CN107946433A

CN107946433A - 一种白光led

Info

Publication number: CN107946433A
Application number: CN201711101524.XA
Authority: CN
Inventors: 张家雨; 杨鸿宇; 陈章扬
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2018-04-20

Abstract

本发明提供了一种白光LED，所述白光LED包括底座、设置在所述底座上的蓝光芯片、罩在所述蓝光芯片上的第一透镜、安装在所述底座上的第二透镜以及在所述第一透镜和所述第二透镜之间的至少两层量子点膜，其中，所述量子点膜包括红色量子点膜和绿色量子点膜。本发明的白光LED增大了LED器件的发光角度，改善了量子点因受热而寿命变短的影响；提高了白光LED色温均匀性，提高了色彩饱和度，实现了色域宽的显示效果；能够有效减少白光LED中使用的量子点材料的数量，有效改善能耗，实现了直下式量子点LED器件向超薄发展；有效改善量子点显示成本。

Description

一种白光LED

技术领域

本发明属于LED照明技术领域，特别地涉及一种用于显示背光源的白光LED。

背景技术

LED(light emitting diode)是一种基于P-N结电致发光原理制成的半导体发光器件，具有光效高、使用寿命长、无污染、体积小等优点，已成为下一代绿色照明技术。随着以氮化物为代表的第三代半导体材料技术的突破，基于大功率高亮度发光二极管的半导体照明产业在全球迅速兴起，正成为半导体光电子产业新的经济增长点，并在传统照明领域引发了一场革命。LED逐渐取代传统光源，应用于各个领域，包括背光单元、路灯、车灯等。

目前市场上主流的商业化白光LED，是采用蓝光LED芯片上涂覆黄、绿、红一种或者多种荧光粉来实现的。现有的荧光粉涂覆技术包括点胶法、保形涂覆法、远离涂覆法，点胶法由于其工艺简单、成本低廉因而得到广泛应用。荧光粉转换型白光LED具有工艺简单成熟、成本较低等特点，是目前照明市场上的主要产品，但是荧光转换型白光LED仍然面临着很多的问题和挑战。

量子点材料是纳米尺度的半导体晶体，具有波长可调、量子产率高、色纯度高等特点，已经成为重要的纳米发光材料，有希望改变传统荧光粉材料选择的局限，提高现有白光LED的发光性能。近年来，纳米荧光材料受到广泛关注，并且在显示照明领域得到认可和应用。目前量子点在显示背光照明中的运用，主要是采用两种方式，一种是将量子点溶液置于容器中，然后采用侧入式LED灯条照明量子点形成白光，采用这种方式，量子点使用量非常大，但是量子点价格高昂，极大地增加了制造成本，不利于市场推广。另一种方式是制备成量子点薄膜。然而，主要存在色彩饱和度低、色温均匀度不高、发光效率低、荧光粉发热严重等问题，很难用于显示背光照明领域。

为了解决量子点背光的成本和色纯度的问题，并且推动量子点背光照明的发展，有必要提供一种新的白光LED。

发明内容

为了增大LED灯的发光角度，提高白光的色温均匀性，并且解决量子点背光照明的成本和色彩饱和度的问题，实现直下式背光照明超薄化，本发明提供了一种白光LED，所述白光LED包括底座、设置在所述底座上的蓝光芯片、罩在所述蓝光芯片上的第一透镜、安装在所述底座上的第二透镜以及在所述第一透镜和所述第二透镜之间的至少两层量子点膜，其中，所述量子点膜包括红色量子点膜和绿色量子点膜。

作为一种改进，所述第一透镜为球冠型一次透镜，并且所述第一透镜包括半球形的内表面和外表面。

作为一种改进，所述第二透镜为自由曲面透镜，并且所述第二透镜包括半球形的内表面和自由曲面的外表面。

作为一种改进，所述第一透镜和所述第二透镜的内表面和外表面均呈中心对称，且对称轴相互重合。

作为一种改进，所述第二透镜设置在所述第一透镜的上方，并且所述第一透镜和所述第二透镜之间存在空隙，所述空隙约为0.5-1mm。

作为一种改进，所述红色量子点膜包括红色量子点，所述红色量子点为CdSe@CdS胶体量子点。

作为一种改进，所述红色量子点的尺寸在10nm-20nm的范围内，所述红色量子点的发射波长在600-640nm且半高宽小于40nm。

作为一种改进，所述绿色量子点膜包括绿色量子点，所述绿色量子点为CdZnSeS@ZnS胶体量子点。

作为一种改进，所述绿色量子点的尺寸在10nm-20nm的范围内，所述绿色量子点的发射波长520-540nm且半高宽小于30nm。

作为一种改进，所述白光LED的发光角度在140-150°的范围内。

本发明的有益效果是：

本发明的白光LED增大了LED器件的发光角度，改善了量子点因受热而寿命变短的影响；提高了白光LED色温均匀性，提高了色彩饱和度，实现了色域宽的显示效果；能够有效减少白光LED中使用的量子点材料的数量，有效改善能耗，实现了直下式量子点LED器件向超薄发展；有效改善量子点显示成本。

附图说明

图1为本发明的白光LED的剖面示意图。

图2为本发明的第一透镜的示意图。

图3为本发明的第二透镜的示意图。

图4为蓝光芯片配光曲线和通过两个透镜后的配光曲线。

图5为本发明的白光LED的光谱图。

图6为本发明的白光LED角度色温图。

图7为本发明的白光LED的色坐标及色域三角形的示意图。

具体实施方式

下面将结合图1至图7对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例1

如图1至图3所示，本发明提供一种用于直下式LED的背光模组并能够提高色彩饱和度的白光LED，该白光LED包括底座7、设置在底座上的蓝光芯片5、位于底座的两侧边缘部分的支架6、罩在蓝光芯片5上的第一透镜1、安装在底座7上的第二透镜2以及在第一透镜1和第二透镜2之间的量子点膜。

具体地，白光LED包括第一透镜1、设置在该第一透镜1上方的第二透镜2，其中，第一透镜1为球冠型一次透镜，第一透镜1具有半球形的内表面和外表面；第二透镜2为自由曲面透镜，第二透镜2具有半球形的内表面和自由曲面的外表面，第二透镜2的底面上设有若干凹包，凹包位于底部的周边部分，凹部为棱锥状或者其它形状且具有聚光和导光作用；第一透镜和第二透镜的内表面和外表面均呈中心对称，且对称轴相互重合；第一透镜1和第二透镜2之间存在约为0.5-1mm的间隙，该间隙为混光空间，在该间隙中涂覆两层量子点膜，具体包括绿色量子点膜3和红色量子点膜4；量子点膜和蓝光芯片5之间包括空气间隙；透镜的材料例如为聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)或者聚苯乙烯(PC)等，透光率高，相比于反射杯等器件光吸收小，光效率更高。上述结构的白光LED的发光角度在140-150°的范围内。由于绿色量子点只会吸收蓝光而不会吸收红光，由此能够减少由于重吸收引起的色温漂移等情况。由于量子点膜与蓝光芯片5之间存在距离，所以能够减少因蓝光芯片5发热而对量子点产生的影响。在本实施方式中，红色量子点为CdSe@CdS(核@壳)胶体量子点，绿色量子点为CdZnSeS@ZnS(核@壳)胶体量子点，但是不限于此，量子点还可以是II-VI元素组成的半导体化合物如CdSe、CdTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe和CdS的一种或多种组合，也可以是或III-V族元素组成的半导体化合物如GaN、GaP、GaAs、InN、InP和InAs的一种或多种组合，或者是由II-VI族元素组成的半导体化合物和III-V族元素组成的半导体化合物中的几种混合而成。

图4中的a曲线为本发明的蓝光芯片的配光曲线，该配光曲线为朗伯曲线。通过一次透镜和二次透镜后，对蓝光芯片5的配光曲线进行整形，整形后的配光曲线如图4中的b曲线所示，为边发光模式，发光角度为140°，整形后的配光曲线能够在很近的发光平面上形成照度均匀的光斑，因而能够减小直下式背光模组的厚度。

具体地，蓝光芯片5发射波长在440nm至460nm和半高宽FWHM小于25nm的蓝光。绿色和红色量子点的尺寸在10nm-20nm之间，绿色量子点的发射波长520-540nm且半高宽FWHM小于30nm，红色量子点的发射波长在600-640nm且半高宽FWHM小于40m。蓝光芯片5发射的蓝光落在量子点的吸收带中，量子点膜吸收蓝光后激发出绿光或者红光，然后和透过量子点膜的蓝光在混光空间内进行混合形成量子点白光，实现了白光LED的NTSC色域至少为110％，色温在5000-6000之间，极大提高了色温均匀性，从而实现色彩饱和度高、色域宽的显示效果，量子点白光LED的光谱如图5所示。因为量子点的发光性质与其温度也有很大关系，温度上升时候可能会造成配体脱落而导致量子点表面缺陷增加，因此，会发生光漂白等现象。采用远程涂覆的方法，一方面可以使量子点相对于蓝光芯片5有一定的距离，不会因为蓝光芯片5工作时候发热而引起量子点性质的变化；另一方面，通过第二透镜也可以增加量子点的散热，受热时候能很快地把热量散发出去。此外，量子点的尺寸较小，其尺寸远小于可见光的波长，因而不会引起散射，其发光模式为各向同性发光，可视为一个各向同性发光的发光面。在本实施方式中，量子点膜发出的光通过透镜后有一部分的光由于全反射会反射回透镜中，这部分的光大多数会通过第二透镜的锥型凹部反射并透过透镜出射。采用这种第二透镜会使量子点发出的光在空间的配光曲线与蓝光芯片5通过透镜后的配光曲线相吻合，色温在空间的分布也会很均匀，具体如图6所示。

另外，通过计算蓝光芯片、绿色量子点膜3和红色量子点膜4的光谱，在CIE色空间中计算色坐标及色域三角形如图7所示。量子点的半高宽FWHM较窄，类似于单色光，通过混光后色彩饱和度更高，色温较低，因此本发明的白光LED更适用于显示领域。

与现有技术相比，本发明的白光LED增大了LED器件的发光角度，改善了量子点因受热而寿命变短的影响；提高了白光LED色温均匀性，提高了色彩饱和度，实现了色域宽的显示效果；能够有效减少白光LED中使用的量子点材料的数量，有效改善能耗，实现了直下式量子点LED器件向超薄发展；有效改善量子点显示成本。

本发明的白光LED用于直下式背光模组，该背光模组为显示装置提供白光照明背光，其中显示装置例如为液晶显示装置、电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的白光LED的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims

1.一种白光LED，其特征在于，所述白光LED包括底座、设置在所述底座上的蓝光芯片、罩在所述蓝光芯片上的第一透镜、安装在所述底座上的第二透镜以及在所述第一透镜和所述第二透镜之间的至少两层量子点膜，其中，所述量子点膜包括红色量子点膜和绿色量子点膜。

2.根据权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述第一透镜为球冠型一次透镜，并且所述第一透镜包括半球形的内表面和外表面。

3.根据权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述第二透镜为自由曲面透镜，并且所述第二透镜包括半球形的内表面和自由曲面的外表面。

4.根据权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜的内表面和外表面均呈中心对称，且对称轴相互重合。

5.根据权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述第二透镜设置在所述第一透镜的上方，并且所述第一透镜和所述第二透镜之间存在空隙，所述空隙约为0.5-1mm。

6.根据权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述红色量子点膜包括红色量子点，所述红色量子点为CdSe@CdS胶体量子点。

7.根据权利要求6所述的白光LED，其特征在于，所述红色量子点的尺寸在10nm-20nm的范围内，所述红色量子点的发射波长在600-640nm且半高宽小于40nm。

8.根据权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述绿色量子点膜包括绿色量子点，所述绿色量子点为CdZnSeS@ZnS胶体量子点。

9.根据权利要求8所述的白光LED，其特征在于，所述绿色量子点的尺寸在10nm-20nm的范围内，所述绿色量子点的发射波长520-540nm且半高宽小于30nm。

10.根据权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述白光LED的发光角度在140-150°的范围内。