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国外团队研发无透镜广角Mini LED封装技术 用于超薄、高效、柔性背光

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-08-26 浏览次数:304
根据外媒AZO optics报道,近些年,科学家们已经陆续开发出一些具有高色彩饱和度和长寿命的白色发光二极管 (LED),并开始将其用于柔性照明和显示技术。另一方面,由于具有颜色可调、柔性、量子效率高、发射光谱窄并支持光致发光等性能优势,胶体量子点(Colloidal QD)已经成为下一代照明技术的有力竞争者。这两种技术的结合,在未来可能会取代有机发光二极管(OLED)和液晶显示器 (LCD)。
 
实现颜色转换的稀土元素材料
 
量子点材料的各种性能,有助于进一步降低Micro-LED显示器的像素尺寸。
 
白光LED广泛用于平面照明等领域,其用作颜色转换材料的荧光粉通常都含有一些稀土元素 (REEs,Rare Earth Elements)。这是一种不可持续的方案,毕竟从长远来看,开采和使用稀土元素对经济和环境来说具有非常大的不利影响。
 
所以,开发具有高柔性、稳定性和光效的不含稀土元素的色彩转换材料一直是这个领域的研究课题。近年来,市场上已经出现使用超薄OLED面板来制作柔性灯和柔性显示器的产品,不过截至目前,这些产品还存在可靠性差和驱动电流高等问题。针对这些问题,研究人员做了相关研究,并显著提高了量子点的光效、可靠性和颜色可调性。
 
先前研究人员建议的芯片方案
 
在这之前,对于一些便携式消费电子产品所需要的柔性、轻薄和轻便需求,一些研究人员曾建议采用蓝色或紫色LED芯片搭配胶体量子点膜作为柔性平面光源模组的设计。实际上,基于钙钛矿量子点(PQD,Perovskite Quantum Dot)的混合型LED,就具有非常高的色域潜力,非常适合用于显示背光模组。
 
封装量子点颜色转换器和钙钛矿量子点的白光LED,以及具有高色域潜力的高稳定性介孔二氧化硅纳米复合材料,已被广泛用作显示器背光源。另外,驱动电流算法也已广泛用于
 
Mini-LED显示器,它可以用来提升显示器色域和显示动态范围。
 
制造和封装广角(WA,Wide Angle)迷你发光二极管(Mini-LED)器件
 
在这项研究中,研究人员提出了一种搭配量子点膜的广角Mini-LED封装技术,可生产一种用于便携式QLED显示器的柔性超薄平面背光源,相对于其他Mini-LED封装方案,这种方案可以显著减少相同区域所需LED数量。
 
广角Mini-LED的封装和制造
 
这种广角Mini-LED封装的基础是发光波长在450 nm左右的GaN倒装蓝色LED芯片。具体到这项研究中,这些芯片的高度、宽度和长度分别为150um、127um和228.6μm。之所以选择GaN倒装芯片蓝色LED芯片,原因是它具有低热阻、无杯壳、能够承受高电流密度以及无需引线键合等优势。
 
具体的封装工艺大体上分六个步骤,包括基板上涂布扩散层、基板上贴附导光膜、微芯片染料键合、侧壁成型(Molding)、切割和与玻璃分离。
 
通过上述工艺步骤,研究人员制成了800 x 800 x 580 µm3的方形广角Mini-LED封装的器件。据介绍,这种方法不仅可以显著减少所使用LED芯片数量,还赋予了整个光源超薄、柔性和高光效等性能。这些结果也表明,采用这些技术设计的广角Mini-LED方形封装为高端QLED 显示应用提供了非常适合的背光源。
 
量子点膜的制造
 
通过将市场上的红色和绿色量子点与紫外线聚合物相结合,研究人员进一步制作了一种混合量子点膜。接着,他们使用自动刮刀涂布机,将该混合量子点膜进一步涂布在一层用作保护膜的PET薄膜上,最终形成了一种具有三明治状结构的量子点膜。之后,研究人员将这种具有PET/QD-PMMA/PET结构的量子点薄暴露于365 nm紫外线下30秒以完成固化。为了制造出最终具有ODL/PET/QD-PMMA/PET/ODL结构的成品膜,研究人员最后还需要使用刮刀涂布机将一种光学扩散层 (ODL,Optical Diffusion Layer) 涂布到PET/QD-PMMA/PET 薄膜两侧。
 
柔性电路板制作
 
研究人员在一片用环氧树脂和玻璃纤维(FR4)制成的电路板上排列键合了3200颗上述封装好的广角Mini-LED。整个背光单元中除了最底侧的电路板(含Mini-LED),上方还有上述钙钛矿量子点膜和棱镜等其他光学膜材。这些部品组合在一起后,就构成了一片超薄、平坦且均匀的面光源。这里,光学膜一层一层地叠放在另一层上,它们之间的间隙很小。
 
结论
 
通过独特的封装方式设计,这种广角Mini-LED的性能得到了极大的提高。与传统的Mini-LED相比,中心亮度降低到26.5%,不过光取出效率提高到96.1%。与具有相同表面积的未封装Mini-LED相比,它可以让发光角度更宽,照明区域更大,单位面积LED颗数更少。这些发现,连同104.2%NTSC的高色域,都表明未来QLED显示器可能会使用这种背光技术并实现更高的色域。

(来源:CINNO)
 
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