CN108891022A - 一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，所述打印方法顺序包括以下步骤；A1、以含有量子点墨水的第一量子点墨水溶剂在导光基板处进行喷墨打印，利用咖啡环效应使导光基板表面生成环形的bank结构；A2、对bank结构进行固化；A3、以含有量子点墨水的第二量子点墨水溶剂在导光基板处进行打印，使bank结构形成球冠状结构；A4、对球冠状结构固化；形成导光基板网点的球冠状微结构；本发明能够改善一般网点打印过程中的三维结构塌陷的情况，增加网点可控性，最终增加量子点导光基板的导光效果。

Description

一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法
技术领域
本发明涉及微电路技术领域，尤其是一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法。
背景技术
对于应用广泛的液晶显示器件而言，液晶不能发光，背光模组是液晶显示器件的主要组件之一。对于常用的侧入式背光模组，为了实现出光的均匀性，导光板导光基板下表面的散射网点微结构起到了决定性作用。
量子点是一种粒径在1-10nm的半导体材料，其光谱半高宽窄，发光光谱可调。将红绿量子点直接混入导光板下表面的散射网点，再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。喷墨打印是一种加法式图案化技术，是形成更加微型化的网点结构的主要手段。
为了满足液晶显示器的出光均匀性及出光亮度，导光板上的网点需要一定的分布密度与尺寸大小，但喷墨打印是一种溶液加工技术，对液滴尺寸控制性较差。特别是为了形成一定尺寸的三维球冠状网点结构需要进行多次循环沉积，而溶液的多次沉积必定造成网点塌陷，同时增加打印的循环次数会造成网点尺寸过大，虽然可以通过增加打印所用的量子点溶液的粘度在一定程度上对其进行改善这一问题，但并不能对其完全控制，最终结果将会影响器件的出光效果；并且单纯的通过增加溶液粘度改善这一现象也会降低量子点溶液的可打印性，增加打印难度。专利CN106154400A提出了一种改善喷墨打印量子点导光网点的方法，但其主要研究了基板的影响作用，并未对这一重要现象提出有效的解决方法。
发明内容
本发明提出一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，能够改善一般网点打印过程中的三维结构塌陷的情况，增加网点可控性，最终增加量子点导光基板的导光效果。
本发明采用以下技术方案。
一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，所述打印方法顺序包括以下步骤；
A1、以含有量子点墨水的第一量子点墨水溶剂在导光基板处进行喷墨打印，利用咖啡环效应使导光基板表面生成环形的bank结构；
A2、对bank结构进行固化；
A3、以含有量子点墨水的第二量子点墨水溶剂在导光基板处进行打印，使bank结构形成球冠状结构；
A4、对球冠状结构固化；形成导光基板网点的球冠状微结构。
所述第一量子点墨水溶剂为沸点高于170℃的高沸点低极性有机溶剂，墨水粘度为5-14Cp。
利用在墨水干燥过程中外向补偿流现象，即由于沉积边缘三相接触线定扎、而边缘的蒸发速率大于中心速率，为了保持沉积形貌的球冠状结构使沉积整体的保持稳定，因此中心溶液将携带溶质向外流动以对边缘蒸发形成补偿；在步骤A1中，在形成bank结构时以第一量子点墨水溶剂的高沸点特性延长溶质向外迁移的时间，在形成bank结构时以第一量子点墨水溶剂的粘度特性减小溶质向外迁移的阻力。
步骤A1和A2中，以第一量子点墨水溶剂进行2至3次连续循环打印，并在打印完成后进行10-40min的干燥固化处理；所形成的bank结构的底面尺寸为200-600um,高度为1-7um。
所述第二量子点墨水溶剂为沸点在90-130℃的低沸点的低极性有机溶剂，墨水的粘度为15-45Cp。
利用在墨水干燥过程中外向补偿流现象，即由于沉积边缘三相接触线定扎、而边缘的蒸发速率大于中心速率，为了保持沉积形貌的球冠状结构使沉积整体的保持稳定，因此中心溶液将携带溶质向外流动以对边缘蒸发形成补偿；在步骤A3中，在形成球冠状结构时以第二量子点墨水溶剂的低沸点特性缩短溶质向外迁移的时间，在形成球冠状结构时以第二量子点墨水溶剂的粘度特征保证在喷头正常工作的情况下增加溶质向外迁移的的阻力，并使得溶剂尽快挥发以快速形成形成球冠状网点结构。
在步骤A3和A4中，以第二量子点墨水溶剂进行3至7次连续循环打印，并在打印完成后固化处理20-50min；所形成的网点结构的底面尺寸为200-600um，高度为20-70um。
所述第一量子点墨水溶剂使用的第一量子点墨水、所述第二量子点墨水溶剂使用的第二量子点墨水均包括有机溶剂、铬系量子点材料、固化材料；所述导光基板可使用的材质包括聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、普通玻璃（SiO2）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）。
第一量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂或高沸点与低沸点溶剂组成的混合溶剂；第一量子点墨水中的固化材料为UV光固化材料或者树脂性热固化材料，固化材料的质量百分比的范围为25wt%-35wt%；第一量子点墨水中红色量子点的质量百分比的范围为0.3wt%-0.7wt%，绿色量子点的质量百分比的范围为0.9wt%-2.1wt%；溶剂溶液表面张力的范围为25-45mN/m；
当第一量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂时，高沸点溶剂包括邻二氯苯、环己基苯、异丁醇、葵烷、十一烷、十二烷中的几种或一种；
当第一量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂或高沸点与低沸点溶剂组成的混合溶剂时，低沸点溶剂包括丙酮、乙醇、甲苯、氯苯、己烷中的几种或一种，高沸点溶剂包括邻二氯苯、环己基苯、异丁醇、葵烷、十一烷、十二烷中的几种或一种，高沸点溶剂与低沸点溶剂的质量比的范围为9:1—7:3。
第二量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂与低沸点溶剂组成的混合溶剂；第二量子点墨水中的固化材料为UV光固化材料或者树脂性热固化材料，固化材料的质量百分比的范围为25wt%-35wt%；第二量子点墨水中红色量子点的质量百分比的范围为0.3wt%-0.7wt%，绿色量子点的质量百分比的范围为0.9wt%-2.1wt%；溶剂溶液表面张力的范围为25-45mN/m；
组成混合溶剂的低沸点溶剂包括丙酮、乙醇、甲苯、氯苯、己烷、乙酸乙酯、1,2-二氯乙烷中的几种或一种，高沸点溶剂包括对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、异丙苯、苯乙烯、四氯乙烷中的几种或一种；高沸点溶剂与低沸点溶剂的质量比的范围为2:8—4:6。
本发明所述能利用咖啡环效应形成的bank结构防止了在同一位置重复沉积造成的网点塌陷及网点底面尺寸过大。
本发明打印方法可以减少了形成具有一定高度的网点结构的循环打印次数，节约打印耗材，特别是价格昂贵的量子点的消耗。
本发明并不限于固定的量子点墨水，也不限于导光基板散射网点的打印，其适用于所有需要普通的溶液型喷墨打印形成具有一定尺寸的三维结构的打印形式。
本发明中，先打印形成“咖啡环”状的沉积形貌，固化后再在“咖啡环”状沉积上通过喷墨打印形成球冠状网点结构的打印方法，能在减少循环打印次数、节约打印耗材的同时，防止多次循环打印造成的网点塌陷及网点底面尺寸过大，也具有提高导光效果的作用。
由于在形成球冠状网点结构时，是在“咖啡环”状bank沉积上再次喷墨打印沉积材料而成型，因此材料的亲和度易于调节，有利于设计出较为坚固的沉积结构，提升导光板网点微结构的强度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1为本发明导光基板处理后示意图；
附图2为本发明打印形成bank结构后的示意图；
附图3为本发明喷墨打印形成的bank结构示意图；
附图4为本发明打印形成散射网点后的示意图；
附图5为本发明喷墨打印形成的球冠状结构及散射网点结构示意图
附图6是本发明所述方法的工艺流程示意图；
图中：1-导光基板；2-导光基板的预处理层；3-环形的bank结构；4-球冠状结构；5-量子点网点微结构（网点的球冠状微结构）。
具体实施方式
如图1-4所示，一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，所述打印方法顺序包括以下步骤；
A1、以含有量子点墨水的第一量子点墨水溶剂在导光基板1处进行喷墨打印，利用咖啡环效应使导光基板表面生成环形的bank结构3；
A2、对bank结构进行固化；
A3、以含有量子点墨水的第二量子点墨水溶剂在导光基板处进行打印，使bank结构形成球冠状结构4；
A4、对球冠状结构固化；形成导光基板网点的球冠状微结构5。
本例的步骤A1、A3均是在导光基板的预处理层2表面进行喷墨打印。
所述第一量子点墨水溶剂为沸点高于170℃的高沸点低极性有机溶剂，墨水粘度为5-14Cp。
利用在墨水干燥过程中外向补偿流现象，即由于沉积边缘三相接触线定扎、而边缘的蒸发速率大于中心速率，为了保持沉积形貌的球冠状结构使沉积整体的保持稳定，因此中心溶液将携带溶质向外流动以对边缘蒸发形成补偿；在步骤A1中，在形成bank结构时以第一量子点墨水溶剂的高沸点特性延长溶质向外迁移的时间，在形成bank结构时以第一量子点墨水溶剂的粘度特性减小溶质向外迁移的阻力。
步骤A1和A2中，以第一量子点墨水溶剂进行2至3次连续循环打印，并在打印完成后进行10-40min的干燥固化处理；所形成的bank结构的底面尺寸为200-600um,高度为1-7um。
所述第二量子点墨水溶剂为沸点在90-130℃的低沸点的低极性有机溶剂，墨水的粘度为15-45Cp。
利用在墨水干燥过程中外向补偿流现象，即由于沉积边缘三相接触线定扎、而边缘的蒸发速率大于中心速率，为了保持沉积形貌的球冠状结构使沉积整体的保持稳定，因此中心溶液将携带溶质向外流动以对边缘蒸发形成补偿；在步骤A3中，在形成球冠状结构时以第二量子点墨水溶剂的低沸点特性缩短溶质向外迁移的时间，在形成球冠状结构时以第二量子点墨水溶剂的粘度特征保证在喷头正常工作的情况下增加溶质向外迁移的的阻力，并使得溶剂尽快挥发以快速形成形成球冠状网点结构。
在步骤A3和A4中，以第二量子点墨水溶剂进行3至7次连续循环打印，并在打印完成后固化处理20-50min；所形成的网点结构的底面尺寸为200-600um，高度为20-70um。
所述第一量子点墨水溶剂使用的第一量子点墨水、所述第二量子点墨水溶剂使用的第二量子点墨水均包括有机溶剂、铬系量子点材料、固化材料；所述导光基板可使用的材质包括聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、普通玻璃（SiO2）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）。
第一量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂或高沸点与低沸点溶剂组成的混合溶剂；第一量子点墨水中的固化材料为UV光固化材料或者树脂性热固化材料，固化材料的质量百分比的范围为25wt%-35wt%；第一量子点墨水中红色量子点的质量百分比的范围为0.3wt%-0.7wt%，绿色量子点的质量百分比的范围为0.9wt%-2.1wt%；溶剂溶液表面张力的范围为25-45mN/m；
当第一量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂时，高沸点溶剂包括邻二氯苯、环己基苯、异丁醇、葵烷、十一烷、十二烷中的几种或一种；
当第一量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂或高沸点与低沸点溶剂组成的混合溶剂时，低沸点溶剂包括丙酮、乙醇、甲苯、氯苯、己烷中的几种或一种，高沸点溶剂包括邻二氯苯、环己基苯、异丁醇、葵烷、十一烷、十二烷中的几种或一种，高沸点溶剂与低沸点溶剂的质量比的范围为9:1—7:3。
第二量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂与低沸点溶剂组成的混合溶剂；第二量子点墨水中的固化材料为UV光固化材料或者树脂性热固化材料，固化材料的质量百分比的范围为25wt%-35wt%；第二量子点墨水中红色量子点的质量百分比的范围为0.3wt%-0.7wt%，绿色量子点的质量百分比的范围为0.9wt%-2.1wt%；溶剂溶液表面张力的范围为25-45mN/m；
组成混合溶剂的低沸点溶剂包括丙酮、乙醇、甲苯、氯苯、己烷、乙酸乙酯、1,2-二氯乙烷中的几种或一种，高沸点溶剂包括对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、异丙苯、苯乙烯、四氯乙烷中的几种或一种；高沸点溶剂与低沸点溶剂的质量比的范围为2:8—4:6。
实施例：
以具体生产为例，生产过程依序有以下步骤；
步骤1、本例所用的导光板材质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，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环形的bank结构3的喷墨打印墨水（含有量子点墨水的第一量子点墨水）。
首先，配制UV光固化剂/热固化剂溶液，为了更利于形成“咖啡环”结构，所用溶剂为邻二氯苯、环己基苯、辛烷、葵烷等低极性高沸点有机溶剂中的一种或几种，或者由上述高沸点溶剂中的一种或几种与低沸点溶剂组成的混合溶剂，具体地，所用的低沸点溶剂可以是丙酮、乙醇、甲苯、氯苯、己烷、乙酸乙酯等低极性低沸点有机溶剂中的几种或一种，其中高沸点与低沸点溶剂的质量比为9:1—7:3；UV固化剂与溶剂的质量百分比为1:2-1:5；将所得UV光固化剂/热固化剂溶液放于超声机中超声1-2h，使UV光固化剂/热固化剂在溶剂中分散均匀。然后配制量子点溶液，所用溶剂为邻二氯苯、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；在超声机中超声5-10min使得量子点在溶剂中分散均匀。最后将配制UV光固化剂/热固化剂溶液、量子点溶液各取1-1.5ml，超声混合均匀，最终所述适用于形成结构3的喷墨打印墨水中红色量子点的质量百分比为0.3wt%-0.7wt%，绿色量子点的质量百分比为0.9wt%-2.1wt%，光固化剂/热固化剂的质量百分比为25wt%-35wt%，溶液的表面张力为25-45mN/m，为了更利于形成三维网点结构，墨水的粘度为5-10Cp。
步骤4、将打印2-4个循环完成的导光网点结构3在紫外光下光固化20-40min，或者在40-60℃下加热固化60-90min；
步骤5、配制合适的适用于形成球冠状结构4的喷墨打印墨水（含有量子点墨水的第二量子点墨水）；
首先，配制UV光固化剂/热固化剂溶液，为了更利于形成球冠状结构，所用溶剂为己烷、戊烷、甲苯等低极性低沸点有机溶剂中的一种或几种，但不仅限于这些溶剂；或由上述低沸点溶剂与高沸点溶剂组成的混合溶剂，所述的高沸点溶剂沸点在140-170℃之间，可以是二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、异丙苯、苯乙烯、四氯乙烷等有机溶剂中的几种或一种，其中高低沸点的比例为2:8—4:6；UV固化剂与溶剂的质量百分比为1:2-1:5；将所得UV光固化剂/热固化剂溶液放于超声机中超声1-2h，使UV光固化剂/热固化剂在溶剂中分散均匀。然后配制量子点溶液，所用溶剂为邻二氯苯、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；在超声机中超声5-10min使得量子点在溶剂中分散均匀。最后将配制UV光固化剂/热固化剂溶液、量子点溶液各取1-1.5ml，超声混合均匀，最终所述适用于形成结构3的喷墨打印墨水中红色量子点的质量百分比为0.3wt%-0.7wt%，绿色量子点的质量百分比为0.9wt%-2.1wt%，光固化剂/热固化剂的质量百分比为25wt%-35wt%，溶液的表面张力为25-45mN/m，为了更利于形成三维网点结构，墨水的粘度为15-25Cp；
步骤6、将打印完成的导光板网点结构4在紫外光下光固化30-40min，或者在40-70℃下加热固化60-90min；
步骤7、如图3形成的导光板网点直径为350-550um，高度为20-70um。

Claims (10)

1.一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，其特征在于：所述打印方法顺序包括以下步骤；
A1、以含有量子点墨水的第一量子点墨水溶剂在导光基板处进行喷墨打印，利用咖啡环效应使导光基板表面生成环形的bank结构；
A2、对bank结构进行固化；
A3、以含有量子点墨水的第二量子点墨水溶剂在导光基板处进行打印，使bank结构形成球冠状结构；
A4、对球冠状结构固化；形成导光基板网点的球冠状微结构。
2.根据权利要求1所述的一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，其特征在于：所述第一量子点墨水溶剂为沸点高于170℃的高沸点低极性有机溶剂，墨水粘度为5-14Cp。
3.根据权利要求2所述的一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，其特征在于：利用在墨水干燥过程中外向补偿流现象，即由于沉积边缘三相接触线定扎、而边缘的蒸发速率大于中心速率，为了保持沉积形貌的球冠状结构使沉积整体的保持稳定，因此中心溶液将携带溶质向外流动以对边缘蒸发形成补偿；在步骤A1中，在形成bank结构时以第一量子点墨水溶剂的高沸点特性延长溶质向外迁移的时间，在形成bank结构时以第一量子点墨水溶剂的粘度特性减小溶质向外迁移的阻力。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，其特征在于：步骤A1和A2中，以第一量子点墨水溶剂进行2至3次连续循环打印，并在打印完成后进行10-40min的干燥固化处理；所形成的bank结构的底面尺寸为200-600um,高度为1-7um。
5.根据权利要求1所述的一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，其特征在于：所述第二量子点墨水溶剂为沸点在90-130℃的低沸点的低极性有机溶剂，墨水的粘度为15-45Cp。
6.根据权利要求5所述的一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，其特征在于：利用在墨水干燥过程中外向补偿流现象，即由于沉积边缘三相接触线定扎、而边缘的蒸发速率大于中心速率，为了保持沉积形貌的球冠状结构使沉积整体的保持稳定，因此中心溶液将携带溶质向外流动以对边缘蒸发形成补偿；在步骤A3中，在形成球冠状结构时以第二量子点墨水溶剂的低沸点特性缩短溶质向外迁移的时间，在形成球冠状结构时以第二量子点墨水溶剂的粘度特征保证在喷头正常工作的情况下增加溶质向外迁移的的阻力，并使得溶剂尽快挥发以快速形成形成球冠状网点结构。
7.根据权利要求6所述的一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，其特征在于：在步骤A3和A4中，以第二量子点墨水溶剂进行3至7次连续循环打印，并在打印完成后固化处理20-50min。
8.根据权利要求3、6、7所述的一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，其特征在于：所形成的网点结构的底面尺寸为200-600um，高度为20-70um。
9.根据权利要求1所述的一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，其特征在于：所述第一量子点墨水溶剂使用的第一量子点墨水、所述第二量子点墨水溶剂使用的第二量子点墨水均包括有机溶剂、铬系量子点材料、固化材料；所述导光基板可使用的材质包括聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、普通玻璃（SiO2）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）。
10.根据权利要求9所述的一种喷墨打印量子点导光板网点微结构的方法，其特征在于：第一量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂或高沸点与低沸点溶剂组成的混合溶剂；第一量子点墨水中的固化材料为UV光固化材料或者树脂性热固化材料，固化材料的质量百分比的范围为25wt%-35wt%；第一量子点墨水中红色量子点的质量百分比的范围为0.3wt%-0.7wt%，绿色量子点的质量百分比的范围为0.9wt%-2.1wt%；溶剂溶液表面张力的范围为25-45mN/m；
当第一量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂时，高沸点溶剂包括邻二氯苯、环己基苯、异丁醇、葵烷、十一烷、十二烷中的几种或一种；
当第一量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂或高沸点与低沸点溶剂组成的混合溶剂时，低沸点溶剂包括丙酮、乙醇、甲苯、氯苯、己烷中的几种或一种，高沸点溶剂包括邻二氯苯、环己基苯、异丁醇、葵烷、十一烷、十二烷中的几种或一种，高沸点溶剂与低沸点溶剂的质量比的范围为9:1—7:3；
第二量子点墨水的溶剂为高沸点溶剂与低沸点溶剂组成的混合溶剂；第二量子点墨水中的固化材料为UV光固化材料或者树脂性热固化材料，固化材料的质量百分比的范围为25wt%-35wt%；第二量子点墨水中红色量子点的质量百分比的范围为0.3wt%-0.7wt%，绿色量子点的质量百分比的范围为0.9wt%-2.1wt%；溶剂溶液表面张力的范围为25-45mN/m；
组成混合溶剂的低沸点溶剂包括丙酮、乙醇、甲苯、氯苯、己烷、乙酸乙酯、1,2-二氯乙烷中的几种或一种，高沸点溶剂包括对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、异丙苯、苯乙烯、四氯乙烷中的几种或一种；高沸点溶剂与低沸点溶剂的质量比的范围为2:8—4:6。
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