CN103487857A - 量子点薄膜及背光模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子点薄膜及背光模组，量子点薄膜包括量子点层，所述量子点层包括基质及若干均匀分散于基质中的量子点，所述基质中还包含若干均匀分散的扩散粒子，所述扩散粒子与基质之间折射率差大于0.01，扩散粒子用于对基质内的入射光线进行散射，增加光线通过量子点层的光程。本发明能够增加光线通过量子点层的光程，提高量子点利用率，提高光转化效率，降低成本；可以提供光转换和雾化和增亮三种效果，降低背光模组的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及量子点技术领域，特别是涉及一种量子点薄膜及背光模组。
背景技术
液晶显示器(liquid crystal display，LED)背光源大多采用冷极荧光管(Coldcathode fluorescent lamp，CCFL)，但是随着市场的需要，发光二极管(Lightemitting diode，LED)因其体积小、省能和环保等特性逐渐取代CCFL作为液晶显示器背光源。
应用在背光模组中的白光LED，主要有两种：一种是通过LED自身发出的蓝光，激发黄色荧光粉，两色混合形成白光；另一种是LED单元通过三原色LED光源混合形成白光；第三种是LED蓝色光，通过激发红色和绿色两种量子点荧光粉，三色光混合形成白光。其中第三种方法是现在研究比较多的一种方法，这种方法能够提高显示器的色域从70%NTSC到100%NTSC。
红色和绿色量子点可以放置在三种位置上：第一是在LED芯片上；第二是在导光板的边缘；第三是在背光模组内。第一种位置量子点的用量很少，但是LED芯片有很高的温度，量子点使用寿命短。第三种一般是把量子点分散到膜片上，离LED最远，温度低，但是量子点用量大，成本高。第二种量子点用量介于第一种和第二种之间，一般用到大尺寸显示器比较合适。
在LED蓝光激发红色和绿色量子点，混合形成白光的过程中，量子点的光转化效率是非常重要的，它直接影响着量子点的用量。提高光转化效率的方法就是提高量子产率（Quantum Yield），这与量子点的种类、结构和粒径大小都有关系，现阶段量子产率能够提高的范围已经非常的有限。
量子点薄膜的厚度大概在几十到一百微米左右，在这么薄的厚度下，量子点的光转化率是很低的，现有技术中通常通过增加量子点含量来提高量子点的光转化率，然而由于量子点价格昂贵，会使成本增加。
由于量子点成本高，现在研究比较多的是第三种把量子点分散到膜片上，主要考虑的是附加值比较高的小尺寸液晶屏幕。由于量子点的量子产率是一定的，所以如何提高光转化率是降低成本的关键。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种量子点薄膜及背光模组。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种量子点薄膜及背光模组，其量子点利用率高、光转化效率高、且成本低。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种量子点薄膜，包括量子点层，所述量子点层包括基质及若干均匀分散于基质中的量子点，所述基质中还包含若干均匀分散的扩散粒子，所述扩散粒子与基质之间折射率差大于0.01，扩散粒子用于对基质内的入射光线进行散射，增加光线通过量子点层的光程。
作为本发明的进一步改进，所述扩散粒子为无机粒子、有机高分子粒子中的一种或两种。
作为本发明的进一步改进，所述无机粒子包括SiO2、TiO2、Al2O3、CaCO3、BaSO4中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，所述有机高分子粒子包括聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS、烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚氨酯PU、有机硅聚合物中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，所述扩散粒子为单一粒径分散或多种粒径混合分散。
作为本发明的进一步改进，所述扩散粒子的直径为0.1um～20um。
作为本发明的进一步改进，所述扩散粒子的直径为1um～15um。
作为本发明的进一步改进，所述扩散粒子与基质之间折射率差大于0.03。
作为本发明的进一步改进，所述扩散粒子在基质中含量为0.1%～10%。
作为本发明的进一步改进，所述扩散粒子在基质中含量为1%～5%。
作为本发明的进一步改进，所述量子点的直径为1～10nm。
作为本发明的进一步改进，所述基质内的入射光线为蓝光时，量子点包括绿色量子点和红色量子点。
作为本发明的进一步改进，所述量子点材料包括第Ⅱ主族与第Ⅵ主族中的元素形成的第一化合物中的任意一种、第Ⅲ主族与第Ⅴ主族中的元素形成的第二化合物中的任意一种、所述第一化合物和/或所述第二化合物中的多种包覆形成的核壳结构化合物或者掺杂纳米晶。
作为本发明的进一步改进，所述第一化合物包括CdSe、CdTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe和CdS，所述第二化合物包括GaN、GaP、GaAs、InN、InP和InAs。
作为本发明的进一步改进，所述量子点薄膜还包括至少设于量子点层一侧的水汽阻隔层。
作为本发明的进一步改进，所述水汽阻隔层为固体材料，或者固化的液体、凝胶、聚合物。
作为本发明的进一步改进，所述水汽阻隔层为高分子聚合物、无机氧化物、或者高分子聚合物与无机氧化物的组合物。
作为本发明的进一步改进，所述基质材料为丙烯酸酯类树脂、有机硅氧烷树脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸酯改性有机硅树脂或环氧树脂。
作为本发明的进一步改进，所述基质材料固化方式为UV固化或热固化。
作为本发明的进一步改进，所述量子点层的厚度为1um～1000um。
作为本发明的进一步改进，所述量子点层的厚度为10um～200um。
作为本发明的进一步改进，所述量子点层的厚度为50um～150um。
作为本发明的进一步改进，所述水汽阻隔层表面设有扩散结构，扩散结构为扩散颗粒、或微结构。
作为本发明的进一步改进，所述微结构包括等腰三角形、多角锥形、圆锥形、半球形、以及表面具有凸起结构的无规则形中的一种或多种的组合。
相应地，一种背光模组，所述背光模组包括：光源、导光板、棱镜片、及量子点薄膜，所述量子点薄膜位于导光板和棱镜片之间。
本发明具有以下有益效果：
本发明能够增加光线通过量子点层的光程，提高量子点利用率，提高光转化效率，降低成本；
本发明可以提供光转换和雾化和增亮三种效果，可以降低背光模组的厚度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施方式一中量子点薄膜的结构示意图；
图2为本发明实施方式一中量子点薄膜的原理示意图；
图3为本发明实施方式二中量子点薄膜的结构示意图；
图4为本发明实施方式三中量子点薄膜的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种量子点薄膜，包括量子点层，量子点层包括基质及若干均匀分散于基质中的量子点，基质中还包含若干均匀分散的扩散粒子，扩散粒子用于对基质内的入射光线进行散射，增加光线通过量子点层的光程。扩散粒子与基质之间折射率差大于0.01，优选地大于0.03。
基质材料为丙烯酸酯类树脂、有机硅氧烷树脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸酯改性有机硅树脂或环氧树脂，基质材料固化方式为UV固化或热固化。
进一步地，扩散粒子为无机粒子、有机高分子粒子中的一种或两种。无机粒子包括SiO2、TiO2、Al2O3、CaCO3、BaSO4中的一种或多种；有机高分子粒子包括聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚氨酯PU、有机硅聚合物中的一种或多种。
扩散粒子可以为单一粒径分散或多种粒径混合分散，扩散粒子的直径为0.1um～20um，优选地为1um～15um。
扩散粒子在基质中含量为0.1%～10%，优选地为1%～5%。
进一步地，基质内的入射光线为蓝光时，量子点包括绿色量子点和红色量子点，量子点的直径为1～10nm。
量子点层的厚度为1um～1000um，优选地为10um～200um，更优选地为50um～150um。
量子点材料包括第Ⅱ主族与第Ⅵ主族中的元素形成的第一化合物中的任意一种、第Ⅲ主族与第Ⅴ主族中的元素形成的第二化合物中的任意一种、第一化合物和/或第二化合物中的多种包覆形成的核壳结构化合物或者掺杂纳米晶。第一化合物包括CdSe、CdTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe和CdS，第二化合物包括GaN、GaP、GaAs、InN、InP和InAs。
进一步地，量子点薄膜还包括至少设于量子点层一侧的水汽阻隔层。水汽阻隔层为固体材料，或者固化的液体、凝胶、聚合物。水汽阻隔层可以为高分子聚合物、无机氧化物、或者高分子聚合物与无机氧化物的组合物。
水汽阻隔层表面还可以设有扩散结构，扩散结构为扩散颗粒、或微结构。其中微结构包括等腰三角形、多角锥形、圆锥形、半球形、以及表面具有凸起结构的无规则形中的一种或多种的组合。
相应地，本发明还公开了一种背光模组，包括：光源、导光板、棱镜片、及量子点薄膜，其中量子点薄膜位于导光板之上、棱镜片之下的任何位置。量子点薄膜单侧或双侧制作有棱镜结构，可以集光转化、增亮和扩散作用于一起，减少背光模组的厚度。
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。
实施方式一：
参图1所示，一种量子点薄膜，包括：
量子点层10，量子点层10包括基质11及若干均匀分散于基质11中的量子点，本实施方式中量子点包括红色量子点111和绿色量子点112。基质11中还包含若干均匀分散的扩散粒子113，扩散粒子113用于对基质内的入射光线进行散射，增加光线通过量子点层的光程；
位于量子点层10两侧的水汽阻隔层，包括位于量子点层10上方的第一水汽阻隔层21、和位于量子点层10下方的第二水汽阻隔层22。水汽阻隔层为固体材料，或者固化的液体、凝胶、聚合物。
在本实施方式中，基质11材料为丙烯酸酯类树脂、有机硅氧烷树脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸酯改性有机硅树脂或环氧树脂，基质材料固化方式为UV固化或热固化。
扩散粒子113为无机粒子、有机高分子粒子中的一种或两种。无机粒子包括SiO2、TiO2、Al2O3、CaCO3、BaSO4中的一种或多种；有机高分子粒子包括聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚氨酯PU、有机硅聚合物中的一种或多种。
扩散粒子113的直径为0.1um～20um，优选地为1um～15um，扩散粒子113可以为单一粒径分散或多种粒径混合分散，例如5um、8um、12um三种大小的SiO2粒子，按照重量比为2:1:0.5的比例分散在量子点层，又如5um SiO2和5um PS粒子按照重量比1:1的比例分散在量子点层。
扩散粒子在量子点层中所占的重量百分比为0.1%至50%，优选的占量子点层总量的百分比例为0.1%至10%之间，更优选地为1%～5%。其扩散粒子的重量比，是由扩散粒子与基质材料之间的折射率差决定的，扩散粒子113与基质11之间折射率差大于0.01，优选地大于0.03。折射率差越大，扩散粒子的重量百分比就越小，扩散粒子与基质材料之间的折射率差越小，扩散粒子的重量百分比就越大。
本实施方式中，基质内的入射光线为蓝光，量子点包括绿色量子点和红色量子点，量子点的直径为1～10nm。当入射光线不同时，量子点的数量和种类也需分别进行设置。
量子点层10的厚度为1um～1000um，优选地为10um～200um，更优选地为50um～150um。
量子点材料包括第Ⅱ主族与第Ⅵ主族中的元素形成的第一化合物中的任意一种、第Ⅲ主族与第Ⅴ主族中的元素形成的第二化合物中的任意一种、第一化合物和/或第二化合物中的多种包覆形成的核壳结构化合物或者掺杂纳米晶。第一化合物包括CdSe、CdTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe和CdS，第二化合物包括GaN、GaP、GaAs、InN、InP和InAs。
水汽阻隔层包括但不限于高分子聚合物(如聚对苯二甲酸乙二酯PET、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚碳酸酯PC等)、无机氧化物、(如SiO2，Si2O3，TiO2，Al2O3等)、或者高分子聚合物与无机氧化物的组合物。
优选的水汽阻隔层包括2层或者两层以上不同材料或者复合物。例如无机有机层相互交替，能够提供高的水和氧气的阻隔性能。水分透过率优选为1mg/m2·24h至10E-6mg/m2·24h，更优选为10E-2mg/m2·24h至10E-3mg/m2·24h,氧气透过率优选为1mL/m2·24h至10E-6mL/m2·24h，更优选为10E-2mL/m2·24h至10E-3mL/m2·24h。
在本实施方式中，如基质选取折射率为1.4556的树脂，采用PMMA微球作为扩散粒子，激发光源为450nm蓝光，测试结果如下表：
| 编号 | 比例 | 粒径 | 雾度 | 外量子效率 |
| 1# | 0% | -- | 0.5% | 49% |
| 2# | 0.5% | 5um | 38.9% | 51% |
| 3# | 1.0% | 5um | 59.1% | 54% |
| 4# | 5.0% | 5um | 89.3% | 59% |
| 5# | 10.0% | 5um | 98.6% | 66% |
| 6# | 5.0% | 10um | 85.8% | 56% |
| 7# | 5.0% | 15um | 79.0% | 55% |
| 8# | 5.0% | 5um:10um:15um=2:1:1 | 86.3% | 56% |
| 9# | 5.0% | 5um:10um:15um=1:2:3 | 85.5% | 57% |
(其中，当扩散粒子质量比例在5.0%～50%之间时，雾度值和外量子效率提高不明显，在上表中未进行举例)
上表中外量子效率代表光的转化效率，数值越高转化率越大。可以看出，本发明通过在基质中均匀分散扩散粒子，扩散粒子可以对基质内的入射光线进行散射，增加光线通过量子点层的光程，从而提高量子点的利用率，提高光转化效率，且能够进行光雾化。
参图2所示，光源40为LED蓝光光源，LED蓝光进入量子点层，LED蓝光通过激发红色和绿色两种量子点，三色光混合形成白光。蓝光照射到扩散粒子上产生散射，光线方向发生改变，这部分蓝光可以激发绿色量子点或者红色量子点，也可以通过另一扩散粒子再次发生散射，从而增加单束光通过量子点层的光程，在量子点分布不变的情况下，提高光转化率。
实施方式二：
如图3所示，在第一水汽阻隔层21的表面上设有第一微结构31，本实施方式中第一微结构为等腰三角形，在其他实施方式中还可以为微结构包括等腰三角形、多角锥形、圆锥形、半球形、以及表面具有凸起结构的无规则形中的一种或多种的组合。
本实施方式中量子点层和水汽阻隔层与实施方式一相同，在此不再进行赘述。
实施方式三：
如图4所示，在第一水汽阻隔层21和第二水汽阻隔层22的表面上分别设有第一微结构31和第二微结构32，本实施方式中第一微结构和第二微结构为半球形，在其他实施方式中还可以为微结构包括等腰三角形、多角锥形、圆锥形、半球形、以及表面具有凸起结构的无规则形中的一种或多种的组合。
本实施方式中量子点层和水汽阻隔层与实施方式一相同，在此不再进行赘述。
相应地，本发明另一实施方式中的背光模组，包括：光源、导光板、棱镜片、及量子点薄膜，其中量子点薄膜位于导光板之上、棱镜片之下的任何位置。量子点薄膜单侧或双侧制作有棱镜结构，可以集光转化、增亮和扩散作用于一起，减少背光模组的厚度。
由以上技术方案可以看出，与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明能够增加光线通过量子点层的光程，提高量子点利用率，提高光转化效率，降低成本；
本发明可以提供光转换和雾化和增亮三种效果，可以降低背光模组的厚度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (25)
1.一种量子点薄膜，包括量子点层，所述量子点层包括基质及若干均匀分散于基质中的量子点，其特征在于，所述基质中还包含若干均匀分散的扩散粒子，所述扩散粒子与基质之间折射率差大于0.01，扩散粒子用于对基质内的入射光线进行散射，增加光线通过量子点层的光程。
2.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述扩散粒子为无机粒子、有机高分子粒子中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的量子点薄膜，其特征在于，所述无机粒子包括SiO2、TiO2、Al2O3、CaCO3、BaSO4中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的量子点薄膜，其特征在于，所述有机高分子粒子包括聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS、烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚氨酯PU、有机硅聚合物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述扩散粒子为单一粒径分散或多种粒径混合分散。
6.根据权利要求5所述的量子点薄膜，其特征在于，所述扩散粒子的直径为0.1um～20um。
7.根据权利要求6所述的量子点薄膜，其特征在于，所述扩散粒子的直径为1um～15um。
8.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述扩散粒子与基质之间折射率差大于0.03。
9.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述扩散粒子在基质中含量为0.1%～10%。
10.根据权利要求9所述的量子点薄膜，其特征在于，所述扩散粒子在基质中含量为1%～5%。
11.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述量子点的直径为1～10nm。
12.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述基质内的入射光线为蓝光时，量子点包括绿色量子点和红色量子点。
13.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述量子点材料包括第Ⅱ主族与第Ⅵ主族中的元素形成的第一化合物中的任意一种、第Ⅲ主族与第Ⅴ主族中的元素形成的第二化合物中的任意一种、所述第一化合物和/或所述第二化合物中的多种包覆形成的核壳结构化合物或者掺杂纳米晶。
14.根据权利要求13所述的量子点薄膜，其特征在于，所述第一化合物包括CdSe、CdTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe和CdS，所述第二化合物包括GaN、GaP、GaAs、InN、InP和InAs。
15.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述量子点薄膜还包括至少设于量子点层一侧的水汽阻隔层。
16.根据权利要求15所述的量子点薄膜，其特征在于，所述水汽阻隔层为固体材料，或者固化的液体、凝胶、聚合物。
17.根据权利要求15所述的量子点薄膜，其特征在于，所述水汽阻隔层为高分子聚合物、无机氧化物、或者高分子聚合物与无机氧化物的组合物。
18.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述基质材料为丙烯酸酯类树脂、有机硅氧烷树脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸酯改性有机硅树脂或环氧树脂。
19.根据权利要求18所述的量子点薄膜，其特征在于，所述基质材料固化方式为UV固化或热固化。
20.根据权利要求1所述的量子点薄膜，其特征在于，所述量子点层的厚度为1um～1000um。
21.根据权利要求20所述的量子点薄膜，其特征在于，所述量子点层的厚度为10um～200um。
22.根据权利要求21所述的量子点薄膜，其特征在于，所述量子点层的厚度为50um～150um。
23.根据权利要求15所述的量子点薄膜，其特征在于，所述水汽阻隔层表面设有扩散结构，扩散结构为扩散颗粒、或微结构。
24.根据权利要求23所述的量子点薄膜，其特征在于，所述微结构包括等腰三角形、多角锥形、圆锥形、半球形、以及表面具有凸起结构的无规则形中的一种或多种的组合。
25.一种背光模组，其特征在于，所述背光模组包括：光源、导光板、棱镜片、及权利要求1～24任一项中的量子点薄膜，所述量子点薄膜位于导光板和棱镜片之间。
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