CN109535836B

CN109535836B - 量子点墨水及量子点彩膜

Info

Publication number: CN109535836B
Application number: CN201811202407.7A
Authority: CN
Inventors: 王思元; 王允军; 邓德晖; 李鑫
Original assignee: Suzhou Xingshuo Nanotech Co Ltd
Current assignee: Suzhou Xingshuo Nanotech Co Ltd
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2021-12-31
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: CN109535836A

Abstract

本申请公开了一种量子点墨水及量子点彩膜。其中，量子点墨水包括量子点、光扩散粒子及带有环状结构的酯类溶剂，所述量子点占所述量子点墨水的10wt％～45wt％。本申请的量子点墨水使用带有环状结构的酯类作为溶剂，提高了量子点及光扩散粒子在墨水中的分散稳定性。利用该墨水进行喷墨打印时过程流畅，不堵喷头，得到的量子点彩膜平整性好，成膜均匀，具有较高的出光亮度。

Description

量子点墨水及量子点彩膜

技术领域

本申请属于量子点发光技术领域，尤其涉及一种量子点墨水及量子点彩膜。

背景技术

量子点材料具有色纯度高、发光颜色随尺寸可调、光转化效率高等优点。使用量子点用作LCD(Liquid crystal display，液晶显示器)的彩膜(color filter)的光转换材料时，可显著提高显示器的色域及对背光的利用效率。目前，量子点彩膜(QDCF)的制备主要利用量子点光刻胶，但该方法对量子点材料本身的耐热、耐酸碱性能要求较高，光刻胶的固化过程会对量子点本身的发光效率产生不良影响，并且光刻的方式会消耗大量的量子点，造成材料浪费，成本较高。

为解决上述问题，可将量子点分散在溶剂中配制成量子点墨水，通过喷墨打印的方式制备量子点彩膜，量子点墨水中还可加入光扩散粒子用以提高量子点彩膜的出光亮度。但是，光扩散粒子在墨水体系中的分散性差，容易聚沉，影响打印效果。此外，现有技术中的量子点墨水往往成膜性差，打印不流畅，容易堵塞喷嘴。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种量子点墨水及量子点彩膜。

根据本申请的第一方面，提供了一种量子点墨水，包括量子点、光扩散粒子及带有环状结构的酯类溶剂，所述量子点占所述量子点墨水的10wt％～45wt％。

进一步地，所述酯类溶剂包含至少一种高沸点的酯和一种低沸点的酯，两者沸点至少相差20℃。

进一步地，标准大气压下，所述高沸点为230～320℃，所述低沸点为150～220℃。

进一步地，所述环状结构为脂环结构。

进一步地，所述酯类溶剂选自甲酸环己酯、乙酸环己酯、醋酸甲基环己酯、丙酸环己酯、丁酸环己酯、戊酸环己酯、己酸环己酯、乙酸邻叔丁基环己酯、丙烯酸环己酯、苯甲酸环己酯、甲基丙烯酸环己酯中的至少一种。

进一步地，所述环状结构为桥环结构。

进一步地，所述酯类溶剂选自丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、乙酸异冰片酯、异丁酸异龙脑酯中的至少一种。

进一步地，所述光扩散粒子占墨水体系的0.1wt％～10wt％；所述光扩散粒子为有机光扩散粒子，所述有机光扩散粒子选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚乙烯、聚氨酯、硅氧烷类聚合物粒子中的至少一种；所述光扩散粒子的粒径小于300nm。

进一步地，所述量子点墨水中还包含表面活性剂；所述表面活性剂占墨水的1wt％～10wt％。

根据本申请的另一个方面，提供一种量子点彩膜，所述量子点彩膜由上述的量子点墨水打印制备。

有益效果：本申请的量子点墨水使用带有环状结构的酯类作为溶剂，提高了量子点和光扩散粒子在墨水中的分散稳定性，得到了高浓度且稳定性好的量子点墨水。墨水中包含至少两种沸点不同的酯类，在喷墨打印时，墨滴干燥的过程中，沸点低的酯会优先挥发，而沸点高的酯会后挥发，从而实现溶剂的梯度挥发，可以有效抑制墨滴中的量子点容易向边缘沉积的现象，降低咖啡环效应造成的不良影响。利用该墨水进行喷墨打印时过程流畅，不堵塞喷嘴，得到的量子点彩膜平整性好，成膜均匀，光学性质优良。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式，对本申请实施例中的技术方案进行详细地描述。应注意的是，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部实施方式。

本申请提供了一种量子点墨水，包括量子点、光扩散粒子及带有环状结构的酯类溶剂，量子点占量子点墨水的10wt％～45wt％。

现有技术中，量子点往往分散在碳原子数较少的短链烷烃中，如戊烷、己烷，但是这些短链烷烃在室温条件下粘度较低，挥发速度快，在进行喷墨打印时墨滴干燥速度过快，容易造成喷嘴堵塞。此外，在制备量子点彩膜时，对墨水中量子点的浓度要求较高，高浓度的量子点在短链烷烃溶剂中往往不容易稳定分散。需要注意的是，光扩散粒子在上述短链烷烃中的分散性同样较差，容易发生聚沉，以至于打印后得到的量子点膜表面不平整，成膜性差，严重时还可能造成打印机喷嘴堵塞。

由于在酯类溶剂化合物中，与常见的基团相比，环状结构的空间位阻更大，使得酯类溶剂的极性非常弱，本申请的发明人发现，高质量浓度比如10wt％～45wt％的量子点和光扩散粒子在带有环状结构的酯类溶剂中均能保持良好的分散稳定性，长时间放置也未出现团聚或沉聚的现象。此外，表面活性剂的加入，有助于量子点墨水满足喷墨打印所需的粘度、表面张力等参数要求。利用该墨水进行喷墨打印时，由于量子点和光扩散粒子均不易团聚，从而使得打印过程流畅，不堵塞喷嘴，得到的量子点彩膜平整性好，成膜均匀，具有较高的出光亮度。

量子点可以选自IIB-VIA族化合物、IIIA-VA族化合物、IB-IIIA-VIA族化合物和钙钛矿中的至少一种。具体的可以为CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe、MgSe、MgS、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、MgZnSe、MgZnS、HgZnTeS、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb、GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、InAlPSb、CsPbX₃(X＝Cl,Br,I)或者CH₃NH₃PbX₃(X＝Cl,Br,I)量子点，但是不限定于此。

在一个优选的实施方式中，酯类溶剂包含至少一种高沸点的酯和一种低沸点的酯，两者沸点至少相差20℃。例如，标准大气压下，高沸点为230～320℃，低沸点为150～220℃。当使用两种不同沸点的酯类溶剂作为量子点墨水的溶剂时，在喷墨打印时，墨滴干燥的过程中，沸点低的酯会优先挥发，而沸点高的酯会后挥发，从而实现溶剂的梯度挥发，有利于抑制墨滴中的量子点容易向边缘沉积的现象，降低咖啡环效应造成的不良影响，得到平整均匀的量子点膜。

在一个优选的实施方式中，高沸点酯与低沸点酯的质量比为(0.25～4)：1。具体可以为0.25:1、0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1。

在一个具体的实施方式中，环状结构为脂环结构。含有脂环结构的酯类溶剂包括但是不限定于甲酸环己酯、乙酸环己酯、醋酸甲基环己酯、丙酸环己酯、丁酸环己酯、戊酸环己酯、己酸环己酯、乙酸邻叔丁基环己酯、丙烯酸环己酯、苯甲酸环己酯、甲基丙烯酸环己酯、邻苯二甲酸丁基环己酯、邻苯二甲酸二环己酯、1-氯乙基环己基碳酸酯、对甲苯磺酸环己酯、对叔丁基环己酯、乙酸甲酯环己酯、乙酸-3-叔丁基环己酯、乙酸对叔丁基环己酯、1-乙基丙烯酸环己酯、2-氯乙酸环己酯、氯甲酸对叔丁基环己酯、环己甲酸环己酯、2-甲基丙酸环己酯、3,3,5-三甲基乙酸环己酯。

在一个具体的实施方式中，环状结构为桥环结构。含有桥环结构的酯类溶剂包括但是不限定于丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、乙酸异冰片酯、异丁酸异龙脑酯等。

墨水体系中，光扩散粒子的加入，可以增加光的散射，进而可提高打印后量子点膜的发光亮度。在一个具体的实施方式中，光扩散粒子占墨水体系的0.1wt％～10wt％。光扩散粒子的加入量控制在上述范围内时，可保证其在体系中均匀稳定分散。

发明人发现，与无机光扩散粒子相比，有机光扩散粒子在本申请的墨水体系中的分散稳定性高得多，与酯类溶剂的相容性更好，长时间放置不会发生聚沉的现象。在一个优选的实施方式中，光扩散粒子选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚乙烯、聚氨酯、硅氧烷类聚合物粒子中的至少一种。

在一个优选的实施方式中，光扩散粒子的粒径小于300nm。如果光扩散粒子的粒径太大，在墨水中将很难均匀分散，极有可能发生聚沉，将直接影响打印顺畅性，造成喷嘴堵塞。光扩散粒子的粒径小于300nm时，粒子较小，有利于均匀分散，墨水体系呈现澄清透明，以至于打印过程顺畅进行，有利于得到平整均匀的量子点膜。

在一个具体的实施方式中，量子点墨水中还包含1wt％～10wt％的表面活性剂。表面活性剂可以是非离子型、阴离子型、阳离子型或两性表面活性剂。优选地，表面活性剂为非离子型，包括但不限于烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的环氧乙烷加成物、聚氧乙烯化的离子型表面活性剂、失水山梨醇酯、蔗糖脂肪酸酯、烷基醇酰胺型表面活性剂、非离子氟碳表面活性剂、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物中的至少一种。

上述表面活性剂的使用不仅可调节墨水体系的粘度及表面张力，使其具有较好的流平性，以满足喷墨打印的要求，还能够有效促进量子点在墨水体系中的分散稳定性，进而提高打印成膜性，得到平整均匀的量子点膜。

在本申请一个典型的实施例中，公开了一种量子点彩膜，由上述量子点墨水通过喷墨打印制备。墨水利用带有环状结构的酯类混合溶剂及表面活性剂，提高了量子点及光扩散粒子的分散稳定性，并且使墨水具有适当的粘度及表面张力。进行喷墨打印时过程流畅，不堵塞喷嘴，得到的量子点彩膜平整性好，成膜均匀，具有较高的蓝光吸收率及出光亮度。

在下文中，参照实施例更详细地说明实施方式。然而，它们是本发明的示例性实施方式，并且本发明不限于此。

实施例1

本实施例提供一种量子点墨水，包括：32wt％的红光CdSe/CdS/ZnS量子点，26wt％的丁酸环己酯(沸点为202℃)，34wt％的2-甲基丙酸环己酯(沸点为259.9℃)，3wt％的聚甲基丙烯酸甲酯粒子及5wt％的聚氧乙烯单月桂酸酯。上述量子点墨水通过简单机械搅拌混合各个组分即可以制备得到。

上述墨水可放置120天仍保持稳定，不会出现团聚或沉淀现象。利用上述量子点墨水进行喷墨打印，过程流畅，成膜均匀，得到平整的量子点彩膜。

对该量子点彩膜的发光性能进行测试，所采用的蓝光背光源的初始出光亮度1000cd/m²，量子点彩膜的蓝光吸收率、出光亮度、外量子产率(EQE)的结果见表1。

实施例2

本实施例提供一种量子点墨水，包括：34wt％的红光CdZnSeS量子点，25wt％的乙酸环己酯(沸点为173.5℃)，33wt％的甲基丙烯酸异冰片酯(沸点为263.1℃)，4wt％的聚苯乙烯粒子及4wt％的聚氧乙烯失水山梨醇三硬脂酸酯。

实施例3

本实施例提供一种量子点墨水，包括：36wt％的绿光CdSe量子点，30wt％的乙酸甲酯环己酯(沸点为201℃)，26wt％的丁酸异龙脑酯(沸点为254℃)，3wt％的聚碳酸酯粒子及5wt％的聚氧乙烯油醇醚。

实施例4

本实施例提供一种量子点墨水，包括：38wt％的绿光InP/ZnS量子点，22wt％的乙酸环己酯(沸点为173.5℃)，29wt％的丙烯酸异冰片酯(沸点为244.5℃)，5wt％的硅氧烷聚合物粒子以及6wt％的聚氧乙烯单油酸酯。

实施例1至实施例4中，量子点墨水的打印采用FUJIFILM DMP-3000喷墨打印机。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					蓝光吸收率(％)	90	89	88	68
出光亮度(cd/m<sup>2</sup>)	1089	1025	4502	4178
					EQE(％)	35.1	32.6	25.7	27

由表1可知，本申请中量子点墨水制备的彩膜对蓝光的吸收率可高达90％，出光亮度最高超过了4500cd/m²，外量子效率EQE最高大于35％，展示出良好的光学性能。

尽管发明人已经对本申请的技术方案做了较详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本申请精神的实质，本申请中出现的术语用于对本申请技术方案的阐述和理解，并不能构成对本申请的限制。

Claims

1.一种量子点墨水，其特征在于，包括量子点、有机光扩散粒子及带有环状结构的酯类溶剂，所述带有环状结构的酯类溶剂为至少两种带有脂环结构的酯类溶剂、或至少一种带有脂环结构的酯类溶剂和至少一种带有桥环结构的酯类溶剂，所述量子点占所述量子点墨水的32 wt%~45 wt%；

其中，所述带有桥环结构的酯类溶剂选自丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、乙酸异冰片酯、异丁酸异龙脑酯中的至少一种；

所述带有环状结构的酯类溶剂包含至少一种高沸点的酯和一种低沸点的酯，两者沸点至少相差20℃；

所述有机光扩散粒子占墨水体系的0.1 wt%~10 wt%，所述有机光扩散粒子的粒径小于300 nm。

2.根据权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，标准大气压下，所述高沸点为230~320℃，所述低沸点为150~220℃。

3.根据权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述带有脂环结构的酯类溶剂选自甲酸环己酯、乙酸环己酯、醋酸甲基环己酯、丙酸环己酯、丁酸环己酯、戊酸环己酯、己酸环己酯、乙酸邻叔丁基环己酯、丙烯酸环己酯、苯甲酸环己酯、甲基丙烯酸环己酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述有机光扩散粒子选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚乙烯、聚氨酯、硅氧烷类聚合物粒子中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的量子点墨水，其特征在于，所述量子点墨水中还包含表面活性剂；

所述表面活性剂占墨水的1 wt%~10 wt%。

6.一种量子点彩膜，其特征在于，所述量子点彩膜由权利要求1~5任一所述的量子点墨水打印制备。