CN108219771A - 量子点复合物及其制备方法和包括其的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种量子点复合物及其制备方法和包括其的显示装置。量子点复合物包括量子点和位于量子点外部且覆盖量子点的二氧化硅层。制备量子点复合物的方法包括：将量子点与第一溶剂混合，以获得表面被羟基配体修饰的量子点；将获得的表面被羟基配体修饰的量子点与硅酸四乙酯的醇溶液混合。根据本发明的实施例的量子点复合物的稳定性高，并且其制造步骤简单，不需要任何催化剂。根据本发明的实施例的包括量子点复合物的显示装置具有优异的显示质量和高发光效率。

Description

量子点复合物及其制备方法和包括其的显示装置
技术领域
本发明涉及量子点技术领域，具体地讲，涉及一种量子点复合物、该量子点复合物的制备方法和包括该量子点复合物的显示装置。
背景技术
量子点(Quantum Dot,QD)是具有芯或芯-壳结构的纳米颗粒，量子点受到光或电等的激发而发射在不同波长范围内的光线，因此有效地用于许多领域，尤其是用于显示装置中。
量子点的优势在于：通过调控量子点的尺寸，可以实现发光波长范围覆盖到红外及整个可见光波段，且发射光波段窄、色彩饱和度高；量子点材料的量子转换效率高；材料性能稳定；制备方法简单多样，可以从溶液中制备，资源丰富。
量子点材料具有发光光谱集中、色纯度高、发光波长高度可调等优点，因此可以大幅度提高目前LCD显示器的色域，并且提高LCD显示器的色彩还原能力。现有的QD-LCD主要将发光波段在R(红)、G(绿)、B(蓝)的量子点混合封装于工程塑料薄膜(QD film)或玻璃管(QD tube)中，并将该结构置于背光与显示系统之间的位置，以传统白光背光激发，达到丰富色域的目的。
量子点可分散于溶剂中以制成用于打印、转印、旋涂等工艺的墨水，特别是近来备受关注的喷墨打印(Inkjet Printing，IJP)技术，其用于打印电致发光的显示器件。该技术对QD墨水有一定的要求，现有的QD墨水存在稳定性低的缺陷。
因此，由于量子点的较低的稳定性等原因会降低其发光效率，因此限制了量子点的应用。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的一方面提供了一种具有高稳定性和/或高发光效率的量子点复合物。
根据本发明的示例性实施例，一种量子点复合物包括：量子点；二氧化硅层，二氧化硅层位于量子点外部且覆盖量子点。
在一个实施例中，二氧化硅层可以直接地覆盖量子点的外表面。
本发明的另一方面提供了一种制备量子点复合物的方法，所述方法包括：(A)将量子点与第一溶剂混合，以获得表面被羟基配体修饰的量子点；(B)将获得的表面被羟基配体修饰的量子点与硅酸四乙酯的醇溶液混合。所述方法还可以包括：在步骤(B)之后，在常温或加热条件下形成量子点复合物凝胶。
在一个实施例中，第一溶剂可以是具有羟基的溶剂。
在一个实施例中，第一溶剂可以是具有巯基和羟基的溶剂。
在一个实施例中，量子点与硅酸四乙酯的混合比可以满足量子点：硅酸四乙酯＝0.05～10％，该混合比为质量百分比。
在一个实施例中，硅酸四乙酯的醇溶液的浓度可以为2～20wt％。
本发明的另一方面提供了一种显示装置，所述显示装置包括第一基底、位于第一基底下方的TFT层、位于TFT层下方的液晶层、位于液晶层下方的第一偏振层、位于第一偏振层下方的封装层和位于封装层下方的QDCF层，其中，QDCF层包括上述的量子点复合物。
本发明的又一方面提供了一种显示装置，所述显示装置包括第一基底、位于第一基底下方的第二基底、位于第二基底下方的第一偏振层、位于第一偏振层下方的TFT层、位于TFT层下方的液晶层、位于液晶层下方的第三基底和位于第一基底与第二基底之间的QDCF层，其中，QDCF层包括上述的量子点复合物。
根据本发明的实施例的量子点复合物的稳定性高，并且其制造步骤简单，不需要任何催化剂。
根据本发明的实施例的显示装置可以具有高色彩饱和度、高发光效率和持久优异的显示质量。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的量子点复合物的示意图。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于制备量子点复合物的方法的流程图。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的QD-LCD显示装置的示例性剖视图。
图4是示出图3的根据本发明的示例性实施例的QD-LCD显示装置的QDCF层的示例性剖视图。
图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的QD-LCD显示装置的示例性剖视图。
具体实施方式
下面详细地描述本发明的示例性的实施方案。然而，本发明并不限制于下述的示例性的实施方案，而是可以各种不同的形式实现。描述以下示例性的实施方案从而使本领域技术人员能够实施和实现本发明。在整个说明书中相同的附图标记是指相同的单元。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的量子点复合物10的示意图。
参照图1，根据本发明的示例性实施例的量子点复合物10可以包括：量子点11；二氧化硅(SiO2)层12，该SiO2层12位于量子点11外部且覆盖量子点11。SiO2层12可以包覆或围绕量子点11。SiO2层12可以位于量子点11的外表面上。SiO2层12可以直接地覆盖量子点11的外表面，而在它们之间没有其他中间物。
根据本发明的示例性实施例的量子点复合物10可以具有大体上球形或椭球形的形状，例如，可以是具有球形或椭球形的形状的颗粒。例如，具有近似球形颗粒形状的量子点复合物10的直径可以在几十纳米至几个微米的范围内，例如2nm至10nm。可选地，包覆量子点11的SiO2层12可以具有10nm～20μm的厚度。
量子点11可以是核-壳型的单层结构或多层结构。量子点11的每一层可以包括从CdS、CdO、CdSe、CdTe、ZnS、ZnO、ZnSe、ZnTe、MnS、MnO、MnSe、MnTe、MgO、MgS、MgSe、MgTe、CaO、CaS、CaSe、CaTe、SrO、SrS、SrSe、SrTe、BaO、BaS、BaSe、BaTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe、Al2O3、Al2S3、Al2Se3、Al2Te3、Ga2O3、Ga2S3、Ga2Se3、Ga2Te3、In2O3、In2S3、In2Se3、In2Te3、SiO2、GeO2、SnO2、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbO2、PbS、PbSe、PbTe、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、BP、Si、Ge及其组合中选择的至少一种。
在一个实施例中，量子点11可以包括发光核和无机壳层，其中，用于发射绿光的发光核的材料可以包括ZnCdSe2、InP和Cd2SSe中的至少一种，用于发射红光的发光核的材料可以包括CdSe、Cd2SeTe和InAs中的至少一种，用于形成无机壳层的材料可以包括CdS、ZnSe、ZnCdS2、ZnS和ZnO中的至少一种。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于制备量子点复合物的方法的流程图。
参照图2，将量子点与第一溶剂混合，以获得表面被羟基(-OH)配体修饰的量子点(S11)。
在一个实施例中，第一溶剂可以是具有羟基的溶剂。优选地，第一溶剂可以是具有巯基(-SH)和羟基的溶剂。例如，第一溶剂的一端可以具有巯基。
在一个实施例中，第一溶剂可以是下面的化合物1、2和3中的至少一种。例如，第一溶剂可以是谷胱甘肽。
此外，将获得的表面被羟基(-OH)配体修饰的量子点与硅酸四乙酯(TEOS)的醇溶液混合(S12)。
在一个实施例中，TEOS的醇溶液的浓度为2～20wt％。可选地，量子点与TEOS的混合比(质量百分比)满足量子点：TEOS＝0.05～10％。
TEOS水解生成SiO2的反应式如下面的式A所示。根据本发明的示例性实施例，表面被羟基(-OH)配体修饰的量子点与硅酸四乙酯发生的反应如式B所示，量子点表面的-OH可以诱导醇解反应，醇解后QD直接连接着硅氧基，从而在QD的表面形成了SiO2的原位包覆。因此，可以不需要任何催化剂地形成SiO2层稳定地覆盖量子点表面的量子点复合物。
式A
式B
另外，可以在常温或加热条件下形成量子点复合物凝胶(S13)。在一个实施例中，加热温度可以在20～300℃的范围内，优选地，在20～75℃的范围内。可选地，加热的时间可以为30～600min。
当根据本发明的示例性实施例的量子点复合物材料用于显示装置中时，由于包覆的SiO2层可以具有一定的光散射作用，因此可以同时利用QD的光致发光特性与SiO2凝胶的散射特性，在提高色彩饱和度的同时起到扩散片的作用，使光更加均匀发散。另外，包覆的SiO2层可以提高QD的稳定性，因此可以省略或代替传统的薄膜封装技术。
下面结合图3-图5来描述包括根据本发明的示例性实施例的量子点复合物的显示装置，其中，以QD-LCD显示装置为例进行说明，然而，本发明不限于此，根据本发明的示例性实施例的量子点复合物不仅可以应用于LCD显示装置，而且可以包括在其他类型的显示装置中，例如，有机发光显示装置等。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的QD-LCD显示装置100的示例性剖视图。图4是示出图3的根据本发明的示例性实施例的QD-LCD显示装置100的QDCF层160的示例性剖视图。图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的QD-LCD显示装置200的示例性剖视图。
参照图3，根据本发明的示例性实施例的QD-LCD显示装置100可以包括第一基底120、位于第一基底120下方的TFT层130、位于TFT层130下方的液晶层140、位于液晶层140下方的第一偏振层111、位于第一偏振层111下方的封装层122和位于封装层122下方的QDCF层160，其中，QDCF层160包括上述的量子点复合物。
此外，根据本发明的示例性实施例的QD-LCD显示装置100还可以包括位于第一基底120上方的第二偏振层110、位于TFT层130与液晶层140之间的PI层(未示出)、位于液晶层140下方的ITO层150、位于液晶层140与ITO层150之间的另一PI层(未示出)、位于ITO层150下方且位于第一偏振层111上方的平坦层121、位于QDCF层160下方的光学膜层170和位于光学膜层170下的第二基底180。然而，本发明不限于此，可以省略上面的一个或多个层或者额外添加另外的部件，或者调整它们之间的位置关系。
参照图4，QDCF层160可以包括多个子像素1601和位于多个子像素1601之间的像素界定层1602，子像素1601中可包括上述量子点复合物。像素界定层1602可以起到隔绝多个子像素1601之间的光线传递的作用。例如，黑色的像素界定层1602可以起到类似于黑矩阵的作用。在一个实施例中，相邻的三个子像素1601可以分别包括红色量子点复合物QD(R)-TEOS、绿色量子点复合物QD(G)-TEOS和硅酸四乙酯TEOS。
根据示例性实施例，可以通过下面的方法来形成QDCF层160：将量子点(例如，红色量子点或绿色量子点)与第一溶剂混合，以获得表面被羟基(-OH)配体修饰的量子点，其中，第一溶剂可以是具有羟基的溶剂；将获得的表面被羟基配体修饰的量子点与硅酸四乙酯(TEOS)的醇溶液混合，制成前体溶液；向子像素1601加入前体溶液或TEOS溶液，例如，向相邻的三个子像素1601分别滴加(诸如通过IJP工艺)红色量子点复合物QD(R)-TEOS、绿色量子点复合物QD(G)-TEOS和TEOS；加热使前体溶液形成凝胶，以填充各个子像素1601，优选地，加热的温度可以控制在制20～75℃的范围内，加热的时间可以为30～600min。
在传统的QD-LCD显示装置中，因为QD材料产生颜色的机理在于光致发光，故而液晶显示器的偏振光传递会受到影响，故而将滤光(CF)层侧的偏振结构置于QDCF层与液晶层之间，从而避免偏振光在经过QDCF层后变成部分偏振光而影响显示质量。这种偏光片内置的结构会造成这一类内置偏光片的对比度没有PVA系偏光片的偏振度高、制备较为困难和大尺寸制造昂贵等问题。
然而，在根据本发明的示例性实施例的QD-LCD显示装置100中，例如，可将QDCF结构独立出来，使其位于单独的封装层122下方，并且可在平坦层121下方通过偏贴一般的商用偏光片(例如，PVA碘系或高耐久性染料系偏光片)而形成第一偏振层111。根据本发明的示例性实施例的QD-LCD显示装置100可以将LCD的光学偏光系统和QDCF结构互相独立开，使得QDCF结构光致发光的过程不干扰LCD的光学系统，并且保证了LC的旋转对透射光线的调控作用。因此，根据本发明的实施例的QD-LCD显示装置100可以既可以保证QDCF的优点，又不需要传统的显示器中的复杂的偏光片内置化工艺。
另外，由于根据本发明的实施例的QD-LCD显示装置100可包括量子点复合物，因此可以在提高色彩饱和度的同时使光更加均匀发散，并且QD的稳定性高。
参照图5，根据本发明的另一示例性实施例的QD-LCD显示装置200可以包括第一基底220、位于第一基底220下方的第二基底221、位于第二基底221下方的第一偏振层211、位于第一偏振层211下方的TFT层230、位于TFT层230下方的液晶层240、位于液晶层240下方的第三基底222和位于第一基底220与第二基底221之间的QDCF层260，其中，QDCF层260包括上述的量子点复合物。
此外，根据本发明的示例性实施例的QD-LCD显示装置200还可以包括位于第一基底220下方且位于QDCF层260上方的光学膜层270、位于液晶层240与第三基底222之间的包括ITO和/或PI材料的层250以及位于第三基底222下方的第二偏振层210。然而，本发明不限于此，可以省略上面的一个或多个层或者额外添加另外的部件，或者调整它们之间的位置关系。
这里，QDCF层260可以具有与上面参照图3和图4描述的QDCF层160基本相同的结构并通过基本相同的方法来形成，因此在此不再赘述。
根据本发明的示例性实施例的QD-LCD显示装置200可以将LCD的光学偏光系统和QDCF结构互相独立开，使得QDCF结构光致发光的过程不干扰LCD的光学系统，并且保证了LC的旋转对透射光线的调控作用。因此，根据本发明的实施例的QD-LCD显示装置200可以既可以保证QDCF的优点，又不需要传统的显示器中的复杂的偏光片内置化工艺。
另外，由于根据本发明的实施例的QD-LCD显示装置200可包括量子点复合物，因此可以在提高色彩饱和度的同时使光更加均匀发散，并且QD的稳定性高。
下面给出具体的实施例来进一步说明本发明。
实施例1
将100mg ZnCdSe2/CdS的核/壳量子点与2ml的谷胱甘肽溶剂混合，充分搅拌。然后按照量子点：硅酸四乙酯＝10％的质量比将其与浓度为2wt％的TEOS的醇溶液混合，得到量子点复合物的前体溶液。然后，在55℃的温度下加热200min，得到SiO2包覆的量子点凝胶体系。
实施例2
将100mg CdSe/CdS的核/壳量子点与3ml的谷胱甘肽溶剂混合，充分搅拌。然后按照量子点：硅酸四乙酯＝0.05％的质量比将其与浓度为15wt％的TEOS的醇溶液混合，得到量子点复合物的前体溶液。在75℃的温度下将其加热50min，得到SiO2包覆的量子点凝胶体系。
实施例3
将100mg ZnCdSe2/ZnO的核/壳量子点与5ml的上述化合物1的溶剂混合，充分搅拌。然后按照量子点：硅酸四乙酯＝1％的质量比将其与浓度为20wt％的TEOS的醇溶液混合，得到量子点复合物的前体溶液。然后，在常温下静置，得到SiO2包覆的量子点凝胶体系。
实施例4
将100mg CdSe/ZnO的核/壳量子点与3ml的上述化合物2的溶剂混合，充分搅拌。然后按照量子点：硅酸四乙酯＝7.5％的质量比将其与浓度为10wt％的TEOS的醇溶液混合，得到量子点复合物的前体溶液。然后，在300℃的温度下加热30min，得到SiO2包覆的量子点凝胶体系。
实施例5
制造如图3所示的QD-LCD显示装置，其中，将按照实施例1与实施例2制备的量子点复合物的前体溶液和TEOS作为IJP油墨分别加入到QDCF层的相邻的三个子像素中，每三个子像素如此重复添加。在55℃的温度下将其加热60min，使其形成凝胶，填满各个子像素。
实施例6
制造如图5所示的QD-LCD显示装置，其中，将按照实施例3与实施例4制备的量子点复合物的前体溶液和TEOS作为IJP油墨分别加入到QDCF层的相邻的三个子像素中，每三个子像素如此重复添加。在150℃的温度下将其加热41min，使其形成凝胶，填满各个子像素。
从以上实施例可以看出，根据本发明的实施例的量子点复合物的稳定性高，其制造步骤简单且不需要使用催化剂，并且包括其的显示装置可以具有优异的显示质量。
虽然已经参照附图描述了一个或更多个实施例，但是本领域中的普通技术人员将理解的是，在不脱离如由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，在这里可以做出形式上和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种量子点复合物，其特征在于，包括：
量子点；
二氧化硅层，二氧化硅层位于量子点外部且覆盖量子点。
2.根据权利要求1所述的量子点复合物，其特征在于，二氧化硅层直接地覆盖量子点的外表面。
3.一种制备量子点复合物的方法，其特征在于，包括：
(A)将量子点与第一溶剂混合，以获得表面被羟基配体修饰的量子点；
(B)将获得的表面被羟基配体修饰的量子点与硅酸四乙酯的醇溶液混合。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在步骤(B)之后，在常温或加热条件下形成量子点复合物凝胶。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一溶剂是包括羟基的溶剂。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一溶剂是包括巯基和羟基的溶剂。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，量子点与硅酸四乙酯的混合比满足量子点：硅酸四乙酯＝0.05～10％，所述混合比为质量百分比。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，硅酸四乙酯的醇溶液的浓度为2～20wt％。
9.一种显示装置，其特征在于，包括第一基底、位于第一基底下方的TFT层、位于TFT层下方的液晶层、位于液晶层下方的第一偏振层、位于第一偏振层下方的封装层和位于封装层下方的QDCF层，其中，QDCF层包括根据权利要求1所述的量子点复合物。
10.一种显示装置，其特征在于，包括第一基底、位于第一基底下方的第二基底、位于第二基底下方的第一偏振层、位于第一偏振层下方的TFT层、位于TFT层下方的液晶层、位于液晶层下方的第三基底和位于第一基底与第二基底之间的QDCF层，其中，QDCF层包括根据权利要求1所述的量子点复合物。
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