CN106816520A - 波长转换材料及其应用 - Google Patents

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刘如熹
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陈静仪
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Abstract

本发明公开一种波长转换材料及其应用。波长转换材料包括全无机钙钛矿量子点，其具有化学通式CsPb(ClaBr1‑a‑bIb)3，其中0≤a≤1，0≤b≤1。

Description

波长转换材料及其应用
技术领域
本发明涉及一种波长转换材料及其应用，且特别是涉及一种包括全无机钙钛矿量子点的波长转换材料及其应用。
背景技术
现阶段的常见发光材料以荧光粉及量子点最为普遍。然而目前荧光粉市场已趋向饱和，且荧光粉的放光光谱的半高宽普遍过宽，而至今难以突破，此导致应用于装置上的技术受限制。于是人们纷纷趋向量子点领域发展使之成为现阶段研究潮流。
纳米材料其颗粒介于1至100纳米并依照大小而分类。半导体纳米晶体(nanocrystals；NCs)又称之为量子点(quantum dots；QDs)，其颗粒尺寸归类为0维的纳米材料。纳米材料被广泛使用于发光二极管、太阳能电池、生物标记等应用，其独特的光学、电学及磁学特性使之成为研究新兴产业。
量子点具窄半高宽的特性，故其放光特性应用于发光二极管装置上将可有效解决传统荧光粉色域不够宽广的问题，格外引起关注。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种波长转换材料及其应用。
根据本发明的一方面，提出一种发光装置，其包括一发光二极管芯片与一波长转换材料。波长转换材料可被发光二极管芯片射出的第一光线激发而发出不同于第一光线的波长的第二光线。波长转换材料包括全无机钙钛矿量子点。全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(ClaBr1-a-bIb)3，其中0≤a≤1，0≤b≤1。
根据本发明的另一方面，提出一种波长转换材料，其包括两种以上不同性质的全无机钙钛矿量子点。全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(ClaBr1-a-bIb)3，其中0≤a≤1，0≤b≤1。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为本发明一实施例的发光二极管芯片图；
图2为本发明一实施例的发光二极管芯片图；
图3为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图4为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图5为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图6为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图7为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图8为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图9为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图10为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图11为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图12为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图13为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图14为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图15为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图16为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图17为本发明一实施例的发光二极管封装结构图；
图18为本发明一实施例的显示模块图；
图19为本发明一实施例的显示模块图；
图20为本发明一实施例的发光二极管封装结构的立体图；
图21为本发明一实施例的发光二极管封装结构的透视图；
图22为本发明一实施例的发光二极管封装结构的立体图；
图23至图26为根据一实施例的发光装置的制造方法示意图；
图27为本发明一实施例的插件式发光单元图；
图28为本发明一实施例的插件式发光单元图；
图29为本发明一实施例的插件式发光单元图；
图30为本发明一实施例的发光装置图；
图31为本发明一实施例的发光装置对应一像素部分的立体图；
图32为本发明一实施例的发光装置对应一像素部分的剖视图；
图33为根据实施例的全无机钙钛矿量子点的X光绕射图谱；
图34为根据实施例的全无机钙钛矿量子点的光激发荧光光谱图；
图35为本发明实施例的全无机钙钛矿量子点的CIE图谱位置；
图36为根据实施例的全无机钙钛矿量子点的X光绕射图谱；
图37为根据实施例的全无机钙钛矿量子点的光激发荧光光谱图；
图38显示根据实施例的全无机钙钛矿量子点的CIE图谱位置；
图39为根据实施例的全无机钙钛矿量子点的光激发荧光光谱图；
图40为根据实施例的蓝色发光二极管芯片搭配红色全无机钙钛矿量子点与黄色荧光粉的发光二极管封装结构的光激发荧光光谱图；
图41显示根据实施例的发光二极管封装结构的发光色点的CIE图谱位置分布；
图42为根据实施例的显示发光二极管芯片激发全无机钙钛矿量子点CsPbBr3与CsPbI3时的光激发荧光光谱图；
图43显示发光二极管芯片激发全无机钙钛矿量子点CsPbBr3与CsPbI3时的CIE图谱位置分布。
符号说明
102、202、302、3102、3202：发光二极管芯片
302s：出光面
3102S1、3102S2：表面
104、204：基底
106：外延结构
108：第一型半导体层
110：主动层
112：第二型半导体层
114、214、2048、3214、3214R、3214G、3214B、3214W：第一电极
116、216、2050、3216：第二电极
318、418、518、618、718、818、918、1018、1118、1218、1318、1418、1518、1618、1718、2018、2218、2318：发光二极管封装结构
320、2761：基座
321：固晶区
322：杯壁
323、1523：容置空间
324、324A、324B、724、3124、3124R、3124G、3124B、3124W：波长转换层
326：反射墙
326s：顶面
428、628：结构元件
428a、628a：容置区
530、1830、1830A、1830B、1830C、1830D：光学层
1737、2837：透明胶体
1134：间隔空间
1536：导电件
1822:光源
1838：侧光式背光模块
1938：直下式背光模块
2538、2638、3038：发光装置
1820：框架
1840：反射片
1842：导光板
1842a：入光面
1842b：出光面
1844：反射片
1946：光学层
2051：直立部分
2053：横脚部分
2352：导电板
2354：导电条
1855、2155、2555：电路板
2456、2756、2856、2956：插件式发光单元
2157：接垫
2658：灯壳
2660：散热器
2762：第一基板
2764：第二基板
2766：第一电极插脚
2768：第二电极插脚
2770：第一接触垫
2772：第二接触垫
2774：绝缘层
3076：壳体
3078：透明灯罩
3080：电路板
3082：驱动电路
3184：发光装置
S：间隔层
具体实施方式
此揭露内容的实施例提出一种波长转换材料及其应用。波长转换材料包括全无机钙钛矿量子点，其具有化学通式CsPb(ClaBr1-a-bIb)3，能通过组成及/或尺寸改变发光波长，使用弹性大。此外，全无机钙钛矿量子点能展现出半高宽窄的放光光谱及优异的纯色性，因此应用在照明光源或显示装置等发光装置时能提升发光效果，如演色性、显色度、色域等。
须注意的是，本发明并非显示出所有可能的实施例，未于本发明提出的其他实施态样也可能可以应用。再者，附图上的尺寸比例并非按照实际产品等比例绘制。因此，说明书和图示内容仅作叙述实施例之用，而非作为限缩本发明保护范围之用。另外，实施例中的叙述，例如细部结构、制作工艺步骤和材料应用等等，仅为举例说明之用，并非对本发明欲保护的范围做限缩。实施例的步骤和结构各的细节可在不脱离本发明的精神和范围内根据实际应用制作工艺的需要而加以变化与修饰。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的元件做说明。
实施例中，发光装置包括发光二极管芯片与波长转换材料。波长转换材料可被发光二极管芯片射出的第一光线激发而发出不同于第一光线的波长的第二光线。
实施例中，波长转换材料包括全无机钙钛矿量子点，其具有化学通式CsPb(ClaBr1-a-bIb)3，其中0≤a≤1，0≤b≤1。实施例的全无机钙钛矿量子点具有具优异的量子效率，能展现出半高宽窄的放光光谱及优异的纯色性，因此应用在发光装置能提升发光效果。
全无机钙钛矿量子点可通过成分及/或尺寸的调整，依能带宽度的差异(BandGap)改变发光颜色(第二光线波长)，例如从蓝色、绿色到红色色域，能够弹性运用。
全无机钙钛矿量子点具有纳米级尺寸。举例来说，全无机钙钛矿量子点的粒径范围为1nm至100nm，例如1nm至20nm。
举例来说，全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(ClaBr1-a)3，其中0≤a≤1；或全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3，其中0≤b≤1。
实施例中，全无机钙钛矿量子点可为蓝色量子点。举例来说，在具有化学通式CsPb(ClaBr1-a)3的例子中，当0<a≤1时，全无机钙钛矿量子点为蓝色量子点。及/或，粒径范围7nm至10nm的全无机钙钛矿量子点为蓝色量子点。一实施例中，从蓝色量子点激发出的(第二)光线的波峰位置为400nm至500nm，半高宽为10nm至30nm。
实施例中，全无机钙钛矿量子点可为红色量子点。举例来说，在具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3的例子中，当0.5≤b≤1时，全无机钙钛矿量子点为红色量子点。及/或，粒径范围10nm至14nm的全无机钙钛矿量子点为的红色量子点。一实施例中，从红色量子点激发出的(第二)光线的波峰位置为570nm至700nm，半高宽为20nm至60nm。
实施例中，全无机钙钛矿量子点可为绿色量子点。举例来说，在具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3的例子中，当0≤b<0.5时，全无机钙钛矿量子点为绿色量子点。及/或，粒径范围8nm至12nm的全无机钙钛矿量子点为的绿色量子点。一实施例中，绿色全无机钙钛矿量子点激发出的(第二)光线的波峰位置范围为500～570nm，半高宽范围为15nm～40nm。
实施例中，发光装置中的波长转换材料(或波长转换层)并不限于使用单一种全无机钙钛矿量子点，换句话说，可使用两种以上(即两种、三种、四种、或更多种)性质不同的全无机钙钛矿量子点。全无机钙钛矿量子点的性质可依据材料化学式及/或尺寸改变。
举例来说，全无机钙钛矿量子点包括性质不同的第一全无机钙钛矿量子点与第二全无机钙钛矿量子点混合。其他实施例中，全无机钙钛矿量子点还包括性质不同于第一全无机钙钛矿量子点与第二全无机钙钛矿量子点的第三、第四、或更多种的全无机钙钛矿量子点混合。
举例来说，第一全无机钙钛矿量子点与第二全无机钙钛矿量子点可具有不同的粒径。其他实施例中，全无机钙钛矿量子点还包括粒径不同于第一全无机钙钛矿量子点与第二全无机钙钛矿量子点的第三、第四、或更多种的全无机钙钛矿量子点。
一些实施例中，第一全无机钙钛矿量子点与第二全无机钙钛矿量子点皆具有化学通式CsPb(ClaBr1-a-bIb)3，0≤a≤1，0≤b≤1。其中，第一全无机钙钛矿量子点与第二全无机钙钛矿量子点具有不同的a。及/或，第一全无机钙钛矿量子点与第二全无机钙钛矿量子点具有不同的b。此概念也可延伸至具有第三、第四、或更多种的全无机钙钛矿量子点的例子中。
举例来说，第一全无机钙钛矿量子点与第二全无机钙钛矿量子点可选自具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3且0.5≤b≤1的红色量子点、具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3且0≤b<0.5的绿色量子点及具有化学通式CsPb(ClaBr1-a)3且0<a≤1的蓝色量子点所组成的群组。或者，第一全无机钙钛矿量子点与第二全无机钙钛矿量子点可选自粒径范围为10nm至14nm的红色全无机钙钛矿量子点、粒径范围为8nm至12nm的绿色全无机钙钛矿量子点及粒径范围为7nm至10nm的蓝色全无机钙钛矿量子点所组成的群组。
全无机钙钛矿量子点可应用在各种发光装置例如照明灯具或用于手机荧幕、电视荧幕等的显示器的发光模块(前光模块、背光模块)、显示器的面板像素或次像素具有优势。再者，当使用越多种不同成分的全无机钙钛矿量子点，亦即使用越多种不同发光波的全无机钙钛矿量子点时，发光装置的放射光谱越宽，甚至能达到全谱(full spectrum)的需求。因此，使用本发明的全无机钙钛矿量子点能提高显示装置的色域，也能有效提升显示装置色纯度与色彩真实性，也可大幅提升NTSC。
举例来说，一些实施例中，发光装置包括至少两种具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3且性质不同的全无机钙钛矿量子点，能使得发光装置的NTSC达到90％以上。一些实施例中，发光装置包括至少四种具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3且性质不同的全无机钙钛矿量子点，能使得发光装置能展现出至少75的平均演色性指数(Ra)。
举例来说，发光装置可应用在发光二极管封装结构上。以白光发光二极管封装结构为例，波长转换材料含有绿色全无机钙钛矿量子点与红色全无机钙钛矿量子点受蓝光发光二极管激发，或波长转换材料含有红色全无机钙钛矿量子点与黄色荧光粉受蓝光发光二极管激发，或波长转换材料含有绿色全无机钙钛矿量子点与红色荧光粉受蓝光发光二极管激发，或波长转换材料含有红色全无机钙钛矿量子点、绿色全无机钙钛矿量子点、与蓝色全无机钙钛矿量子点受紫外光发光二极管激发。
波长转换材料(或波长转换层)可还包括其他种荧光材料，包括无机荧光材料及/或有机荧光材料与全无机钙钛矿量子点一起使用。此处无机荧光材料/有机荧光材料可指不同于所述的全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a-bIb)3的其他种类荧光量子点及/或非量子点结构的荧光材料。
举例来说，无机荧光材料例如铝酸盐荧光粉(如LuYAG、GaYAG、YAG等)、硅酸物荧光粉、硫化物荧光粉、氮化物荧光粉、氟化物荧光粉等。有机荧光材料选自由下列化合物所组成的群组，其群组包含单分子结构、多分子结构、寡聚物(Oligomer)以及聚合物(Polymer)，其化合物具有perylene基团的化合物、具有benzimidazole基团的化合物、具有Naphthalene基团的化合物、具有anthracene基团的化合物、具有phenanthrene基团的化合物、具有fluorene基团的化合物、具有9-fluorenone基团的化合物、具有carbazole基团的化合物、具有glutarimide基团的化合物、具有1,3-diphenylbenzene基团的化合物、具有benzopyrene基团的化合物、具有pyrene基团的化合物、具有pyridine基团的化合物、具有thiophene基团的化合物、具有2,3-dihydro-1H-benzo[de]isoquinoline-1,3-dione基团的化合物、具有benzimidazole基团的化合物及其组合。举例来说，黄色荧光材料例如YAG:Ce，及/或氮氧化物、硅酸盐、氮化物成分的无机型黄色荧光粉，及/或有机型黄色荧光粉。红色荧光粉例如包括氟化荧光粉A2[MF6]:Mn4+，其中A是选自于Li、Na、K、Rb、Cs、NH4、及其组合所构成的群组，M是选自于Ge、Si、Sn、Ti、Zr及其组合所构成的群族。或者，红色荧光粉可包括(Sr,Ca)S:Eu、(Ca,Sr)2Si5N8:Eu、CaAlSiN3:Eu、(Sr,Ba)3SiO5:Eu。
图1为根据一实施例的发光二极管芯片102。发光二极管芯片102包括基底104、外延结构106、第一电极114与第二电极116。外延结构106包括从基底104依序堆叠的第一型半导体层108、主动层110与第二型半导体层112。第一电极114与第二电极116分别连接第一型半导体层108与第二型半导体层112。基底104可包括绝缘材料(如:蓝宝石材料)或半导体材料。第一型半导体层108与第二型半导体层112具有相反的导电类型。例如第一型半导体层108具有N型半导体层，而第二型半导体层112具有P型半导体层，其中第一电极114为N电极，第二电极116为P电极。例如第一型半导体层108具有P型半导体层，而第二型半导体层112具有N型半导体层，其中第一电极114为P电极，第二电极116为N电极。发光二极管芯片102的安装型态可使用面朝上(face-up)安装者、倒装(flip chip)安装者之任一者。在以倒装安装的实施中，并倒置发光二极管芯片102使第一电极114与第二电极116面向基板例如电路板而通过焊料电连接接触垫。
图2为根据另一实施例的发光二极管芯片202，其是一个垂直式发光二极管芯片。发光二极管芯片202包括基底204与外延结构106。外延结构106包括从基底204依序堆叠的第一型半导体层108、主动层110与第二型半导体层112。第一电极214与第二电极216分别连接基底204与第二型半导体层112。基底204的材料为选自于金属、合金、导体、半导体及上述的组合的其中之一。基底204可包括导电型与第一型半导体层108相同的半导体材料，或可与第一型半导体层108形成欧姆接触的导电材料例如金属等。例如第一型半导体层108具有N型半导体层，而第二型半导体层112具有P型半导体层，其中第一电极214为N电极，第二电极216为P电极。例如第一型半导体层108具有P型半导体层，而第二型半导体层112具有N型半导体层，其中第一电极214为P电极，第二电极216为N电极。
在一实施例中，P型半导体层可为P型GaN材料，而N型半导体层可为N型GaN材料。在一实施例中，P型半导体层可为P型AlGaN材料，而N型半导体层可为N型AlGaN材料。主动层110是多重量子阱结构。
一实施例中，发光二极管芯片102、202射出的第一光线的波长为220nm至480nm。一实施例中，发光二极管芯片102、202可为紫外光发光二极管芯片，发射出第一光线的波长为200nm至400nm。一实施例中，发光二极管芯片102、202可为蓝色发光二极管芯片，发射出第一光线的波长为430nm至480nm。
实施例中，发光装置的波长转换材料可包含在波长转换层中，及/或掺杂在透光基材中。一些实施例中，波长转换材料可涂布在发光二极管芯片的发光面上。以下发光装置以一些使用波长转换材料的装置为例说明。
图3为根据一实施例的发光二极管封装结构318。发光二极管封装结构318包括发光二极管芯片302、基座320、波长转换层324与反射墙326。基座320具有一固晶区321以及一杯壁322围绕固晶区321且定义出一容置空间323。发光二极管芯片302配置在容置空间323中，并且可以通过粘着胶固定在基座320的固晶区321上。波长转换层324位于发光二极管芯片302的出光侧，更详细地说，波长转换层324位于容置空间323的上方对应发光二极管芯片302的出光面302s，并且位于杯壁322的顶面上。反射墙326可环绕配置于波长转换层324的外侧壁上并位于杯壁322的顶面上。反射墙326为具有光反射性质且低漏光的材料，例如反射性玻璃、石英、光反射贴片、高分子塑料或其它合适的材料形成。高分子塑料可以为聚甲基丙烯酸甲脂(polymethyl methacrylate,PMMA)、乙烯对苯二甲酸酯(polyethyleneterephthalate,PET)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)、聚乙烯(polypropylene,PP)、尼龙(polyamide,PA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、环氧树脂(epoxy)以及硅胶(silicone)等的其中一种材料或两种以上材料的组合。反射墙326的光反射能力可以通过添加其他填充粒子而改变。填充粒子可以具有不同粒径或不同材质的复合材料。填充粒子的材料可以为例如二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氮化硼(BN)、氧化锌(ZnO)等。此概念可应用至其他实施例，且之后不再重复说明。此例中，发光二极管芯片302与波长转换层324之间是以杯壁322定义出的容置空间323中的空隙(air gap)互相隔开，换句话说，容置空间323中并未填充其他与发光二极管芯片302接触的物质。
实施例中，波长转换层324包括一或更多种波长转换材料。因此，发光二极管封装结构318的发光性质可通过波长转换层324予以调整。一些实施例中，波长转换层324也包括透光基材，波长转换材料掺杂于其中。波长转换层324例如至少包括一种上述全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a-bIb)3掺杂于透光基材中。实施例中，透光基材包括透明胶体，而透明胶体的材料可以是聚甲基丙烯酸甲脂(polymethyl methacrylate,PMMA)、乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)、聚乙烯(polypropylene,PP)、尼龙(polyamide,PA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚亚酰胺(polyimide,PI)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)、环氧树脂(epoxy)以及硅胶(silicone)等的其中一种材料或两种以上材料的组合。实施例中，透光基材包括玻璃材料或陶瓷材料，全无机钙钛矿量子点与玻璃材料或陶瓷材料混合制造成一玻璃量子点薄膜或一陶瓷量子点薄膜。
一些实施例中，波长转换层324与发光二极管芯片302(此例以容置空间323)互相隔开，这可避免波长转换层324因太靠近发光二极管芯片302而影响热稳定性及化学稳定性，而能提高波长转换层324的寿命并提升发光二极管封装结构产品的信赖性。此概念将不再重复说明。
其他变换实施例中，杯壁322定义出的容置空间323中的空隙(air gap)也可以填入透明封装胶体(未为)，透明封装胶体可以是聚甲基丙烯酸甲脂(polymethylmethacrylate,PMMA)、乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)、聚乙烯(polypropylene,PP)、尼龙(polyamide,PA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚亚酰胺(polyimide,PI)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)、环氧树脂(epoxy)以及硅胶(silicone)等其中一种材料或是包含两种以上材料的组合。一些实施例中，此透明封装胶体可掺杂一或更多种波长转换材料。其他变换实施例中，一或更多种波长转换材料可涂布在发光二极管芯片302的发光面上。因此，除了波长转换层324，发光二极管封装结构的发光性质更可通过含有波长转换材料的封装(透明)胶体及/或位于发光二极管芯片302的表面上的含有波长转换材料的涂层予以调整。波长转换层324、封装胶体及/或涂层的波长转换材料的种类可视产品实质需求适当调整变化。此概念可应用至其他实施例，且之后不再重复说明。
图4为根据一实施例的发光二极管封装结构418，其与图3发光二极管封装结构318的差异说明如下。发光二极管封装结构418还包括结构元件428用以支撑、封装、或保护波长转换层324。如图所示，结构元件428具有一容置区428a用以容置波长转换层324，使波长转换层324之上、下表面被结构元件428覆盖。结构元件428位于杯壁322的顶面上，由此支撑波长转换层324位于容置空间323的上方对应发光二极管芯片302的出光面302s。结构元件428较佳以透明材质或可透光材质形成，以避免阻挡波长转换层324的出光。结构元件428也可具有封装材料性质。举例来说，结构元件428可包括石英、玻璃、高分子塑料的材料。或者，结构元件428能用以保护波长转换层324，阻隔水气或氧气等会对其性质造成负面影响的外界物质。实施例中，结构元件428可为阻障膜(barrier film)及/或硅钛氧化物设置于波长转换层324表面来阻隔水气或氧气等外界物质。硅钛氧化物可如SiTiO4之类玻璃材料，其具有光穿透性与抗氧化性，可以涂布或贴膜方式设置于波长转换层324表面。阻障膜的材料可包括无机材料，例如金属氧化物(如SiO2、Al2O3等)或金属氮化物(如Si3N3等)，且可以是多层阻障膜以涂布或贴膜方式设置于波长转换层324表面。此概念可应用至其他实施例，且之后不再重复说明。反射墙326可环绕配置于结构元件428的外侧壁上并位于杯壁322的顶面上。
图5为根据一实施例的发光二极管封装结构518，其与图4发光二极管封装结构418的差异在于，发光二极管封装结构518还包括光学层530配置在反射墙326与结构元件428上。光学层530可用以调整光的出光路径。举例来说，光学层530可为含有扩散粒子的透明胶体，透明胶体可以是聚甲基丙烯酸甲脂(polymethyl methacrylate,PMMA)、乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)、聚乙烯(polypropylene,PP)、尼龙(polyamide,PA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚亚酰胺(polyimide,PI)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)、环氧树脂(epoxy)以及硅胶(silicone)等其中一种材料或是包含两种以上材料的组合。扩散粒子可包括TiO2、SiO2、Al2O3、BN、ZnO等，扩散粒子可具有相同或不同的粒径。此概念也可应用至其他实施例，之后不再重复说明。举例来说，可应用在图3的发光二极管封装结构318、图6的发光二极管封装结构618、图10的发光二极管封装结构1018等等，在波长转换层324上设置一光学层530以调整光的出光路径。
图6为根据一实施例的发光二极管封装结构618，其与图3发光二极管封装结构318的差异说明如下。发光二极管封装结构618还包括结构元件628，具有一容置区628a用以容置且支撑波长转换层324跨过发光二极管芯片302并设置在杯壁322上。此种位于波长转换层324下表面的结构元件628较佳以透明材质或可透光材质形成，以避免阻挡波长转换层324的出光，例如石英、玻璃、高分子塑料、或其它合适的材料，此概念可应用至其他实施例，且之后不再重复说明。
图7为根据一实施例的发光二极管封装结构718，其与图3发光二极管封装结构318的差异说明如下。发光二极管封装结构718省略图3所示的波长转换层324与反射墙326，而包括波长转换层724填满在容置空间323中。波长转换层724可包括透明胶体与波长转换材料。透明胶体可用作封装胶体，且波长转换材料可掺杂在透明胶体中。波长转换层724可覆盖发光二极管芯片302，或可进一步覆盖在基座320上。波长转换层724的透明胶体可以是聚甲基丙烯酸甲脂(polymethyl methacrylate,PMMA)、乙烯对苯二甲酸酯(polyethyleneterephthalate,PET)、聚苯乙烯(polystyrene,PS)、聚乙烯(polypropylene,PP)、尼龙(polyamide,PA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚亚酰胺(polyimide,PI)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)、环氧树脂(epoxy)以及硅胶(silicone)等其中一种材料或是包含两种以上材料的组合。
图8为根据一实施例的发光二极管封装结构818，其与图7发光二极管封装结构718的差异在于，发光二极管封装结构818还包括结构元件628，跨过波长转换层724而配置在杯壁322上，能用以保护波长转换层724的波长转换材料不受外界物质例如水气或氧气的损坏影响。实施例中，结构元件628可为阻障膜(barrier film)及/或硅钛氧化物设置于波长转换层724表面来阻隔水气或氧气等外界物质。硅钛氧化物可如SiTiO4之类玻璃材料，其具有光穿透性与抗氧化性，可以涂布或贴膜方式设置于波长转换层724表面。阻障膜的材料可包括无机材料，例如金属氧化物(如SiO2、Al2O3等)或金属氮化物(如Si3N3等)，且可以是多层阻障膜以涂布或贴膜方式设置于波长转换层724表面。
图9为根据一实施例的发光二极管封装结构918，其包括基座320、发光二极管芯片302、波长转换层324与反射墙326。发光二极管芯片302配置在基座320的固晶区上。波长转换层324配置在发光二极管芯片302的出光面上。反射墙326配置在波长转换层324的侧壁上。发光二极管芯片302可通过穿过波长转换层324的开口(未显示)的打线电连接基座320。
图10为根据一实施例的发光二极管封装结构1018，其与图9发光二极管封装结构918的差异说明如下。发光二极管封装结构1018还包括光学层530配置在波长转换层324与反射墙326上。发光二极管芯片302可通过穿过波长转换层324与光学层530的开口(未显示)的打线电连接基座320。打线可穿出光学层530的上表面或侧表面拉出。
图11为根据一实施例的发光二极管封装结构1118，其包括发光二极管芯片302、波长转换层324与反射墙326。反射墙326环绕着发光二极管芯片302的侧壁且形成一间隔空间1134，反射墙326的高度高于发光二极管芯片302。波长转换层324设置在反射墙326的顶面326s上，通过间隔空间1134与发光二极管芯片302保持一距离，这可避免因太靠近发光二极管芯片302而影响波长转换层324的热稳定性及化学稳定性，能提高波长转换层324的寿命并提升发光二极管封装结构产品的信赖性，此概念将不再重复说明。
图12为根据一实施例的发光二极管封装结构1218，其与图11的发光二极管封装结构1118差异在于，波长转换层324设置在反射墙326的内侧壁上。
图13为根据一实施例的发光二极管封装结构1318，其与图11的发光二极管封装结构1118差异说明如下。发光二极管封装结构1318还包括结构元件428，其中波长转换层324设置在结构元件428定义出的容置区428a中。结构元件428能用以支撑、封装、或保护波长转换层324。包覆波长转换层324的结构元件428设置在反射墙326的顶面326s上，而以间隔空间1134隔开发光二极管芯片302。结构元件428较佳以透明材质或可透光材质形成，以避免阻挡波长转换层324的出光，也可具有封装材料性质，举例来说，结构元件428可包括石英、玻璃、高分子塑料的材料。或者，结构元件428能用以保护波长转换层324，阻隔水气或氧气等会对其性质造成负面影响的外界物质。实施例中，结构元件428可为阻障膜(barrierfilm)及/或硅钛氧化物设置于波长转换层324表面来阻隔水气或氧气等外界物质。硅钛氧化物可如SiTiO4之类玻璃材料，其具有光穿透性与抗氧化性，可以涂布或贴膜方式设置于波长转换层324表面。阻障膜的材料可包括无机材料，例如金属氧化物(如SiO2、Al2O3等)或金属氮化物(如Si3N3等)，且可以是多层阻障膜以涂布或贴膜方式设置于波长转换层324表面。
一实施例中，间隔空间1134可以是未被其它材料填充的空隙(empty space)。另一实施例中，间隔空间1134较佳以透明材质或可透光材质形成，以避免阻挡波长转换层324的出光，例如石英、玻璃、高分子塑料、或其它合适的材料。
实施例中，发光二极管封装结构318、418、518、618、718、818、918、1018、1118、1218或1318发出白光。发光二极管芯片302可为蓝色发光二极管芯片。波长转换层324/波长转换层724包含红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3与黄色荧光粉YAG:Ce，其中0.5≤b≤1；及/或，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
实施例中，发光二极管封装结构318、418、518、618、718、818、918、1018、1118、1218或1318发出白光。发光二极管芯片302可为蓝色发光二极管芯片。波长转换层324/波长转换层724包含绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3与红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1- bIb)3，其中绿色全无机钙钛矿量子点的b参数范围是0≤b<0.5，红色全无机钙钛矿量子点的b参数范围0.5≤b≤1；及/或，绿色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为8nm至12nm，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
实施例中，发光二极管封装结构318、418、518、618、718、818、918、1018、1118、1218或1318发出白光，发光二极管芯片302可为紫外光发光二极管芯片。波长转换层324/波长转换层724包含蓝色全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3、绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3、红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，其中蓝色全无机钙钛矿量子点的a参数范围是0<a≤1，绿色全无机钙钛矿量子点的b参数范围是0≤b<0.5，红色全无机钙钛矿量子点的b参数范围0.5≤b≤1；及/或，蓝色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为7nm至10nm，绿色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为8nm至12nm，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
图14为根据一实施例的发光二极管封装结构1418，其包括发光二极管芯片302、反射墙326与波长转换层324。反射墙326设置在发光二极管芯片302的侧表面上。波长转换层324配置在发光二极管芯片302的上表面(出光面)上。波长转换层324可包括性质不同的第一波长转换层324A与第二波长转换层324B。一实施例中，举例来说，第一波长转换层324A含有红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，出光波长的波峰位置为570nm至700nm之间，第二波长转换层324B含有绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，出光波长的波峰位置为500nm至570nm之间，其中绿色全无机钙钛矿量子点的b参数范围是0≤b<0.5，红色全无机钙钛矿量子点的b参数范围0.5≤b≤1；及/或，绿色全无机钙钛矿量子点为粒径范围8nm至12nm，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm，但本发明并不限于此。发光二极管芯片302可以倒装的方式通过其第一电极302a与第二电极302b电连接在基座或电路板(未显示)。
图15为根据一实施例的发光二极管封装结构1518，其包括基座320、发光二极管芯片302、波长转换层724与反射墙326。反射墙326设置在基座320上并定义出容置空间1523。发光二极管芯片302配置在容置空间1523中，并以倒装的方式电连接基座320上的导电件1536。波长转换层724填充在容置空间1523中，并与发光二极管芯片302接触。
图16为根据一实施例的发光二极管封装结构1618，其与图15的发光二极管封装结构1518差异在于，发光二极管封装结构1618还包括结构元件628配置在波长转换层724与反射墙326上，用以封装、保护波长转换层724，避免波长转换层724受到外界物质例如水气或氧气的影响而损坏。实施例中，结构元件628可为阻障膜(barrier film)及/或硅钛氧化物设置于波长转换层724表面来阻隔水气或氧气等外界物质。硅钛氧化物可如SiTiO4之类玻璃材料，其具有光穿透性与抗氧化性，可以涂布或贴膜方式设置于波长转换层724与反射墙326的表面。阻障膜的材料可包括无机材料，例如金属氧化物(如SiO2、Al2O3等)或金属氮化物(如Si3N3等)，且可以是多层阻障膜以涂布或贴膜方式设置于波长转换层724与反射墙326的表面。
实施例中，发光二极管封装结构1518、1618发出白光。发光二极管芯片302可为蓝色发光二极管芯片。波长转换层724包含红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3与黄色荧光粉YAG:Ce，其中0.5≤b≤1；及/或，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
实施例中，发光二极管封装结构1518、1618发出白光。发光二极管芯片302可为蓝色发光二极管芯片。波长转换层724包含绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3与红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，其中绿色全无机钙钛矿量子点的b参数范围是0≤b<0.5，红色全无机钙钛矿量子点的b参数范围0.5≤b≤1；及/或，绿色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为8nm至12nm，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
实施例中，发光二极管封装结构1518、1618发出白光，发光二极管芯片302可为紫外光发光二极管芯片。波长转换层724包含蓝色全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3、绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3、红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，其中蓝色全无机钙钛矿量子点的a参数范围是0<a≤1，绿色全无机钙钛矿量子点的b参数范围是0≤b<0.5，红色全无机钙钛矿量子点的b参数范围0.5≤b≤1；及/或，蓝色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为7nm至10nm，绿色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为8nm至12nm，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
图17为根据一实施例的发光二极管封装结构1718，其包括基座320、发光二极管芯片302、波长转换层324与透明胶体1737。发光二极管芯片302以倒装的方式电连接基座320。波长转换层324配置在发光二极管芯片302的上表面与侧表面上，并可延伸至基座320的上表面上。一实施例中，举例来说，第一波长转换层324A含有红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，出光波长的波峰位置为570nm至700nm之间，第二波长转换层324B含有绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，出光波长的波峰位置为500nm至570nm之间，其中绿色全无机钙钛矿量子点的b参数范围是0≤b<0.5，红色全无机钙钛矿量子点的b参数范围0.5≤b≤1；及/或，绿色全无机钙钛矿量子点为粒径范围8nm至12nm，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm，但本发明并不限于此。透明胶体1737可用作封装胶体，覆盖波长转换层324与基座320。
图18为根据一实施例的应用在侧光式背光模块1838。侧光式背光模块1838包括框架1820、光源1822、导光板1842。光源1822包括一电路板1855位于框架1820上以及如图13所述的多个发光二极管封装结构1318位于电路板1855上，其中发光二极管封装结构1318的出光方向是面向导光板1842的一入光面1842a。框架1820具有反射片1840可助于发光二极管封装结构1318射出的光线能集中往导光板1842，光线再经由导光板1842的出光面1842b往上方的光学层1830(或显示面板)射出。光学层1830可例如包括光学层1830A、1830B、1830C、1830D。举例来说，光学层1830A与1830D可为扩散片，光学层1830B、1830C可为增亮片。导光板1842的下方可配置反射片1844，以进一步将光线向上导往光学层1830A、1830B、1830C、1830D(或显示面板，未显示)。实施例的侧光式背光模块并不限于使用如图13所述的发光二极管封装结构1318，也可使用于此所揭露的其他发光二极管封装结构。
图19为根据一实施例的应用在直下式背光模块1938，其包括二次光学1946设置在发光二极管封装结构1318上。发光二极管封装结构1318的出光方向是面向光学层1830。反射片1840可助于发光二极管封装结构1318射出的光线能集中射往光学层1830(或显示面板)。实施例的直下式背光模块并不限于使用如图13所述的发光二极管封装结构1318，也可使用于此所揭露的其他发光二极管封装结构。
图20与图21分别为根据一实施例的发光二极管封装结构2018的立体图与透视图。发光二极管封装结构2018包括第一电极2048与第二电极2050用于与外部作电连接，如连接在电路板2155的接垫2157上。如图所示，第一电极2048与第二电极2050具有L形状，其直立部分2051在基座320底部并裸露出基座320，连接直立部分2051的横脚部分2053嵌在杯壁322中并裸露出杯壁322。发光二极管芯片302的正、负电极可以打线的方式电连接第一电极2048与第二电极2050的直立部分2051。波长转换层724填充在由基座320、杯壁322所定义的容置空间323中。
图22为根据一实施例的发光二极管封装结构2218的立体图，其与图20、图21所示的发光二极管封装结构2018的差异为L形的第一电极2048与第二电极2050，其直立部分2051延伸超出基座320与杯壁322，且其横脚部分2053连接直立部分2051并且往背向杯壁322的方向延伸而电连接电路板2155的接垫2157。
一些实施例中，图20及图21的发光二极管封装结构2018、图22的发光二极管封装结构2218，其基座320与杯壁322为透明材质所构成，因此发光二极管芯片302发出的光线能从发光面直接(未被不透光材质阻挡或经反射材质反射)射出发光二极管封装结构2018、2218，例如光线能以垂直于基座320的方向往上、下两面射出，而广角(例如大于180度)出光。
图23至图26为根据一实施例的发光装置的制造方法。
请参照图23，图案化导电板2352，以在导电板2352形成互相分开的数个导电条2354。可以蚀刻的方式对导电板2352进行图案化步骤。然后，配置发光二极管封装结构2318在导电板2352上，其中发光二极管封装结构2318的第一电极与第二电极(未为)对应导电条2354，使得发光二极管封装结构2318电连接导电板2352。一实施例中，可进行回焊(reflow)制作工艺将第一电极与第二电极接合至不同的导电条2354。然后，对导电板2352进行切割步骤，以得到如图24所示的插件式发光单元2456。一实施例中，可以冲压(punch)的方式进行切割。
请参照图25，然后，将插件式发光单元2456插设于电路板2555上，以得到具发光灯条型态的发光装置2538。插件式发光单元2456可通过作为第一电极与第二电极的导电条2354电连接至电路板2555。一实施例中，电路板2555具有驱动电路，能用以提供插件式发光单元2456作用所需的电力。
请参照图26，将具发光灯条型态的发光装置2538配置在散热器2660上，并设置灯壳2658罩住发光装置2538，而得到具灯管结构的发光装置2638。
实施例中，发光二极管封装结构2318可例如应用图3至图17所述的发光二极管封装结构318、418、518、618、718、818、918、1018、1118、1218、1318、1418、1518、1618、1718。一些实施例中，发光二极管封装结构2318应用图3至图8的发光二极管封装结构318、418、518、618、718、818，其中基座320与杯壁322为透明材质所构成，因此发光二极管芯片302发出的光线能从发光面直接(未被不透光材质阻挡或经反射材质反射)射出发光二极管封装结构318、418、518、618、718、818、2318，例如光线能以垂直于基座320的方向往上、下两面射出，而广角(例如大于180度)出光。
一些实施例中，发光二极管封装结构2318/插件式发光单元2456发出白光。发光二极管芯片302可为蓝色发光二极管芯片，波长转换材料包含红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3与黄色荧光粉YAG:Ce，其中0.5≤b≤1。及/或，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
实施例中，发光二极管封装结构2318/插件式发光单元2456发出白光。发光二极管芯片302可为蓝色发光二极管芯片，波长转换材料包含绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1- bIb)3与红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，其中绿色全无机钙钛矿量子点的b参数范围是0≤b<0.5，红色全无机钙钛矿量子点的b参数范围0.5≤b≤1。及/或，绿色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为8nm至12nm，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
实施例中，发光二极管封装结构2318/插件式发光单元2456发出白光。发光二极管芯片302可为紫外光发光二极管芯片，波长转换材料包含蓝色全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3、绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3、红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1- bIb)3。其中蓝色全无机钙钛矿量子点的a参数范围是0<a≤1、绿色全无机钙钛矿量子点的b参数范围是0≤b<0.5，红色全无机钙钛矿量子点的b参数范围0.5≤b≤1。及/或，蓝色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为7nm至10nm，绿色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为8nm至12nm，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
图27为根据一实施例的插件式发光单元2756。插件式发光单元2756包括发光二极管芯片302、基座2761、第一电极插脚2766及第二电极插脚2768。基座2761包括第一基板2762、第二基板2764与绝缘层2774。绝缘层2774配置在第一基板2762与第二基板2764之间，以电性隔离第一基板2762与第二基板2764。发光二极管芯片302配置在用作固晶板的基座2761内的固晶区上，其中，发光二极管芯片302跨过绝缘层2774并且以倒装方式配置在第一基板2762与第二基板2764上，且发光二极管芯片302的正、负电极电连接第一基板2762与第二基板2764上的第一接触垫2770与第二接触垫2772，由此电连接分别从第一基板2762与第二基板2764延伸的第一电极插脚2766及第二电极插脚2768。发光二极管芯片302可通过焊料(未显示)电连接第一接触垫2770与第二接触垫2772。
图28为根据另一实施例的插件式发光单元2856。插件式发光单元2856包括透明胶体2837与如图27所述的插件式发光单元2756。透明胶体2837包覆整个发光二极管芯片302与基座2761，并包覆部分第一电极插脚2766及第二电极插脚2768。
图29为根据又另一实施例的插件式发光单元2956，其与图28所示的插件式发光单元2856的主要差异在于，透明胶体2837包覆整个发光二极管芯片302，并包覆基座2761的与发光二极管芯片302相同侧的部分表面，而未包覆第一电极插脚2766及第二电极插脚2768。
实施例中，插件式发光单元2856或2956可包括波长转换材料掺杂于透明胶体2837中，或含有波长转换材料的波长转换层设置于发光二极管芯片302的表面。实施例中，透明胶体2837可为任何具透光性的高分子胶材，例如，PMMA、PET、PEN、PS、PP、PA、PC、PI、PDMS、Epoxy、silicone或其他合适的材料，或上述的组合。透明胶体2837可视实际需求掺杂其他物质以调整出光性质。例如可掺杂扩散粒子以改变出光路径。扩散粒子可包括TiO2、SiO2、Al2O3、BN、ZnO等，可具有相同或不同的粒径。
图30为根据一实施例的发光装置3038。球灯泡型的态发光装置3038包括如图29所示的插件式发光单元2956、壳体3076、透明灯罩3078与电路板3080。插件式发光单元2956插设于电路板3080，并电连接电路板3080，由此电连接至电路板3080的驱动电路3082。插件式发光单元2956连同电路板3080设置在由相连的壳体3076与透明灯罩3078所定义出的容置空间中。
此揭露所述的透明胶体可为任何具透光性的高分子胶材，例如，PMMA、PET、PEN、PS、PP、PA、PC、PI、PDMS、Epoxy、silicone或其他合适的材料，或上述的组合。
透明胶体可视实际需求掺杂其他物质以调整出光性质。例如可掺杂扩散粒子以改变出光路径。扩散粒子可包括TiO2、SiO2、Al2O3、BN、ZnO等，可具有相同或不同的粒径。
实施例的发光装置并不限于以上所述的范例，也可包括其他种设计的发光二极管封装结构、应用于显示装置的发光模块例如背光模块或前光模块、或照明装置例如灯管、灯泡，或可具有其他型态结构。
单一个发光二极管封装结构单元并不限于使用单一个发光二极管芯片，也可使用二或更多个相同或不同发光颜色/波长的发光二极管芯片。
实施例中，发光二极管封装结构2018、2218以及插件式发光单元2856、2956发出白光。发光二极管芯片302可为蓝色发光二极管芯片，波长转换材料包含红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3与黄色荧光粉YAG:Ce，其中0.5≤b≤1。及/或，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
实施例中，发光二极管封装结构2018、2218以及插件式发光单元2856、2956发出白光。发光二极管芯片302可为蓝色发光二极管芯片，波长转换材料包含绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3与红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，其中绿色全无机钙钛矿量子点的b参数范围是0≤b<0.5，红色全无机钙钛矿量子点的b参数范围0.5≤b≤1。及/或，绿色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为8nm至12nm，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
实施例中，发光二极管封装结构2018、2218以及插件式发光单元2856、2956发出白光。发光二极管芯片302可为紫外光发光二极管芯片，波长转换材料包含蓝色全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3、绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3、红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3。其中蓝色全无机钙钛矿量子点的a参数范围是0<a≤1、绿色全无机钙钛矿量子点的b参数范围是0≤b<0.5，红色全无机钙钛矿量子点的b参数范围0.5≤b≤1。及/或，蓝色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为7nm至10nm，绿色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为8nm至12nm，红色全无机钙钛矿量子点的粒径范围为10nm至14nm。
实施例中，包括全无机钙钛矿量子点的波长转换材
料亦可应用至尺寸微缩化的发光装置，例如微型发光二极管(Micro LED)比一般发光二极管尺寸更小。
举例来说，请同时参阅图31与图32，其分别为根据一实施例的发光装置的立体图与剖视图。实施例中，发光装置3184可为一微型化发光二极管装置，包括一发光二极管芯片3102、数个波长转换层3124以及数个间隔层S。发光二极管芯片3102包括互为相反侧的表面3102S1与表面3102S2，其中表面3102S1是发光二极管芯片3102的出光面。这些波长转换层3124位于发光二极管芯片3102的出光侧，更详细地说，此等波长转换层3124间隔配置在发光二极管芯片3102的表面3102S1。这些间隔层S位于发光二极管芯片3102的表面3102S1上且间隔配置在这些波长转换层3124之间。
一实施例中，发光二极管芯片3102为垂直式发光二极管芯片，包括第一电极3214与第二电极3216，分别位于表面3102S1与表面3102S2上。发光二极管芯片3102的出光侧与第一电极3214位于相同侧。
一实施例中，波长转换层3124至少包括波长转换层3124R、3124G、3124B，其可被发光二极管芯片3102激发分别分出红光、绿光、蓝光。于此组态可做为一像素配置应用于显示器中，其中不同波长转换层3124可分为不同次像素，即对应红色次像素的波长转换层3124R、对应绿色次像素的波长转换层3124G及对应蓝色次像素的波长转换层3124B。
实施例中，波长转换层3124还包括一对应白色次像素的波长转换层3124W，也通过间隔层S与波长转换层3124R、3124G、3124B隔开配置在发光二极管芯片3102的表面3102S1上。
像素至少包括红色次像素、绿色次像素及蓝色次像素，也能根据设计配置白色次像素。像素或次像素能以阵列的方式排列。
实施例中，间隔层S的材质可包括吸收光物质或反射光物质，能避免对应不同颜色的次像素的光线彼此影响，以提高显示器的显示效果。吸收光物质可包括例如黑胶等。反射光物质可包括例如白胶等。
此外，第一电极3214可包括分别对应红色次像素、绿色次像素、蓝色次像素及白色次像素的第一电极3214R、3214G、3214B、3214W。第二电极3216可为红色次像素、绿色次像素、蓝色次像素及白色次像素的共用电极，其他实施例中也可类似第一电极3214配置为对应不同色的次像素的分开电极。通过分开控制的电极，不同色的次像素可定址、单独驱动点亮。
实施例中，举例来说，发光二极管芯片3102可为紫外光发光二极管芯片，发射出第一光线的波长为200nm至400nm。或发光二极管芯片3102可为蓝光发光二极管芯片，发射出第一光线的波长为430nm至480nm。
实施例中，对应红色次像素的波长转换层3124R的波长转换材料可包括红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，0.5≤b≤1，及/或粒径范围为10nm至14nm。对应绿色次像素的波长转换层3124G的波长转换材料可包括绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，0≤b<0.5，及/或粒径范围为8nm至12nm。对应蓝色次像素的波长转换层3124B的波长转换材料可包括蓝色全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3，其中0<a≤1及/或粒径范围为7nm至10nm，及/或蓝色荧光粉。波长转换材料可掺杂在透光基材中。
此外，在发光二极管芯片3102为蓝色发光二极管芯片的例子中，对应蓝色次像素的波长转换层3124B可为透明的基材，直接由发光二极管芯片3102提供对应蓝色次像素的蓝色光线。对应白色次像素的波长转换层3124W可包括黄色荧光粉，例如YAG:Ce，其可受发光二极管芯片3102发出的部分第一光线(蓝光，波长可为430nm至480nm)激发出黄光，黄光与剩余蓝光混合而发出白光。
实施例中，如图31及图32所示的微型发光二极管可应用至微型发光二极管显示器(Micro LED display)。与一般的发光二极管技术相比，微型发光二极管尺寸小，且像素间距从毫米级降至微米级，因此能在一个集成电路芯片上形成高密度且尺寸微小的发光二极管阵列，且色彩更容易准确的调试，有更长的发光寿命和更高的亮度以及具有较佳的材料稳定性、寿命长、无影像烙印等优点。此技术的优点尚能利用发光二极管高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，并且具自发光无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。此外，微型发光二极管技术能达高分辨率。
为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例作详细说明如下：
【制备全无机钙钛矿量子点】
首先，合成Cs前驱物：将0.814g的Cs2CO3、40mL的十八烯(octadecene；ODE)及2.5mL的油酸(oleic acid；OA)加入100mL三颈瓶中，于真空且温度120℃的环境下进行除水一小时后，再于氮气***下加热至150℃，直到Cs2CO3与油酸反应完全而得Cs前驱物(油酸铯(Cs-Oleate)前驱物)。
然后，将5mL的ODE与0.188mmol的PbX2(X＝Cl、Br、或I，其决定全无机钙钛矿量子点的卤素成分)加入25mL三颈瓶，于真空且温度120℃的环境下进行除水一小时后，将0.5mL的油胺(oleylamine)及0.5mL的OA于氮气***下注射进三颈瓶中，待溶液澄清后提高温度至140-200℃(加热温度可调节全无机钙钛矿量子点的颗粒大小)，接着将0.4mL的Cs-Oleate前驱物快速注射进三颈瓶中并等待5秒后，以冰水浴冷却反应***后，离心纯化出全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a-bIb)3。
【红色/绿色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3】
图33为全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3的X光绕射图谱。图33的由下方往上依序为CsPbI3、CsPb(Br0.2I0.8)3、CsPb(Br0.3I0.7)3、CsPb(Br0.4I0.6)3、CsPb(Br0.5I0.5)3、CsPb(Br0.6I0.4)3，成核温度皆为180℃时的XRD图谱，将上述不同比例Br与I的钙钛矿量子点XRD图谱与已知的立方体相(cubic phase)CsPbI3、CsPbBr3标准图谱相比对，可发现所有合成的全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3的XRD波峰位置皆与立方体相标准图谱一致，表示合成的全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3皆为立方体相。
图34为全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3的归一化(Normalized)光激发荧光(PL)光谱图，其中使用460nm激发光。其显示的波峰位置(最强放光位置)与半高宽(FWHM)的数据列示于表1。图35显示全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3的CIE图谱位置。
表1
从图34、图35及表1发现，全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3随着I元素含量增加且Br元素含量减少，即b值从0.4提升至1，发光波峰产生红位移现象，即从557nm逐渐转移至687nm。此现象可由量子局限效应解释之。亦即，由于I离子粒径大于Br离子粒径，当全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3中I元素含量增加时，材料尺寸将会变大而造成放光光谱发生红位移现象。
在全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3中，b＝0.5-1的全无机钙钛矿量子点为红色量子点。其中，红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br0.4I0.6)3的最强放光位置为625nm，符合市面上常用的红色放光波段。而其光波半高宽为35nm，相对于目前常见商用红色荧光粉更窄，亦即具有较佳的纯色性，当应用在发光装置时能提高产品的放光效率，或当与其他种类荧光物质混合制得发光装置时能增加产品的演色性。
在全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3中，b＝0.4(CsPb(Br0.6I0.4)3)的全无机钙钛矿量子点为绿色量子点，其最强放光位置为557nm，符合市面上常用的绿色放光波段。而其光波半高宽为27nm，相对于目前常见商用绿色荧光粉更窄，亦即具有较佳的纯色性，当应用在发光装置时能提高产品的放光效率，或当与其他种类荧光物质混合制得发光装置时能增加产品的演色性。
【全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3】
图36为全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3的X光绕射图谱。a＝0、0.5、1。与已知的立方体相(cubic phase)CsPBr3、CsPbCl3标准图谱相比对，可发现所有合成的全无机钙钛矿CsPb(ClaBr1-a)3量子点的XRD波峰位置皆与立方体相标准图谱一致，表示合成的全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3皆符合立方体相。全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3的成核温度皆为180℃。
图37为全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3的归一化光激发荧光光谱图(a＝0、0.5、1)。激发光波长为380nm。其显示的波峰位置(最强放光位置)与半高宽(FWHM)的数据列示于表2。图38显示全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3的CIE图谱位置。
表2
从图37、图38及表2发现，全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3随着Cl元素含量减少且Br元素含量增加，即a值从1降低提升至0，发光波峰产生红位移现象，即从406nm逐渐转移至514nm。此现象可由量子局限效应解释之。亦即，由于Cl离子粒径小于Br离子粒径，当全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3中Cl元素含量减少时，材料尺寸将会变大而造成放光光谱发生红位移现象。在全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a)3中，a＝0(CsPbBr3，亦即化学式CsPb(Br1-bIb)3中b＝1)的全无机钙钛矿量子点为绿色量子点，a＝0.5、1(CsPb(Cl0.5Br0.5)3、CsPbCl3)的全无机钙钛矿量子点为蓝色量子点。
图39为合并图34及图37的归一化光激发荧光光谱图，显示出全无机钙钛矿量子点CsPb(ClaBr1-a-bIb)3其随Cl、Br、I元素含量改变的发光特性。发光涵盖红色、绿色、蓝色范围，且各光波半高宽窄。因此，能据以调整全无机钙钛矿量子点的成分得到各种期望发光波峰位置，且当应用在发光装置时能由此材料展现优异的光电性质。
【发光二极管封装结构】
图40为蓝色发光二极管芯片搭配红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br0.4I0.6)3与一般商用黄色荧光粉YAG:Ce的发光二极管封装结构的归一化光激发荧光光谱图。红色全无机钙钛矿量子点CsPb(Br0.4I0.6)3的放光波长为625nm。黄色荧光粉YAG:Ce的放光波长为560nm。图41显示此发光二极管封装结构的发光色点的CIE图谱位置分布，接近于黑体辐射线，于商业存有应用价值。表3列示此发光二极管封装结构的相关色温(Correlated ColorTemperature；CCT)4010K为暖白色系，发光效率为56流明/瓦(lm/W)，平均演色性指数(Color Rendering Index Ra；CRI Ra)达83.9，现色性R9为40，能有效提高封装产品的演色性。
表3
【使用多种全无机钙钛矿量子点】
表4列示实施例1至5的条件与发光结果。各实施例使用发光二极管芯片激发不同种类全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3的组合。如表4所示，实施例1使用两种全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，分别为b＝0.3～0.4及b＝0.7～0.8，其展现出的光谱平均演色性指数(Ra)为40。实施例2使用三种全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，分别为b＝0.1～0.2、0.5～0.6与0.6～0.7，其展现出的光谱平均演色性指数为60。实施例3使用四种全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，分别为b＝0～0.1、0.2～0.3、0.4～0.5与0.6～0.7，其展现出的光谱平均演色性指数为75。实施例4使用五种全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，分别为b＝0～0.1、0.3～0.4、0.5～0.6、0.7～0.8与0.8～0.9，其展现出的光谱平均演色性指数为90。实施例5使用六种全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3，分别为b＝0～0.1、0.2～0.3、0.5～0.6、0.6～0.7、0.7～0.8与0.9～1，其展现出的光谱平均演色性指数为95。
表4
b 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
0～0.1 ● ● ●
0.1～0.2 ●
0.2～0.3 ● ●
0.3～0.4 ● ●
0.4～0.5 ●
0.5～0.6 ● ● ●
0.6～0.7 ● ● ●
0.7～0.8 ● ● ●
0.8～0.9 ●
0.9～1 ●
CRI 40 60 75 90 95
其他实施例中，如图42与图43所示，其分别为根据实施例的显示发光二极管芯片激发全无机钙钛矿量子点CsPbBr3与CsPbI3时的光激发荧光光谱图与CIE图谱位置分布，以发光二极管芯片激发至少两种不同组成全无机钙钛矿量子点CsPb(Br1-bIb)3可使NTSC达到90％以上。举例来说，当使用两种的组合，其中b分别为0与1时，即发光二极管芯片激发全无机钙钛矿量子点CsPbBr3与CsPbI3，NTSC达到119％。
根据上述实施例，具有化学通式CsPb(ClaBr1-a-bIb)3，其中0≤a≤1，0≤b≤1的全无机钙钛矿量子点能展现出半高宽窄的放光光谱及优异的纯色性，因此应用在发光装置时能提升发光效果。
综上所述，虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (34)

1.一种发光装置，包括：
发光二极管芯片；以及
波长转换材料，可被该发光二极管芯片射出的第一光线激发而发出不同于该第一光线的波长的第二光线，该波长转换材料包括全无机钙钛矿量子点，该全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(ClaBr1-a-bIb)3，其中0≤a≤1，0≤b≤1。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中该全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(ClaBr1-a)3或CsPb(Br1-bIb)3。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中该全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(Br1- bIb)3，其中0.5≤b≤1，该全无机钙钛矿量子点为红色量子点。
4.如权利要求3所述的发光装置，其中从该红色量子点激发出的该第二光线的波峰位置为570nm至700nm，半高宽为20nm至60nm。
5.如权利要求1所述的发光装置，其中该全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(Br1- bIb)3，其中0≤b<0.5，该全无机钙钛矿量子点为绿色量子点。
6.如权利要求5所述的发光装置，其中从该绿色量子点激发出的该第二光线的波峰位置为500～570nm，半高宽为15至40nm。
7.如权利要求1所述的发光装置，其中该全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(ClaBr1-a)3，其中0<a≤1，该全无机钙钛矿量子点为蓝色量子点。
8.如权利要求7所述的发光装置，其中从该蓝色量子点激发出的该第二光线的波峰位置为400nm至500nm，半高宽为10nm至30nm。
9.如权利要求1所述的发光装置，其中该全无机钙钛矿量子点的粒径范围为1nm至100nm。
10.如权利要求9所述的发光装置，其中该全无机钙钛矿量子点为粒径范围10nm至14nm的红色量子点，或该全无机钙钛矿量子点为粒径范围8nm至12nm的绿色量子点，或该全无机钙钛矿量子点为粒径范围7nm至10nm的蓝色量子点。
11.如权利要求1所述的发光装置，其中该全无机钙钛矿量子点包括第一全无机钙钛矿量子点与第二全无机钙钛矿量子点，该第一全无机钙钛矿量子点与该第二全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(ClaBr1-a-bIb)3，其中0≤a≤1，0≤b≤1，该第一全无机钙钛矿量子点与该第二全无机钙钛矿量子点具有不同性质。
12.如权利要求11所述的发光装置，其中该第一全无机钙钛矿量子点与该第二全无机钙钛矿量子点具有不同的a或不同的b，及/或具有不同的粒径。
13.如权利要求12所述的发光装置，其中不同的该第一全无机钙钛矿量子点与该第二全无机钙钛矿量子点选自具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3且0.5≤b≤1的红色量子点、具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3且0≤b<0.5的绿色量子点及具有化学通式CsPb(ClaBr1-a)3且0<a≤1的蓝色量子点所组成的群组。
14.如权利要求12所述的发光装置，其中不同的该第一全无机钙钛矿量子点与该第二全无机钙钛矿量子点选自粒径范围为10nm至14nm的红色全无机钙钛矿量子点、粒径范围为8nm至12nm的绿色全无机钙钛矿量子点及粒径范围为7nm至10nm的蓝色全无机钙钛矿量子点所组成的群组。
15.如权利要求11所述的发光装置，其中不同的该第一全无机钙钛矿量子点与该第二全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3，该第一全无机钙钛矿量子点的b为0，该第二全无机钙钛矿量子点的b为1。
16.如权利要求1所述的发光装置，包括波长转换层，位于该发光二极管芯片的出光侧，其中该波长转换层包括该波长转换材料。
17.如权利要求16所述的发光装置，包括：
数个该波长转换层，间隔配置在该发光二极管芯片的该出光侧；及
数个间隔层，配置在该些波长转换层之间，该些间隔层包括吸收光物质或反射光物质。
18.如权利要求17所述的发光装置，其为微型发光二极管。
19.如权利要求17所述的发光装置，其中该发光二极管芯片具有位于相反侧的第一电极与第二电极，该发光二极管芯片的该出光侧与该第一电极位于相同侧。
20.如权利要求17所述的发光装置，其应用在显示器，并包括数个像素，各至少包括红色次像素、绿色次像素及蓝色次像素，
该红色次像素、该绿色次像素及该蓝色次像素各包括该些波长转换层其中的一个，其中，
对应该红色次像素的该波长转换层的该全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(Br1- bIb)3，其中0.5≤b≤1，及/或粒径范围为10nm至14nm，及/或
对应该绿色次像素的该波长转换层的该全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(Br1- bIb)3，其中0≤b<0.5，及/或粒径范围为8nm至12nm，及/或
对应该蓝色次像素的该波长转换层的该全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(ClaBr1-a)3，其中0<a≤1，及/或粒径范围为7nm至10nm。
21.如权利要求20所述的发光装置，其中该些像素各还包括白色次像素，其包括该些波长转换层的另一个，并通过该些间隔层区隔该红色次像素、该绿色次像素及该蓝色次像素。
22.如权利要求16所述的发光装置，其中该波长转换层与该发光二极管芯片互相接触，或互相分开。
23.如权利要求16所述的发光装置，其中该波长转换层还包括透光基材，该波长转换材料掺杂于该透光基材中。
24.如权利要求16所述的发光装置，包括数个叠置的该波长转换层，各具有不同的发光波段。
25.如权利要求16所述的发光装置，还包括透明胶体，封装该波长转换层及该发光二极管芯片。
26.如权利要求16所述的发光装置，还包括结构元件，择自以下的配置方式：
该结构元件具有一容置区用以容置该波长转换层，使该波长转换层的上、下表面被该结构元件覆盖，以支撑、封装、保护该波长转换层；
该结构元件为在该波长转换层的下表面，并具有容置区用以容置且支撑该波长转换层；及
该结构元件为在该波长转换层的上表面，用以保护该波长转换层。
27.如权利要求1所述的发光装置，还包括基座，该基座内具有固晶区，其中该发光二极管芯片在该固晶区上。
28.如权利要求1所述的发光装置，还包括反射墙在该波长转换层的外侧。
29.如权利要求1所述的发光装置，其应用在一背光模块、显示器的像素或次像素、或照明装置中。
30.如权利要求1所述的发光装置，包括至少两种具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3且b不同的该全无机钙钛矿量子点，使得该发光装置的NTSC达到90％以上。
31.如权利要求1所述的发光装置，包括至少四种具有化学通式CsPb(Br1-bIb)3且b不同的该全无机钙钛矿量子点，其中该发光装置所发出的光具有平均演色性指数(Ra)至少75以上。
32.一种波长转换材料，包括两种以上不同性质的全无机钙钛矿量子点，该些全无机钙钛矿量子点具有化学通式CsPb(ClaBr1-a-bIb)3，其中0≤a≤1，0≤b≤1。
33.如权利要求32所述的波长转换材料，其中该两种以上不同性质的全无机钙钛矿量子点具有不同的a或不同的b。
34.如权利要求32所述的波长转换材料，其中该两种以上不同性质的全无机钙钛矿量子点具有不同的粒径。
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