CN106505137B - 一种光学效果优异的量子点增强膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉液晶显示技术领域，特别是指一种光学效果优异的量子点增强膜及其制备方法，其制备方法为：先制备量子点材料，并将其与PMMA结合制成量子点‑PMMA胶质；采用PET材料制成水氧阻隔层；将量子点‑PMMA胶质平铺在水氧阻隔层上，再覆盖一层水氧阻隔层，形成量子点膜层；对量子点膜层进行固化；利用光学硅胶和环氧树脂制成的粘合剂将量子点膜层进行封装即可制得光学效果优异的量子点增强膜。本发明制备的光学效果优异的量子点增强膜有效解决了普通量子点增强膜光学损耗大，使用和保存寿命短，以及流明效率低、色彩纯度低、色域窄等光学效果差的问题，其优异的性能加上可批量生产的操作，是量子点薄膜产业化的有效方法。

Description

一种光学效果优异的量子点增强膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，特别是指一种光学效果优异的量子点增强膜及其制备方法。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD)已经成为主导的平板显示技术。由于LCD本身不发光，所以它们需使用背光源。为了拓宽LCD的色域，已经发展了几种新型的背光源技术。
近年来，一种使用量子点光学膜实现高色域LCD的新型产品受到越来越多的关注。量子点薄膜是加入有LnP或ZnSe等量子点组成的球状纳米尺寸的量子点材料膜，通过量子点的发光特性来加强LCD的背光效果，产生的色彩效果一般比液晶荧幕高50％，成本也不会增加多少，液晶控制光的通过，滤色片为其增加了色彩。这项技术称为量子点薄膜技术(quantum dot enhancement film，简称QDEF),量子点薄膜是一种添加两种或者多种量子点的光学薄膜，由于量子点的宽波段可发光，可协调性强，可以单一发光或者混合之后形成白光量子点比人类的头发丝还要小上10000倍，其发光是一个特定的波段下所产生的，通过控制量子点的光谱输出，QDEF产品可以通过薄膜上数兆的量子点来增强色彩和亮度。
其中量子点包括核壳结构，波长范围在440nm～480nm为蓝光量子点，波长范围在490nm～560nm为绿光量子点，波长范围在590nm～650nm为红光量子点。量子点材料中包括ZnS/CdSe，ZnS/CdSe/ZnS及其包裹多层ZnS,CdZnS/ZnSe，CdZnS/ZnSe/ZnS及其包裹多层ZnS,ZnCdS/CdSe，ZnCdS/CdSe/CdS及其包裹多层CdS,ZnCdS/CdTe，PbI,PbCl和CdZnSe/ZnSe等。
然而采用现有的材料及制备方法制备的量子点膜中光学损耗大、使用和保存寿命短，且存在流明效率低、色彩纯度低、色域窄等光学效果差的问题，其制备成本也非常高昂。
发明内容
本发明的主要目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种光学效果优异的量子点增强膜及其制备方法，采用如下技术方案：
提供一种光学效果优异的量子点增强膜的制备方法，包括：
步骤一：先制备量子点材料，并将其与PMMA结合制成量子点-PMMA胶质；
步骤二：采用PET材料制成水氧阻隔层；
步骤三：将量子点-PMMA胶质平铺在水氧阻隔层上，再覆盖一层水氧阻隔层，形成量子点膜层；
步骤四：对量子点膜层进行固化；
步骤五：利用光学硅胶和环氧树脂制成的粘合剂将量子点膜层进行封装即可制得光学效果优异的量子点增强膜。
进一步地，步骤一中，量子点-PMMA胶质的制备方法包括：
制备量子点材料，将量子点材料提纯至纯度为80％以上；
按照质量比为9：1～11：1分别称取PMMA和提纯后的量子点材料；
采用三氯甲烷或者正己烷作为溶剂，将称取的PMMA溶解形成PMMA溶液；
将量子点材料与PMMA溶液均匀混合，当量子点-PMMA混合物形成发光均匀的胶质时即完成量子点-PMMA胶质的制备。
进一步地，称取的PMMA与量子点材料质量比为10：1；通过超声将称取的PMMA溶解。
进一步地，量子点材料为三元量子点材料，其制备方法如下：
步骤a：将CdO，含锌的化合物，油酸和ODE放入四口烧瓶中，抽真空40min，加热至100℃；
步骤b：换气多次，加热到295℃，再注入0.5mmol/ml S和ODE的混合溶液；
步骤c：温度控制在315℃，保温150min～20min，再注入Se和TBP的混合物；
步骤d：温度控制在300℃，保温40min，再滴加0.5mmol/ml的S和ODE混合溶液；
步骤e：重复步骤c；
步骤f：保温40min，冷却至室温，即可完成三元量子点材料的制备。
进一步地，量子点材料为ZnSe量子点材料，其制备方法如下：
步骤a：称量含锌的化合物，Se粉和ODE溶液放入四口烧瓶中；加热至100℃，抽真空40min；
步骤b：换气多次，加热至260℃；
步骤c：在260℃温度下，再加入油胺；
步骤d：在260℃温度下保温5min，再加入Zn(OH)2溶液；
步骤f：重复步骤d三次，保温30分钟，冷却至室温，即可完成ZnSe量子点材料的制备。
进一步地，含锌的化合物选自无水醋酸锌、氧化锌、氯化锌、硫化锌或硫酸锌中的至少一种。
进一步地，步骤二中，采用真空蒸镀机将PET材料制成水氧阻隔层；
制备水氧阻隔层的材料还包括：蜡、光学硅胶、环氧树脂、聚乙烯、聚碳酸酯和聚氯乙烯。
进一步地，步骤四中，通过真空室温干燥将量子点-PMMA材料进行固化。
进一步地，步骤五中，粘合剂为利用光学硅胶和环氧树脂A、B胶混合制成的，环氧树脂A、B胶中，A胶为本胶，B胶为硬化剂，A胶与B胶混合的体积比为10：1。
本发明还提供一种采用如上所述制备方法制备的一种光学效果优异的量子点增强膜。
本发明通过水氧阻隔层真空蒸镀或者磁控溅射等方式镀膜而成，此方式使固化时间减短，水氧隔绝效果优异并且不影响其液晶显示器的光学损耗，大大提高了流明效率，延长了量子点增强膜的使用和保存寿命。
选用了光学硅胶和环氧树脂A、B胶作为粘合剂对量子点膜层进行封装，能够使量子点增强膜耐高温，不易发黄，密封性好，可以有效地抑制光溢出造成的色域变窄，封装效果优异使量子点增强膜的亮度和色彩饱和度不易衰退，从而具有良好的光学性质，且增加了量子点增强膜的使用寿命。
通过本发明制备方法制取的量子点材料具有半峰宽窄，发光光谱对称，荧光寿命长，产率高等优点，进一步提高了量子点增强膜的综合性能。
本发明首次提出将PET材料用于制备水氧阻隔层，PET材料在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好；有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3～5倍，耐折性好；耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀碱，耐大多数溶剂；具有优良的耐高、低温性能，可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，可耐-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小；气体和水蒸气渗透率低，既有优良的阻气、水、油及异味性能；透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好；无毒、无味，卫生安全性好防止量子点氧化，因此本发明的水氧阻隔层采用PET材料能够更好地保护保护量子点，为保护量子点材料提供重要的屏障。
合适的PMMA与量子点材料质量比例是高品质量子点增强膜制备的重要条件，量子点增强膜寿命依靠于PMMA的保护。本发明经过反复实验和实验数据分析得出，使用本发明采用的PMMA与量子点材料质量比例时，量子点增强膜的色域，贴合后的量子点增强膜表观，耐热性以及光氧化性等均最优。
通过真空室温干燥形成的量子点-PMMA膜光滑，经过光致发光仪器测试得到对应的光谱图像半峰宽窄且对称；对其荧光寿命进行测试，结果表明量子点增强膜的荧光寿命较长。
本发明提供了一种光学效果优异的量子点增强膜及其制备方法，所制备的一种光学效果优异的量子点增强膜有效解决了普通量子点增强膜光学损耗大、使用和保存寿命短，以及流明效率低、色彩纯度低、色域窄等光学效果差的问题，其优异的性能加上可批量生产的操作，是量子点薄膜产业化的有效方法。
附图说明
图1为本发明提供的光学效果优异的量子点增强膜的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种光学效果优异的量子点增强膜及其制备方法，以下用实施例对本发明的制备方法做进一步说明。
实施例一
实施例一以三元量子点为量子点材料，本发明提供的光学效果优异的量子点增强膜方法包括：
步骤1、制备三元量子点-PMMA胶质；
首先，将0.5mmolCdO，5mmol Zn(Ac)2，3.5ml油酸和10ml十八烯(1-octadecene，简称ODE)放入四口烧瓶中，抽真空40min，加热至100℃；换气三次，加热到295℃，将10mmol的高纯度硫S与20mlODE于120摄氏度搅拌加热制备的浓度为0.5mmol/ml的S和ODE混合溶液，注入1mlS和ODE混合溶液到四口烧瓶中；温度控制在315℃，保温150min～20min，注入1mmolSe和磷酸三丁酯(Tributyl phosphate，简称TBP)的混合物；保温40min，温度控制在300℃，滴加0.5mmol/ml的S和ODE混合溶液1ml；温度控制在315℃，保温150min～20min，注入1mmolSe与0.5ml的TBP振荡溶解制备而成的混合物；保温40min，冷却至室温，即完成三元量子点材料的制备，所制备的三元量子点荧光寿命长，半峰宽窄，光谱对称，荧光产率达80％以上。
然后，将三元量子点材料通过乙醇—丙酮提纯方法提纯至纯度为85％；称取0.2g聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate，简称PMMA)与提纯后的三元量子点材料粉末0.02g，PMMA与三元量子点材料质量比为10：1，采用2ml正己烷作为溶剂，将称取的PMMA通过超声溶解的方式溶解15min；将三元量子点材料与PMMA均匀混合以保证各项光学性质优异，当三元量子点-PMMA混合物形成发光均匀的胶质时即完成三元量子点-PMMA胶质的制备。
步骤2、制备水氧阻隔层；
采用真空蒸镀机将所述聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)制成水氧阻隔层，用真空蒸镀机可以制备成我们需要形状的水氧阻隔层如方形等；其中，制备所述水氧阻隔层的材料还包括：蜡，光学硅胶，环氧树脂，聚乙烯，聚碳酸酯，聚氯乙烯等。
步骤3、制备三元量子点膜层；
将量子点-PMMA胶质通过手工刮涂在水氧阻隔层上再覆盖一层水氧阻隔层，制成三明治结构式的三元量子点膜层；其中，手工刮涂可以采用高速旋涂技术或者蒸镀等方式替代。
步骤4、对三元量子点膜层进行固化；
通过真空室温干燥将三元量子点膜层进行固化，可以使三元量子点膜层光滑且光学效果优异。
步骤5、对三元量子点膜层进行封装；
将三元量子点膜层利用光学硅胶和环氧树脂A、B胶按比例混合制成的粘合剂进行封装。
通过上述步骤，即制得一种光学效果优异的三元量子点增强膜。
实施例二
实施例二以ZnSe量子点为材料，本发明提供的光学效果优异的量子点增强膜方法包括：
步骤1、制备ZnSe量子点-PMMA胶质；
首先，称量0.1mmol含锌的化合物如硬脂酸锌，0.5mmolSe粉，10mlODE溶液放入四口烧瓶中；加热至100℃，抽真空40min；换气三次，加热至260℃；在260℃温度下，加入0.6ml油胺；将2.5mmolZn(Ac)2，3ml油酸和7mlODE加热到120℃溶解制备成Zn(OH)2溶液，在260℃温度下保温5min，加入0.4ml所述Zn(OH)2溶液；重复上一步骤三次；保温30分钟，冷却至室温，即完成ZnSe量子点材料的制备；
其中含锌的化合物还包括：无水醋酸锌，氧化锌，氯化锌，硫化锌，硫酸锌等。
然后，将ZnSe量子点材料通过乙醇—丙酮提纯方法提纯至纯度为85％；称取0.2gPMMA与提纯后的ZnSe量子点粉末0.02g，PMMA与ZnSe量子点材料质量比为10：1，采用2ml正己烷作为溶剂，将称取的PMMA通过超声溶解的方式溶解15min；将ZnSe量子点材料与PMMA均匀混合以保证各项光学性质优异，当ZnSe量子点-PMMA混合物形成发光均匀的胶质时即完成ZnSe量子点-PMMA胶质的制备。
步骤2、制备水氧阻隔层；
采用真空蒸镀机将PET材料制成水氧阻隔层，使用真空蒸镀机可以制备成需要形状的水氧阻隔层如方形等；其中，制备所述水氧阻隔层的材料还包括：蜡，光学硅胶，环氧树脂，聚乙烯，聚碳酸酯和聚氯乙烯等。
步骤3、制备ZnSe量子点膜层；
将ZnSe量子点-PMMA胶质通过刮涂或者蒸镀等方式平铺在所述在水氧阻隔层上再覆盖一层水氧阻隔层，制成三明治结构式的ZnSe量子点膜层。
步骤4、对ZnSe量子点膜层进行固化；
通过真空室温干燥将ZnSe量子点-PMMA材料进行固化，可以使ZnSe量子点-PMMA膜光滑且光学效果优异。
步骤5、对ZnSe量子点膜层进行封装；
将ZnSe量子点膜层利用光学硅胶和环氧树脂A、B胶按比例混合制成的粘合剂进行封装。
由上述步骤，即制得一种光学效果优异的ZnSe量子点增强膜。
通过本发明提供的制备方法所制备的一种光学效果优异的量子点增强膜，其结构示意图如图1所示，图1中11和12代表水氧阻隔层，水氧阻隔层采用PET材料保护量子点，防止量子点氧化；21代表量子点-PMMA胶质，可以深度保护量子点，延长其荧光寿命，优化其光学性能；31代表量子点材料，量子点决定着量子点增强膜的光学性质；41和42代表封装结构，优秀的封装可以大大延长整个量子点增强膜的使用寿命。
其中，合适的PMMA与量子点材料质量比是高品质量子点增强膜制备的重要条件，实验中，通过对PMMA与量子点材料质量比进行控制，做出如下五组实验：
实验1：PMMA与量子点材料质量比例为1：1；
实验2：PMMA与量子点材料质量比例为5：1；
实验3：PMMA与量子点材料质量比例为10：1；
实验4：PMMA与量子点材料质量比例为15：1；
实验5：PMMA与量子点材料质量比例为20：1。
实验中所使用的PMMA均采购自同一生厂商，量子点也是自主研发的技术同批次制备的无差别量子点材料，其他实验变量控制保持一致，其中贴合良好指的是没有明显气泡、翘边，采用本发明提供的方法所制得的量子点增强膜性能参数对比如表1所示：
表1
如表1所示，可以得到实验结论是当PMMA材料占比例较大时，会影响色域，使量子点的发光受到阻碍甚至破坏，经过测试得出量子点的荧光降低30％，绝对产率由0.90低到0.60；当PMMA材料占比例较少时，会影响其寿命和稳定性，经过荧光寿命测试可以得出最长寿命由ms级别降到ps级别；当PMMA：量子点材料质量比例为10时，色域，贴合后的量子点样品表观，对其耐热性，光氧化性等均为最优。
优选地，在实施例1中，S的量决定了制备成的量子点的发光波长，
有如下规律：0.2mmol～0.4mmolS的发光波长为590nm～630nm；0.5mmol～0.7mmolS的发光波长为490nm-590nm；0.7mmol～1mmolS的发光波长小于等于490nm。根据具体需要，来确定加入S的量。
其中，溶剂的量和超声时间影响着聚合物的溶解和聚合物的品质，为保护量子点材料提供重要的屏障，过多的溶剂如三氯甲烷或正己烷使PMMA更快地溶解但是会影响量子点膜层，反之少量的溶剂如三氯甲烷或正己烷使PMMA难以溶解；在本发明提供的实施例中称取0.2g的PMMA，以正己烷作为实验溶液，实验结果如表2所示：
表2
通过表2可以看出，在本发明的实施例一和实施例二中，采用2ml正己烷作为溶剂超声15min，使用的溶剂量少且超声时间短，为最佳实验条件。
通过本发明提供的光学效果优异的量子点增强膜的制备方法所制备的量子点增强膜与其它方式制备的增强膜相比成本低、半高峰宽，可制成媲美有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，简称OLED)色域的量子点增强膜，满足人们对色彩世界的追求，将本发明与现有技术在不同温度下进行色域值以及光学性质对比，得出结果如表3和表4所示：
表3
通过表3可知，在60℃、80℃、100℃、120℃、150℃下，本发明提供的量子点增强膜的色域值％NTSC均高于现有技术制备的增强膜。
表4
通过表4可以看出，本发明制备的量子点增强膜经过光致发光仪器测试得到对应的光谱图像的半峰宽为40nm～50nm，而现有技术制备的增强膜半峰宽大于50nm，说明了本发明制备的量子点增强膜单色性优异；本发明制备的量子点增强膜经过光致发光仪器测试得到对应的光谱图像对称，无杂峰，而现有技术制备的增强膜有杂峰，表明了本发明制备的量子点增强膜结构优异；本发明制备的量子点增强膜无明显光损失，而现有技术制备的增强膜会有光损失；本发明制备的量子点增强膜的荧光寿命测试为ms级别，而现有技术制备的增强膜的荧光寿命测试为ps级别，表明本发明制备的量子点增强膜使用寿命更长。

Claims (9)

1.一种光学效果优异的量子点增强膜的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：先制备量子点材料，并将其与PMMA结合制成量子点-PMMA胶质；
步骤二：采用PET材料制成水氧阻隔层；
步骤三：将量子点-PMMA胶质平铺在水氧阻隔层上，再覆盖一层水氧阻隔层，形成量子点膜层；
步骤四：对量子点膜层进行固化；
步骤五：利用光学硅胶和环氧树脂制成的粘合剂将量子点膜层进行封装即可制得光学效果优异的量子点增强膜；
步骤一中，量子点-PMMA胶质的制备方法包括：
制备量子点材料，将量子点材料提纯至纯度为80％以上；
按照质量比为9：1～11：1分别称取PMMA和提纯后的量子点材料；
采用三氯甲烷或者正己烷作为溶剂，将称取的PMMA溶解形成PMMA溶液；
将量子点材料与PMMA溶液均匀混合，当量子点-PMMA混合物形成发光均匀的胶质时即完成量子点-PMMA胶质的制备。
2.如权利要求1所述一种光学效果优异的量子点增强膜的制备方法，其特征在于：称取的PMMA与量子点材料质量比为10：1；通过超声将称取的PMMA溶解。
3.如权利要求1所述一种光学效果优异的量子点增强膜的制备方法，其特征在于，量子点材料为三元量子点材料，其制备方法如下：
步骤a：将CdO、含锌的化合物、油酸和ODE放入四口烧瓶中，抽真空40min，加热至100℃；
步骤b：换气多次，加热到295℃，再注入0.5mmol/ml S和ODE的混合溶液；
步骤c：温度控制在315℃，保温150min～20min，再注入Se和TBP的混合物；
步骤d：温度控制在300℃，保温40min，再滴加0.5mmol/ml的S和ODE混合溶液；
步骤e：重复步骤c；
步骤f：保温40min，冷却至室温，即可完成三元量子点材料的制备。
4.如权利要求1所述一种光学效果优异的量子点增强膜的制备方法，其特征在于，量子点材料为ZnSe量子点材料，其制备方法如下：
步骤a：称量含锌的化合物、Se粉和ODE溶液放入四口烧瓶中；加热至100℃，抽真空40min；
步骤b：换气多次，加热至260℃；
步骤c：在260℃温度下，再加入油胺；
步骤d：在260℃温度下保温5min，再加入Zn(OH)2溶液；
步骤f：重复步骤d三次，保温30分钟，冷却至室温，即可完成ZnSe量子点材料的制备。
5.如权利要求3或4任一项所述一种光学效果优异的量子点增强膜的制备方法，其特征在于：含锌的化合物选自无水醋酸锌、氧化锌、氯化锌、硫化锌或硫酸锌中的至少一种。
6.如权利要求1所述一种光学效果优异的量子点增强膜的制备方法，其特征在于：步骤二中，采用真空蒸镀机将PET材料制成水氧阻隔层；
制备水氧阻隔层的材料还包括：蜡、光学硅胶、环氧树脂、聚乙烯、聚碳酸酯和聚氯乙烯。
7.如权利要求1所述一种光学效果优异的量子点增强膜的制备方法，其特征在于：步骤四中，通过真空室温干燥将量子点-PMMA材料进行固化。
8.如权利要求1所述一种光学效果优异的量子点增强膜的制备方法，其特征在于：步骤五中，粘合剂为利用光学硅胶和环氧树脂A、B胶混合制成的，环氧树脂A、B胶中，A胶为本胶，B胶为硬化剂，A胶与B胶混合的体积比为10：1。
9.一种采用如权利要求1～8任一项所述制备方法制备的光学效果优异的量子点增强膜。
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