CN106449949A - 量子点胶体、光转换元件及发光装置 - Google Patents
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Abstract
一种量子点胶体，包括：荧光量子点、聚合物树脂和保护剂；所述保护剂为纳米粒子，所述荧光量子点的粒径大于所述保护剂的粒径。相比于粒径较大的荧光量子点，粒径较小的保护剂具有更高的表面能，更容易与氧气和水汽结合、反应，消耗量子点胶体中氧气和水汽，从而避免荧光量子点被破坏。本发明中基于量子点胶体制备的光转换元件具有高稳定性和长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及量子点技术领域，尤其是涉及一种量子点胶体、光转换元件及显示装置。
背景技术
量子点是一种三维尺寸都在1-20nm范围内的无机半导体发光纳米晶，由于其颗粒粒径小于或接近激子玻尔半径，量子点具有激发波长范围宽，粒径可控、半峰宽窄、斯托克斯位移大，光稳定性强等优点，因而被广泛的应用于显示、生物标记、太阳能电池等领域。
量子点技术已被应用于显示领域，由于其半峰宽窄的特点，基于量子点的显示器的色域得到极大提高。量子点作为一种无机纳米材料，相比于OLED显示发光技术中的有机材料，具有更好的稳定性，更长的使用寿命。同时，量子点的显示发光装置具有更低的制造成本，因此，量子点被认为是下一代显示发光材料的最佳选择。
量子点技术在显示设备应用方面相对成熟的技术是LED背光模组，其产生白光的方式之一可概括为以蓝光LED为光源，激发红色和绿色量子点，红、绿、蓝三色光混合形成白光。但是量子点容易受到氧气、水汽等外界环境的破坏，发光效率受到极大的影响，因此量子点相关的技术之一就是如何增加量子点的稳定性，保持其优良的发光性质。量子点一般被分散在聚合物树脂主体材料中形成量子点胶体，然后量子点胶体被封装成膜片，或者封装在玻璃管中的形式作为光转换元件存在。目前，增加量子点材料使用寿命的方法之一在于封装材料和封装方式的选择，但是不管封装技术如何成熟，作为封装材料之一的高分子隔离外界水汽和氧气的能力是一定的，且量子点胶体中会残留部分水汽和氧气；另一个方法就是在量子点胶体中加入抗氧化剂分子如酚系、磷系和硫系化合物，利用分子中特定官能团对于氧的还原而起作用，但是该类化合物不能消除其他物质如水汽等气体物质对量子点的破坏，对于量子点的保护不够完全。
基于以上背景，寻找一种能增加量子点材料稳定性和寿命，减小外界氧气和水汽对于量子点的破坏的方法，对于量子点在显示发光领域的应用至关重要。
发明内容
针对目前量子点材料易被破坏的问题，本发明旨在提供一种量子点胶体，该量子点胶体中量子点材料具有高稳定性、长使用寿命。
为实现上述目的，本发明的一方面在于提供一种量子点胶体，包括：荧光量子点、聚合物树脂和保护剂；所述保护剂为纳米粒子，所述荧光量子点的粒径大于所述保护剂的粒径。
优选地，所述荧光量子点的粒径在7-20nm范围内。
优选地，所述保护剂的粒径在1-4nm范围内。
优选地，所述荧光量子点包括IIB-VIA、IVA-VIA、IIIA-VA、IB-VIA族化合物单一结构和复合结构量子点中的至少一种。
优选地，所述复合结构量子点包括核壳结构量子点，构成所述核壳结构量子点的核包括CdSe、CdS、CdTe、CdSeTe、CdZnS、PbSe、ZnTe、CdSeS、PbS、PbTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InZnP、InGaP、InGaN和HgInZnS中的至少一种；构成所述核壳结构量子点的壳包含ZnSe、ZnS、ZnSeS、ZnTe、CdSe、CdTe和TiO中的至少一种。
优选地，所述保护剂包括荧光量子产量较低的材料，所述保护剂的荧光量子产率低于5％。
优选地，所述荧光量子点的壳具有不弱于所述保护剂的抗氧气和水汽破坏的能力。
优选地，所述保护剂选自具有较强还原性的物质，所述保护剂优先于所述荧光量子点被氧气和水汽破坏。
优选地，所述保护剂包括ZnSe、ZnS、ZnSeS、ZnTe、Ag和Cu中的至少一种。
优选地，所述荧光量子点的壳和所述保护剂为同一物质。
优选地，所述聚合物树脂包括有机硅类树脂、丙烯酸类树脂、环氧类树脂和聚氨酯中的至少一种。
本发明的另一方面在于提供一种光转换元件，所述光转换元件包括所述量子点胶体以及位于所述量子点胶体外表面的阻隔材料。
优选地，所述光转换元件包括量子点玻璃管和量子点膜中的至少一种。
本发明的另一方面在于提供一种发光装置，所述发光装置包括所述光转换元件。
优选地，所述发光装置包括显示背光模组、理疗装置和照明装置中的至少一种。
本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种量子点胶体，以小粒径的纳米粒子为保护剂；相比于粒径较大的荧光量子点，粒径较小的纳米粒子具有更高的表面能，更容易与氧气和水汽结合反应，消耗量子点胶体中氧气和水汽，从而避免荧光量子点被破坏，解决了目前量子点材料稳定性和寿命不足的问题；本发明中基于量子点胶体的光转化元件具有高稳定性和长使用寿命，为增加量子点材料的稳定性提供了一种新的思路和方法。
附图说明
图1是本发明量子点胶体的结构示意图。
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。
本发明提供了一种量子点胶体，包括：荧光量子点101、聚合物树脂102和保护剂103；其中，保护剂103为纳米粒子，荧光量子点101具有大于保护剂103的粒径。
当量子点被分散在聚合物主体中时，虽然聚合物材料中氧气和水汽的残留少以及体系的密封较好，但是体系中残留的微量氧气和水汽都会对量子点造成极大的破坏，影响其寿命和发光性能。本发明的目的为寻找一种能够优先与体系中氧气和水汽结合，从而消耗氧气和水汽，避免量子点被破坏的替代物。
当纳米粒子的粒径较小时，由于纳米粒子的表面能高、表面缺陷多，纳米粒子更容易对氧气、水汽等气体物质吸附、反应，从而消耗体系中的氧气和水汽，避免荧光量子点受到破坏。
在一个优选的实施方式中，荧光量子点101的粒径在7-20nm范围内；在一个更优选的实施方式中，荧光量子点101的粒径在8-15nm范围内；在一个具体的实施方式中，荧光量子点101的粒径为10nm左右。
在一个优选的实施方式中，保护剂103的粒径在1-4nm范围内；在一个更优选的实施方式中，保护剂103的粒径在1-3nm范围内；在一个具体的实施方式中，保护剂103的粒径为2nm左右。
本发明中荧光量子点101包括IIB-VIA、IVA-VIA、IIIA-VA、IB-VIA族化合物单一结构和复合结构量子点中的至少一种。在一个优选的实施方式中，荧光量子点101为具有核壳结构的量子点；在一个具体的实施方式中，荧光量子点101为粒径在10nm左右的CdSe/ZnS核壳结构量子点。
纳米粒子作为体系的保护剂103，其光学性质应当对荧光量子点101的发光性质干扰较小，保护剂103优选为荧光量子产量较低的材料，保护剂103的荧光量子产率低于5％。
保护剂103的作用在于同氧气和水汽结合反应，保护剂103选自具有较强还原性的物质，保护剂103优先于荧光量子点101被氧气和水汽破坏。
在一个优选的实施方式中，荧光量子点101的壳具有不弱于保护剂103的抗氧气和水汽破坏的能力。在一个优选的实施方式中，荧光量子点101的壳和保护剂103为同一物质；在一个具体的实施方式中，保护剂103为粒径在2nm左右的ZnS纳米粒子。
本发明中荧光量子点101的分散介质为聚合物树脂102，聚合物树脂102包括有机硅类树脂、丙烯酸类树脂、环氧类树脂和聚氨酯中的至少一种。在一个优选的实施方式中，聚合物树脂102为丙烯酸类树脂；在一个具体的实施方式中，聚合物树脂102为丙烯酸类UV胶。
本发明提供了一种光转换元件，包括量子点胶体以及位于量子点胶体外表面的阻隔材料。阻隔材料的作用是阻止外界气体如氧气和水汽等进入量子点胶体，阻隔材料包括无机氧化物材料和高分子材料。光转换元件的制备步骤包括对量子点胶体的固化和对量子点胶体的封装。
在一个优选的实施方式中，光转换元件包括量子点玻璃管和量子点膜中的至少一种。在一个具体的实施方式中，光转换元件为量子点玻璃管，玻璃管中封装有量子点胶体。在一个具体的实施方式中，光转换元件为量子点膜，包括第一阻隔膜和第二阻隔膜，量子点胶体封装在第一阻隔膜和第二阻隔膜之间。
本发明还提供了一种包括上述光转换元件的发光装置，发光装置包括显示背光模组、理疗装置和照明装置中的至少一种。
基于上述光转换元件的显示背光模组，包括光源、导光板和光转换元件；在一个具体的实施方式中，光转换元件为量子点玻璃管，光源设置在导光板的入光面处，量子点玻璃管设置在光源和导光板之间。
基于上述光转换元件的理疗装置，其发光部位包括光源，光转化元件以及固定零件；在一个具体的实施方式中，光转换元件为量子点膜，量子点膜通过光源的激发而发光。
基于上述光转换元件的照明装置，其发光部位包括光源，光转化元件以及固定零件；在一个具体的实施方式中，光转换元件为量子点膜，量子点膜通过光源的激发而发光。
实施例1
将含有2mg的粒径约10nm的CdSe/ZnS量子点甲苯溶液、含有0.2mg的粒径约2nm的ZnS纳米粒子甲苯溶液与200mg的UV胶混合，混合均匀后，真空旋转蒸发溶剂，得到量子点胶体；接着，在真空环境下，将量子点胶体灌装于玻璃管中，365nm的紫外光下照射10min固化，接着封装得到量子点玻璃管。
实施例2
与实施例1相同，所不同的在于：ZnS纳米粒子用量为1mg。
实施例3
与实施例1相同，所不同的在于：ZnS纳米粒子用量为2mg。
对比例1
与实施例1相同，所不同的在于：不含ZnS纳米粒子。
接着对量子点玻璃管的稳定性进行测定，测定条件如下：在80℃的环境中，利用蓝光LED灯对量子点玻璃管进行照射，经测试，LED灯珠的温度为约110℃。在测试环境下，量子点会被逐渐破坏，荧光会逐渐消失，直到玻璃管基本变黑。不同ZnS纳米粒子含量的量子点玻璃管表现出不同的变黑时间，实验测试结果如下表所示：
| 实施例 | 对比例1 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 变黑时间/h | 48 | 60 | 108 | ＞200 |
实验结果表明，对比例1中，不加入ZnS纳米粒子保护剂的量子点玻璃管的变黑时间只有48h；随着ZnS纳米粒子含量的增加，在实施例3中，量子点玻璃管的变黑时间达到对比例1中的四倍以上，表明其稳定性显著增加。
本发明以小粒径的纳米粒子为保护剂，利用小粒径纳米粒子高的表面能，更易于量子点胶体中氧气和水汽等结合反应的特点，能很好的保护荧光量子点受到破坏，显著的增加了量子点材料的稳定性和使用寿命。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (11)
1.一种量子点胶体，包括：荧光量子点、聚合物树脂和保护剂；其特征在于，所述保护剂为纳米粒子，所述荧光量子点的粒径大于所述保护剂的粒径。
2.根据权利要求1所述的量子点胶体，其特征在于：所述荧光量子点的粒径在7-20nm范围内。
3.根据权利要求1所述的量子点胶体，其特征在于：所述保护剂的粒径在1-4nm范围内。
4.根据权利要求1所述的量子点胶体，其特征在于：所述荧光量子点包括IIB-VIA、IVA-VIA、IIIA-VA、IB-VIA族化合物单一结构和复合结构量子点中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的量子点胶体，其特征在于：所述复合结构量子点包括核壳结构量子点，构成所述核壳结构量子点的核包括CdSe、CdS、CdTe、CdSeTe、CdZnS、PbSe、ZnTe、CdSeS、PbS、PbTe、HgS、HgSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、InZnP、InGaP、InGaN和HgInZnS中的至少一种；构成所述核壳结构量子点的壳包含ZnSe、ZnS、ZnSeS、ZnTe、CdSe、CdTe和TiO中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的量子点胶体，其特征在于：所述保护剂包括ZnSe、ZnS、ZnSeS、ZnTe、Ag和Cu中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的量子点胶体，其特征在于：所述荧光量子点的壳和所述保护剂为同一物质。
8.根据权利要求1所述的量子点胶体，其特征在于：所述聚合物树脂包括有机硅类树脂、丙烯酸类树脂、环氧类树脂和聚氨酯中的至少一种。
9.一种光转换元件，其特征在于：所述光转换元件包括权利要求1-8中任一所述量子点胶体以及位于所述量子点胶体外表面的阻隔材料。
10.一种发光装置，其特征在于：所述发光装置包括权利要求9所述的光转换元件。
11.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置包括显示背光模组、理疗装置和照明装置中的至少一种。
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