应用量子点色彩转换的发光装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一发光装置，包含：覆晶式LED芯片；光致发光结构，设置于LED芯片上；及湿气阻隔反射结构，覆盖光致发光结构的侧面及LED芯片的立面。光致发光结构包括依序堆栈的第一光致发光层、光透明隔离层、第二光致发光层及光透明湿气阻隔层。在一较佳实施例中，LED芯片发出蓝光，第一光致发光层包含红色荧光材料，第二光致发光层包含绿色量子点；藉此，第一光致发光层的红色荧光材料可先将较高能阶的蓝光部份转换为较低能阶的红光，降低了照射于绿色量子点的未被转换的蓝光强度，有效避免量子点的光氧化。本发明专利技术另提出上述发光装置的制造方法。

Luminescence Device Using Quantum Dot Color Conversion and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
应用量子点色彩转换的发光装置及其制造方法
本专利技术有关一种芯片级封装发光装置及其制造方法，特别关于一种应用绿色量子点材料及红色荧光粉的芯片级封装发光装置及其制造方法。
技术介绍
量子点(quantumdot,QD)材料为一尺寸为纳米等级的半导体晶体材料，其粒径尺寸通常介于1纳米至50纳米，在受到高能阶的光线照射后，由于量子局限效应(Quantumconfinementeffect)，量子点材料可将部分入射光线转换成另一较低能阶的可见光线，故量子点材料可作为一光致发光材料。透过改变量子点材料的粒径、形状或材料组成，可使得量子点材料发出不同波长的可见光线，即改变其发光频谱(spectrum)。相较于传统荧光材料，例如钇铝石榴石(YAG)荧光粉、氮化物(Nitride)或氮氧化物(Oxynitride)荧光粉等，量子点材料的发光频谱具有明显较窄的半高宽(FullWidthatHalfMaximum，FWHM)，因此，使用量子点材料搭配LED芯片构成一LED发光装置以作为显示器的背光光源时，可改进显示器的色彩纯度。相较于有机发光二极管(OLED)显示器所能达到70％BT.2020的色域范围(ColorGamut)，应用量子点材料的显示器在色彩表现上可具有高达90％BT.2020的色域范围；此外，相较于属有机材料的OLED，其使用寿命较短，而量子点材料属无机材料，使用寿命相对较长。另一方面，应用量子点材料的发光装置可直接取代现有液晶显示器的背光光源，仅透过光致发光材料的改变即可明显增加液晶显示器的色域范围。量子点材料搭配LED芯片的发光装置虽然有上述的优势，但是实务上仍有些问题待改善或克服。举例而言，量子点材料的热稳定性(thermalstability)不佳，在高温环境(例如大于70℃的环境)下，其效能将明显衰减。因此，LED芯片运作时所产生的热能可能使量子点材料的效能大幅衰减。此外，量子点材料接触到空气中的水气或氧气时，表面易被氧化而形成氧化物，导致量子点材料的发光强度下降，因此，使用量子点材料的发光装置需具有良好的湿气阻隔保护，才能使外界的水气及氧气不易朝内渗透而接触量子点材料，以使发光装置具有较长的使用寿命。再者，于周遭存在氧气或水气的情况下，量子点材料受到较高能阶的光线(如紫外光或蓝光)激发时，更易产生光氧化(photo-oxidation)现象，造成其发光强度(intensity)的明显下降及发光频谱的「蓝移(blueshifting)」。具体而言，高能阶光线照射于量子点等半导体材料时，由于光电效应(photovoltaiceffect)的作用，半导体材料将产生大量电子与空穴，而被激发出的自由电子使半导体材料表面容易将周遭的氧分子解离(dissociation)而形成氧原子与氧离子，促使半导体材料更易与氧反应而形成氧化物；学者YoungE.M.于1988年ApplPhysA47:259-69的论文及学者SatoS.等于1997年JApplPhys81:1518的论文对此电子活化(electron-active)半导体材料的光氧化现象有诸多实验验证与描述。因此，量子点材料在高能阶光线的照射下，会明显加速其氧化反应。同时，量子点表面产生氧化后，将使得量子点材料的有效粒径缩减，由于较小粒径的量子点光致发光材料可产生较高能阶的转换光线(即波长较短)，因此量子点材料表面于氧化后将使其发光频谱朝短波长移动，产生所谓的「蓝移(blueshifting)」现象。又，氧化物的产生将增加量子点的结构缺陷(defects)，而此结构缺陷于光电效应作用时，会造成电子与空穴循着非辐射模式结合(non-radiativeelectron-holerecombination)，此非辐射的电子空穴结合将以热能的方式释放能量，而不会转换为较低能阶的光子，因此量子点材料的光氧化现象亦会造成其发光强度下降，最终使量子点不再发光，此即量子点的光致退色(photobleaching)现象。因此，将量子点材料应用于LED发光装置时，需防止量子点材料受到过强的较高能阶光线所照射，始能避免光氧化现象所造成的光衰减及发光频谱的蓝移。此外，应用量子点色彩转换的发光装置通常需将量子点材料均匀分散于黏合胶材(binder)之中以获得良好的发光效率。然而，并非量子点材料皆能兼容于所有胶材，通常需要先将量子点材料进行表面改质，例如形成配位基(Ligand)，才能将量子点均匀分散于特定胶材中；因此，表面改质、特定胶材的选用及不同胶材之间的制程兼容性亦成为实现将量子点材料应用于LED发光装置的重要技术挑战。综合上述，如何更好地改善或克服上述的任一问题以将量子点材料应用于LED发光装置，正是目前LED业界待解决的技术课题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提出一种应用量子点色彩转换的发光装置其制造方法，该发光装置为芯片级封装发光装置，使用覆晶式LED芯片，具有低热阻的散热途径以降低LED芯片接面温度(JunctionTemperature)，因此可有效地改善量子点材料的热衰减现象，降低量子点材料所承受的温度。本专利技术的一个目的在于提出一种应用量子点色彩转换的发光装置及其制造方法，该发光装置具有良好的湿气阻隔气密性(hermeticseal)，以减少或避免外界空气中的水气与氧气接触到量子点材料，可有效地改善量子点材料的氧化现象。本专利技术的一个目的在于提出一种应用量子点色彩转换的发光装置及其制造方法，将不易光氧化的荧光材料设置于较易光氧化的量子点材料与LED芯片之间，可有效降低入射于量子点材料的高能阶光线的光强度，使其不超过量子点材料所能承受者，以改善量子点材料的光氧化现象。本专利技术的一个目的在于提出一种应用量子点色彩转换的发光装置其制造方法，固定荧光材料所需的黏合胶材与固定量子点材料所需的黏合胶材具有不同特性，其胶材固化制程亦不兼容，该发光装置可有效阻隔用于固定量子点材料的高分子材料与用于固定荧光材料的高分子材料，避免两者制程或材料特性不兼容的问题。为达上述目的，所提出的发光装置可包含：一覆晶式LED芯片，用以提供一第一光线，该第一光线为一蓝光、一深蓝光、一紫光或一紫外光；一光致发光结构设置于该覆晶式LED芯片的一上表面上，且包括一第一光致发光层、一光透明隔离层、一第二光致发光层及一光透明湿气阻隔层，该光透明隔离层设置于该第一光致发光层上，该第二光致发光层设置于该光透明隔离层上，而该光透明湿气阻隔层设置于该第二光致发光层上，其中，该第一光致发光层包含一第一高分子材料及混合于该第一高分子材料中的一较低激发能阶的荧光材料(例如红色荧光材料)，而该第二光致发光层包含一第二高分子材料及混合于该第二高分子材料中的一较高激发能阶的量子点材料(例如绿色量子点材料)；以及一湿气阻隔反射结构，覆盖该光致发光结构的一侧面及该覆晶式LED芯片的一立面，且不低于该覆晶式LED芯片的一电极面；其中，该第一光致发光层的该较低激发能阶的荧光材料用以将该第一光线(例如蓝光)的一部份转换为一较长波长的可见光线(例如红光)，使得该未被转换的第一光线(例如蓝光)的光强度减小，以达到不大于该较高激发能阶的量子点材料(例如绿色量子点材料)所能承受的光强度。本专利技术揭露的发光装置的制造方法可包含：将一光致发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光装置，包含：一覆晶式LED芯片，用以提供一第一光线，该第一光线为一蓝光、一深蓝光、一紫光或一紫外光；一光致发光结构，设置于该覆晶式LED芯片的一上表面上、且包括一第一光致发光层、一光透明隔离层、一第二光致发光层及一光透明湿气阻隔层，该光透明隔离层设置于该第一光致发光层上，该第二光致发光层设置于该光透明隔离层上，而该光透明湿气阻隔层设置于该第二光致发光层上，其中，该第一光致发光层包含一第一高分子材料及混合于该第一高分子材料中的一较低激发能阶的荧光材料，而该第二光致发光层包含一第二高分子材料及混合于该第二高分子材料中的一较高激发能阶的量子点材料；以及一湿气阻隔反射结构，覆盖该光致发光结构的一侧面及该覆晶式LED芯片的一立面，且不低于该覆晶式LED芯片的一电极面；其中，该第一光致发光层的该较低激发能阶的荧光材料用以将该第一光线的一部份转换为一较长波长的可见光，使得该未被转换的另一部份的该第一光线的光强度不大于该较高激发能阶的量子点材料所能承受的光强度。

【技术特征摘要】
1.一种发光装置，包含：一覆晶式LED芯片，用以提供一第一光线，该第一光线为一蓝光、一深蓝光、一紫光或一紫外光；一光致发光结构，设置于该覆晶式LED芯片的一上表面上、且包括一第一光致发光层、一光透明隔离层、一第二光致发光层及一光透明湿气阻隔层，该光透明隔离层设置于该第一光致发光层上，该第二光致发光层设置于该光透明隔离层上，而该光透明湿气阻隔层设置于该第二光致发光层上，其中，该第一光致发光层包含一第一高分子材料及混合于该第一高分子材料中的一较低激发能阶的荧光材料，而该第二光致发光层包含一第二高分子材料及混合于该第二高分子材料中的一较高激发能阶的量子点材料；以及一湿气阻隔反射结构，覆盖该光致发光结构的一侧面及该覆晶式LED芯片的一立面，且不低于该覆晶式LED芯片的一电极面；其中，该第一光致发光层的该较低激发能阶的荧光材料用以将该第一光线的一部份转换为一较长波长的可见光，使得该未被转换的另一部份的该第一光线的光强度不大于该较高激发能阶的量子点材料所能承受的光强度。2.如请求项1所述的发光装置，其中，该较低激发能阶的荧光材料包含一红色荧光材料，该较高激发能阶的量子点材料包含一绿色量子点材料。3.如请求项2所述的发光装置，其中，该绿色量子点材料所能承受的该第一光线的光强度不大于10W/cm2。4.如请求项2所述的发光装置，其中，该光致发光结构更包含一光透明导热层，该光透明导热层设置于该第二光致发光层与该光透明湿气阻隔层之间、及/或设置于该第二光致发光层与该光透明隔离层之间；其中，该光透明导热层的热传导率大于该光透明湿气阻隔层或该光透明隔离层的热传导率。5.如请求项4述的发光装置，其中，该光透明导热层包含一薄膜金属、一网格状金属、一透明导电氧化物或一石墨烯。6.如请求项2至5任一项所述的发光装置，其中，该光致发光结构更包含一光透明分隔层，该第一光致发光层设置于该光透明分隔层上。7.如请求项2至5任一项所述的发光装置，更包含一光导引结构，该光导引结构覆盖该覆晶式LED芯片的该立面，该光导引结构包含一倾斜侧面，该倾斜侧面相对于该覆晶式LED芯片的该立面为倾斜、且被该湿气阻隔反射结构覆盖。8.如请求项2至5任一项所述的发光装置，其中，该第一高分子材料为一热固化胶及该第二高分子材料为一紫外线固化胶。9.如请求项2至5任一项所述的发光装置，其中，该光透明隔离层及该光透明湿气阻隔层各包含一透明无机材料。10.如请求项2至5任一项所述的发光装置，其中，该光透明隔离层及该光透明湿气阻隔层各包含一高分子材料，其于厚度为1厘米时具有不大于20g/(m2day)的水气渗透率(WVTR)。11.如请求项2至5任一项所述的发光装置，其中，该湿气阻隔反射结构包含一第三高分子材料及混合于该第三高分材料中的一光散射性微粒。12.如请求项11的发光装置，其中，该第三高分子材料于厚度为1厘米时具有不大于20g/(m2day)的水气渗透率。13.如请求项2至5任一项所述的发光装置，其中，该湿气阻隔反射结构的热传导率不小于该光透明隔离层或该光透明湿气阻隔层的热传导率。14.如请求项2至5任一项所述的发光装置，其中，该第二光致发光层更包含一光散射性微粒，该光散射性微粒混合于该第二高分子材料中。15.如请求项2至5任一项所述的发光装置，其中，该红色荧光材料包含一氟化物荧光材料或一氮化物荧光材料。16.如请求项15所述的发光装置，其中，该氟化物荧光材料至少包含下列其中一者：(A)A2[MF6]:M4+，其中A选自Li、Na、K、Rb、Cs、NH4及其组合，M选自Ge、Si、Sn、Ti、Zr及其组合；(B)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，
申请(专利权)人：行家光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71