一种用于直下式背光源的封装结构及其制作方法与流程

本发明涉及一种用于直下式量子点背光源的封装结构及其制作方法，属于量子点器件化技术领域。

技术背景

近年来，随着科研工作的进行，量子点半导体材料及其产品逐渐进入人们的视野。量子点又称为半导体纳米晶，尺寸一般在1-10nm之间，具有激发光谱宽、发射波谱对称分布且宽度窄、颜色可调、光化学稳定性高等光谱特征。利用蓝光发光二极管激发红绿量子点混合体可产生白光，量子点在电致发光器件、光致发光器件、显示器、固态照明、生物医学等领域有着广泛应用。由于量子点具有强烈的尺寸依赖性，所以，随着量子点尺寸的减小，颗粒的吸收和荧光光谱会发生相应的蓝移。量子点具有较高的比表面积，对其颗粒结构和光学性质有明显的影响，因此，许多量子点荧光体的化学稳定性低，尤其是ii-iv、iii-v半导体量子点等，在水及氧存在的条件下使用，会引起发光效率低的问题。因此，要将量子点应用于上述领域，首先要将量子点器件化，其中量子点背光模组就是在液晶显示领域一种有效的手段。

目前量子点器件化的示例有：一、将量子点包含在led芯片上；二、将量子点涂在导光板边缘；三、将量子点做成“量子点增强膜”放在导光板上表面。前两种方法中的量子点将在高温下工作并暴露于强烈的光激发下，这显著降低量子点的量子效率和寿命，因此，必须先解决封装问题和材料可靠性。第三种虽然把量子点用膜封装起来，但是其采用低透水的高分子薄膜对量子点进行封装，且这种使用高分子薄膜对量子点进行封装的技术仍存在边缘水和/或氧气渗入的问题。为了解决这一问题，有必要提出一种结构功能完整、工艺易于实现、成本低廉的量子点网点结构。在cn105068314a中研究者提出了一种直下式背光模组，将量子点制作成量子点膜，但其没有考虑到量子点膜材质对空气中的水和/或氧气的阻隔能力而影响量子点发光效率的问题，即没有考虑量子点的封装材料问题，在长时间的暴露在空气中和光刺激下量子点的发光性能将会下降。因此，针对直下式背光结构，有必要提供一种用于量子点导光板的表面微结构阵列的叠层式封装结构及其工艺流程。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于直下式量子点背光源的封装结构及其制作方法，用于提高量子点的隔水隔氧能力。该结构不会降低量子点的发光性能，其加工工艺易于实现。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种用于直下式量子点背光源的封装结构：叠层式封装结构，在基板出光面相对一侧表面由内至外依次附有阻隔层、量子点微结构阵列调光层以及封装层，该叠层式封装结构的各层自导光板内侧向外组成内大外小的倒立结构，该结构除了外侧底面，侧壁斜面外延均附以高反射率材料，光源以接触式或非接触式形式置于底面外侧，光源发光面小于倒立结构下端面，保证光能量能够完全耦合。其中，基板由高光线透过率的材料构成，其功能是起到导光的作用；阻隔层和封装层主要由透明阻隔材料构成，其主要功能是隔离空气中的水和/或氧气通过基板层进入量子点层而影响量子点的发光效率和寿命；量子点微结构阵列调光层主要有离散调光微结构按照一定的图案阵列分布组成，当直下式光源激发量子点微结构阵列调光层，光线会进入调光微结构并产生散射和颜色转换，并最终经过侧壁斜面的多次反射出光，最终使整个出光面形成均匀准直的面光源；封装层与阻隔层紧密封接，使量子点层被封装于其中，主要功能是隔离空气中的水和/或氧气进入量子点层而影响量子点的发光效率；由于微结构在斜面外延都附以高反射率属性的材料，光线将在倒棱台或倒圆台结构中传播并由向上方出光面以小角度光出射。

所述用于直下式量子点背光源的封装结构的制作工艺如下：

第一步：对基板进行预处理，清洗基板表面，在基板下表面对量子点微结构阵列图案位置进行对位符号的预标记，即在微结构阵列图案位置的起始点和终点标上十字叉或星号等标记，再通过喷墨打印等增材制造的工艺方法，按照对位符号标记，将疏水性好、隔水隔氧性能好的透明阻隔材料图形化至相应的量子点微结构阵列图案位置，形成阻隔层；

第二步：将量子点溶液和复合性材料均匀混合成量子点浆料，再依照对位符号标记，通过点对点扫描型喷墨打印增材制造的工艺方法，将量子点浆料成型在阻隔层的下表面，形成量子点微结构阵列图案，再将附有量子点微结构阵列图案的基板进行固化，形成调光层；

第三步：依照对位符号标记，在附有量子点微结构阵列图案的基板上再次通过点对点扫描喷墨打印等工艺方法将透明阻隔材料形成一层封装层，对每个量子点微结构形成独立的封装层，再把形成封装层的基板进行再固化，形成封装层；

第四步：在叠层式封装结构除了底面的斜面外延以喷涂、蒸镀等方式附以高反射率材料，使得直下式光源的光线能够全部由微结构出射，并且具有一定的指向性，提高光能利用率。

进一步地，所述全喷墨打印型制作工艺流程以调光层量子点微结构阵列排布作为全流程中唯一依据的喷墨打印图形，该图形应包括有微结构图形阵列和对位标记符号。为保证封装效果，所述阻隔层和封装层图形化后的每个微结构尺寸略大于调光层每个微结构尺寸，其实现方法可通过在同一个微结构位置及以其为中心、比调光微结构外形尺寸大5-10μm的范围内重复喷墨打印2-5次堆叠完成，但不仅限于该方法。

进一步地，所述全喷墨打印型制作工艺流程至少包括3个并行排布的喷嘴，分别装有阻隔层、调光层、封装层相应的喷墨打印浆料。首先进行阻隔层喷嘴复位和标记的对准，执行阻隔层打印和固化，完成后阻隔层喷嘴复位；其次，切换到调光层打印喷嘴，再执行喷嘴复位和标记的对准，在重复位置进行打印后固化，以及打印喷嘴的复位；最后，切换至封装层喷嘴，执行喷嘴复位、标记对准、打印、固化等流程，直至封装层打印工序完成后所有喷嘴复位。为达成必要的微结构尺寸，需要在某一个位置反复打印多次，或以某一个位置为中心，在前后左右一定的范围扫描打印数次，以满足要求。当调光层浆料具有不同量子点特性属性，应增加喷嘴，并在相应流程中增加该打印步骤，例如，分别打印红、绿量子点浆料，就应分别设置红、绿喷嘴。

进一步地，倒立结构可通过以下工艺实现：首先在设计位置依据设计形状打印一次或多次阻隔层浆料形成上端面，以此为基底再在该位置打印中间层，中间层的铺开面积小于上端面的铺开面积，最后以中间层作为基底，再在原位置打印下端面，下端面的铺开面积小于中间层的铺开面积，以此完成整个倒立结构的堆叠。必要时在每层打印完毕后先进行固化，再依次进行下层的打印。

进一步地，所述全喷墨打印设备的具体要求包括：喷墨打印脉冲频率为1000hz~2000hz，所述喷嘴内径为30μm~80μm，喷嘴距离基板的高度为0.5mm~2.5mm，所述打印浆料粘度为0.5cp~20cp，表面张力为26mn/m~40mn/m，ph值为4.5~9，若采用光固化形式需在紫外光下固化60s~120s，若采用热固化，固化温度控制于40℃-100℃。

进一步地，所述导光板基板厚度为0.01mm至50mm的柔性或硬质基材，基板材料可以是有机材料如：pe（聚乙烯）、pp（聚丙烯）、pen（聚萘二甲酸乙二醇酯）、pc（聚碳酸酯）、聚丙烯酸甲酯（pma）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）（树脂玻璃或有机玻璃）、醋酸丁酸纤维素（cab）、硅氧烷（诸如特别地聚甲基苯基硅氧烷）、聚氯乙烯（pvc）、聚乙烯醇（pva）、聚对苯二甲酸乙二酯（pet）、（petg）（改性聚对苯二甲酸乙二酯）和coc（环烯共聚物）中的一种或几种，也可以是无机材料如：（低熔点）玻璃、（熔融）石英和透射陶瓷材料中的一种或几种，但不仅限于这些材料。

进一步地，所述透明阻隔材料对波长在380-780nm之间的光线透过率≥90%，透明阻隔材料的水氧透过率≤10^-2，所述透明阻隔材料可以是有机材料c型派瑞林，也可以是无机材料二氧化硅、氮氧化硅、氧化铝，还可以是聚合物材料如聚基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅树脂、聚苯乙烯、苯乙烯丙烯腈共聚物、聚甲基异戍二烯、透明聚酰胺，但不仅限于此；所述封装层材料与阻隔层材料一致；所述叠层式封装结构的斜面外延附以的高反射率材料包括金属、电介质材料，以喷涂、蒸镀工艺成型，外形与叠层式封装结构各层组成倒棱台或倒圆台结构相一致，使光源发出的光线能够由出光面出射。

进一步地，所述调光层的离散调光微结构在导光板下表面的不同区域具有不同的分布密度或不同区域微结构上端面自身直径大小不同，采用光学模拟软件对调光网点分布进行调控，根据导光板与背光源入射光源的相对位置关系，在距离入射光源越近的区域，调光微结构分布越稀疏，相反，则越稠密，保证通过导光板出光面的平面光均匀。所述调光层的量子点微结构可以是内凹的也可以是外凸的，调光微结构的上下端面形状可以是圆形、椭圆形、矩形、多边形等，但不仅限于这些形状。调光倒立微结构的高度为0.01~0.5mm，相邻调光倒立微结构的距离为0.01~0.5mm。所述调光微结构内混合有一种或多种量子点混合材料，由光源的激发产生颜色转换，从而实现液晶背光所需的白平衡。

进一步地，所述用于量子点微结构阵列调光层的浆料由中心波长在380-780nm之间的一种或多种量子点和复合性材料经过超声震荡或机械搅拌2-5小时混合而成，所述量子点的颗粒尺寸为1nm到10nm。所述量子点可以选自ii-iv族化合物cds,cdse,zns,znse,hgs,hgse,cdses,cdsete,cdste，znsete,znste,hgses,hgste,cdzns,cdznte,cdhgs,cdhgte,hgznse,cdznses,cdznste,cdhgses,cdhgsete,cdhgste,hgznses,hgznsete，hgznste的一种或几种，或者也可以选自iii-v族化合物gan,gap,gaas,alas,inn,inp,ingap,ganas,gapas,a1np,ainas,alpas,innp,innas,inpas,gaalnp,gaalnas,gaalpas,galnnp,galnnas,galnpas,inalnp,inalnas，inalpas，cugase2，agins2，aginse2，aggas2和aggase2中一种或几种。所述复合性材料包括二氧化硅、环己酮以及选自二盐基酯、聚甲基丙烯酸甲酯、改良式甲基丙烯酸酯合成树脂、有机硅氧烷树脂、丙烯酸酯改性有机硅树脂、丙烯酸酯类树脂、丙烯酸改性聚氨酯及环氧树脂中的一种或几种酯类，对波长在380-780nm之间的光线透过率≥90%。

进一步地，所述阻隔层、调光层和封装层的工艺方法包括但不限于全喷墨打印工艺，还包括以下方法：依照对位符号标记，在导光板基材上通过点对点丝网印刷套印、光刻套印等工艺方法，也可以通过提拉或旋涂一层透明阻隔材料，然后用掩膜版把有量子点微结构阵列的部分遮住，把没有微结构的部分光刻或用氢氟酸侵蚀掉，但不仅限于使用这些方法；所述点对点丝网印刷、喷墨打印套印对准精度可以使用放大镜、显微镜或ccd依照对位符号标记精确对准，但不仅限于这些方法。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种用于直下式量子点背光源的封装结构及其工艺流程，与现有技术相比，其具有的突出实质性特点是，本发明的结构功能完整，另外，封装材料具有良好的导光性，具有良好的隔水隔氧能力，且结合处在阻隔层与封装层的周缘处，不会影响量子点的发光效果，能有效地起到隔水隔氧的作用。

附图说明

图1为本发明应用于直下式量子点背光模组中的第一基本结构示意图；

图2为本发明实施例1所述的一种用于直下式量子点背光源的封装结构的局部放大图；

图3为本发明实施例1所述的一种用于直下式量子点背光源的封装结构的工艺流程；

图4为应用于直下式量子点背光模组中的第二基本结构示意图；

图5为本发明实施例2所述的一种用于直下式量子点背光源的封装结构的局部放大图；

图6为本发明实施例2所述的一种用于直下式量子点背光源的封装结构的工艺流程。

具体实施方式

下面结合附图及实施例具体说明本发明提供的一种用于直下式量子点背光源的封装结构及其工艺流程。本发明提供优选实施例，只用于本发明做进一步的说明，不应该被认为仅限于在此阐述的实施例，也不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。本专利中，量子点微结构阵列的基板封装结构，不应该被认为严格规定其参数、几何尺寸。在此，参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括能够实现相同功能的其他形状。在本实施例中的配件，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。

实施例1

图1示出了这种用于直下式量子点背光源的封装结构，其中包括了基板层1、阻隔层2、红色量子点3、绿色量子点4、封装层5、蓝光光源6、光学膜片7、反射层8。在图1中所示的第一基本结构中，量子点微结构阵列调光层由量子点及复合性材料构成。量子点微结构阵列包含中心波长在380-780nm之间的一种或多种量子点和复合性材料，它是将量子点与复合性材料按一定的比例混合配成量子点浆料，其比例可以根据需要而定，该量子点微结构阵列通过喷墨打印等方法形成，量子点微结构阵列的厚度为20-50μm。量子点微结构阵列调光层之外是封装层，其由无机材料二氧化硅、氮氧化硅和氧化铝混合而成。封装层可以是在附有量子点微结构阵列图案的导光板上通过点对点丝网印刷套印上去，其厚度为10-20μm。具体实施步骤如下：

第一步：对基板进行清洗，干燥后在基板下表面对量子点微结构阵列图案位置进行对位符号的预标记，再通过扫描喷墨打印等增材制造的工艺方法，按照对位符号标记，将疏水性好、隔水隔氧性能好的透明阻隔材料图形化至相应的量子点微结构阵列图案位置并进行固化，形成组隔层；

第二步：将量子点溶液和复合性材料均匀混合成量子点浆料，再依照对位符号标记，通过点对点扫描喷墨打印增材制造的工艺方法，将量子点浆料印刷在阻隔层的下表面，形成量子点微结构阵列图案，再将印有量子点微结构阵列的基板进行固化，形成调光层；

第三步：依照对位符号标记，在固化后附有量子点微结构阵列图案的基板上再次通过点对点扫描喷墨打印等工艺方法将透明阻隔材料形成一层封装层，对每个量子点微结构形成独立的封装层。所形成的叠层式封装结构呈梯形，使得蓝光能够全部进入量子点微结构阵列从而激发量子点发光，再将形成封装层的基板进行固化，形成封装层；必要时在每层打印完毕后先进行固化，再依次进行下层的打印；

第四步：在叠层式封装结构除了底面的斜面外延以喷涂、蒸镀等方式附以高反射率材料并进行再次固化，形成反射层，使得直下式光源的光线能够全部由微结构出射，并且具有一定的指向性，提高光能利用率。

图2是本发明实施例1所述的一种用于直下式量子点背光源的封装结构的局部放大图，其中包含阻隔层2、红色量子点3、绿色量子点4、封装层5、蓝光led光源6、反射层8，该叠层式封装结构呈梯形，叠层式封装结构除了底面的斜面外延以喷涂、蒸镀等方式附以高反射率材料，使得直下式光源的光线能够全部由微结构出射，并且具有一定的指向性，提高光能利用率，当采用紫外led光源时，量子点材料中还应混合增加蓝色量子点材料。

实施例2

图4示出了这种用于直下式量子点背光源的封装结构，其中包括了基板层1、阻隔层2、红色量子点3、绿色量子点4、封装层5、蓝光光源6、光学膜片7、反射层8。图4是在实施例1的基础上，在基板下表面通过光刻、侵蚀或激光刻蚀等方法形成凹槽。量子点微结构阵列调光层由量子点及复合性材料构成，量子点微结构阵列的配置和形成与本发明实施例1中的类似，这里不再重复。唯一不同的是，在形成凹槽后，在凹槽内侧两边的斜壁以喷涂、蒸镀等方式附以高反射率材料，使得直下式光源的光线能够全部由微结构出射，并且具有一定的指向性，提高光能利用率。量子点微结构阵列调光层之外是封装层，其可以通过旋涂法涂覆上去，封装层材料由聚合物材料聚甲基丙烯酸甲酯、聚硅氧烷树脂、聚丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅树脂、聚苯乙烯、苯乙烯丙烯腈共聚物、聚甲基异戍二烯、透明聚酰胺的混合物组成。具体实施步骤如下：

第一步：对基板进行清洗，干燥后在导光板基板下表面对量子点微结构阵列图案位置进行对位符号的预标记；

第二步：在量子点微结构阵列图案位置通过光刻、侵蚀或激光刻蚀等方法形成凹槽，再以喷涂、蒸镀等方式附以高反射率材料并进行固化，形成反射层，使得直下式光源的光线能够全部由微结构出射，并且具有一定的指向性，提高光能利用率。

第三步：再通过喷墨打印等增材制造的工艺方法，按照对位符号标记，将疏水性好、隔水隔氧性能好的透明阻隔材料图形化至相应的量子点微结构阵列图案位置并进行固化，形成阻隔层；

第四步：将量子点溶液和复合性材料均匀混合成量子点浆料，再依照对位符号标记，通过点对点喷墨打印套印等增材制造的工艺方法，将量子点浆料印刷在导光板阻隔层的下表面，形成量子点微结构阵列图案，再将印有量子点微结构阵列的基板进行固化，形成调光层；

第五步：依照对位符号标记，在固化后附有量子点微结构阵列图案的导光板上通过提拉或旋涂等工艺方法将透明阻隔材料形成一层封装层，对每个量子点微结构形成独立的封装层，所形成的叠层式封装结构呈梯形，使得蓝光能够全部进入量子点微结构阵列从而激发量子点发光，封装层与基板下表面留有一定的间隔，再将形成封装层的导光板进行再次固化；必要时在每层打印完毕后先进行固化，再依次进行下层的打印。

图5是本发明实施例2所述的一种用于直下式量子点背光源的封装结构的局部放大图，其中包含基板1、阻隔层2、红色量子点3、绿色量子点4、封装层5、蓝光led光源6、反射层8，该叠层式封装结构呈梯形，与实施例1不同之处在于本实施例将叠层封装结构形成在基板的凹槽中，即采用刻蚀的方法在基板下表面形成一些凹槽，然后依次形成反射层、阻隔层、量子点层、封装层，封装层与基板下表面具有一定的间隔，蓝光led置于凹槽开口处，防止蓝光从边缘部分漏出。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但上述实施例并非用以限制本发明，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。