[发明专利]一种基于3D打印技术的LED用量子点薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，具体涉及一种量子点薄膜的制备方法，特别地涉及一种基于3D打印技术的LED用量子点薄膜的制备方法。此外，本发明还涉及所制备的LED用量子点薄膜。

背景技术

LED(Light Emitting Diode,发光二极管)是一种半导体制造技术加工的电致发光器件，其主要发光原理是化合物半导体材料在加载正向电压的条件下，有源电子与空穴复合产生光子，其中可见光成分能够被人眼识别。相比于传统照明光源，LED具有发光效率高、耗电量少、可靠性高和寿命长等优点，因此被认为21世纪最具发展前景的新光源。

LED的光色由量子阱层的禁带宽度决定，其发射峰位置不易调节，为了得到各种波长的光色，往往在封装的时候加入荧光粉来进行光色转换，例如白光LED主要是依靠蓝光LED和黄光荧光粉制成。然而荧光粉仍然存在以下几个主要的问题：(1)荧光粉在红光区效率很低，不能提供很高质量的白光，其显色指数和视觉效果受到限制；(2)荧光粉的粒径在微米级(一般为5um以上)，粒径太大，从而导致荧光粉很难集成在LED芯片中，因此只能够在封装的时候混入树脂中并通过点胶的方式滴加到芯片的表面，但是这种方式很难控制胶滴的形状，厚度以及表面的微观形貌，容易造成局部偏黄或偏蓝的不均匀光斑出现；(3)荧光粉比重太大，易发生沉淀，会在硅树脂里面沉积，因而会导致荧光粉分布不均匀，造成产品出光均匀性差，色调一致性难以保证。

量子点是一种三个维度尺寸都在纳米量级的“准零维”纳米颗粒材料，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成分立的能级结构，受激后可以发射荧光。作为新型的发光材料，量子点以其卓越的光学特性使其有希望替代荧光粉成为下一代色转换材料，例如，更高的转换效率，更窄的发射峰，更长的荧光寿命，更高的色稳定性等，最受瞩目的特点还是其可调节的发射峰和纳米量级的尺寸，如今的量子点发射峰已经完全覆盖整个可见光区，而且已经有很多研究将量子点集成到LED芯片当中。现有的集成方式大致可以分为以下几种：(1)仅仅是单纯地将荧光粉替换成量子点，在封装的时候用混合量子点的树脂进行点胶；(2)对于有机量子点LED而言，通常将量子点溶液旋涂在电子和空穴传输层之间并挥发溶剂成膜作为发光层；(3)对LED芯片进行刻蚀并在刻蚀出的孔洞中填充量子点。

然而，前两种方法均没有利用到量子点粒径明显小于荧光粉的特点，从而利用尺寸变更来实现新的性质和应用，且点胶工艺本身也存在许多不可控的因素。此外对于正装和倒装的LED芯片，无法单纯的利用旋涂制备光转换层，而第三种通过刻蚀的方法制备光转换层则会减小发光区的面积，破坏LED芯片的电学结构且很难控制填充的量子点的量，不适合大规模的批量生产。正是基于以上原因，人们一直在寻求量子点LED制备技术上更好的解决方案。

CN 104051599 A公开了一种基于3D打印技术的白光LED荧光薄膜的制备方法，其将荧光粉和有机树脂混合成荧光粉浆料，并利用3D打印技术将其打印到LED芯片的表面或者其余的透明基板上，这种方法可以克服点胶工艺带来的各种不可控因素，但是本身使用的是荧光粉，其光学性质比如红光区效率过低的特点并没有克服，而且荧光粉粒径太大，配制成浆料之后3D打印的荧光薄膜必定会受到荧光粉粒径的限制很难做到很薄，很难达到很高的精确度。

CN 103430337 A公开了一种利用量子点的LED器件，其在LED芯片的上方设置了一些含有量子点的薄层，并且严格按照折射率和吸收发射峰位置给这些量子点层进行排序，这可以使下层量子点发射的光不被上层所吸收，提高发射效率，但是其并没有给出如何精确制备量子点薄层的技术方案。

CN 104733593 A公开了一种基于量子点的白光LED器件及其制作方法，其在LED芯片衬底上设置有多个图形窗口，光转换层中设置有发光材料，发光材料包括具有不同发光颜色的量子点和透明高分子材料，不同发光颜色的量子点间相互独立设置并覆盖于图形窗口内。该方法可以将量子点真正的集成到LED芯片中，实现芯片级封装，但是其工艺难度很高，很难实现在衬底上的超深开孔，而孔洞太浅的话填充的量子点太少又不足以完成色光转换的需要。