CN109765728B - 量子点彩膜及其制备方法、显示面板、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示技术领域，公开了一种量子点彩膜及其制备方法、显示面板、显示装置。其中，量子点彩膜包括衬底和设置于所述衬底上的量子点材料层；还包括：至少一个光学结构，所述光学结构设置于所述衬底上，且位于所述量子点材料层内，被配置为通过反射、折射和散射中的一种或多种方式使光线进入到所述量子点材料层内。上述量子点彩膜中，多个光学结构设置于量子点材料层内，可以使光线发生反射、折射和/或散射，以增加光线在量子点材料层内的光程，进而可以提高量子点的转换效率。另外，该光学结构设置于衬底上，可以采用打印或者构图等工艺制备，制备工艺简单。

Description

量子点彩膜及其制备方法、显示面板、显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种量子点彩膜及其制备方法、显示面板、显示装置。

背景技术

量子点(QD)材料用于显示面板具有寿命长，色域广等多个优点，但是也存在光转化效率不高的问题。因此，如何提高量子点转化效率，一直是量子点显示领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明公开了一种量子点彩膜及其制备方法、显示面板、显示装置，目的是提供一种量子点转化效率较高的量子点彩膜。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种量子点彩膜，包括衬底和设置于所述衬底上的量子点材料层；还包括：

至少一个光学结构，所述光学结构设置于所述衬底上，且位于所述量子点材料层内，被配置为通过反射、折射和散射中的一种或多种方式使光线进入到所述量子点材料层内。

上述量子点彩膜中，多个光学结构设置于量子点材料层内，可以使光线发生反射、折射和/或散射，以增加光线在量子点材料层内的光程，进而可以提高量子点的转换效率。另外，该光学结构设置于衬底上，可以采用打印或者构图等工艺制备，制备工艺简单。

可选的，所述光学结构包括设置于所述衬底上的反射结构，所述反射结构为正立的锥形体。

可选的，所述反射结构的侧面为凹型面。

可选的，所述反射结构为金属材料；或者，所述反射结构为透光材料，且所述反射结构的折射率小于所述量子点材料层的折射率且大于所述衬底的折射率。

可选的，所述光学结构还包括设置于所述反射结构远离所述衬底一侧的散射结构，所述散射结构包括胶材和分布于所述胶材内的散射粒子。

可选的，所述散射结构为倒立的锥形体。

可选的，所述散射结构的倒角为45度～60度。

可选的，所述胶材为透光材料，且所述胶材的折射率小于所述量子点材料层的折射率且大于所述反射结构的折射率。

可选的，所述光学结构包括设置于所述衬底上的散射结构，所述散射结构包括胶材和分布于所述胶材内的散射粒子。

可选的，所述光学结构为沿垂直于所述衬底方向延伸的柱状或者沿平行于所述衬底方向延伸的条状。

可选的，所述光学结构沿垂直于衬底方向的高度为所述量子点材料层厚度的80％-90％；所述量子点彩膜包括多个光学结构，相邻所述光学结构之间的距离为所述量子点材料层的激发光半波长的奇数倍。

一种显示面板，包括上述任一技术方案所述的量子点彩膜。

可选的，显示面板还包括：

光源层，设置于所述衬底背离所述量子点材料层的一侧，用于提供所述量子点材料层的激发光；

反射层，设置于所述光源层背离所述衬底的一侧。

一种显示装置，包括上述技术方案所述的显示面板。

一种量子点彩膜的制备方法，包括以下步骤：

在衬底上制备至少一个光学结构，所述光学结构被配置为通过反射、折射和散射中的一种或多种方式使光线进入到所述量子点材料层内；

在衬底上制备所述量子点材料层，所述量子点材料层包覆所述光学结构。

可选的，在衬底上制备光学结构，具体包括：

在衬底上制作反射材料层；

通过构图工艺形成反射结构的图形；所述反射结构为正立的锥形体。

可选的，在衬底上制备光学结构，还包括：

在所述反射结构上制备散射材料层，所述散射材料层包括胶材和分布于胶材内的散射粒子；

通过构图工艺形成散射结构的图形，所述散射结构设置于所述反射结构上，且所述散射结构为倒立的锥形体。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种量子点彩膜的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种量子点彩膜的结构示意图；

图3为光线在本发明实施例提供的一种量子点彩膜中的传播情况示意图；

图4为本发明实施例提供的一种量子点彩膜的俯视结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的一种量子点彩膜的俯视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种量子点彩膜的制备方法流程图；

图7为本发明实施例提供的一种量子点彩膜中反射结构的制备过程示意图；

图8为本发明实施例提供的一种量子点彩膜中散射结构的制备过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，本发明实施例提供了一种量子点彩膜，包括衬底1和设置于衬底1上的量子点材料层2；还包括：

至少一个光学结构3，该光学结构3设置于衬底1上，且位于量子点材料层2内，被配置为通过反射、折射和散射中的一种或多种方式使光线进入到量子点材料层2内。

上述量子点彩膜中，多个光学结构3设置于量子点材料层2内，可以使光线发生反射、折射和/或散射，以增加光线在量子点材料层2内的光程，进而可以提高量子点的转换效率。另外，该光学结构3设置于衬底1上，可以采用打印或者构图等工艺制备，制备工艺简单。

示例性的，上述量子点彩膜中，还包括设置于量子点材料层2上的封装层6；衬底1和封装层6既用来承载量子点材料层2，同时还对QD(量子点)材料起到封装的作用，保护材料性能不发生失效。QD材料层是实现光转换的膜层，可以将激发光转成为目标光，从而实现对光线色彩的调制，其作用效果相当于彩膜的滤光效果，因此本发明实施例所公开的上述量子点发光结构被称为‘量子点彩膜’。可选的，量子点材料层2中除了胶体和分布在其中的量子点(QD)，还可以设有散射粒子，以达到增加光程、提高量子点转换效率的目的；示例性的，QD材料的体积：散射粒子以及胶体的体积约为2：1～3：1。

一种具体的实施例中，衬底1背离量子点材料层2的一侧为激发光的入光侧；衬底1可以采用玻璃，折射率为1.5；光学结构3的折射率可以为1.6～1.7，量子点材料层2的折射率为1.8～2.0。光线更容易从光疏介质(折射率较小的介质)进入光密介质(折射率较大的介质)中，因此，本实施例中对于衬底1、量子点材料层2和光学结构3的折射率的设置，可以使光线比较容易从衬底1进入量子点材料层2和光学结构3内，并且，使光学结构3内的光线更容易折射或者散射至量子点材料层2内，从而，可以增加光在量子点材料层2内的光程。

如图1-图3所示，一种具体的实施例中，光学结构3包括设置于衬底1上的反射结构31，该反射结构31为正立的锥形体。示例性的，反射结构31可以呈圆台状。

反射结构31设置于衬底1上，且为正立的锥形体，即沿远离衬底1的方向上横截面逐渐减小，进而，反射结构31的侧面可以将光线更多地朝向量子点材料层2内部反射或折射，如图3中所示，从而，可以增加光程，提高光线利用率，避免造成光的浪费。

示例性的，反射结构31可以选择Ag和/或Al等高反射率的金属材料，以更多地将光线向量子点材料层2内部反射，避免光线从衬底1出射。此时，反射结构31的透过率很低，光线较难进入反射结构31内，反射结构31主要起反射作用。

或者，反射结构31可以选择透光材料，且反射结构31的折射率大于衬底1的折射率。此时，由于反射结构31不会对入射光线产生遮挡，同时反射结构31的折射率大于衬底1的折射率，从而光线很容易从衬底1进入反射结构31内，并入射至量子点材料层2内；如图1中所述，光线可以从衬底1一侧进入反射结构(a)、(b)中，进而再进入量子点材料层2内，从而可以增加入光量。

进一步的，反射结构31的折射率可以小于量子点材料层2的折射率，此时，光线进入反射结构31后，更易于经过反射结构31的侧面折射进入量子点材料层2内，如图1中反射结构(a)内的光线即通过折射进入量子点材料层2内；或者，光线进入反射结构31后，也可以透过反射结构31进入散射结构32内、并经过散射结构32散射然后进入量子点材料层2内，如图1中反射结构(b)内的光线即进入了散射结构(d)内；另一方面，由于反射结构31的折射率小于量子点材料层2的折射率，因此，处于量子点材料层2中的光线容易在量子点材料层2和反射结构31间的界面(反射结构31表面)上发生全反射，从而再次反射至量子点材料层2中，如图1中在反射结构(c)的侧面即发生了光线的全反射，从而增加了光线在量子点材料层2内的光程。

可选的，当反射结构31为金属材料时，光线较难进入反射结构31内，入射光主要从相邻光学结构3之间的区域进入量子点材料层2，此时，入射光可以选择非平行光，如散射光，这样可以增加入射光与光学结构3接触的概率，以使入射光更多地发生折射、反射和散射等作用，从而增加光程。进一步的，当反射结构31为透光材料时，入射光不仅可以从相邻光学结构3之间进入量子点材料层2，还可以通过反射结构31进入光学结构3内部、并透过光学结构3到达量子点材料层2，此时，入射光既可以选取散射光也可以选取平行光，两种光都可以有效利用光学结构3以增加光程，以达到提高光的利用率的效果。

如图1-图3所示，一种具体的实施例中，反射结构31的侧面311为凹型面，即反射结构31的纵截面侧边为向内凹的弧线。凹型的侧面311可以改善光线的反射或折射角度，使光线更多地向相邻的光学结构3之间反射，增加光线的反射、折射和/或散射次数，进而最大程度增加光线在量子点材料层2内的光程。当然，上述的反射结构31的纵截面侧边也可以为直线。

可选的，反射结构31的高度为0.8μm-1.2μm。

如图1-图3所示，一种具体的实施例中，光学结构3还可以包括设置于反射结构31远离衬底1一侧的散射结构32，该散射结构32包括胶材和分布于胶材内的散射粒子。

该散射结构32设置于反射结构31上，完全处于量子点材料层2内，该散射结构不仅可以反射和透射光线，还可以对进入其内部的光线进行散射，因此，可以有效的增加光线在量子点材料层2内的路径和光程，提高量子点转换效率。

示例性的，散射粒子可以采用反射率高且吸收率低的材料；胶材采用透光率比较高的透明胶材，且胶材的折射率小于量子点材料层2的折射率，以增加其表面对光的全反射概率，增大光线从散射结构32进入量子点材料层2的概率，另外，胶材的折射率可以大于反射结构31的折射率，以减小光线从胶材进入反射结构31的概率，增大光线从反射结构31进入胶材的概率。可选的，散射粒子可以为氧化锌、氧化锆等纳米颗粒，胶材可以是乙酸-1-甲氧基-2-丙基酯为主体，并添加丙烯酸聚合物、铜化物等，散射粒子与胶材的比例可以为1：5～1：10，具体可以根据透光情况调节。

如图1-图3所示，一种具体的实施例中，散射结构32可以为倒立的锥形体。可选的，散射结构32的倒角θ可以为45度～60度，如图1所示，上述倒角θ即散射结构32的纵截面的侧边与底边之间的夹角。

散射结构32呈倒置锥形状，则光线经过其侧边后更大概率会朝向相邻的光学结构3折射，进而光线会更多的到达相邻的光学结构3之间，并在相邻光学结构3之间传输，如图3所示，从而光线在量子点材料层2内的光程将增加，进而可以增加量子点的转换效率。

另外，部分光线可以从散射结构的一侧射入散射结构32内并穿过散射结构，从而到达散射结构32的另一侧，并继续在量子点材料层2中传播，以增大光程、增加量子点的转换效率。

需要说明的是，本发明实施例中所述的‘正立的锥形体’，是指结构体从其底面至顶面的方向上(沿垂直于底面的方向)形体逐渐变窄，同理，‘倒立的锥形体’则是指结构体从其底面至顶面的方向(沿垂直于底面的方向)形体逐渐变圆粗；其中的底面和顶面形状并不限定，即可以是圆形，也可以是方形或者条形。具体的，本发明中，结构体的底面和顶面，分别指的是结构体(反射结构31和散射结构32)靠近衬底1的一侧表面和远离衬底1的一侧表面。

可选的，散射结构32在衬底1上的投影可以位于反射结构31在衬底1上的投影内。即反射结构31的投影面积较大，这样可以尽可能减小光线从衬底1一侧出射的概率，减小光的浪费。

另一种实施例中，光学结构3也可以只包括散射结构32，即不包括反射结构31，此时，该散射结构32直接设置于衬底1上；示例性的，此时散射结构32可以为正立的锥形体。

一种具体的实施例中，光学结构3整体可以为柱状或者条状，即反射结构31和/或散射结构32可以为柱状或者条状。图4为本发明实施例提供的一种量子点彩膜的俯视结构示意图，如图4所示，光学结构301呈柱状，即光学结构3整体呈现为沿垂直于衬底1的方向延伸；图5为本发明实施例提供的另一种量子点彩膜的俯视结构示意图，如图5所示，光学结构302呈条状，即光学结构3整体呈现为沿平行于衬底1的方向延伸。

一种具体的实施例中，沿衬底1至封装层6方向，光学结构3的高度为量子点材料层2厚度的80％-90％。该高度的设置，既不会影响封装层6一侧出光的均匀性，又能够最大程度增加光程，提高量子点转换效率。

示例性的，量子点材料层2的厚度大于6μm，实际中可以选择6μm～10μm。

进一步的，本发明实施例提供的量子点彩膜包括多个光学结构3，如图2所示，相邻光学结构3之间的距离d可以为量子点材料层2的激发光半波长的奇数倍。上述光学结构3之间的距离设置便于形成光波共振，从而能够增加对量子点的激发效率，提高量子点转换效率。

具体的，光学结构3对光线可以具有多种作用方式，示例性的，如图1所示，背光从衬底1一侧射入，可以经由反射结构(b)进入散射结构(d)内，然后被散射结构(d)散射和折射，以多种角度进入量子点材料层2内；或者，背光从衬底1一侧射入，可以经由反射结构(a)折射进入量子点材料层2内；或者，量子点材料层2内的光线射向反射结构(c)，可以经由反射结构(c)侧面的全反射作用返回量子点材料层2内；或者，从相邻反射结构31之间入射至量子点材料层2中的光线，部分可以照射到散射结构(e)的侧壁而被反射回量子点材料层2内；或者，量子点材料层2内的光线进入散射结构32内后，可以被散射和折射出来、最终以多种角度重新回到量子点材料层2内；具体的，上述仅是对光线在光学结构3作用下可能出现的路径进行举例说明，实际工作时还有其他很多可能的路径；在光学结构的多种作用下，激发光的光程可以得到显著提升；并且，如图3所示，光线经过光学结构的多种作用后，很容易在相邻光学结构3之间产生多次折返，从而可以进一步增加光程，提高光线利用率，因此，经过上述光学结构3的作用，可以显著提高QD材料的光转换效率。

本发明实施例还提供了一种显示面板，该显示面板包括上述任一实施例中的量子点彩膜。

示例性的，所述量子点彩膜包括多个子单元，量子点彩膜的子单元与子像素一一对应，即每个子单元对应一个子像素，每个子单元内的量子点受激发光的颜色与其对应的子像素的出光颜色一致。

示例性的，每个子单元中，光学结构的体积可以占整个子单元体积的1/3～1/4，按照此计算，光学结构实际的反光面积可以占到整个子像素出光面的50％，甚至更高。

示例性的，以55inch、4k的电视计算，其像素的尺寸约为104.72μm×314μm，在短边方向有25μm的空间，长边方向有80μm的空间，以柱状光学结构为例，光学结构横截面的最大直径为5μm，则量子点彩膜的每个子单元中可以排列光学结构的数量为5×16共80个，考虑到边缘留隙，则可以设置4×15共60个。

如图2和图3所示，一种具体的实施例中，本发明提供的显示面板还包括光源层4，该光源层4设置于衬底1背离量子点材料层2的一侧，用于提供量子点材料层2的激发光。可选的，光源层4可以采用多个点光源阵列分布的形式，也可以采用灯条加导光板的形式。另外，光源可以选用蓝色光源或者是白色光源。

进一步的，本发明提供的显示面板还可以包括反射层5，反射层5设置于光源层4背离衬底1的一侧，用于反射光线，使光线更多地进入量子点材料层2内，避免光浪费。

本发明实施例还提供了一种显示装置，包括上述任一实施例的显示面板。

另外，基于本发明实施例提供的量子点彩膜，本发明还提供了一种量子点彩膜的制备方法，如图6所示，该方法包括以下步骤：

步骤101，在衬底上制备至少一个光学结构，该光学结构被配置为通过反射、折射和散射中的一种或多种方式使光线进入到量子点材料层内；

步骤102，在衬底上制备量子点材料层，该量子点材料层包覆光学结构。

示例性的，上述方法还包括：在量子点材料层上制备封装层。

一种具体的实施例中，步骤101，在衬底上制备光学结构，具体包括：

在衬底上制作反射材料层；

通过构图工艺形成反射结构的图形；沿衬底至封装层的方向，反射结构为正立的锥形体。

示例性的，如图7所示，首先可以通过溅射(sputter)的方法在衬底1上制作反射金属层310，厚度约为1um，材质可以选择Ag和Al等高反射率金属，如图7中的示意图(1)所示；然后通过刻蚀的方法蚀刻出图形，并通过蚀刻工艺控制坡度角、以制作形成锥形体的反射结构31，如图7中的示意图(2)所示。

一种具体的实施例中，步骤102，在衬底上制备光学结构，还包括：

在反射结构上制备散射材料层，散射材料层包括胶材和分布于胶材内的散射粒子；

通过构图工艺形成散射结构的图形，散射结构设置于反射结构上，且散射结构包括胶材和分布于胶材内的散射粒子。

示例性的，如图8所示，首先可以通过涂胶的方式在衬底1和反射结构31上制作散射材料层320，该散射材料层320中包括胶材和散射粒子，如图8中的示意图(1)所示；然后通过掩膜板7曝光确定图形的形状，如图8中的示意图(2)所示；最后通过显影制作成所需的散射结构32图形，如图8中的示意图(3)所示；整个过程可以通过选择胶材的特性和控制曝光显影工艺，得到需要的散射结构32图形，如倒立的锥形体。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种量子点彩膜，其特征在于，包括衬底和设置于所述衬底上的量子点材料层；还包括：

至少一个光学结构，所述光学结构设置于所述衬底上，且位于所述量子点材料层内，被配置为通过反射、折射和散射中的一种或多种方式使光线进入到所述量子点材料层内；

所述光学结构包括设置于所述衬底上的反射结构，所述反射结构为正立的锥形体；

所述光学结构还包括设置于所述反射结构远离所述衬底一侧的散射结构，所述散射结构包括胶材和分布于所述胶材内的散射粒子；所述散射结构为倒立的锥形体；所述散射结构面向所述反射结构的一侧表面与所述反射结构面向所述散射结构的一侧表面的形状和尺寸均相同且对齐接触。

2.如权利要求1所述的量子点彩膜，其特征在于，所述反射结构的侧面为凹型面。

3.如权利要求1所述的量子点彩膜，其特征在于，

所述反射结构为金属材料；或者，所述反射结构为透光材料，且所述反射结构的折射率小于所述量子点材料层的折射率且大于所述衬底的折射率。

4.如权利要求1所述的量子点彩膜，其特征在于，所述散射结构的倒角为45度～60度。

5.如权利要求1所述的量子点彩膜，其特征在于，所述胶材为透光材料，且所述胶材的折射率小于所述量子点材料层的折射率且大于所述反射结构的折射率。

6.如权利要求1所述的量子点彩膜，其特征在于，所述光学结构为沿垂直于所述衬底方向延伸的柱状或者沿平行于所述衬底方向延伸的条状。

7.如权利要求1所述的量子点彩膜，其特征在于，所述光学结构沿垂直于衬底方向的高度为所述量子点材料层厚度的80％-90％；所述量子点彩膜包括多个光学结构，相邻所述光学结构之间的距离为所述量子点材料层的激发光半波长的奇数倍。

8.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的量子点彩膜。

9.如权利要求8所述的显示面板，其特征在于，还包括：

光源层，设置于所述衬底背离所述量子点材料层的一侧，用于提供所述量子点材料层的激发光；

反射层，设置于所述光源层背离所述衬底的一侧。

10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求8或9所述的显示面板。

11.一种如权利要求1-7任一项所述的量子点彩膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在衬底上制备至少一个光学结构，所述光学结构被配置为通过反射、折射和散射中的一种或多种方式使光线进入到所述量子点材料层内；

在衬底上制备所述量子点材料层，所述量子点材料层包覆所述光学结构；

在衬底上制备光学结构，具体包括：

在衬底上制作反射材料层；

通过构图工艺形成反射结构的图形；所述反射结构为正立的锥形体。

12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在衬底上制备光学结构，还包括：

在所述反射结构上制备散射材料层，所述散射材料层包括胶材和分布于胶材内的散射粒子；

通过构图工艺形成散射结构的图形，所述散射结构设置于所述反射结构上，且所述散射结构为倒立的锥形体。

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