CN107238973A - 量子点膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种量子点膜，所述量子点膜包括：用于发光的量子点层，所述量子点层包括入光面和出光面；沉积在所述入光面和出光面上的无机镀层，所述无机镀层用于阻隔水氧；设置在所述无机镀层上的有机保护层。基于本发明的量子点膜厚度较小，有利于背光显示产品的轻薄化设计。

Description

量子点膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及量子点膜显示技术领域，尤其是涉及一种量子点膜及其制备方法。

背景技术

量子点是一种三维尺寸都在1-20纳米范围内的无机半导体发光纳米晶，由于其尺寸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、斯托克斯位移大等优点。与传统LED发出的白光相比，基于量子点的背光源可以得到更纯的红光和绿光，因而显示更加明亮，能够将液晶显示器的色域从70％NTSC提高到110％NTSC。

现有量子点背光显示技术主要可分为基于量子点玻璃管和量子点膜的两种背光技术。与量子点玻璃管相比，量子点膜更有利于背光显示产品的轻薄化和窄边框设计。现有量子点膜一般包括三层，具体的，量子点膜包括量子点层和位于量子点层入光面和出光面两侧的保护层，保护层一般为具有水氧阻隔能力的PET基材膜。由于PET基材膜制备工艺和成本的限制，PET基材膜的厚度一般大于50微米，导致采用PET基材膜制备的量子点膜厚度较大，不利于显示产品的轻薄化设计。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种量子点膜及其制备方法，以解决量子点膜厚度较大的缺点。

本发明的一方面在于提供一种量子点膜，所述量子点膜包括：用于发光的量子点层，所述量子点层包括入光面和出光面；沉积在所述入光面和出光面上的无机镀层，所述无机镀层用于阻隔水氧；设置在所述无机镀层上的有机保护层。

优选地，所述量子点层包括聚合物基质、均匀分散在所述聚合物基质中的量子点和光散射粒子。

优选地，所述量子点层和所述无机镀层之间设置有一层平滑涂层，所述平滑涂层的表面粗糙度小于10纳米。

优选地，所述无机镀层的厚度在5-400纳米。

优选地，所述无机镀层包括氧化铝、氮化铝、氮氧化铝、氧化钛、氮化钛、氮氧化钛、氧化锆、氮化锆、氮氧化锆、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、石墨烯中的至少一种。

优选地，所属无机镀层的设置方法包括喷射、溅射、蒸镀、真空沉积、等离子增强化学气相沉积或者原子层沉积。

优选地，所述有机保护层的厚度在0.5-20微米。

优选地，有机保护层包括聚硅树脂、聚环氧树脂、聚氨酯、聚碳酸酯、聚氟树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚乙烯、聚偏氯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇丁缩醛、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、或聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯丙烯腈树脂、聚哥伦比亚树脂、聚CR-39树脂、聚OZ系列树脂、聚TS-26树脂、聚APO树脂、聚MR树脂、聚MH树脂、聚NAS树脂、聚ADC树脂、聚TOPAS树脂、聚ARTON树脂中至少一种。

本发明的另一方面在于提供一种量子点膜的制备方法，包括如下过程：步骤S1、制备预定厚度的量子点层；步骤S2、在所述量子点层的入光面和出光面上分别沉积一层无机镀层无机镀层；S3、在所述无机镀层的表面设置一层有机保护层，得到所述量子点膜。

优选地，所述步骤S1包括如下过程：在惰性气氛下，将量子点胶液涂布在离型膜上，接着固化量子点胶液，剥离离型膜得到量子点层。

本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种水氧阻隔能力好的量子点膜及其制备方法，通过调节无机镀层和有机保护层的厚度可以有效的减小量子点膜的厚度，本发明对轻薄化背光显示产品的发展具有重要的参考价值。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中量子点膜的结构示意图。

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。

如图1所示，在本发明的一个典型的实施方式中，提供了一种量子点膜100，量子点膜100包括：用于发光的量子点层11，量子点层11包括入光面和出光面；沉积在入光面和出光面上的无机镀层12，无机镀层12用于阻隔水氧；设置在无机镀层12外的有机保护层13。

本发明中通过在量子点层上直接设置无机镀层和有机保护层，可以在保证量子点膜具备水氧阻隔能力的条件下，明显减小量子点膜的厚度。在一个优选的实施方式中，量子点膜的厚度在20-300微米；更优选的，量子点膜的厚度在50-200微米。

作为量子点膜的发光中心层，量子点层优选包括聚合物基质、均匀分散在聚合物基质中的量子点和光散射粒子。

作为一种光致发光材料，量子点可以将吸收的短波长的光转换为较长波长的光，为得到预定颜色的量子点膜，量子层中的量子点可以包括一种或者多种，本发明中量子点不仅限于发射红光、绿光或者蓝光的量子点，还包括发射位于可见光波长范围内任意波长的量子点。从量子点的构成元素来看，本发明中量子点包括任何元素构成的尺寸位于1-20纳米以内的发光纳米颗粒。在一个优选的实施方式中，量子点包括元素周期表II-VI族、III-V族、IV-VI族、Ⅵ-Ⅵ族、Ⅷ-Ⅵ族、I-III-VI族、II-IV-VI族、II-IV-V族单一或者复合结构量子点中的至少一种。具体的，量子点优选包括元素周期表IIB-VIA族、IIIA-VA族、IVA-VIA族、ⅥB-ⅥA族、ⅧB-ⅥA族、IB-IIIA-VIA族、IIB-IVA-VIA族、IIA-IVB-VA族单一或者复合结构量子点中的至少一种，具体的，量子点包括Cd-Se、Cd-S、Cd-Zn-Se、Cd-Zn-S、Cd-Zn-Se-S、ZnSe、In-P、In-Zn-P、In-Ga-P、In-As、In-Ga-As、Cu-In-S、Ca-Ti-O、Ba-Ti-O、碳量子点中的至少一种。相比单一结构量子点，部分复合结构的量子点的发光性质更加优良，本发明中复合结构量子点包括但不限于核壳结构量子点、梯度结构量子点、掺杂结构量子点中的至少一种。在一个具体的实施方式中，量子点包括InP/ZnS、InZnP/ZnS、CdSe/ZnS、CdS/ZnS、CdZnS/ZnS、CaTiO₃/ZnS或者CuInS₂。进一步地，由于油溶性量子点具有更高的发光效率及长的使用寿命，所以本发明中量子点优选为油溶性量子点，量子点的配体为酸配体、硫醇配体、胺配体、(氧)膦配体、磷脂、软磷脂、聚乙烯基吡啶等中至少一种。选择上述配体不但可以保证量子点的稳定性，而且还可以有效改善量子点与聚合物基质的相容性，从而进一步提高量子点的发光效率，延长其使用寿命。本发明量子点在上述配体下能更好的分散于聚合物基质中，量子层的发光强度高，使用寿命长。

分散量子点的聚合物基质优选包括改性聚硅树脂、改性聚氨酯、改性聚环氧树脂、改性聚丙烯酸树脂中的至少一种，更有选的，聚合物基质选自对油溶性量子点溶解性好且水氧阻隔能力强的聚环氧改性丙烯酸树脂。

为增加激发光激发效率，减小激发光直接穿透量子点膜的概率，在一个优选的实施方式中，聚合物基质中均匀分散有光散射粒子，当激发光照射到光散射粒子上时，激发光的传播方向会发生偏移，从而再次去激发量子点发光。为达到较好的散射效果，光散射粒子的尺寸优选在0.2-2微米，光散射粒子的材料优选包括氧化锆、氧化钛、氧化锌、氧化锡中的至少一种。

为避免发光层的不平整性导致无机镀层缺陷，导致无机镀层的水氧阻隔性能不足，在一个优选的实施方式中，量子点层和无机镀层之间设置有一层平滑涂层，平滑涂层的表面粗糙度小于10纳米。平滑涂层可以通过化学气相沉积法、等离子体涂布等方法制备。

本发明中无机镀层是指由无机材料构成的水氧阻隔能力强的阻隔层，无机材料通过在原子级别的致密排列达到有效阻挡水气和氧气的效果。在一个优选的实施方式中，无机镀层包括氧化铝、氮化铝、氮氧化铝、氧化钛、氮化钛、氮氧化钛、氧化锆、氮化锆、氮氧化锆、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、石墨烯中的至少一种。

本发明中无机镀层是以量子点层为基底来制备的，在量子点层上设置无机镀层的方法优选包括喷射、溅射、蒸镀、真空沉积、等离子增强化学气相沉积或者原子层沉积。在一个优选的实施方式，无机镀层的厚度在5-400纳米，更优选的，无机镀层的厚度在5-40纳米。本发明中无机镀层可以达到纳米级别的厚度，同时具有优良的水氧阻隔能力。

有机保护层的存在可以有效的避免无机镀层直接暴露于环境中较容易损坏、无机镀层容易破裂，使用不方便等问题，在一个优选的实施方式中，有机保护层包括聚硅树脂、聚环氧树脂、聚氨酯、聚碳酸酯、聚氟树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚乙烯、聚偏氯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇丁缩醛、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、或聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯丙烯腈树脂、聚哥伦比亚树脂、聚CR-39树脂、聚OZ系列树脂、聚TS-26树脂、聚APO树脂、聚MR树脂、聚MH树脂、聚NAS树脂、聚ADC树脂、聚TOPAS树脂、聚ARTON树脂中至少一种。

在无机镀层上涂布有机保护层的方式优选包括喷涂、光辊上胶涂布、网纹辊上胶涂布或者热熔胶喷挤涂布胶喷挤涂布。在一个优选的实施方式中，有机保护层的厚度在0.5-20微米。

为了增加量子点膜的稳定性和使用寿命，防止单层无机镀层阻隔性能差造成量子点容易受到破坏的问题，在量子点层的同一侧面如出光面或者入光面上包括至少两层所述无机镀层和至少两层所述有机保护层，无机镀层和有机保护层交替层叠设置。在一个具体的实施例中，量子点膜包括：量子点层、分别位于量子点层入光面和出光面上的第一无机镀层、位于无机镀层外的第一有机保护层、在第一有机保护层的外面还交替设置有第二无机镀层和第二有机保护层。

在本发明的一个典型的实施方式中，提供一种量子点膜的制备方法，包括如下过程：步骤S1、制备预定厚度的量子点层；步骤S2、在量子点层的入光面和出光面上分别设置一层无机镀层；S3、在无机镀层的表面设置一层有机保护层，得到量子点膜。

步骤S1是量子点层的制备步骤。在一个优选的实施方式中，步骤S1包括如下过程：在惰性气氛下，将量子点胶液涂布在离型膜上，接着固化量子点胶液，剥离离型膜得到量子点层。

离型膜具有易于剥离的特性，本发明中使用的离型膜与量子点层之间不具有粘性或轻微的粘性，所选取的离型膜需要满足在剥离过程中不对量子点层造成破坏。离心膜优选包括等离子处理、涂氟处理或涂硅离型剂处理的PET离型膜、PE离型膜、PP离型膜、OPP离型膜、PC离型膜、PS隔离膜、PMMA离型膜、BOPP离型膜、PE剥离膜、塑料薄膜、TPX离型膜、PVC剥离膜、PTFE离型膜、PET离型膜、单硅离型薄膜、聚脂离型薄膜、特氟龙离型薄膜、复合式离型膜、耐高温离型膜、聚苯醚剥离膜、聚四氟乙烯隔离膜、聚乙烯离形膜中的至少一种。

量子点胶液涂布在离型膜上的方式优选包括喷涂、光辊上胶涂布、网纹辊上胶涂布或者热熔胶喷挤涂布胶喷挤涂布，通过对涂布机器参数的设置得到可以预定厚度的量子点胶液层，本发明中量子点胶液层的厚度优选控制在微米到百微米之间。在满足对量子点溶解和分散性的条件下，量子点胶液中胶液可以使用各种商业购买的树脂，比如丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯等。根据量子点胶液材料的选取差别，量子点胶液可以通过紫外光照射、加热、蒸发溶剂或者添加固化剂等方式固化，例如，当胶液为环氧树脂时，量子点胶液一般通过添加酸酐类、酸类或者胺类固化剂固化；当胶液为带有双键的丙烯酸树脂时，量子点胶液一般通过紫外光照射或者加热的方式固化。

在量子点胶液被固化后即得到位于两次离型膜之间的量子点层，接着需要将离型膜从量子点层上面剥离。在剥离离型膜时，虽然量子点层中量子点被固定分散在聚合物材料中，但是由于聚合物材料的水氧阻隔能力不可完全避免量子点受到空气的破坏，同时有部分量子点会存在量子点层的表面，因此量子点层的制备优选在惰性气氛中进行。惰性气氛是指对量子点层中量子点破坏极小的环境，在一个优选的实施方式中，惰性气氛包括填充氮气或者氩气。

步骤S2是在量子点层的出光面和如光面上设置无机镀层的步骤。无机镀层的设置方法优选包括喷射、溅射、蒸镀、真空沉积、等离子增强化学气相沉积或者原子层沉积。例如当无机镀层为单层石墨烯时，无机镀层可以通过气相化学沉积的方法制备；当无机镀层为硅氧化合物时，无机镀层可以通过蒸镀的方法制备。

步骤S3是在无机镀层的表面进一步涂布有机保护层的步骤。在无机镀层上涂布有机保护层的方式优选包括喷涂、光辊上胶涂布、网纹辊上胶涂布或者热熔胶喷挤涂布胶喷挤涂布。

在本发明的一个典型的实施方式中，提供一种基于上述量子点膜的背光显示产品，显示产品优选包括手机、电脑、平板或者车载显示器。

以下将结合具体的实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例提供一种量子点膜的制备方法：

步骤S1、量子点层的制备：将100份的丙烯酸树脂、3份的ZnO光扩散粒子和2份的CdSe/ZnS量子点混合，制备得量子点胶液；通过光辊上胶涂布的方式将上述量子点胶液涂布在两层涂硅离型剂处理的PET离型膜之间；紫外灯照射固化上述量子点胶液，剥离离型膜得到厚度约为40微米的量子点层；

步骤S2、无机镀层的制备：采用等离子体气相化学沉积的方式，在量子点层的两个侧面沉积约10纳米厚度的氧化硅层；

步骤S3、有机保护层的制备：在氧化硅层的表面喷涂聚偏氯乙烯保护层得到量子点膜，聚偏氯乙烯保护层的厚度约为10微米。

实施例2

本实施例提供一种量子点膜的制备方法：

步骤S1、量子点层的制备：将100份的丙烯酸树脂、3份的ZnO光扩散粒子和2份的CdSe/ZnS量子点混合，制备得量子点胶液；通过光辊上胶涂布的方式将上述量子点胶液涂布在两层涂硅离型剂处理的PET离型膜之间；紫外灯照射固化上述量子点胶液，剥离离型膜得到厚度约为40微米的量子点层；

步骤S2、无机镀层的制备：采用原子层沉积的方式，在量子点层的两个侧面沉积约5纳米厚度的氧化铝层；

步骤S3、有机保护层的制备：在氧化硅层的表面喷涂聚偏氯乙烯保护层，聚偏氯乙烯保护层的厚度约为10微米；

重复步骤S2和步骤S3，在聚偏氯乙烯保护层的表面再依次沉积一层氧化铝层和聚偏氯乙烯保护层，得到量子点膜。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，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 (10)

1.一种量子点膜，其特征在于，所述量子点膜包括：

用于发光的量子点层，所述量子点层包括入光面和出光面；

沉积在所述入光面和出光面上的无机镀层，所述无机镀层用于阻隔水氧；

设置在所述无机镀层上的有机保护层。

2.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于，所述量子点层包括聚合物基质、均匀分散在所述聚合物基质中的量子点和光散射粒子。

3.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于，所述量子点层和所述无机镀层之间设置有一层平滑涂层，所述平滑涂层的表面粗糙度小于10纳米。

4.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于，所述无机镀层的厚度在5-400纳米。

5.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于，所述无机镀层包括氧化铝、氮化铝、氮氧化铝、氧化钛、氮化钛、氮氧化钛、氧化锆、氮化锆、氮氧化锆、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅、石墨烯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于，设置所述无机镀层的方法包括喷射、溅射、蒸镀、真空沉积、等离子增强化学气相沉积或者原子层沉积。

7.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于，所述有机保护层的厚度在0.5-20微米。

8.根据权利要求1所述的量子点膜，其特征在于，有机保护层包括聚硅树脂、聚环氧树脂、聚氨酯、聚碳酸酯、聚氟树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚乙烯、聚偏氯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇丁缩醛、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、或聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯丙烯腈树脂、聚哥伦比亚树脂、聚CR-39树脂、聚OZ系列树脂、聚TS-26树脂、聚APO树脂、聚MR树脂、聚MH树脂、聚NAS树脂、聚ADC树脂、聚TOPAS树脂、聚ARTON树脂中至少一种。

9.一种量子点膜的制备方法，其特征在于，包括如下过程：步骤S1、制备预定厚度的量子点层；步骤S2、在所述量子点层的入光面和出光面上分别沉积一层无机镀层；S3、在所述无机镀层的表面设置一层有机保护层，得到所述量子点膜。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下过程：在惰性气氛下，将量子点胶液涂布在离型膜上，接着固化量子点胶液，剥离离型膜得到量子点层。