CN108258100A - 一种白光led及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种白光LED，包括基板，以及依次设置在所述基板上的蓝光芯片、发光层和无机保护层，其中，所述发光层的材质包括绿色荧光粉、红色量子点和分散介质，所述绿色荧光粉包括γ‑AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉。利用色域高、半峰宽窄、亮度衰减慢的γ‑AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉制备得到的白光LED色域可达BT.2020 80％以上，与使用绿色量子点效果相当，满足高色域的要求，同时减少了绿色量子点材料的使用，提高了白光LED的可靠性，降低了生产成本且绿色环保。本发明还提供了一种白光LED的制备方法和应用。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种白光LED及其制备方法和应用。
背景技术
目前市售的液晶显示器大多为背光型液晶显示装置，普遍采用白光LED(LightEmitting Diode)作为背光源。而最普遍的白光LED为蓝光发光芯片加黄色钇铝石榴石荧光粉的LED。采用黄光荧光粉材料的LED搭配液晶屏，色彩饱和度较低，其显示色域一般在72％NTSC(National Television System Committee)左右，显示器颜色不够鲜艳。为了提高色彩饱和度，可以将黄色荧光粉更改为红色绿色(RG)荧光粉，但这种方式最多提高25％左右的色域，无法满足新的BT.2020色域标准(相当于134％NTSC)。
目前要实现80％BT.2020色域标准以上的技术为量子点技术，即采用蓝光发光芯片加绿色量子点和红色量子点的LED，但量子点的热稳定性和蓝光稳定性差，在光照后容易与水和氧发生反应，产生缺陷，导致材料激发效率降低甚至失效，严重影响LED的使用寿命。同时量子点材料成本昂贵，且多由含重金属物质组成，大量使用会对环境造成污染并提高成本。因此，目前亟需一种高可靠性、高色域以及低成本的LED。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种白光LED，包括基板，以及依次设置在所述基板上的蓝光芯片、发光层和无机保护层，其中，所述发光层的材质包括绿色荧光粉、红色量子点和分散介质，所述绿色荧光粉包括γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉。利用色域高、半峰宽窄、亮度衰减慢的γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉，制得白光LED的色域达到BT.2020 80％以上，与使用绿色量子点效果相当，满足高色域的要求，又减少了量子点材料的使用，提高了白光LED的可靠性，降低了生产成本且绿色环保。
第一方面，本发明提供了一种白光LED，包括基板，以及依次设置在所述基板上的蓝光芯片、发光层和无机保护层，其中，所述发光层的材质包括绿色荧光粉、红色量子点和分散介质，所述绿色荧光粉包括γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉。
其中，所述γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉为镁离子锰离子共掺杂的γ-AlON绿色荧光粉。
可选的，所述发光层为单层结构。所述发光层的材质包括所述绿色荧光粉、所述红色量子点和所述分散介质。发光层为绿色荧光粉、红色量子点和分散介质三者混合的在一起的单层结构。可选的，所述发光层中所述绿色荧光粉、所述红色量子点和所述分散介质的摩尔比为(1.5-3):(0.001-0.02):1，所述发光层的厚度为50μm-400μm。进一步可选的，所述发光层中所述绿色荧光粉、所述红色量子点和所述分散介质的摩尔比为(1.8-2.5):(0.008-0.015):1，所述发光层的厚度为100μm-350μm、130μm-320μm或160μm-280μm。
可选的，所述发光层为双层结构，所述发光层包括绿色荧光粉层和红色量子点层。所述绿色荧光粉层的材质包括所述绿色荧光粉和所述分散介质。可选的，所述绿色荧光粉层中包括摩尔比为(1.5-3):1的所述绿色荧光粉和所述分散介质。进一步可选的，所述绿色荧光粉层中所述绿色荧光粉和所述分散介质的摩尔比为(1.8-2.5):1。可选的，所述绿色荧光粉层的厚度为50μm-200μm。进一步可选的，所述绿色荧光粉层的厚度为80μm-180μm、100μm-170μm或130μm-160μm。所述红色量子点层的材质包括所述红色量子点和所述分散介质。可选的，所述红色量子点层中包括摩尔比为(0.001-0.02):1的所述红色量子点和所述分散介质。进一步可选的，所述红色量子点层中所述红色量子点和所述分散介质的摩尔比为(0.008-0.015):1。可选的，所述红色量子点层的厚度为50μm-200μm。进一步可选的，所述红色量子点层的厚度为70μm-170μm、90μm-160μm或100μm-130μm。
可选的，所述绿色荧光粉的粒径为15μm-35μm。进一步可选的，所述绿色荧光粉的粒径为18μm-30μm、22μm-27μm或23μm-26μm。
可选的，所述红色量子点的粒径为5nm-10nm。进一步可选的，所述红色量子点的粒径为6nm-9nm、7.2nm或8.3nm。
可选的，所述红色量子点包括CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、InP/InPOx/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSe、CH3CN2PbI3、CsPbI3、CuInS、CuZnInS、MoS2量子点和石墨烯量子点中的至少一种。进一步可选的，所述红色量子点包括CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、InP/InPOx/ZnS、CuInS量子点和石墨烯量子点中的至少一种。
可选的，所述分散介质包括有机硅胶、无机硅胶和环氧树脂中的至少一种。进一步可选的，所述分散介质为有机硅胶或有机硅胶和无机硅胶混合物或环氧树脂。
可选的，所述基板包括陶瓷基板或金属基板。可选的，所述陶瓷基板的材质包括AlN、Al2O3、SiO、SiO2、Si3N4和SiON中的至少一种。可选的，所述金属基板的材质包括钾、钠、钙、镁和铝中的至少一种。可选的，所述基板的厚度为400μm-600μm。
可选的，所述蓝光芯片为倒装结构或正装结构。进一步可选的，所述蓝光芯片为倒装结构。
可选的，所述无机保护层的材质包括SiO、SiO2、AlN、SiAlN和Al2O3中的至少一种，所述无机保护层的厚度为20nm-200nm。所述无机保护层和所述基板形成密闭空间，阻隔外部水氧对内部结构的侵蚀。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的白光LED的制备方法，包括：
提供基板，通过固晶工艺在所述基板上设置蓝光芯片；
通过旋涂、点胶或覆膜工艺，在所述蓝光芯片上设置发光层，其中，所述发光层的材质包括绿色荧光粉、红色量子点和分散介质，所述绿色荧光粉包括γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉；
通过气相沉积在所述发光层上沉积一层无机保护层，得到白光LED。
其中，所述无机保护层沉积在所述发光层的表面，并覆盖所述发光层两侧的所述基板的表面。所述无机保护层和所述基板形成密闭空间，阻隔外部水氧对内部结构的侵蚀。
第三方面，本发明提供了一种背光模组，包括如第一方面所述的白光LED。
本发明的有益效果：
本发明提供的白光LED，其发光层的材质包括绿色荧光粉、红色量子点和分散介质，所述绿色荧光粉包括γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉。利用色域高、半峰宽窄、亮度衰减慢的γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉，实现白光LED的色域达到BT.2020 80％以上，与绿色量子点效果相当，满足高色域的要求，减少了量子点材料的使用，提高了白光LED的可靠性，降低了生产成本且绿色环保。
附图说明
图1为本发明实施例提供的第一种白光LED的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的第二种白光LED的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第三种白光LED的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的白光LED的制备方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的白光LED的制备方法中步骤S101的示意图；
图6为本发明实施例提供的白光LED的制备方法中步骤S102的示意图；
图7为本发明实施例提供的白光LED的制备方法中步骤S103的示意图。
具体实施方式
以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，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实施例的保护范围。
本发明提供的一种白光LED，包括基板，以及依次设置在所述基板上的蓝光芯片、发光层和无机保护层，其中，所述发光层的材质包括绿色荧光粉、红色量子点和分散介质，所述绿色荧光粉包括γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉。
本发明实施方式中，所述γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉为镁离子锰离子共掺杂的γ-AlON绿色荧光粉。
本发明实施方式中，所述基板包括陶瓷基板或金属基板。本发明实施方式中，所述陶瓷基板的材质包括AlN、Al2O3、SiO、SiO2、Si3N4和SiON中的至少一种。本发明实施方式中，所述金属基板的材质包括钾、钠、钙、镁和铝中的至少一种。本发明实施方式中，所述基板的厚度为400μm-600μm。
本发明实施方式中，所述蓝光芯片为倒装结构或正装结构。可选的，所述蓝光芯片为倒装结构。倒装结构的蓝光芯片与正装结构相比缩短了热流路径，具有更低的热阻，从而更有利于散热。
本发明实施方式中，所述无机保护层的材质包括SiO、SiO2、AlN、SiAlN和Al2O3中的至少一种。本发明实施方式中，所述无机保护层的厚度为20nm-200nm。
本发明实施方式中，所述绿色荧光粉的粒径为15μm-35μm。可选的，所述绿色荧光粉的粒径为18μm-30μm、22μm-27μm或23μm-26μm。本发明实施方式中，所述红色量子点的粒径为5nm-10nm。可选的，所述红色量子点的粒径为6nm-9nm、7.2nm或8.3nm。本发明实施方式中，所述红色量子点包括CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、InP/InPOx/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSe、CH3CN2PbI3、CsPbI3、CuInS、CuZnInS、MoS2量子点和石墨烯量子点中的至少一种。可选的，所述红色量子点包括CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、InP/InPOx/ZnS、CuInS量子点和石墨烯量子点中的至少一种。
本发明实施方式中，所述分散介质包括有机硅胶、无机硅胶和环氧树脂中的至少一种。可选的，所述分散介质为有机硅胶或有机硅胶和无机硅胶混合物或环氧树脂。
本发明实施方式中，所述发光层为单层结构或双层结构。
请参阅图1，为本发明实施例提供的第一种白光LED的结构示意图，包括基板10、蓝光芯片20、发光层30和无机保护层40。其中，发光层30为单层结构。所述发光层30的材质包括所述绿色荧光粉31、所述红色量子点32和所述分散介质，发光层30为绿色荧光粉31、红色量子点32和分散介质三者混合的在一起的单层结构。绿色荧光粉31和红色量子点32均匀分散在所述发光层30中。本发明实施方式中，所述发光层30中所述绿色荧光粉31、所述红色量子点32和所述分散介质的摩尔比为(1.5-3):(0.001-0.02):1，所述发光层30的厚度为50μm-400μm。可选的，所述发光层30中所述绿色荧光粉31、所述红色量子点32和所述分散介质的摩尔比为(1.8-2.5):(0.008-0.015):1，所述发光层30的厚度为100μm-350μm、130μm-320μm或160μm-280μm。
请参阅图2和图3，为本发明实施例提供的第二种和第三种白光LED的结构示意图，包括基板10、蓝光芯片20、发光层30和无机保护层40。其中，发光层30为双层结构，包括绿色荧光粉层31和红色量子点层32。绿色荧光粉层31和红色量子点层32的顺序不作限制。可选的，如图2所示，红色量子点层32沉积在蓝光芯片20上，绿色荧光粉层31沉积在红色量子点层32上。可选的，如图3所示，绿色荧光粉层31沉积在蓝光芯片20上，红色量子点层32沉积在绿色荧光粉层31上。本发明实施方式中，绿色荧光粉层31的材质包括绿色荧光粉和分散介质。可选的，所述绿色荧光粉层31中所述绿色荧光粉和所述分散介质的摩尔比为(1.5-3):1。进一步可选的，所述绿色荧光粉层31中所述绿色荧光粉和所述分散介质的摩尔比为(1.8-2.5):1。本发明实施方式中，所述绿色荧光粉层31的厚度为50μm-200μm。可选的，所述绿色荧光粉层31的厚度为80μm-180μm、100μm-170μm或130μm-160μm。本发明实施方式中，红色量子点层32中的材质包括红色量子点和分散介质。可选的，所述红色量子点层32中所述红色量子点和分散介质的摩尔比为(0.001-0.02):1。进一步可选的，所述红色量子点层32中所述红色量子点和所述分散介质的摩尔比为(0.008-0.015):1。本发明实施方式中，所述红色量子点层32的厚度为50μm-200μm。进一步可选的，所述红色量子点层32的厚度为70μm-170μm、90μm-160μm或100μm-130μm。
本发明提供的一种白光LED，包括基板，以及依次设置在所述基板上的蓝光芯片、发光层和无机保护层，其中，所述发光层的材质包括绿色荧光粉、红色量子点和分散介质，所述绿色荧光粉包括γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉。与绿色荧光粉β-SiAlON相比，γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉色域高、半峰宽窄、亮度衰减慢，同时制得的白光LED的色域达到BT.2020 80％以上，与使用绿色量子点的效果相当，满足高色域的要求；量子点材料成本昂贵，且多由含重金属物质组成，大量使用会对环境造成污染并提高成本，因此，使用γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉减少了量子点材料的使用量，降低生产成本且绿色环保，该白光LED具有良好的散热效果、阻隔水氧效果和高可靠性。
请参阅图4，为本发明实施提供的上述白光LED的制备方法，包括：
步骤S101：提供基板，通过固晶工艺在所述基板上设置蓝光芯片。
在步骤S101中，请参阅图5，提供基板10，通过固晶工艺在所述基板10上设置蓝光芯片20。其中，所述基板10由具有阻隔水氧效果的材料组成。可选的，所述基板10包括陶瓷基板或金属基板。所述陶瓷基板的材质包括AlN、Al2O3、SiO、SiO2、Si3N4和SiON中的至少一种，所述金属基板的材质包括钾、钠、钙、镁和铝中的至少一种，所述基板10的厚度为400μm-600μm。所述蓝光芯片20为倒装结构或正装结构。可选的，所述蓝光芯片20为倒装结构。倒装结构的蓝光芯片与正装结构相比缩短了热流路径，具有更低的热阻，从而更有利于散热。
步骤S102：通过旋涂、点胶或覆膜工艺，在所述蓝光芯片上设置发光层。
在步骤S102中，请参阅图6，通过旋涂、点胶或覆膜工艺，在所述蓝光芯片20上设置发光层30。其中，所述发光层的材质包括绿色荧光粉、红色量子点和分散介质，所述绿色荧光粉包括γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉。可选的，所述绿色荧光粉的粒径为15μm-35μm。进一步可选的，所述绿色荧光粉的粒径为18μm-30μm、22μm-27μm或23μm-26μm。可选的，所述红色量子点包括CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、InP/InPOx/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSe、CH3CN2PbI3、CsPbI3、CuInS、CuZnInS、MoS2量子点和石墨烯量子点中的至少一种。进一步可选的，所述红色量子点包括CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、InP/InPOx/ZnS、CuInS量子点和石墨烯量子点中的至少一种。可选的，所述分散介质包括有机硅胶、无机硅胶和环氧树脂中的至少一种。进一步可选的，所述分散介质为有机硅胶或有机硅胶和无机硅胶混合物或环氧树脂。可选的，所述发光层30为单层结构或双层结构。绿色荧光粉和红色量子点在分散介质中均匀分布。
本发明一实施例中，所述发光层30为单层结构，所述发光层30的材质包括所述绿色荧光粉、所述红色量子点和所述分散介质，发光层为绿色荧光粉、红色量子点和分散介质三者混合的在一起的单层结构。可选的，所述发光层30中所述绿色荧光粉、所述红色量子点和所述分散介质的摩尔比为(1.5-3):(0.001-0.02):1，所述发光层30的厚度为50μm-400μm。进一步可选的，所述发光层30中所述绿色荧光粉、所述红色量子点和所述分散介质的摩尔比为(1.8-2.5):(0.008-0.015):1，所述发光层30的厚度为100μm-350μm、130μm-320μm或160μm-280μm。
本发明另一实施例中，所述发光层30为双层结构，所述发光层包括绿色荧光粉层和红色量子点层。可选的，所述绿色荧光粉层的材质包括所述绿色荧光粉和所述分散介质。可选的，所述绿色荧光粉层中所述绿色荧光粉和所述分散介质的摩尔比为(1.5-3):1。进一步可选的，所述绿色荧光粉层中所述绿色荧光粉和所述分散介质的摩尔比为(1.8-2.5):1。可选的，所述绿色荧光粉层的厚度为50μm-200μm。进一步可选的，所述绿色荧光粉层的厚度为80μm-180μm、100μm-170μm或130μm-160μm。可选的，所述红色量子点层的材质包括所述红色量子点和所述分散介质。可选的，所述红色量子点层中所述红色量子点和所述分散介质的摩尔比为(0.001-0.02):1。进一步可选的，所述红色量子点层中所述红色量子点和所述分散介质的摩尔比为(0.008-0.015):1。可选的，所述红色量子点层的厚度为50μm-200μm。进一步可选的，所述红色量子点层的厚度为70μm-170μm、90μm-160μm或100μm-130μm。红色量子点可以在分散介质中均匀分布，减少了量子点材料的团聚现象。
步骤S103：通过气相沉积在所述发光层上沉积一层无机保护层，得到白光LED。
在步骤S103中，请参阅图7，通过气相沉积在所述发光层30上沉积一层无机保护层40，得到白光LED。可选的，所述气相沉积包括物理气相沉积和化学气相沉积中的至少一种。具体的，可以但不限于为低温溅射、PECVD、热蒸发。其中，所述无机保护层沉积在所述发光层的表面，并覆盖所述发光层两侧的所述基板的表面。所述无机保护层和所述基板形成密闭空间，阻隔外部水氧对内部结构的侵蚀。可选的，所述无机保护层40的材质包括SiO、SiO2、AlN、SiAlN和Al2O3中的至少一种。可选的，所述无机保护层40的厚度为20nm-200nm。所述无机保护层厚度小，有利于散热，并且具有良好的阻隔水氧的效果，从而提高量子点材料的选择性，不需要额外置换量子点材料配体。
与可以用于制备白光LED的绿色荧光粉β-SiAlON相比，γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉的半峰宽较窄、色域较高、亮度衰减缓慢，制得的白光LED更具可靠性。同时γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉制得的白光LED的色域达到BT.202080％以上，与使用绿色量子点的效果相当。由于量子点材料成本昂贵，且多由含重金属物质组成，使用γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉制备白光LED减少了量子点材料的使用量，降低生产成本，更加绿色环保。
本发明提供的一种白光LED的制备方法，制备工艺简单，操作工艺成熟，适合工业化生产。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种白光LED，其特征在于，包括基板，以及依次设置在所述基板上的蓝光芯片、发光层和无机保护层，其中，所述发光层的材质包括绿色荧光粉、红色量子点和分散介质，所述绿色荧光粉包括γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉。
2.如权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述发光层为单层结构，所述发光层中所述绿色荧光粉、所述红色量子点和所述分散介质的摩尔比为(1.5-3):(0.001-0.02):1，所述发光层的厚度为50μm-400μm。
3.如权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述发光层为双层结构，所述发光层包括绿色荧光粉层和红色量子点层，所述绿色荧光粉层中包括摩尔比为(1.5-3):1的所述绿色荧光粉和所述分散介质，所述红色量子点层中包括摩尔比为(0.001-0.02):1的所述红色量子点和所述分散介质。
4.如权利要求3所述的白光LED，其特征在于，所述绿色荧光粉层的厚度为50μm-200μm，所述红色量子点层的厚度为50μm-200μm。
5.如权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述绿色荧光粉的粒径为15μm-35μm，所述红色量子点的粒径为5nm-10nm，所述红色量子点包括CdSe/ZnS、CdSe/ZnSe、CdSe/CdS、InP/InPOx/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSe、CH3CN2PbI3、CsPbI3、CuInS、CuZnInS、MoS2量子点和石墨烯量子点中的至少一种。
6.如权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述分散介质包括有机硅胶、无机硅胶和环氧树脂中的至少一种。
7.如权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述基板包括陶瓷基板或金属基板，所述陶瓷基板的材质包括AlN、Al2O3、SiO、SiO2、Si3N4和SiON中的至少一种，所述金属基板的材质包括钾、钠、钙、镁和铝中的至少一种，所述基板的厚度为400μm-600μm。
8.如权利要求1所述的白光LED，其特征在于，所述无机保护层的材质包括SiO、SiO2、AlN、SiAlN和Al2O3中的至少一种，所述无机保护层的厚度为20nm-200nm。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的白光LED的制备方法，其特征在于，包括：
提供基板，通过固晶工艺在所述基板上设置蓝光芯片；
通过旋涂、点胶或覆膜工艺，在所述蓝光芯片上设置发光层，其中，所述发光层的材质包括绿色荧光粉、红色量子点和分散介质，所述绿色荧光粉包括γ-AlON:Mn2+,Mg2+绿色荧光粉；
通过气相沉积在所述发光层上沉积一层无机保护层，得到白光LED。
10.一种背光模组，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的白光LED。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180706 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |