CN107966854A - 背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法，所述量子点发光功能板组成结构包括扩散基板、光学膜和量子点封装层，量子点封装层是采用特有的紫外线光固化量子点胶水固化形成，同时可将光学膜复合黏贴于由功能层和主体层构成的扩散基板上，进而组装成量子点发光功能板。本发明的UV量子点胶水能在保持量子产率的同时实现均匀分散，并通过紫外光照实现含量子点层、光学膜和扩散基板三者快速一体粘结封装。这不仅解决了现有技术中面临的量子点的稳定性和使用寿命难题，而且不需采用量子点膜贴合工艺，简化了多道清洁和粘合组装等工序，可大幅提升组装效率，降低生产成本，在显示领域应用前景广阔。

Description

背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法。

背景技术

量子点(QD)是一种尺寸维度在纳米量级的半导体纳米晶。由于量子点的量子限域效应的作用，使其拥有激发光谱宽、发射光谱窄、量子产率高、发射波长可调节等独特的光学和电学特性。在显示应用领域，传统液晶显示器(LCD)的红光和绿光是彩色滤光片过滤出来，所需要的大多数(约三分之二)绿光或红光都被反射，而且滤出的光线谱图较宽，存在不少“多余”的光；而量子点作为一种新型发光材料，具备色域广、色纯度高、量子效率高、发射谱峰对称且半波峰宽窄等优势，非常适合应用于显示器领域。依靠量子点就可以直接获得独立的绿光(约530nm)和红光(约630nm)，光谱区间更窄，颜色更加纯正，可以让显示器色彩更鲜艳，亮度和节能性得到更大提升。

在量子点显示应用行业里，就封装方式而言，量子点通常可以封在发光二极管(LED)里，也可封在显示器旁边的玻璃管内，还可以做成一层薄膜放在背光模组里。无论是哪一种封装方式，作为一种无机材料，纳米尺寸的量子点对热、水和氧等环境因素都很敏感，因而在商业化的过程中，研究人员和制造商将许多精力和成本都投入在解决水氧阻隔难题之中。除此之外，还有许多其它问题亟需解决，如常见的量子点膜封装通常采用上下层聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)阻隔膜包覆贴合的方法，其投入成本非常高，缺乏价格上的优势，不利于大规模推广；而且量子点膜片摆放位置也受到很大限制，光线在层层光学膜中通过时，为了增加经量子点膜片重复反射的次数，量子点膜片还得置于离光源最近的地方，一旦顺序上移，红、绿光的转换不足，就会引起偏蓝的现象，这在一定程度上与量子点需远离热源的原则相悖；再者，作为一种不稳定的材料，随着红、绿量子点失效，量子点显示材料会出现“越看越蓝”的状况，因而量子点薄膜的寿命也是一项需要重点关注的指标。总体来说，量子点显示拥有广色域和自发光的省电、高对比度、高反应速度的优势，只要解决上述技术难点，未来发展十分可期。

发明内容

针对现有技术存在的问题和缺陷，本发明的目的是提供一种可大幅提升组装效率，降低生产成本的背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法。

本发明的技术解决方案是：

一种背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法，其特征是：包括下列步骤：

S1、称取一定量的聚苯乙烯粒料，在搅拌的条件下，溶解于稀释剂和/或预聚物中，得到稠状溶液；

S2、向上述稠状溶液中加入计量后的量子点粉末，在室温下搅拌均匀；

S3、继续加入引发剂，在避光条件下搅拌均匀，得到含所需量子点的混合溶液；

S4、继续向上述混合体系中加入助剂，助剂未增塑剂、流平剂、稳定剂、防老剂、抗氧化剂、消泡剂、偶联剂中的一种或多种，室温避光条件下搅拌均匀，得到含所需量子点的UV胶水；

S5、将含所需量子点的UV胶水以涂布工艺均匀地涂布于扩散基板面上；

S6、当体系涂布完成后，在含有UV胶水的扩散基板面上采用覆膜法覆盖一层光学膜；

S7、将含有扩散基板面、量子点UV胶水和光学膜的复合多层材料置于UV光源下照射，进行光固化反应，直至形成以量子点封装层将光学膜复合黏贴于扩散基板上的量子点发光功能板。

步骤S1中，在得到的稠状溶液中，聚苯乙烯粒料的质量分数为20％～30％；

步骤S2中，所述加入量子点质量分数为UV胶水总质量的0.2％～2％；

步骤S3中，所述加入引发剂质量分数为UV胶水总质量的0.5％～10％；

步骤S4中，所述加入助剂质量分数为UV胶水总质量的0.2％～5％。

所述量子点为II-VI族(如CdSe，CdS)、III-V族(如InP，InAsI)或IV-VI(如PbSe)元素组成量子点，或钙钛矿量子点，或过渡金属或稀土金属元素掺杂的量子点；量子点状态包括原位生成的未负载型、核壳量子点(如CdSe/ZnS，CdS/HgS，CdTe/CdSe)、负载于分子筛或聚苯乙烯小球的负载型。

预聚物采用不饱和聚酯树脂、环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂或聚硅氧烷树脂，稀释剂采用(甲基)丙烯酸酯类、乙烯基类、乙烯基醚类或环氧类等单官能团或多官能团化合物。

扩散基板由功能层和主体层构成，为模内共挤而成；光学膜是扩散膜、增亮膜、复合膜中的一种或多种。

如图1所示，常规背光模组结构是通过扩散基板和光学膜组成的。本发明采用了下述技术方案：如图2所示，所设计制备的背光模组结构包括扩散基板、光学膜以及将两者紧密粘合起来的UV量子点封装层等。该扩散基板由功能层和主体层等多层结构构成，可采取共挤工艺获得；光学膜为扩散膜、增亮膜、复合膜或贴合品；通过含量子点的UV胶水将扩散基板和光学膜相互复合黏贴，在UV光源照射下发生快速固化达到封装量子点并提升量子点稳定性的功效，将此复合结构作为背光模组结构，应用于照明、量子点显示等光学和电学领域。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明提供一种PS微球包裹量子点的策略，用以提升量子点的稳定性，并且可以赋予量子点在UV胶水等溶液中的分散性，避免结块、沉降等不良现象。

第二方面，本发明提供一种采用UV胶水分散、封装量子点的方法，以进一步提升量子点的分散性和稳定性，所述方法具体包括如下步骤：

1、室温条件下，向稀释剂和(或不含)预聚物中，缓慢加入商品化的聚苯乙烯粒料，不断搅拌，逐渐溶解得到具有一定粘度的稠状溶液。在所述溶解于稀释剂和(或不含)预聚体中的聚苯乙烯粒料的质量分数为20％～30％，确保混合体系具备足够的流动性且体系黏度可调；

2、向由聚苯乙烯粒料、稀释剂以及(或不含)预聚物混合溶解得到的稠状溶液中加入计量后的负载于PS微球的量子点粉末，室温下搅拌2小时以上，混合均匀，加入量子点质量分数为UV胶水的0％～10％，优选地质量分数为0.2％～2％；

3、继续向上述体系中加入适量引发剂，在避光条件下搅拌2小时以上，将体系中所有组分混合均匀，得到含所需量子点的混合溶液。加入引发剂质量分数为UV胶水的0.5％～10％，优选地质量分数为1％～5％；引发剂可选用苯偶姻衍生物、苯偶酰衍生物、二烷氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、α-胺烷基苯酮、酰基膦氧化物等其中一种或多种类型，典型的引发剂的结构式如下所示：

4、继续向上述混合体系中加入各类助剂，如增塑剂、流平剂、稳定剂、防老化剂、抗氧化剂、消泡剂和偶联剂等的一种或多种，室温避光条件下搅拌均匀，最终得到含所需量子点的UV胶水。加入助剂质量分数为UV胶水的0.2％～5％，优选地质量分数为0.2％～1％；

5、将此量子点UV胶水装于UV无影胶瓶中，避光条件下置于阴凉干燥处待用。

第三方面，本发明提供一种背光模组结构中量子点发光功能板的设计，所述设计具体包括如下步骤：

1、将上述量子点UV胶水以涂布工艺均匀地涂布于扩散基板面上。此扩散基版面的功能层和主体层通过模内共挤出而成，可以含有多层结构，建议材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)或以其为主要组分的共聚物，实施共挤出工艺时聚合物粒料中有必要添加一定量的扩散剂、紫外吸收剂、增白剂、抗黄化剂等配方；建议基板的多层(如三层)挤出结构可以加入扩散粒子(有机Si、PMMA微球、纳米SiO2/TiO2)等功能性物质，达到遮蔽和均匀出光的效果；功能层可采用不同折光率材料，达到增加亮度的效果；亦可对模内共挤后的板材表面进行表面微结构加工处理，在功能层或主体层的表面增加规则或不规则的几何形状(如横截面呈半圆状、圆弧状或锯齿状)的凸起结构，以达到的增强功能层的遮瑕性和减少主体层光损失的目的；总之，加工方法不局限，按实际需要可采取多种工艺；

2、当体系涂展完成后，在含有UV胶水的扩散基板面上采用覆膜法紧贴覆盖上一层光学膜。所述的光学膜为扩散膜、增亮膜、复合膜的一种、几种或贴合品，一方面这层光学膜能达到相应所需的光学效果，另一方面这层膜材料可以起到阻水阻氧作用，极大地抑制量子点材料在UV光照下发生的光氧化降解黄变反应以及高湿度引起的量子点成分解离，进一步提升了量子点发光材料的稳定性；

3、将由多层扩散基板面、含量子点的UV胶水和光学膜组成的紧密贴合的复合多层材料置于UV光源(如汞弧灯、氙灯、金属卤化物灯和LED灯等)下照射，含量子点的UV胶水发生光固化反应形成量子点封装层，以此将光学膜复合黏贴于扩散基板上，最终制得量子点发光功能板，作为背光模组结构应用于背光、照明及量子点显示产品中。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

1、本发明提供了PS微球包裹封装量子点策略，用以提升量子点的稳定性，不仅可以增加量子点材料的储存时间，提升对环境因素的耐受性，而且由于所采用的包裹材料和胶水材料的相似性，可以赋予量子点在溶液(如UV胶水)中的分散性，避免结块、沉降等不良现象；

2、本发明提供一种采用UV胶水分散、封装量子点的方法，以进一步提升量子点的分散性和稳定性，胶水体系的黏度、量子点含量、各组分的比例、引发剂的种类及光源波长和类型均可自由调控；

3、本发明通过配制的含量子点的UV胶水将光学膜、扩散基板和量子点发光材料快速一体粘合，不仅不必按照传统工序将背光模组中的扩散基板和光学膜分别清洁再组装，而且不需要额外的封装量子点和贴合量子点膜片的工序，极大地提升了组装效率，节省了工序成本，有利于背光模组结构产业化组装；

4、本发明提供的这种量子点发光功能板的设计所获得的背光模组结构其对比度、色彩性和饱和度上会有明显提升；

5、目前量子点显示应用领域主要集中于采用经典的镉基化合物半导体量子点材料，若选择钙钛矿量子点并采用本发明提供的这种量子点发光功能板的设计来生产背光模组，不仅可以解决钙钛矿量子点稳定性差的缺陷，而且可以突破传统镉系量子点的种种限制和垄断，制造出的显示屏不仅极薄、极轻、色彩表现更优、色域度更高、亮度更大，而且更重要的是具备无镉残留、更加环保的优势，为用户带来更真实、艳丽、安全的色彩体验。

附图说明

图1是传统背光模组的结构示意图；

图2是量子点发光功能板的背光模组结构示意图；

图3是实施例一中量子点发光功能板在高温高湿环境下白场坐标随时间的变化曲线；

图4是实施例一中量子点发光功能板在高温高湿环境下绿场坐标随时间的变化曲线；

图5是实施例二中量子点发光功能板在高温高湿环境下白场坐标随时间的变化曲线；

图6是实施例二中量子点发光功能板在高温高湿环境下绿场坐标随时间的变化曲线；

图7是实施例三中量子点发光功能板在高温高湿环境下白场坐标随时间的变化曲线；

图8是实施例三中量子点发光功能板在高温高湿环境下绿场坐标随时间的变化曲线；

图9是实施例四中量子点发光功能板在高温高湿环境下白场坐标随时间的变化曲线；

图10是实施例四中量子点发光功能板在高温高湿环境下绿场坐标随时间的变化曲线；

图11是实施例五中量子点发光功能板在高温高湿环境下白场坐标随时间的变化曲线；

图12是实施例五中量子点发光功能板在高温高湿环境下绿场坐标随时间的变化曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

称取40克聚苯乙烯粒料，在室温搅拌的条件下，逐渐溶解于100克苯乙烯中，经过12小时不断混合得到粘稠状溶液；向此溶解于苯乙烯单体的聚苯乙烯溶液中加入5.5克二乙烯基苯和2.0克钙钛矿铯铅卤量子点，搅拌均匀；继续加入5.5克安息香二甲醚引发剂，在避光条件下搅拌2小时，得到所需含未经包裹的量子点的UV光固化胶水。以AT-TB-3000型涂布试验机将一定量此UV胶水涂布在以聚苯乙烯(PS)为材料的扩散板上，UV胶水厚度约为50μm，再在含有UV胶水的扩散基板面上采用覆膜法紧贴覆盖一层聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)光学膜，之后放置于波长365nm的高压汞灯下进行光固化反应，之后在60℃、90％RH环境下进行高温高湿老化实验，测试色坐标，绘制各场坐标值随时间的变化曲线。

实施例2：

称取40克聚苯乙烯粒料，在室温条件下，逐渐溶解于100克苯乙烯中，搅拌12小时得到粘稠状溶液；向此溶液中加入5.5克二乙烯基苯和5.5克引发剂2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(LUCIRIN TPO)，混合均匀；再向混合体系中加入未经PS微球包裹的钙钛矿量子点并继续混匀，其含量占总UV光固化胶水的质量分数为1.6％。之后进行将含量子点的UV光固化胶水涂布于扩散板面，并于表层覆盖PET光学膜，接着在UV光源下进行光照固化，并进行老化试验，其实验步骤和要求与实施例一相同。

实施例3：

将15克聚苯乙烯微球加入200mL二氯甲烷中，磁力搅拌条件下，溶胀12小时，加入4.8克未负载的钙钛矿量子点，继续搅拌12小时；旋蒸除去溶剂后，得到负载于PS微球的量子点，随即将其置于研钵中，研磨成粉末状；称取40克聚苯乙烯粒料，在室温条件下，逐渐溶解于100克苯乙烯中，搅拌12小时得到粘稠状溶液；向此溶液中加入2.2克研磨过的负载于PS微球的量子点粉末，搅拌混合均匀；继续加入5.5克安息香异丙醚引发剂，在避光条件下搅拌2小时，得到所需含未经包裹的量子点的UV光固化胶水。之后进行将含量子点的UV光固化胶水涂布于扩散板面，并于表层覆盖PET光学膜，接着在UV光源下进行光照进行固化，并进行老化试验，其实验步骤和要求与实施例一相同。

实施例4：

负载于PS微球的量子点粉末的制作方法同实施例三。称取40克聚苯乙烯粒料，在室温条件下，逐渐溶解于100克苯乙烯中，搅拌12小时得到粘稠状溶液；向此溶液中加入2.1克负载于PS微球的钙钛矿量子点粉末，搅拌混合均匀；继续加入5.5克引发剂2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，在避光条件下搅拌2小时，得到所需含未经包裹的量子点的UV光固化胶水。之后进行将含量子点的UV光固化胶水涂布于扩散板面，并于表层覆盖PET光学膜，接着在UV光源下进行光照进行固化，并进行老化试验，其实验步骤和要求与实施例一相同。

实施例5：

将80克聚苯乙烯微球加入1.2升二氯甲烷中，磁力搅拌条件下，溶胀12小时，加入25克未负载的钙钛矿量子点，继续搅拌12小时；旋蒸除去溶剂后，得到负载于PS微球的量子点，随即将其置于研钵中，研磨成粉末状，装于于密封袋中保存。将545克聚苯乙烯粒料，在室温下，通过机械搅拌逐渐溶解于1.5升苯乙烯中，24小时后得到均相粘稠状溶液；向此溶液中加入32克经研磨的负载于PS微球的量子点粉末，搅拌混合均匀；继续加入76克安息香二甲醚引发剂，在避光条件下机械搅拌2小时，得到所需含未经包裹的量子点的UV光固化胶水。之后进行的将含量子点的UV光固化胶水涂布于扩散板面，并于表层覆盖PET光学膜，接着在UV光源下进行光照进行固化，并进行老化试验，其实验步骤和要求与实施例一相同。

从以上实施例中所绘制的各场坐标值随时间的变化曲线(图3～图12)可以看出，采用本发明中将含量子点UV胶水涂布于扩散板上并贴上光学膜，在合适的光源照射下进行光引发固化反应制备量子点发光功能板的方法，能够在高温高湿(60℃、90％RH)环境下维持较低的量子点失效率，最大限度地避免量子点受到氧气、水和升温环境的干扰，保证量子点发光功能版的稳定性和使用效果。

以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (5)

1.一种背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法，其特征是：包括下列步骤：

S1、称取一定量的聚苯乙烯粒料，在搅拌的条件下，溶解于稀释剂和/或预聚物中，得到稠状溶液；

S2、向上述稠状溶液中加入计量后的量子点粉末，在室温下搅拌均匀；

S3、继续加入引发剂，在避光条件下搅拌均匀，得到含所需量子点的混合溶液；

S4、继续向上述混合体系中加入助剂，助剂未增塑剂、流平剂、稳定剂、防老剂、抗氧化剂、消泡剂、偶联剂中的一种或多种，室温避光条件下搅拌均匀，得到含所需量子点的UV胶水；

S5、将含所需量子点的UV胶水以涂布工艺均匀地涂布于扩散基板面上；

S6、当体系涂布完成后，在含有UV胶水的扩散基板面上采用覆膜法覆盖一层光学膜；

S7、将含有扩散基板面、量子点UV胶水和光学膜的复合多层材料置于UV光源下照射，进行光固化反应，直至形成以量子点封装层将光学膜复合黏贴于扩散基板上的量子点发光功能板。

2.根据权利要求1所述的背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法，其特征是：步骤S1中，在得到的稠状溶液中，聚苯乙烯粒料的质量分数为20%~30%；

步骤S2中，所述加入量子点质量分数为UV胶水总质量的0.2%~2%；

步骤S3中，所述加入引发剂质量分数为UV胶水总质量的0.5%~10%；

步骤S4中，所述加入助剂质量分数为UV胶水总质量的0.2%~5%。

3.根据权利要求1或2所述的背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法，其特征是：所述量子点为II-VI族、III-V族或IV-VI（如PbSe）元素组成量子点，或钙钛矿量子点，或过渡金属或稀土金属元素掺杂的量子点；量子点状态包括原位生成的未负载型、核壳量子点、负载于分子筛或聚苯乙烯小球的负载型。

4.根据权利要求1或2所述的背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法，其特征是：预聚物采用不饱和聚酯树脂、环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂或聚硅氧烷树脂，稀释剂采用（甲基）丙烯酸酯类、乙烯基类、乙烯基醚类或环氧类等单官能团或多官能团化合物。

5.根据权利要求1或2所述的背光模组结构中量子点发光功能板的制备方法，其特征是：扩散基板由功能层和主体层构成，为模内共挤而成；光学膜是扩散膜、增亮膜、复合膜中的一种或多种。