CN107936699A - 一种用于量子点导光板的墨水及其制备方法 - Google Patents

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郭太良
徐胜
陈恩果
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Abstract

本发明公开了一种用于量子点导光板的墨水及其制备方法，本发明所述的用于量子点导光板的墨水由红绿量子点、散射粒子、固化材料构成。得到的墨水中，红色量子点、绿色量子点、散射粒子的质量比为1:12:8‑7:72:20。墨水的表面张力为25‑45mN/m，粘度为5‑15Cp。本发明所述的墨水可应用量子点导光板的喷墨打印，且其中增加了散射粒子，可以有效的提高导光板导光网点的出光强度。

Description

一种用于量子点导光板的墨水及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于量子点导光板的墨水及其制备方法。
背景技术
液晶显示器件功耗低、无辐射，是目前应用最广泛的显示器件。液晶不能发光，只有调控光的作用，背光模组是液晶的主要组件之一。对于常用的侧入式背光模组，为了实现出光的均匀性，导光板下表面的散射网点起到了决定性作用。
量子点是一种粒径在1-10nm的半导体材料，具有光谱半高宽窄，发光光谱可调的特点，将其应用于背光模组，利用蓝色侧光源与红绿量子点的发光合成白光，可实现大于100%NTSC的高色域显示。现在常用的将量子点与背光模组结合的方式有两种。第一种是在导光板上面增加含有红绿量子点的功能膜；第二种是将红绿量子点直接混入导光板下表面的散射网点中。相对于第一种方法而言，第二种更加节约量子点的用量。因为量子点不但价格昂贵，且其含有重金属，对环境有一定的污染，所以第二种方法在量子点背光的发展中将更具优势。将量子点加入导光板散射网点常用的工艺主要有两种，一种是丝网印刷，另外一种是喷墨打印。其中，喷墨打印是一种加法式图案化技术，相对于减法式的丝网印刷更加节省打印材料，且喷墨打印是一种溶液加工技术，对于含量子点的散射网点的沉积而言，改进的空间更大。
喷墨打印的关键技术是墨水的配制。现有的关于量子点墨水的研究主要针对其可打印性，即通过研究不同溶剂的不同配比找符合打印粘度、表面张力、密度等物理性质的墨水，如专利CN105820663A、CN106519799A均提出了一种适合打印的量子点墨水中量子点与溶剂的质量比，以及有机溶剂种类；专利CN105670388A提出了多组分溶剂以得到合适粘度、表面张力的墨水。有一部分研究针对性的提出了适合QLED的喷墨打印量子点墨水，如专利CN105153807A在墨水中加入电子传输材料，使用疏水性量子点材料与所述载流子传输材料的相分离降低喷墨打印制备QLED器件的成本。但是并未有较多的研究针对量子点导光板的喷墨打印墨水，其中CN106154400A提出了一种改善喷墨打印量子点导光网点的方法，但其主要研究了网点的沉积状况。本专利针对性的提出了一种用于量子点导光板的喷墨打印墨水，在量子点墨水中引入了瑞利散射粒子，可在相对较低的量子点浓度下达到较高的发光强度，不但节约了量子点的用量，而且可以有效的防止高浓度量子点引起的浓度荧光猝灭效应。
一般的散射作用分为两种，一种是米氏散射，其散射粒子粒径与入射波波长相近；一种是瑞利散射，其散射粒子粒径远小于入射波波长的十分之一。为了增加散射网点的发光强度，一般在其中增加散射粒子，如丝网印刷所用油墨中的SiO2、CaCO3、ZrO2等散射粒子，其粒径一般在几个到几十个微米，产生米氏散射；但喷墨打印对溶液中所含微粒的直径有严格的限制，一般在几个到几十个纳米，为了增加网点的散射作用，只能增加瑞利散射粒子，一般的方法是增加其中量子点的含量，但是随着量子点浓度的增加，会引起量子点的浓度发光猝灭效应，以及荧光共振转移效应，不但不能增加发光强度，反而可能会引起发光强度下降。因此，在喷墨打印的量子点散射网点中引入其他的绝缘体瑞利散射粒子，在增加网点散射作用的同时，在一定程度上减少了量子点的用量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于量子点导光板的墨水及其制备方法，以提高导光板的发光强度。
本发明所述的量子点导光板的散射网点由红绿量子点、散射粒子、固化材料构成。
本发明所述的绝缘体散射粒子可以是纳米SiO2、纳米TiO2、纳米ZrO2、纳米Al2O3、纳米Fe3O4、纳米ZnO2等纳米金属氧化物，纳米AlN、纳米Si3N4、纳米TiN等纳米金属氮化物中的一种或几种。所述散射粒子满足以下条件：第一、为了满足瑞利散射条件，且为了降低其与量子点的相互作用，绝缘体散射粒子的粒径为20-50nm；第二、为了使其在量子点溶液中具有良好的分散性，所用的上述散射粒子均为亲油型纳米粒子，且在低极性溶剂中具有良好的分散性；第三、为了在满足发光强度的同时尽量减少量子点用量，散射粒子的质量百分比为墨水溶质的20%-40%。
为了喷墨打印形成本发明所述散射网点，打印所用墨水中红色量子点、绿色量子点、散射粒子的质量比为1:12:8-7:72:20。
所用的固化材料为UV光固化剂/热固化剂，所用的溶剂为甲苯、对二甲苯、氯苯、邻二氯苯、环己基苯、异丁醇等低极性、高沸点有机溶剂中的一种或几种，但不仅限于这些溶剂；其中，UV光固化剂/热固化剂与有机溶剂的质量百分比为1:2-1:5，控制打印的粘度为5-15Cp，表面张力为25-45mN/m。
为了控制墨滴在基板上的沉积形貌，使用30mg/ml-50mg/ml的PMMA溶液对PMMA导光基板进行刮涂处理；
为了使打印后形成合适的球冠状散射网点形貌，在每点位置如下图2所示进行循环打印。
本发明的显著优点：本发明在喷墨打印的量子点散射网点中引入其他的绝缘体瑞利散射粒子，在增加网点散射作用的同时，在一定程度上减少了量子点的用量，并且显著提高了出光面光通量，提高导光板的发光强度。
首先，在导光板基材上采用喷墨打印红、绿量子点墨水制备了量子点导光板；红、绿量子点的质量和与固化剂比例为0.4:1~1:1；再在相同比例的红、绿量子点混合墨水中增加了SiO2散射粒子，红色量子点、绿色量子点、散射粒子的质量比为1:11:5，通过喷墨打印技术在导光板基材上制备了量子点的导光网点。在相同强度的蓝光LED激发下，对比了两者之间的出光面光通量，如图4所示，含有散射粒子的量子点墨水制备的导光板的出光面光通量显著高于无散射粒子的量子点导光板的出光面光通量。
附图说明
为了更近一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。为了清楚的表达本发明的思想，示意图中有的结构进行了一定的放大。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1为本发明导光基板处理后示意图；
图2为本发明喷墨打印模式；
图3为本发明打印所得量子点导光板结构；
图4为采用有无散射粒子的墨水制备的量子点导光板的出光面光通量对比图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
步骤1、为了实现导光板的薄型化、轻型化、高透光率，所述导光基板1材料为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），其比重为1.20，折射率为1.49，光透过率为92%；
具体地，所述导光板的厚度为1.5-3mm，尺寸为70mm*120mm；
步骤2、为了使墨滴在导光基板1上沉积形成标准的球冠状散射网点3，对导光基板1进行预处理；
具体地，在导光基板1上刮涂PMMA溶液，在室温下干燥24h，形成厚度为80-100nm的PMMA薄膜2；
具体地，所用PMMA溶液的浓度为30mg/ml-50mg/ml，所用溶剂为甲苯、氯苯、氯仿等低极性有机溶剂中的一种或几种，但不限于这些；为了加快PMMA在溶剂中的溶解，将配好的PMMA溶液在75-85℃，转述1500-2000rad下搅拌加热1h。
步骤3、配制合适的适用于形成网点结构的喷墨打印墨水。
首先，配制固化剂溶液（固化剂为UV光固化剂或热固化剂），所用溶剂为甲苯、对二甲苯、氯苯、邻二氯苯、环己基苯、异丁醇等低极性有机溶剂中的一种或几种，但不仅限于这些溶剂；固化剂与溶剂的质量百分比为1:2-1:5；将所得固化剂溶液放于超声机中超声1-2h，使固化剂在溶剂中分散均匀。然后配制量子点和散射粒子的混合溶液，所用溶剂为甲苯、对二甲苯、氯苯、邻二氯苯、环己基苯、异丁醇等低极性、高沸点有机溶剂中的一种或几种，但不仅限于这些溶剂；将红色量子点、绿色量子点、散射粒子加入有机溶剂中，在超声机中超声10-30min使得量子点、瑞利散射粒子在溶剂中分散均匀。最后将配制固化剂溶液、量子点和散射粒子的混合溶液各取1-1.5ml，超声混合均匀，最终所述适用于形成网点结构的喷墨打印墨水中红色量子点、绿色量子点、散射粒子的质量比为1:12:8-7:72:20；溶液的表面张力为25-45mN/m，粘度为5-15Cp。
步骤4、为了打印形成球冠状散射网点，所述打印模式为图2所示，其中数字1、2、3、4、5表示每个位置循环打印的顺序，最后形成如图3所述网点结构；
具体地，所述网点直径为350-550um，高度为400-500um；
步骤5、将打印完成的导光板在紫外光下光固化30-40min，或者在50-60℃下加热固化60-90min。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种用于量子点导光板的墨水，其特征在于：所述的墨水的组分包括红绿量子点、散射粒子、固化剂、有机溶剂；所述墨水溶质包括红绿量子点、散射粒子；所述墨水溶剂包括固化剂、有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于量子点导光板的墨水，其特征在于：所述的散射粒子包括纳米SiO2、纳米TiO2、纳米ZrO2、纳米Al2O3、纳米Fe3O4、纳米ZnO2、纳米AlN、纳米Si3N4、纳米TiN中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种用于量子点导光板的墨水，其特征在于：散射粒子的粒径为20-50nm。
4.根据权利要求1所述的一种用于量子点导光板的墨水，其特征在于：所述墨水中红色量子点、绿色量子点、散射粒子的质量比为1:12:8-7:72:20。
5.根据权利要求1所述的一种用于量子点导光板的墨水，其特征在于：所述固化剂为UV光固化剂或热固化剂。
6.如权利要求1-5任一所述的用于量子点导光板的墨水的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）配制固化剂溶液：将固化剂与有机溶剂按质量比1:2-1:5混合，放于超声机中超声0.5-2h，使固化剂在有机溶剂中分散均匀；
（2）配制量子点和散射粒子的混合溶液：将红色量子点、绿色量子点、散射粒子加入有机溶剂中，在超声机中超声5-30min，使量子点、散射粒子在有机溶剂中分散均匀，得到量子点和散射粒子的混合溶液；
（3）最后将配制的固化剂溶液、量子点和散射粒子的混合溶液各取1-1.5ml，超声混合均匀，得到所述的墨水，其中红色量子点、绿色量子点、散射粒子的质量比为1:12:8-7:72:20；墨水的表面张力为25-45mN/m，粘度为5-15Cp。
7.根据权利要求6所述的用于量子点导光板的墨水的制备方法，其特征在于：步骤（1）和（2）中的有机溶剂包括甲苯、对二甲苯、氯苯、邻二氯苯、环己基苯、异丁醇低极性、中高沸点有机溶剂中的一种或几种。
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