CN109370312A

CN109370312A - 一种量子点墨水及其应用

Info

Publication number: CN109370312A
Application number: CN201811252736.2A
Authority: CN
Inventors: 汪红
Original assignee: Suzhou Yijiasheng Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Yijiasheng Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2019-02-22

Abstract

本发明公开了一种量子点墨水及其应用。所述量子点墨水包括按质量百分比计算的如下组分：0‑20％溶剂，20‑50％UV树脂，20‑40％量子点、5‑15％散射粒子及1‑5％助剂。所述量子点墨水可以用于制备量子点彩色滤光片。较之现有技术，本发明的量子点墨水，既可用于喷墨打印又可用于雾化沉积，并且利用所述量子点墨水，与目前光刻或蒸镀用掩模版相配合来实现QDCF像素化，像素可高达1000PPI。

Description

一种量子点墨水及其应用

技术领域

本发明涉及量子点发光技术领域，具体的涉及一种量子点墨水以及利用量子点墨水实现QDCF像素化的方法。

背景技术

QDCF(Quantum Dot Color Filter，量子点彩色滤光片)技术是直接将基准的LCD彩色滤光片(color filter)材料换成QD来表现所需的颜色。这项技术的优势在于量子点的发光位置就在离人眼更近的彩色滤光片上，相对于量子薄膜内的光要通过液晶和彩色滤光片的QDEF方式可展现纯度更高的色彩表现力，因此受到业界的青睐。

目前QDCF的主流制作方式为旋涂光刻，这种方式虽然具有较多优点，但存在量子点浪费严重，后处理麻烦等不足。而喷墨打印方式作为一种节能环保的方式，被业界认为是未来的重要发展方向之一，然而这种技术也存在明显的技术难点，比如重复精度、对位精度难以控制等，这也造成现有的喷墨打印像素较低，无法满足实际应用的需求。

目前的量子点墨水，一种是纯溶剂型，打印后通过溶剂挥发最终仅有量子点留在基板上，其缺陷在于量子点自吸收严重，出光效率低，由于QD为纳米颗粒，达到微米级别时成膜性差，与基板粘接性差，且量子点完全暴露在环境中，量子点稳定性差。另一种是溶剂加高分子树脂型，打印成膜后以高分子包覆量子点形式存在，但这种缺点在于高分子对墨水粘度以及表面张力影响极大，在可打印范围下，高分子添加量较低，最高仅为10％，无法调节QD/树脂比例来实现可控成膜后量子点含量，无法实现量子点的最佳出光。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种量子点墨水及其应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种量子点墨水，包括按质量百分比计算的如下组分：0-20％溶剂，20-50％UV树脂，20-40％量子点、5-15％散射粒子及1-5％助剂。

本发明实施例还提供一种量子点墨水于制备量子点彩色滤光片中的用途。

本发明实施例还提供一种量子点彩色滤光片的像素化制作方法，包括：将上述量子点墨水雾化后，通过沉积方式经掩模版沉积到相应的像素坑中，再固化成膜。

本发明实施例还提供一种通过上述量子点彩色滤光片的像素化制作方法制备的量子点彩色滤光片。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)本发明实施例提供的量子点墨水，既可用于喷墨打印又可用于雾化沉积；

2)本发明实施例提供的量子点墨水，固化前UV树脂为低分子量，对粘度以及表面张力影响较小，同时可作为粘度和表面张力调节剂，实现粘度和表面张力可调、QD/树脂比例可调，同时增加了光扩散剂从而提高了量子点出光效率。

3)本发明实施例提供的量子点彩色滤光片的像素化制作方法，利用量子点墨水实现其像素化制作，利用量子点墨水雾化沉积的方式，与目前光刻或蒸镀用掩模版相配合来实现QDCF像素化，像素可高达1000PPI。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中量子点墨水通过喷嘴雾化实现QDCF像素化的示意图；

图2是本发明一实施例中量子点墨水通过超声雾化实现QDCF像素化的示意图；

图3是本发明一实施例中掩模板的正视结构图；

图4是本发明一实施例中掩模板的俯视结构图；

图5是本发明一实施例中掩模板的侧视结构图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例提供的一种量子点墨水，包括按质量百分比计算的如下组分：0-20％溶剂，20-50％UV树脂，20-40％量子点、5-15％散射粒子及1-5％助剂。

在一些优选实施方案之中，所述量子点墨水的黏度范围为5-20cp。

进一步地，量子点墨水的黏度范围为8-14cp。

在一些优选实施方案之中，所述量子点墨水的表面张力为25-35dyne/cm。

进一步地，量子点墨水的表面张力为26-30dyne/cm。

在一些优选实施方案之中，所述溶剂采用弱极性溶剂。

进一步地，所述溶剂包括C8-C14的烷烃溶剂、甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯、溶剂油和C5-C12醇、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丙醚醋酸酯、乙二醇甲醚正丙酸酯、乙二醇乙醚正丙酸酯、乙二醇丙醚正丙酸酯、乙二醇甲醚异丙酸酯、乙二醇乙醚异丙酸酯、乙二醇丙醚异丙酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇丙醚醋酸酯、丙二醇甲醚正丙酸酯、丙二醇乙醚正丙酸酯、丙二醇丙醚正丙酸酯、丙二醇甲醚异丙酸酯、丙二醇乙醚异丙酸酯、丙二醇丙醚异丙酸酯、二乙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇丙醚醋酸酯、二丙二醇丁醚醋酸酯中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述溶剂的沸点介于150-250℃之间。

在一些优选实施方案之中，所述UV树脂包括单体、预聚体和光引发剂中的任意一种或两种以上的组合。

例如，UV树脂包括丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、环状烃类丙烯酸酯单体、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸己内酯、甲基丙烯酸酯羟乙酯、聚乙二醇400、二甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯1,6己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或双季戊四醇六丙烯酸酯、支链状丙烯酸酯单体；预聚体可以主要为环氧改性、聚氨酯改性或酚醛改性的丙烯酸酯类预聚体脂；光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，二苯基-(4-苯基硫)苯基锍，2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮中六氟磷酸盐，2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯。

更进一步地，可以选择与量子点有很好兼容性的树脂和单体，例如，UV树脂包括环状烃类丙烯酸酯单体、支链状丙烯酸酯单体以及超支化丙烯酸预聚体、冠状结构丙烯酸预聚体和长链烷烃化结构丙烯酸预聚体中的任意一种或两种以上的单体和树脂的组合。

在一些优选实施方案之中，所述量子点包括II-VI、III-V、IV-VI族量子点和钙钛矿量子点中的任意一种或两种以上的组合。

进一步地，所述II-VI族量子点的材质包括CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdTe、ZnTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnTeS、CdSeS、CdSeTe、CdTeS、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdSeSTe、ZnSeSTe和CdZnSeSTe中的任意一种或两种以上的组合，所述III-V族量子点的材质包括InP、InAs和InAsP中的任意一种或两种以上的组合，所述IV-VI族量子点的材质包括PbS、PbSe、PbTe、PbSeS、PbSeTe和PbSTe中的任意一种或两种以上的组合。

在一些优选实施方案之中，所述散射粒子包括SiO₂、TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、Fe₃O₄、ZnO、AlN和Si₃N₄中的任意一种或两种以上的组合。

因为作为QDCF墨水，QDCF成膜厚度在1-10um之间，要求散射粒子具有良好的遮盖能力和光散射能力，在一些优选实施方案之中，优选散射粒子为TiO₂、SiO₂、ZrO₂，所述散射粒子的粒径范围为50nm-5μm，优选为200nm-3μm。针对TiO₂、ZrO₂更优选粒径为200-500nm，针对SiO₂更优选粒径范围为1-3μm。

在一些优选实施方案中，所述助剂包括黏度调节剂、分散剂、润湿剂和流平剂中的任意一种或两种以上的组合。

具体的，所述助剂为如BYK、BASF、Evonik等公司的市售助剂，优选的，如BYK的Disperbyk-101、Disperbyk-102、Disperbyk-103、Disperbyk-108、Disperbyk-109、Disperbyk-110、Disperbyk-111、Disperbyk-161、Disperbyk-162、Disperbyk-163、Disperbyk-164、Disperbyk-166、Disperbyk-167、Disperbyk-168、Disperbyk-170、Disperbyk-2000、Disperbyk-2001、Disperbyk-2105、Disperbyk-2150、Disperbyk-2157、Disperbyk-2167、Disperbyk-2205、BYK-302、BYK-306、BYK-307、BYK-310、BYK-323、BYK-325、BYK-330、BYK-331、BYK-333、BYK-340、BYK-371、BYK-373、BYK-353、BYK-354、BYK-355、BYK-358N/361N、BYK-357、BYK-390、BYK-392、BYK-055、BYK-302、BYK-302、BYK-302、BYK-302、BYK-302；BSF的efka4010、efka4015、efka4046、efka4047、efka4061、efka4310、efka4320、efka4330、efka1502、efka1502、efka px001、efka px4701；Evonik的tegodispers610、tego dispers650s、tego dispers650、tego dispers651、tego dispers652、tego dispers662c、tego dispers680、tego dispers681、tego dispers700中的一种或两种以上的组合。

本发明实施例的另一个方面还提供量子点墨水于制备量子点彩色滤光片(QDCF)中的用途。

本发明实施例的另一个方面还提供一种量子点彩色滤光片的像素化制作方法，包括：将所述的量子点墨水雾化后，通过沉积方式经掩模版沉积到相应的像素坑中，再固化成膜。

在一些优选实施方案之中，用于将所述量子点墨水雾化的方法包括超声雾化、气动雾化和喷嘴雾化方法中的任意一种或两种以上的组合。

在一些优选实施方案之中，所述掩模版包括间隔分布的复数个沉积孔，每一沉积孔与至少一像素坑对应设置。

在一些优选实施方案之中，其中至少两个相邻沉积孔之间为遮挡部，所述遮挡部具有凸起结构，所述凸起结构能够将沉积到遮挡部上的所述量子点墨水引流至相邻沉积孔内；和/或，所述复数个沉积孔分别沿相互垂直交叉的第一方向和第二方向排布形成阵列，其中在所述第一方向上，任意两个相邻沉积孔之间间隔两个或两个以上子像素，而在所述第二方向上，任意两个相邻沉积孔之间无间隔。

在一些具体的实施例中，量子点彩色滤光片的像素化制作方法包括：

利用超声雾化、气动雾化或喷嘴雾化的方式将量子点墨水进行雾化，雾化后的量子点墨水通过沉降方式经过掩模版沉积到QDCF中对应的像素坑中。其中，遮挡部具有凸起结构，以便掩模板遮挡部位的沉积液可以引流至相邻沉积孔内，复数个沉积孔分别沿相互垂直交叉的第一方向和第二方向排布形成阵列，第一方向上，任意两个相邻沉积孔之间间隔两个子像素，第二方向上，任意两个相邻沉积孔之间无间隔子像素，对应相邻子像素，从而实现RGB像素分离。分别向子像素中沉淀红绿量子点墨水，经过烘焙和固化最终实现在像素中均匀成膜。

本发明实施例的另一个方面还提供由所述量子点彩色滤光片的像素化制作方法制备的量子点彩色滤光片。

以下通过实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。

本发明实施例提供的量子点墨水的制备方法如下：

实施例1

以质量百分比计，将7％C10、2％四甲苯、0.5％辛醇、35％环状烃类丙烯酸单体、8％超支化丙烯酸预聚体、0.5％光引发剂、40％量子点、5％SiO₂及2％助剂通过研磨混合形成量子点墨水，量子点墨水的黏度为8.6cp，表面张力为26.7dyne/cm。

实施例2

将9％二乙二醇丁醚醋酸酯、2％四甲苯、40％环状烃类丙烯酸单体、12.5％冠状丙烯酸预聚体、0.5％光引发剂、30％量子点、10％TiO₂及1％助剂通过研磨混合形成量子点墨水，量子点墨水的黏度为10.8cp，表面张力为29.8dyne/cm。

实施例3

将16％溶剂油、35.5％冠状丙烯酸预聚体、11％超支化丙烯酸预聚体、0.5％光引发剂、20％量子点、15％TiO₂和2％助剂通过研磨混合形成量子点墨水，量子点墨水的黏度为11.2cp，表面张力为30.2dyne/cm。

实施例4

将20％丙二醇甲醚醋酸酯、31.5％冠状丙烯酸预聚体、7％冠状丙烯酸预聚体、0.5％光引发剂、30％量子点、10％ZrO₂和1％助剂通过研磨混合形成量子点墨水，量子点墨水的黏度为11.2cp，表面张力为29.2dyne/cm。

实施例5

将20％丙二醇甲醚醋酸酯、33％环状烃类丙烯酸单体、10％超支化丙烯酸预聚体、0.5％光引发剂、20％量子点、15％TiO₂和2.5％助剂通过研磨混合形成量子点墨水，量子点墨水的黏度为11.2cp，表面张力为30.2dyne/cm。

实施例6

将46％支链状丙烯酸单体、10％冠状丙烯酸预聚体、0.5％光引发剂、30％量子点、10％TiO₂及3.5％助剂通过研磨混合形成量子点墨水，量子点墨水的黏度为13.8cp，表面张力为29.1dyne/cm。

所得到的量子点墨水，既可用于喷墨打印又可用于雾化沉积。

例如，利用上述制备的量子点墨水实现QDCF像素化的方法包括：

(1)将量子点墨水雾化，雾化方式可以选择喷嘴雾化、超声雾化或气动雾化。

量子点墨水可以通过喷嘴雾化实现QDCF像素化(图1)或是超声雾化实现QDCF像素化(图2)。

具体地，若通过喷嘴雾化的方式，量子点墨水通过加压从墨盒中流向雾化喷嘴1，在压力的作用下，通过雾化喷嘴毛细管路，并高速从细小的雾化喷嘴1中喷射出来，并与空气摩擦产生雾化，并通过重力以及出雾化喷嘴1时的初始速度来实现自然沉积，也可通过附加一定的由上而下的惰性气体吹拂实现加速沉积。通过控制压力和雾化喷嘴1大小来控制雾化液滴大小以及初始下沉速度，液滴体积控制在1-100pl，优化的控制在5-30pl大小为宜。

若通过超声雾化的方式，主要利用电子高频震荡，通过雾化设备2中的陶瓷雾化片的高频震荡，将墨水打散而产生自然飘逸的雾化液滴，并通过气流吹动将雾化液滴通过雾口3中吹出至空腔中，并在像素板上沉积从而形成RGB像素。通过控制墨水表面张力和粘度以及震荡频率来实现雾化液滴大小，液滴体积控制在1-100pl，优化的控制在5-30pl大小为宜，沉积速度取决于雾化吹出气流的流速大小。

(2)雾化后的量子点墨水通过沉降方式经过掩模版4沉积到QDCF 5中对应的像素坑中。

掩模版包括间隔分布的复数个沉积孔，每一沉积孔与至少一像素坑对应设置。

掩模板的结构见图3～5所示，掩模板设有复数个呈阵列排布的沉积孔6，相邻沉积孔6之间为凸起结构7，在掩模板的正视结构图3及侧视结构图5中可见，凸起结构7构成了导流掩模矩阵状，凸起结构7能够将沉积到遮挡部上的量子点墨水引流至相邻沉积孔6内。复数个沉积孔分别沿相互垂直交叉的第一方向和第二方向排布形成阵列，第一方向上，任意两个相邻沉积孔之间间隔两个子像素，第二方向上，任意两个相邻沉积孔之间无间隔子像素，对应相邻子像素，从而实现RGB像素分离。

一部分雾化后的量子点墨水直接落在掩模板的沉积孔6中，另一部分雾化后的量子点墨水落在掩模板的凸起结构7上，而后顺势导流入相邻的沉积孔6中，从而沉积到QDCF中对应的像素坑中。量子点墨水根据所添加量子点的不同可以分为红量子点墨水及绿量子点墨水，根据需求分别向子像素中沉淀红绿量子点墨水，经过烘焙和固化最终实现在像素中均匀成膜。

本发明实施例中利用量子点墨水雾化沉积的方式，与目前光刻或蒸镀用掩模版相配合来实现QDCF像素化，像素可高达1000PPI。

应当理解，以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种量子点墨水，其特征在于包括按质量百分比计算的如下组分：0-20％溶剂，20-50％UV树脂，20-40％量子点、5-15％散射粒子及1-5％助剂。

2.根据权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于：所述量子点墨水的黏度为5-20cp，优选为8-14cp；和/或，所述量子点墨水的表面张力为25-35dyne/cm，优选为26-30dyne/cm。

3.根据权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于：所述溶剂采用弱极性溶剂；优选的，所述溶剂包括C8-C14的烷烃、甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯、溶剂油和C5-C12醇、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丙醚醋酸酯、乙二醇甲醚正丙酸酯、乙二醇乙醚正丙酸酯、乙二醇丙醚正丙酸酯、乙二醇甲醚异丙酸酯、乙二醇乙醚异丙酸酯、乙二醇丙醚异丙酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇丙醚醋酸酯、丙二醇甲醚正丙酸酯、丙二醇乙醚正丙酸酯、丙二醇丙醚正丙酸酯、丙二醇甲醚异丙酸酯、丙二醇乙醚异丙酸酯、丙二醇丙醚异丙酸酯、二乙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇丙醚醋酸酯、二丙二醇丁醚醋酸酯中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述溶剂的沸点介于150-250℃之间。

4.根据权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于：所述UV树脂包括单体、预聚体和光引发剂中的任意一种或两种以上的组合；

和/或，所述量子点包括II-VI、III-V、IV-VI族量子点和钙钛矿量子点中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述II-VI族量子点的材质包括CdSe、CdS、ZnSe、ZnS、CdTe、ZnTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnTeS、CdSeS、CdSeTe、CdTeS、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdSeSTe、ZnSeSTe和CdZnSeSTe中的任意一种或两种以上的组合，所述III-V族量子点的材质包括InP、InAs和InAsP中的任意一种或两种以上的组合，所述IV-VI族量子点的材质包括PbS、PbSe、PbTe、PbSeS、PbSeTe和PbSTe中的任意一种或两种以上的组合；

和/或，所述散射粒子包括SiO₂、TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、Fe₃O₄、ZnO、AlN和Si₃N₄中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述散射粒子的粒径为50nm-5μm，优选为200nm-3μm；

和/或，所述助剂包括黏度调节剂、分散剂、润湿剂和流平剂中的任意一种或两种以上的组合。

5.权利要求1～4任一项所述的量子点墨水于制备量子点彩色滤光片中的用途。

6.一种量子点彩色滤光片的像素化制作方法，其特征在于，包括：将权利要求1～4任一项所述的量子点墨水雾化后，通过沉积方式经掩模版沉积到相应的像素坑中，再固化成膜。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：用于将所述量子点墨水雾化的方法包括超声雾化、气动雾化和喷嘴雾化方法中的任意一种或两种以上的组合。

8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述掩模版包括间隔分布的复数个沉积孔，每一沉积孔与至少一像素坑对应设置。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于：其中至少两个相邻沉积孔之间为遮挡部，所述遮挡部具有凸起结构，所述凸起结构能够将沉积到遮挡部上的所述量子点墨水引流至相邻沉积孔内；和/或，所述复数个沉积孔分别沿相互垂直交叉的第一方向和第二方向排布形成阵列，其中在所述第一方向上，任意两个相邻沉积孔之间间隔两个或两个以上子像素，而在所述第二方向上，任意两个相邻沉积孔之间无间隔。

10.由权利要求6-9中任一项所述方法制备的量子点彩色滤光片。