CN105446003B - 一种量子点分散体、背光模组和显示装置 - Google Patents

Abstract

一种量子点分散体，包括量子点和光学透明的高分子材料，所述量子点分散在所述高分子材料中，所述量子点表面修饰有一种或者多种配体，所述配体包括聚乙二醇链段。通过聚乙二醇链段与高分子材料之间良好的分散性，使所述量子点均匀的分散在所述高分子材料中，并形成稳定量子点分散体。本发明还揭示了一种量子点分散体制备方法，一种照明装置，背光模组以及一种显示装置。

Description

一种量子点分散体、背光模组和显示装置

技术领域

本发明涉及一种量子点分散体。

本发明还涉及一种包括量子点分散体的背光模组和显示装置。

背景技术

量子点，又称为纳米晶，是具有几纳米的尺寸、通常为1-20纳米的范围内、并具有晶体结构的材料。量子点可在适当的光源或电压激发下发出荧光。量子点由于其特殊的特性，如尺寸可调的光学特性，高量子效率，相对窄的半峰宽和抗光降解性，在过去的二十年中已经被广泛地研究。作为新一代发光材料，量子点在LED显示应用中正逐渐崭露头角。量子点材料通过吸收部分波段的蓝光，激发出部分波段的绿光及红光，能够有效地提高背光模组的色域，满足高色域液晶电视的需求。相比较现有的荧光粉而言，量子点有很多的优势，如粒子大小可控、分散均匀、激发转化效率高、稳定且光效较高。

在制备量子点背光模组的现有技术中，量子点经与无影胶等高分子材料混合后固化，被制成一种量子点胶体，经封装后形成量子点光学膜片，并设置在发光器件与显示面板之间。然而，量子点与高分子材料混合过程中常常出现量子点与高分子材料分散不好的现象。由于油相制备的量子点表面的具有有机配体，这些有机配体常常与无影胶等高分子材料的相溶性不好，造成量子点与无影胶等高分子材料混合后会团聚或者沉淀，大大降低了量子点胶体中量子点的量子效率以及光学性能。此问题导致目前较大面积或者较厚量子点膜片的制备良率不高。对量子点表面的有机配体改性，使之与高分子材料相容性变好，是一种解决上述问题的常用方法。然而，现有技术中对有机配体改性后易造成量子点本身的稳定性和光学性能变差的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为：提供一种量子点分散体，能够使量子点与高分子材料混合后形成稳定均匀的分散体，具有较高的光学性能。

本发明提供了一种量子点分散体，包括量子点和光学透明的高分子材料，所述量子点分散在所述高分子材料中，所述量子点表面修饰有一种或者多种配体，所述配体包括聚乙二醇链段，所述配体包括第一配体，所述第一配体包括一个核、至少一个与所述核相连的金属配位基团、至少一个与所述核相连的疏水基团、至少一个与所述核相连的聚乙二醇链段，所述核为原子或者原子基团，所述金属配位基团与所述量子点相连，所述聚乙二醇链段的碳原子数范围为4‐30。

优选地，所述配体还包括与所述量子点相连的其它配体。

优选地，所述金属配位基团包括巯基、氨基、羧基和羟基中的一种或者两种。

优选地，所述金属配位基团包括二巯基、二氨基、二羧基或者二羟基。

优选地，所述金属配位基团源自二氢硫辛酸、多巴胺、丁二酸或者丁二酸酐。

优选地，所述第一配体为连接有金属配位基团的吐温。

优选地，所述高分子材料呈液态，所述高分子材料在光照射、加热或者加入添加剂条件下转化为固态。

优选地，所述高分子材料为无影胶。

所述量子点与所述高分子材料的质量比范围为1:500‐1:5。

本发明还提出了一种照明装置，包括发光元件和如上所述的量子点分散体，所述量子点分散体设置在所述发光元件的光射出的方向上。

本发明还提出了一种背光模组，包括光源、导光板和如上所述的量子点分散体，所述量子点分散体设置在所述导光板的入光面或者出光面附近。

本发明还提出了一种显示装置，包括液晶显示模块和如上所述的背光模组。

本发明还提出了一种制备量子点分散体的方法，包括以下步骤：在吐温中引入金属配位基团，并与量子点反应，得到吐温修饰的量子点；将吐温修饰的量子点溶解在溶剂中，与无影胶按照一定的比例混合均匀；旋转蒸发溶剂；将溶剂蒸发后的产物用紫外光固化，得到固态的量子点分散体。

本发明的量子点分散体，具有以下有益效果：通过在量子点表面引入聚乙二醇链段，利用聚乙二醇链段与高分子材料良好的相溶性，使量子点更好的分散在高分子材料中，避免了量子点在高分子材料中团聚的现象。本发明制备的量子点分散体中，量子点分散均匀，量子效率较高、透光率较好。本发明的量子点分散体使大面积或者较厚的量子点膜片制备良率得到提升，制备成本得到下降。利用本发明的量子点分散体制备的背光模组以及显示装置均显示出良好的光学性能。

附图说明

图1是本发明中量子点分散体的示意图；

图2是本发明中量子点的一种实施方式的示意图；

图3是本发明中第一配体的一种实施方式的示意图；

图4是本发明中聚乙二醇链段与高分子材料相互作用的原理示意图；

图5是本发明实施例1‐6中的固化的量子点分散体的吸光度示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护范围。

本发明揭示了一种量子点分散体1，包括量子点2和透明的高分子材料3。量子点2分散在高分子材料3中。量子点2表面修饰有一种或者多种配体，配体包括聚乙二醇链段4，如图1所示。

本发明通过在量子点2的配体中引入聚乙二醇链段4，利用聚乙二醇链段4与高分子材料3良好的相溶性，使量子点2在高分子材料3中分散的更加稳定，不会团聚，并可以保持较长时间。由此使量子点2在高分子材料3中保持了较高的量子效率，量子点分散体1保持有更好的光学性能。

量子点分散体1指量子点2分散在介质中。本发明中，介质为高分子材料3。量子点分散体1可以为液态，也可以为固态。现有技术中公开的量子点胶体或者量子点膜片就属于一种固态的量子点分散体1。

为使量子点稳定的分散在溶剂中，量子点2表面一般修饰有一种或者多种配体。根据分散体系的不同，配体包括亲水性配体和疏水性配体。

如图2所示，本发明中的量子点表面修饰有第一配体5，第一配体5包括一个核6、至少一个与核6相连的金属配位基团7、至少一个与核6相连的聚乙二醇链段4。

优选地，聚乙二醇链段4的优选碳原子数范围为4‐30。聚乙二醇链段4包括与核6连接的连接端以及向外延伸的延伸端。延伸端优选为羧基、羟基或者烷基。

金属配位基团7可与金属原子或者金属离子配位结合，用于与量子点2配位连接。金属配位基团7包括巯基、氨基、羧基、羟基和磷酸基中的至少一种。优选地，金属配位基团7包括二巯基、二氨基、二羧基或者二羟基中的一种。优选地，两个巯基、羟基或者氨基连接的碳原子是相邻的。在一个具体实施方式中，金属配位基团7源自二氢硫辛酸、多巴胺、丁二酸或者丁二酸酐。

核6为一个原子或者一个原子基团。优选地，核6为碳原子或者苯环。在一个具体实施方式中，核为五元环基团，金属配位基团7以及聚乙二醇链段4分别连接在五元环基团的端点位置。在一个具体实施例中，核6为由五个碳原子构成的五元环。其中，三个碳原子连接有聚乙二醇链段4，一个端点位置连接有金属配位基团7。在一个具体实施例中，核为由四个碳原子和一个氧原子构成的五元环。其中，两个碳原子上连接有聚乙二醇链段4，一个碳原子上连接有金属配位基团7。

第一配体5还包括至少一个与核6相连接的疏水基团8。疏水基团8之间发生疏水键相互作用，交联在一起，在量子点2表面可形成保护层，增加量子点2的稳定性。疏水基团8也可以与量子点2表面的其他疏水性配体发生疏水键相互作用，增强第一配体5与量子点2的结合力。优选地，疏水基团8为脂肪酸酯。优选地，疏水基团8包括4‐30个碳原子的烷基。

在一个优选实施方式中，第一配体5为修饰有金属配位基团7的吐温，如图3所示。在本实施方式中，核6为五元含氧杂环，R为疏水基团，R’为金属配位基团，多个聚乙二醇链段4由五元环延伸而出。优选地，x+y+z+w＝20。在一个具体实施例中，利用二氢硫辛酸的羧基与吐温的聚乙二醇链段4末端的羟基反应，将二氢硫辛酸连接到一个聚乙二醇链段4的末端，形成二巯基修饰的吐温。将修饰了二巯基的吐温与量子点混合反应，并蒸发掉溶剂，形成吐温修饰的量子点。再利用吐温修饰的量子点与高分子材料3进行混合分散。

由于量子点2表面连接有多个第一配体5，所以量子点2表面包括大量由第一配体5产生的聚乙二醇链段4。聚乙二醇链段4位于量子点2的最外端，以便于和其它物质作用。聚乙二醇链段4的数量越多，越有利于量子点与高分子材料3的相溶度。聚乙二醇链段4通过高分子材料3的单体或者预聚物相互交联、氢键作用以及范德华力综合作用，可使量子点2与高分子材料3形成稳定的分散体系。高分子材料3的单体或者预聚物经聚合后形成固化的高分子材料，从而形成量子点2稳定均匀分散的量子点分散体。低聚合度的高分子材料3呈液态，其与量子点2形成的分散体系可以称为液态的量子点分散体1，在本发明的保护范围内。

高分子材料3包括所有能与聚乙二醇链段4发生稳定交联、氢键或者范德华力作用的材料。优选地，高分子材料3包括羟基，以便和聚乙二醇链段4发生氢键。优选地，高分子材料3包括但不限于环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸树脂或者丙烯酸树脂。高分子材料3可以为液态，也可以为固态。在一个优选实施例中，高分子材料3为无影胶，也称UV胶。聚乙二醇链段修饰的量子点在加入到无影胶水中，通过搅拌混合均匀，形成稳定的量子点分散体。由于量子点表面的大量聚乙二醇链段4，量子点2与无影胶可以混合的非常均匀，而且不会团聚。此时的量子点分散体1为液态，可以保存较长时间，至少一个月无团聚。将量子点分散液经紫外光照射或者加热，使其固化，得到量子点均匀分散的固态的量子点分散体。现有技术中的量子点胶体就是一种固态量子点分散体1。

聚乙二醇链段4中包含有很多醚氧键，其与丙烯酸树脂中的大量羟基之间形成大量氢键，如图4所示，聚乙二醇链段与无影胶中的单体或者预聚物具有一定的作用力，从而使得量子点不易团聚，能够稳定的分散在无影胶中。

本发明中，量子点2与高分子材料3的质量比优选范围为1:500‐1:5，更优选范围为1:500‐1:10。在量子点2与高分子材料3的混合物中，量子点2浓度太高易导致团聚并降低透光率，从而使光学性能降低；量子点2的浓度太低易导致无法得到所需的颜色的光。

在一个优选实施方式中，量子点分散体1中包括若干均匀分散在高分子材料3中的扩散粒子。优选地，扩散粒子用于对高分子材料3内的入射光线进行散射，增加光线通过量子点分散体的光程。扩散粒子优选为二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、碳酸钡、碳酸钙、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、丙烯腈‐丁二烯‐苯乙烯共聚物、有机硅聚合物中的一种或多种。

本发明还提出了一种量子点膜片，将固态的上述量子点分散体1进一步封装后得到。封装的目的是将量子点分散体1隔离空气和水。在一个具体实施例中，在量子点分散体1周围再涂布一层无影胶并使其固化。在一个具体实施例中，在量子点分散体1周围包裹一层塑料材料。在一个具体实施例中，在量子点分散体1周围包裹一层玻璃。

本发明还提出了一种照明装置，包括发光元件和如上所述的量子点分散体，量子点分散体设置在发光元件的光射出的方向上。

本发明还提出了一种背光模组，包括光源、导光板和本发明所提出的量子点分散体。量子点分散体设置的导光板的入光面或者出光面上。光源优选LED蓝光。光源发出的蓝光经导光板和量子点分散体后，形成白光。

在一个优选实施方式中，量子点分散体周围还设置有水汽阻隔层。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。

本发明还提出了一种显示装置，包括如上所述的背光模组。利用本发明的量子点分散体制备的背光模组和显示装置，发光性能更好，成本更低。

本发明还提出了一种制备量子点分散体的方法，包括以下步骤：在吐温中引入金属配位基团，并与量子点反应，得到吐温修饰的量子点；将吐温修饰的量子点溶解在溶剂中，与无影胶按照一定的比例混合均匀；旋转蒸发溶剂；将溶剂蒸发后的产物用紫外光固化，得到固态的量子点分散体。金属配位基团选自巯基、氨基、羧基或者羟基。优选地，金属配位基团选自二巯基、二氨基、二羧基或者二羟基中的一种。优选地，二巯基、二氨基、二羧基或者二羟基连接的碳原子是相邻的。在一个具体实施方式中，金属配位基团源自二氢硫辛酸、多巴胺、丁二酸或者丁二酸酐。吐温与金属配位基团的摩尔比优选为1:1.1‐1:1，反应温度优选为70‐90℃。吐温与金属配位基团反应之后的产物需经过提纯。量子点与高分子材料的质量比优选范围为1:500‐1:5，更优选范围为1:500‐1:10。

实施例1

制备羧基修饰的吐温20：将吐温20与丁二酸酐按照1：1的摩尔比混合，80℃搅拌12h，洗涤去除未参与反应的吐温20与丁二酸酐，得到羧基修饰的吐温20，简称TD20‐COOH。

制备吐温20修饰的硒化镉量子点TD20‐COOH‐QD：取10ml硒化镉量子点(25mg/ml)于瓶中，加入2.616g TD20‐COOH(1308g/mol)，并加入100ml氯仿，搅拌10min，加入2.66ml三乙胺(101g/mol)，旋转蒸发出氯仿；加水溶解，形成澄清溶液；用氯仿洗涤两次上述澄清溶液；减压蒸馏除去剩余的氯仿；离心去除未参与反应的量子点；过滤清液，50℃油泵下抽去水；过滤物即为TD20‐COOH‐QD。将过滤物用氯仿溶解，可得到澄清透明的TD20‐COOH‐QD氯仿溶液。

制备量子点分散体：将含有1mg QD的TD20‐COOH‐QD与500mg无影胶混合，混合均匀后，旋转蒸发溶剂，得到TD20‐COOH‐QD与无影胶的混合物，称为量子点分散液，也称为液态的量子点分散体；将一定量的量子点分散液置于自制圆形透明模具中，制得厚度为0.74mm的薄膜片，并置于无影灯下固化，形成固态的量子点分散体，也称量子点膜片。

实施例2

与实施例1相同，所不同的在于，将含有5mg QD的TD20‐COOH‐QD与500mg无影胶混合。

实施例3

与实施例1相同，所不同的在于，将含有10mg QD的TD20‐COOH‐QD与500mg无影胶混合。

实施例4

与实施例1相同，所不同的在于，将含有20mg QD的TD20‐COOH‐QD与500mg无影胶混合。

实施例5

与实施例1相同，所不同的在于，将含有30mg QD的TD20‐COOH‐QD与500mg无影胶混合。

实施例6

与实施例1相同，所不同的在于，将含有50mg QD的TD20‐COOH‐QD与500mg无影胶混合。

对比例1

与实施例1相同，所不同的在于，将1mg QD与500mg无影胶混合，制备量子点分散体。

对比例2

与对比例1相同，所不同的在于，QD用量为5mg。

对比例3

与对比例1相同，所不同的在于，QD用量为10mg。

对比例4

与对比例1相同，所不同的在于，QD用量为20mg。

对比例5

与对比例1相同，所不同的在于，QD用量为30mg。

对比例6

与对比例1相同，所不同的在于，QD用量为50mg。

测试结果

实施例1所使用的量子点量子产率为81％，发射光波长525nm，紫外吸收峰512nm，半峰宽32nm。

经测试，由实施例1制备的量子点TD20‐COOH‐QD，量子产率81％，说明吐温修饰的量子点的量子产率并没有减少。

经观察，实施例1制备的量子点分散液，也称作液态的量子点分散体，比较稳定，无量子点团聚现象，并可保持一个月以上的时间。此说明通过羧基修饰的吐温与量子点结合的复合物在无影胶中具有较好的分散性。将实施例1的液态的量子点分散体进行测试，测得量子产率达80％。由此说明，量子点在与无影胶混合后，量子点仍具有较高的量子产率。

实施例1‐6制备的量子点膜片均呈透明状。对比例1‐6制备的量子点膜片中，只有对比例1‐3的量子点膜片呈透明状，对比例4‐6的量子点膜片均呈浑浊状。浑浊状是由于量子点在无影胶中团聚造成的。由以上的透明度可以看出，吐温20修饰的量子点在与无影胶混合后具有更好的分散性和透光度。

用吸光光度仪测试实施例1‐6的吸光度。测试结果如图5所示。由图可知，随着浓度的增加，实施例1‐6显示出逐渐增大的吸光度，表明随着量子点TD20‐COOH‐QD浓度的增加，量子点膜片仍然显示出较好的光学性能。

以600nm处的吸光度为参考，通过计算得到实施例3‐6和对比例3‐6的透光率，如下面的表格所示，其中空白指不用量子点仅用无影胶制备的膜片:

	空白	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
						透光率	71.8％	76.7％	71.2％	65.0％	40.0％

	空白	对比例3	对比例4	对比例5	对比例6
						透光率	71.8％	63.5％	15.6％	1.4％	0％

由上可知，实施例3‐6的量子点分散体的透光率明显高于对比例3‐6的量子点分散体的透光率，尤其是随着量子点浓度的增大，本发明的实施例依然保持了较高的透光率，而对比例的透光率下降的非常快。这是因为对比例中的量子点在无影胶中容易团聚，粒径变大，从而影响了量子点分散体的透光率。实施例3相对于空白显示出更好的透光率，说明通过和吐温修饰的量子点结合，无影胶本身的透光率也得到了提升。以上说明，本发明制备的量子点分散体具有更好的透光率，因而具有更好的光学性能，在显示领域或者照明领域具有很好的应用前景。

尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本发明精神的实质，本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解，并不能构成对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种量子点分散体，包括量子点和光学透明的高分子材料，所述量子点分散在所述高分子材料中，所述量子点表面修饰有一种或者多种配体，其特征在于，所述配体包括聚乙二醇链段，所述配体包括第一配体，所述第一配体包括一个核、至少一个与所述核相连的金属配位基团、至少一个与所述核相连的疏水基团、至少一个与所述核相连的聚乙二醇链段，所述核为原子或者原子基团，所述金属配位基团与所述量子点相连，所述聚乙二醇链段的碳原子数范围为4‐30。

2.根据权利要求1所述的量子点分散体，其特征在于，所述金属配位基团包括巯基、氨基羧基和羟基中的一种或者两种。

3.根据权利要求2所述的量子点分散体，其特征在于，所述金属配位基团包括二巯基、二氨基、二羧基或者二羟基。

4.根据权利要求1所述的量子点分散体，其特征在于，所述第一配体为连接有金属配位基团的吐温。

5.根据权利要求1所述的量子点分散体，其特征在于，所述高分子材料为无影胶。

6.根据权利要求1所述的量子点分散体，其特征在于，所述量子点与所述高分子材料的质量比范围为1:500‐1:5。

7.一种照明装置，其特征在于，包括发光元件和权利要求1‐6中任一所述的量子点分散体，所述量子点分散体设置在所述发光元件的光射出的方向上。

8.一种背光模组，其特征在于，包括光源、导光板和权利要求1‐6中任一所述的量子点分散体，所述量子点分散体设置在所述导光板的入光面或者出光面附近。

9.一种显示装置，其特征在于，包括液晶显示模块和权利要求8所述的背光模组。