置于凹槽底部的量子点膜层与设置于容置槽底部的发光芯片由透明基片进行间隔，保证量子点材料与发光芯片不会直接接触，确保在使用过程中，量子点材料不会被发光芯片的直接照射而导致材料的失效，进而影响使用。

优选的，透明基片的凹槽结构选自正方形凹槽结构、长方形凹槽结构、圆形凹槽结构中的任意一种，在具体使用过程中，根据封装基板的腔体形状选择任意一种结构。进一步优选的，透明基片的材质为玻璃或蓝宝石。

优选的，凹槽结构的深度为0.1～2mm，控制凹槽结构的深度，若深度过深，将导致芯片光线不能有效透过粘结层，导致器件光效降低；若深度过浅，将导致芯片发射的紫光不能被有效转换为白光，导致器件产生紫光危害。

具体的，量子点发光器件包括透明封装层，透明封装层设置于发光功能层外表面，保证发光功能层具有保护结构，防止水汽进行，保证稳定性较好。优选的，透明封装层选自凸面透镜或平面透镜，可根据实际使用需要进行选择。

进一步优选的，透明封装层覆盖发光功能层和封装基板的外表面，将量子点发光器件整体保护。

进一步的，封装基板、发光功能层和透明封装层通过粘结层封装成一体封装结构。优选的，粘结层填充于封装基板内壁和发光功能层的间隙处，将发光功能层和透明封装层固定于封装基板上，采用粘结层进行封装处理，使各结构形成一体封装结构，有利于对量子点材料和芯片材料进行保护。进一步优选的，粘结层的材质选自环氧树脂、硅胶、氟树脂中的至少一种，保证具有较高的粘结效果即可。

本申请实施例第二方面提供一种量子点发光器件的制备方法，包括如下步骤：

s01.提供发光芯片，将发光芯片设置于封装基板容置槽的底部；

s02.提供量子点材料，将量子点材料涂覆于透明基片的凹槽结构中并进行固化处理，得到发光功能层；

s03.将发光功能层设置于封装基板容置槽的开口处，并进行封装；

s04.将透明封装层封装于发光功能层外表面，至少是覆盖发光功能层，得到量子点发光器件。

本申请第二方面提供了一种量子点发光器件的制备方法，该制备方法为将各层结构层一一设置，该制备方法简单方便，易于操作，在制备过程中不需要采用大型机器，有利于广泛使用。

在步骤s01中，提供发光芯片，将发光芯片设置于封装基板容置槽的底部。

优选的，将发光芯片设置于封装基板容置槽的底部的步骤中，通过粘结或共晶的方式将发光芯片设置于封装基板容置槽的底部。

在一些实施例中，通过粘结的方式将发光芯片设置于封装基板容置槽的底部的方法中，选自环氧树脂等有机粘接剂将发光芯片设置于封装基板容置槽的底部。在另一些实施例中，通过共晶的方式将发光芯片设置于封装基板容置槽的底部的方法中，使用固晶机的点胶头在封装基板容置槽的底部点上锡膏等焊膏，再用固晶机的真空吸嘴将芯片放置到焊膏上方即可。

在步骤s02中，提供量子点材料，将量子点材料涂覆于透明基片的凹槽结构中并进行固化处理，得到发光功能层。

在一些实施例中，当发光功能层为单层发光功能层，其制备方法包括如下步骤：

s021.将红色、绿色和蓝色三种量子点共同掺杂于有机聚合物中形成混合量子点溶液，再对混合物进行真空离心处理，使混合物充分均匀混合且排出混合物内的气泡，得到量子点共混物；

s022.将量子点共混物涂覆在一个透明基片的凹槽内，于150-170℃条件下加热固化3～5小时，得到单层发光功能层。

在另一些实施例中，当发光功能层为多层发光功能层，其制备方法包括如下步骤：

g021.将红色、绿色和蓝色三种量子点分别掺杂于有机聚合物中形成红色量子点溶液、绿色量子点溶液、蓝色量子点溶液；分别将红色量子点溶液、绿色量子点溶液、蓝色量子点溶液进行真空离心处理且排出混合物内的气泡；

g022.将红色量子点溶液涂覆在一个透明基片的凹槽内，于150-170℃条件下加热固化3～5小时，得到红色单层发光功能层；将绿色量子点溶液涂覆在一个透明基片的凹槽内，于150-170℃条件下加热固化3～5小时，得到绿色单层发光功能层；将蓝色量子点溶液涂覆在一个透明基片的凹槽内，于150-170℃条件下加热固化3～5小时，得到蓝色单层发光功能层；

g023.将红色单层发光功能层、绿色单层发光功能层、蓝色单层发光功能层从容置槽的开口处从开口至槽底方向依次层叠设置，得到多层发光功能层。

在步骤s03中，将发光功能层设置于封装基板容置槽的开口处，并进行封装。优选的，封装基板的容置槽的开口处设置有台阶结构，发光功能层设置于封装基板的容置槽的开口处的台阶结构上。

在一些实施例中，当发光功能层为单层发光功能层，直接将单层发光功能层设置于封装基板容置槽的开口处的台阶结构上。在另一些实施例中，当发光功能层为多层发光功能层，从容置槽的开口处依次将蓝色量子点膜封装层、绿色量子点膜封装层和红色量子点膜封装层设置于封装基板容置槽的开口处的台阶结构上。

进一步的，在开口处的间隙处灌封粘结材料形成粘结层进行封装。优选的，将发光功能层放置于封装基板的台阶上，在台阶间隙处灌封粘结材料形成粘结层。

在步骤s04中，将透明封装层封装于发光功能层外表面，至少是覆盖发光功能层，得到量子点发光器件。优选的，将透明封装层封装于发光功能层和封装基板的外表面，通过加热固化粘结层完成固定，得到量子点发光器件。

本申请实施例第三方面提供一种显示装置，包括量子点发光器件，其中，量子点发光器件为量子点发光器件或由制备方法制备的量子点发光器件。

本申请第三方面提供了将量子点发光器件应用于显示装置中，基于该量子点发光器件具有良好的可靠性，稳定性和发光效率优异，采用该量子点发光器件应用的显示装置必定性能稳定，发光效率优异，可广泛应用。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

量子点发光器件及其制备方法

一种量子点发光器件，包括：

封装基板12，封装基板包括一容置槽；

发光芯片11，设置于容置槽的底部，发光芯片选自单颗紫外led芯片；

发光功能层15，设置于容置槽的开口处，发光功能层与发光芯片具有间隙，封装基板的容置槽的开口处设置有台阶结构，发光功能层设置于封装基板的容置槽的开口处的台阶结构上，将封装基板的容置槽的开口封闭，且发光功能层不高于封装基板的容置槽的开口边缘，其中，发光功能层包括透明基片13和与透明基片层叠结合的量子点膜层14，发光功能层为红色、绿色和蓝色三种量子点材料共同掺杂的单层发光功能层，且透明基片设有凹槽，凹槽结构为正方形凹槽结构，凹槽深度为0.5mm凹槽的开口与容置槽的开口同向，量子点膜层设置于凹槽的底部；透明基片为玻璃基片；

透明封装层16，设置于发光功能层外表面，透明封装层选自凸面透镜，

采用粘结层17封装成一体封装结构，其中，粘结层的材料为环氧树脂。

一种量子点发光器件的制备方法，包括如下步骤：

将单颗紫外led芯片11通过银浆粘结于封装基板12的容置槽的底部的金属线路层上；

将红色、绿色和蓝色三种量子点共同掺杂于有机聚合物中形成混合量子点溶液，再对混合物进行真空离心处理，使混合物充分均匀混合且排出混合物内的气泡，得到量子点共混物；将量子点共混物涂覆在透明基片13的凹槽内，于150-170℃条件下加热固化3～5小时，得到单层发光功能层14；

将发光功能层15设置于封装基板容置槽的开口处的台阶结构上，在台阶间隙处灌封粘结材料环氧树脂形成粘结层17进行封装；

将透明封装层16设置于发光功能层和封装基板12的外表面，通过加热固化粘结层17完成固定，得到量子点发光器件。

实施例2

量子点发光器件及其制备方法

一种量子点发光器件，包括：

封装基板22，封装基板包括一容置槽；

发光芯片21，设置于容置槽的底部，发光芯片选自多颗紫外led芯片；

发光功能层25，设置于容置槽的开口处，发光功能层与发光芯片具有间隙，封装基板的容置槽的开口处设置有台阶结构，发光功能层设置于封装基板的容置槽的开口处的台阶结构上，将封装基板的容置槽的开口封闭，且发光功能层不高于封装基板的容置槽的开口边缘，其中，发光功能层包括透明基片23和与透明基片层叠结合的量子点膜层24，发光功能层为多层发光功能层，且透明基片设有凹槽，凹槽结构为正方形凹槽结构，凹槽深度为0.2mm凹槽的开口与容置槽的开口同向，量子点膜层设置于凹槽的底部；透明基片为蓝宝石基片；

透明封装层26，设置于发光功能层外表面，透明封装层选自平面透镜，

采用粘结层27封装成一体封装结构，其中，粘结层的材料为硅胶。

一种量子点发光器件的制备方法，包括如下步骤：

将多颗紫外led芯片21通过共晶的方法设置于封装基板22的容置槽的底部的金属线路层上；

将红色、绿色和蓝色三种量子点分别掺杂于有机聚合物中形成红色量子点溶液、绿色量子点溶液、蓝色量子点溶液；分别将红色量子点溶液、绿色量子点溶液、蓝色量子点溶液进行真空离心处理且排出混合物内的气泡；将红色量子点溶液涂覆在一个透明基片的凹槽内，于150-170℃条件下加热固化3～5小时，得到红色单层发光功能层；将绿色量子点溶液涂覆在一个透明基片的凹槽内，于150-170℃条件下加热固化3～5小时，得到绿色单层发光功能层；将蓝色量子点溶液涂覆在一个透明基片的凹槽内，于150-170℃条件下加热固化3～5小时，得到蓝色单层发光功能层；将红色单层发光功能层、绿色单层发光功能层、蓝色单层发光功能层依次堆叠放置，得到多层发光功能层；

提供给多层发光功能层25，从容置槽的开口处依次将蓝色量子点膜封装层、绿色量子点膜封装层和红色量子点膜封装层设置于封装基板容置槽的开口处的台阶结构上，在台阶间隙处灌封粘结材料硅胶形成粘结层27；

将透明封装层26设置于发光功能层和封装基板22的上表面，通过加热固化粘结层27完成固定，得到量子点发光器件。

性能测试及结构分析

以实施例1得到的量子点发光器件进行试验，使用积分球测试系统测量不同输入电流(50ma、100ma、150ma、200ma、250ma、300ma)的条件下量子点led器件的发光光谱。

测试结果如图3所示：在不同输入电流下，该量子点白光led器件光谱几乎覆盖了整个可见光波段，且光谱各波段占比较为均衡。

因此，可以看出，本申请提供的量子点发光器件，该器件中，通过利用含有凹槽结构的透明基片实现量子点膜层的密闭以及远离芯片的封装结构，使量子点不会被湿气、氧气等侵蚀，保证量子点的稳定性，提高了量子点发光器件的可靠性，同时能够确保量子点发光器件的发光效率加强，有利于广泛应用。

需要特别指出的是，虽然本发明针对紫外激发量子点白光led进行了说明和例证，但本发明同样适合于蓝光激发量子点白光led，可提高量子点白光led器件的长期可靠性和发光效率。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。