TWI692885B - 高穩定性量子點單元、波長轉換模組及發光裝置 - Google Patents

Abstract

習知的量子點單元通常包括一水氧阻障層以及包覆於該水氧阻障層之中的至少一光學核心。本發明特別設計一缺陷遮蓋層，其包括一覆蓋部、形成於該覆蓋部內面的複數個填縫部、以及形成於該覆蓋部內面的複數個填孔部，並以此於該覆蓋部覆蓋於該水氧阻障層之上。於該覆蓋部覆蓋於該水氧阻障層之上時，該複數個填縫部係填入該水氧阻障層內部的複數微隙縫，且該複數個填孔部係同時填入該水氧阻障層內部的複數微孔洞。如此方式，係能夠有效地阻絕外界的水氣或氧氣經由微隙縫或孔洞進入水氧阻障層內部，進而提升量子點單元的可靠度與穩定性。

Description

高穩定性量子點單元、波長轉換模組及發光裝置

本發明係關於量子點的技術領域，尤指可應用於一波長轉換模組與/或一發光裝置之中的一種高穩定性量子點單元。

眾所周知，傳統的LED元件使用螢光粉作為光轉換材料。值得注意的是，隨著量子點(Quantum dot, QD)的製造技術越發成熟，以量子點作為光轉換材料的量子點發光二極體(Quantum dots light-emitting diode, QLED)逐漸受到重視。

圖1顯示傳統的一種量子點的側剖視結構圖。如圖1所示，量子點1’的傳統結構係包括：一光學核心10’以及包覆該光學核心10’的一鈍化層11’。其中，該光學核心10’可以是量子點(例如CdSe 或 CdS)或具殼-核結構之量子點(例如CdSe/ZnS)，且該鈍化層11’常見為一有機配體，例如: 氨丙基三甲氧基矽烷(APS)。為了提高傳統量子點1’的穩定性，台灣專利公開號TW200611959A特別教示於該鈍化層11’之上進一步地覆上一無機保護層12’。圖2即顯示包含無機保護層的量子點的側剖視結構圖。其中，該無機保護層12’的材料為二氧化矽(silica)，此時該鈍化層11’可以由胺基配體材料製成，有助於該無機保護層12’形成於其上。

在一些應用中，會以單一無機保護層12’同時包覆多個量子點1’於其中，以獲得一量子點單元。圖3即顯示量子點單元的側剖視圖。特別地，圖3係顯示，即使利用所述無機保護層12’ 包覆一個或多個量子點1’，仍無法有效地提升使量子點1’的可靠度與/或穩定度。主要原因在於以二氧化矽(silica)製成的無機保護層12’具有天生的缺陷，這些缺陷可能是微孔洞(void)121’或微隙縫122’。因此，在長期使用如圖3所示的量子點單元之後，水氣(water vapor)或氧氣(oxygen)還是會透過這些微孔洞121’或微隙縫122’進入無機保護層12’內部，進而侵襲各該量子點1’。

由上述說明可知，如何消除存在於無機保護層12’之中的微孔洞121’或微隙縫122’以提升單一量子點1’或包含多個量子點1’的量子點單元之可靠度與穩定度，於是成為相當重要的課題。有鑑於此，本案之發明人係極力加以研究創作，而終於研發完成本發明之一種高穩定性量子點單元及包含該高穩定性量子點單元的一種波長轉換裝置。

本發明之主要目的在於提供一種高穩定性量子點單元。習知的量子點單元通常包括一水氧阻障層以及包覆於該水氧阻障層之中的至少一光學核心。本發明特別設計一缺陷遮蓋層，其包括一覆蓋部、形成於該覆蓋部內面的複數個填縫部、以及形成於該覆蓋部內面的複數個填孔部，並以此於該覆蓋部覆蓋於該水氧阻障層之上。於該覆蓋部覆蓋於該水氧阻障層之上時，該複數個填縫部係填入該水氧阻障層內部的複數微隙縫，且該複數個填孔部係同時填入該水氧阻障層內部的複數微孔洞。如此方式，係能夠有效地阻絕外界的水氣或氧氣經由微隙縫或孔洞進入水氧阻障層內部，進而提升量子點單元的可靠度與穩定性。

為了達成上述本發明之主要目的，本案發明人係提供所述高穩定性量子點單元的一實施例，係包括： 至少一光學核心； 一水氧阻障層，包覆該至少一光學核心；以及 一缺陷遮蓋層，包括： 一覆蓋部，覆蓋於該水氧阻障層之上； 複數個填縫部，形成於該覆蓋部的內面；及 複數個填孔部，形成於該覆蓋部的內面； 其中，於該覆蓋部覆蓋於該水氧阻障層之上時，該複數個填縫部係填入該水氧阻障層內部的複數微隙縫，且該複數個填孔部係同時填入該水氧阻障層部的複數微孔洞。

並且，本發明同時提供包含前述高穩定性量子點單元的一種波長轉換模組，

進一步地，本發明又提供包含前述波長轉換模組的一種發光裝置。

為了能夠更清楚地描述本發明所提出之高穩定性量子點單元、波長轉換模組及發光裝置，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。

圖4顯示本發明之一種高穩定性量子點單元的製程示意圖。圖4之中的(a)圖顯示一水氧阻障層12包覆複數個光學核心11，其中該水氧阻障層12之內部具有複數微隙縫121與複數微孔洞122。另一面，圖4之中的(b)圖顯示一缺陷遮蓋層13，其包括：一覆蓋部131、形成於該覆蓋部131內面的複數個填縫部132、以及形成於該覆蓋部131內面的複數個填孔部133。如圖4之中的(c)圖所示，將該缺陷遮蓋層13覆於該水氧阻障層12之上，即獲得本發明之高穩定性量子點單元1。值得注意的是，於該覆蓋部131覆蓋於該水氧阻障層12之上時，該複數個填縫部132係填入該水氧阻障層12內部的複數微隙縫121，且該複數個填孔部133係同時填入該水氧阻障層12內部的複數微孔洞122。

所述光學核心11為尺寸大小介於2nm至7nm之間 、3nm至10nm之間、4nm至12nm之間、4nm至14nm之間、或5nm至20nm之間的量子點。簡單地說，光學核心11可以是紅光量子點、綠光量子點、藍光量子點、上述兩者之組合、或上述三者之組合。示範性的幾種不同的量子點材料係整理於下表(1)之中。 表(1)

必須特別說明的是，表(1)僅僅列出所述光學核心11的示範性材料，並非用以對其製程材料作出限制。舉例而言，可以在該光學核心11的外表面進一步連接複數有機配體，用以藉由配體交換法以有助於使得所述水氧阻障層12包覆該複數有機配體與該光學核心11。常用的有機配體可為下列任一者：烷基膦 (Alkyl phosphines)、氧化膦(phosphine oxides)、膦酸(phosphonic acids)、具巰基(thiol group)之有機化合物、具胺基(amine group)之有機化合物、或羧酸。另一方面，熟悉量子點或波長轉換膜設計與製造的材料工程師勢必已經熟知所述水氧阻障層12的經用的製程材料，例如：二氧化矽(Silica)、透光金屬氧化物、聚矽氧烷(例如:矽酮)、含降冰片烯(Norbornene)結構的聚合物、或其它任何具水氣阻隔特性的有機聚合物。常用的透光金屬氧化物有Al ₂O ₃、TiO ₂、與SiTiO _4-x。並且，具水氣阻隔特性的有機聚合物的種類繁多，諸如丙烯酸異冰片酯、丙烯酸月桂酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、苯氧芐酯等，於此不再一一列舉。

必須特別說明的是，本發明係特別設計缺陷遮蓋層13的組成，其中該填縫部132與該填孔部133皆由一無機材料或一低分子量材料製成，且該填孔部133的分子量大於該填縫部132的分子量。值得說明的是，分子量小的材料具有較小的表面張力，因此容易滲入隙縫或細縫之中。由此可知，本發明選擇以小分子量的材料作為該缺陷遮蓋層13的填縫部132，其目的在於令所述填縫部132可以完全地填入或滲入該水氧阻障層12內部的該些微隙縫121之中。根據一般的定義，分子量小於500 Dalton的材料即被稱為小分子量材料；然而，本發明之中的小分子量可以定義為1000 Dalton以下。該填縫部132與該填孔部133的幾種不同的示範性材料係整理於下表(2)之中。 表(2)

當然也可以使用分子量相對較高的材料作為該填孔部133。如圖5A所示的包覆多個光學核心的水氧阻障層的側剖視圖所示，若填孔部133為大分子量材料，則填孔部133不但無法完全填滿該水氧阻障層12內部的複數微孔洞122，甚至無法填入任一個微隙縫121。相反地，如圖5B所示的包覆多個光學核心的水氧阻障層的側剖視圖所示，選擇適合的小分子量材料作為該填孔部133，才能令所述填孔部133完全填滿該水氧阻障層12內部的複數微孔洞122。

請參閱圖6，係顯示使用本發明之高穩定性量子點單元的發光二極體晶片的側面剖視圖。如圖6所示，該發光二極體晶片1a係於結構上包括：一絕緣主體101、一導線架102、一LED晶粒103、以及一波長轉換模組；其中，該波長轉換模組包括一透光封裝層20與包覆於該透光封裝層20之中的複數個高穩定性量子點單元1。另一方面，該絕緣主體101係具有一LED設置凹槽1011。並且，該導線架102係設置於該絕緣主體101內部，並具有至少二焊接部1021與至少二電性連接部1022；其中，所述焊接部1021係曝露於該LED設置凹槽1011之內，且所述電性連接部1022係穿出於該絕緣主體101之外。另一方面，該LED晶粒103係設置於該LED設置凹槽1011之內並電性連接至該至少二焊接部1021，用以發出具有一第一波長的一第一色光，例如：紫外光、紫藍光、藍光、上述任兩者之組合、或上述任兩者以上之組合。

波長轉換模組包括一透光封裝層20係設置於該LED設置凹槽1011之中，且其材料可為下列任一者：矽膠、壓克力(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯對苯二甲酸酯、或環氧樹脂。另外，圖6係顯示該絕緣主體101之頂部係設有一透鏡106，並且一散熱器105係設置於該絕緣主體101之內部；其中，該散熱器105的一乘載部1051係曝露於該LED設置凹槽1011之內以乘載該LED晶粒103，並且該散熱器105的一散熱部1052係穿出於該絕緣主體101之外。必須補充說明的是，光學核心11的種類或組成會隨著所使用的LED晶粒103類型而有所不同。LED晶粒103與光學核心11的示範性選用係整理於下表(3)之中。 表(3)

值得注意的是，隨著LED背光源被廣泛地應用至顯示器、平板電腦、與智慧型手機，LED的電子元件的尺寸被要求必須進一步地微縮至微米尺寸。Mini LED 又名「次毫米發光二極體」，最早是由晶元光電(EPISTAR Corporation)所提出，晶粒的對角線長度介於50微米至60微米之間的 LED。Micro LED 則是新一代顯示技術，是將 LED 晶粒進一步地微小化，使其晶粒的對角線長度小於 50 微米；同時，透過薄膜化、陣列化與單獨驅動發光的技術來實現每個LED晶粒之圖元單獨定址。晶片封裝級(Chip scale package, CSP)目前已經被廣泛地應用於Mini LED之製造。

本發明之高穩定性量子點單元也能夠被應用在晶片封裝級的LED電子元件之中。圖7顯示習知的晶片封裝級LED電子元件的側面剖視圖。如圖7所示，該晶片封裝級LED電子元件1b的基本結構係包括：一LED晶粒11b與覆於該LED晶粒11b之上的一光轉換膜，其中，該LED晶粒11b係以其電極111b電連接至一基板2b(例如:PCB)，且該波長轉換膜包括一透光封裝層12b與包覆於該透光封裝層12b之中的複數個高穩定性量子點單元1。

如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之高穩定性量子點單元、波長轉換模組及發光裝置；並且，經由上述可知本發明係具有下列之優點：

(1)量子點單元包括通常一水氧阻障層12以及包覆於該水氧阻障層12之中的至少一光學核心11。本發明特別設計一缺陷遮蓋層13，其包括一覆蓋部131、形成於該覆蓋部131內面的複數個填縫部132、以及形成於該覆蓋部131內面的複數個填孔部133，並以此於該覆蓋部131覆蓋於該水氧阻障層12之上。於該覆蓋部131覆蓋於該水氧阻障層12之上時，該複數個填縫部132係填入該水氧阻障層12內部的複數微隙縫121，且該複數個填孔部133係同時填入該水氧阻障層12內部的複數微孔洞122。如此方式，係能夠有效地阻絕外界的水氣或氧氣經由微隙縫或孔洞進入水氧阻障層內部。

必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

＜本發明＞

1:高穩定性量子點單元

11:光學核心

12:水氧阻障層

121:微隙縫

122:微孔洞

13:缺陷遮蓋層

131:覆蓋部

132:填縫部

133:填孔部

1a:發光二極體晶片

101:絕緣主體

102:導線架

103:LED晶粒

20:透光封裝層

1011:LED設置凹槽

1021:焊接部

1022:電性連接部

106:透鏡

105:散熱器

1051:乘載部

1052:散熱部

11b:LED晶粒

111b:電極

2b:基板

12b:透光封裝層

1b:晶片封裝級LED電子元件

＜習知＞

1’:量子點

10’:光學核心

11’:鈍化層

12’:無機保護層

121’:微孔洞

122’:微隙縫

圖1顯示傳統的一種量子點的側剖視結構圖； 圖2顯示包含無機保護層的量子點的側剖視結構圖； 圖3顯示量子點單元的側剖視圖； 圖4顯示本發明之一種高穩定性量子點單元的製程示意圖； 圖5A顯示包覆多個光學核心的水氧阻障層的側剖視圖； 圖5B顯示包覆多個光學核心的水氧阻障層的側剖視圖； 圖6顯示使用本發明之高穩定性量子點單元的發光二極體晶片的側面剖視圖；以及 圖7顯示習知的晶片封裝級LED電子元件的側面剖視圖。

1:高穩定性量子點單元

11:光學核心

12:水氧阻障層

121:微隙縫

122:微孔洞

13:缺陷遮蓋層

131:覆蓋部

132:填縫部

133:填孔部

Claims (10)

1. 一種高穩定性量子點單元，包括：至少一光學核心；一水氧阻障層，包覆該至少一光學核心；以及一缺陷遮蓋層，包括：一覆蓋部，覆蓋於該水氧阻障層之上；複數個填縫部，形成於該覆蓋部的內面；及複數個填孔部，形成於該覆蓋部的內面；其中，該填縫部與該填孔部皆由一無機材料或一低分子量材料製成，且該填孔部的分子量大於該填縫部的分子量；其中，於該覆蓋部覆蓋於該水氧阻障層之上時，該複數個填縫部係分別填入該水氧阻障層內部的複數微隙縫，且該複數個填孔部係分別填入該水氧阻障層內部的複數微孔洞。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高穩定性量子點單元，其中，該光學核心可為下列任一者：II-VI族量子點、III-V族量子點、具有殼-核結構之II-VI族量子點、具有殼-核結構之III-V族量子點、具有合金結構之非球形II-VI量子點、上述任兩者之組合、或上述任兩者以上之組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高穩定性量子點單元，其中，該光學核心為一量子點，且該量子點的尺寸大小係選自於下列任一種尺寸大小範圍：2-7nm、3-10nm、4-12nm、4-14nm、或5-20nm。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高穩定性量子點單元，其中，該光學核心的外表面係連接有複數有機配體，用以藉由配體交換法令所述水氧阻障層包覆該複數有機配體與該光學核心。
5. 如申請專利範圍第1項所述之高穩定性量子點單元，其中，該水氧阻障層與該覆蓋部皆由一水氧阻障材料製成，且該水氧阻障材料可為下列任一者：二氧化矽(Silica)、透明金屬氧化物、聚矽氧烷、含降冰片烯結構的聚合物、或具水氣阻隔特性的有機聚合物。
6. 如申請專利範圍第4項所述之高穩定性量子點單元，其中，該有機配體可為下列任一者：烷基膦(Alkyl phosphines)、氧化膦(phosphine oxides)、膦酸(phosphonic acids)、具巰基(thiol group)之有機化合物、具胺基(amine group)之有機化合物、或羧酸。
7. 如申請專利範圍第1項所述之高穩定性量子點單元，其中，該無機材料可為下列任一者：二氧化矽(Silica)或透明金屬氧化物。
8. 如申請專利範圍第1項所述之高穩定性量子點單元，其中，該低分子量材料可為下列任一者：低分子量聚矽氧烷、透明金屬氧化物、含降冰片烯結構的低聚物、或具水氣阻隔特性的有機低聚物。
9. 一種波長轉換模組，包括：一透光封裝層；以及複數個如申請專利範圍第1項至第8項之中任一項所述之高穩定性量子點單元，係包覆於該透明封裝層之中。
10. 一種發光裝置，其具有一發光元件與一波長轉換模組；其中，該波長轉換模組包括一透光封裝層以及複數個如申請專利範圍第1項至第8項之中任一項所述之高穩定性量子點單元，且該複數個高穩定性量子點單元係包覆於該透明封裝層之中。

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