CN109946879A - 量子点背光模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子点背光模组，包括光源、导光板和量子点板，所述光源设置于所述导光板的一侧，并与所述导光板的侧面相对，其中，所述侧面为入光面，所述量子点板设于所述光源和导光板之间，并与所述入光面紧密贴合，所述导光板的顶面为第一出光面、底面为第二出光面，所述第二出光面的表面设有用于将光线漫反射到第一出光面调光网点。通过在背光板入光面设置两层量子点板，色彩覆盖范围广，构造方式工艺简单、原料成本低，能实现大规模批量的生产。
Description
技术领域
本发明涉及背光光学领域，尤其涉及一种量子点背光模组。
背景技术
量子点是一种纳米尺寸的发光材料，是粒径小于或接近激子波尔半径、受激发能够产生荧光发射的纳米晶体颗粒，一般由II-VI族(如CdSe)，III-V族(如InP)或IV-VI(如PbSe)元素组成，具有独特的光学性质，如荧光强度高、光稳定性好、激发光谱宽、发射光谱窄、荧光波长(紫外、可见到近红外光区)可通过粒径和成分进行调节等。从结构上看，量子点粒径小于10纳米，内部是无机的金属核，是由锌、镉、硒、硫等元素组成的化合物构成；核外是有机配体，由具有配位基团的活性分子构成。量子点内部电子在各方向上的运动都受到局限，使空穴约束电子形成激子的概率非常高，能量在三个方向上都是量子化的，量子点材料一旦吸收光将产生相当高浓度的激子，且激子受到的限制作用很强，存在着显著的量子限域效应。
背光模组是提供LCD显示器产品中的背面光源组件，一般由背光光源、多层背光材料及支撑框架组成。背光质量决定了液晶显示屏的亮度、出射光均匀度、色阶等重要参数，很大程度上决定了液晶显示屏的发光效果。侧入光式背光模组可搭配发光二极管与导光板，具有厚度较薄的优势，LED封装光源发出的光耦合进入导光板，通过反射片和网点的反射和散射，向液晶屏方向传播。
量子点显示是基于化学方法在原子和分子水平上进行重构的高新材料激发的显示技术，量子点尺寸连续可调，不同直径大小的量子点受到光电刺激后，发出各种不同颜色高质量的单色光，可实现蓝色到绿色、黄色、橙色、及红色光线的发射。色彩属性是感官体验的重要因素，量子点技术具有更高的色彩覆盖范围，能够对更多的色彩进行还原，因而色彩精准而且纯净。除了在色彩方面的优势外，量子点显示技术加工工艺还拥有产品线成本低、能量消耗低、原材料使用率高、环境污染小、高通过率等优势。
目前，现有的量子点膜片技术，构造方式工艺复杂、原料成本较高，不能实现大规模批量的生产。
发明内容
本发明的主要目的是为提供一种结构简单且色彩覆盖范围广的量子点背光模组。
本发明提出的一种量子点背光模组，包括光源、导光板和量子点板，所述光源设置于所述导光板的一侧，并与所述导光板的侧面相对，其中，所述侧面为入光面，所述量子点板设于所述光源和所述导光板之间，并与所述入光面紧密贴合，所述导光板的顶面为第一出光面、底面为第二出光面，所述第二出光面的表面设有用于将光线漫反射到所述第一出光面调光网点。
进一步地，所述调光网点通过在所述第二出光面的表面印刷或注塑成型。
进一步地，所述量子点板包括入光层和量子点层，所述量子点层设于所述入光层和入光面之间，且所述量子点层分别与所述入光层和所述入光面紧密贴合。
进一步地，所述入光层与所述量子点层通过共挤出工艺成型。
进一步地，所述量子点板与所述入光面通过UV胶水粘合及固化的方式粘合。
进一步地，所述量子点层包括绿色量子点和或红色量子点，所述量子点层中量子点的重量百分含量0.05％～5％。
进一步地，所述入光层按重量分数计包括以下组分：
塑胶粒子，70～85％；
阻隔粒子5～15％；
光扩散剂，0.5～10％；
紫外线吸收剂，0.1～1.0％；
光稳定剂，0.1～1.0％；
抗氧化剂，0.1～2.0％；
增韧剂，1～5％；
抗静电剂，0.2-0.8％。
进一步地，所述发光层按重量分数计包括以下组分：
塑胶粒子，78-92％；
量子点，0.05-5％；
光扩散剂，0.05-10％；
紫外线吸收剂，0.1～1.0％；
光稳定剂，0.1～1.0％；
抗氧化剂，0.1～2.0％；
增韧剂，1～5％；
抗静电剂，0.2-0.8％。
进一步地，所述量子点板除所述入光面、所述第一出光面和所述第二出光面外均贴合有黑白胶带。
本发明提出的量子点背光模组，通过在背光板入光面设置两层量子点板，色彩覆盖范围广，构造方式工艺简单、原料成本低，能实现大规模批量的生产。
附图说明
图1是本发明一实施例量子点背光模组的结构示意图；
图2是本发明另一实施例量子点背光模组的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示，提出本发明一优选实施例的一种量子点背光模组，包括光源13、导光板3和量子点板，光源13设置于导光板3的一侧，并与导光板3的侧面相对，其中，侧面为入光面，量子点板设于光源13和导光板3之间，并与入光面紧密贴合，导光板3的顶面为第一出光面、底面为第二出光面，第二出光面的表面设有用于将光线漫反射到第一出光面调光网点12。在本实施例中的导光板3设置为侧入式光源13照射，光源13设置于导光板3的两侧，量子点板设置于光源13与导光板3之间，导光板3贴敷着量子点板的一面为入光面，导光板3的下表面设置有调光网点12，该调光网点12是用于将接收到的光线转化成漫反射的面光源，上表面是出光面，光线经过出光面射出后，光线的角度集中在61-68度之间。通过在入光面设置两层量子点板，色彩覆盖范围广，构造方式工艺简单、原料成本低，能实现大规模批量的生产。
在本实施例中，调光网点13通过在第二出光面的表面印刷或注塑成型。调光网点12是通过在第二出光面上印刷印刷点和或注塑点，用于将第二出光面经过漫反射转化为面光源13。量子点导光板3接收光源13发出的LED光源，蓝色光线经过量子点导光板后，激发量子点发射出高饱和度的绿色和或红色光，并同其余未被转换的蓝光混合得到混合光源，通过导光板3底部第二出光面印刷点/注塑点漫反射转化为面光源，光线经导光板3的第一出光面射出，通过光学膜片，在屏幕上显示高色域的色彩。
在本实施例中，量子点板包括入光层1和量子点层2，量子点层2设于入光层1和入光面之间，且量子点层2分别与入光层1和入光面紧密贴合。导光板3的入光面贴有量子点板。量子点板由两层结构构成，第一层为入光层1，第二层为量子点层2。量子点板的入光层1，厚度为0.05～0.30mm，由透光率高的塑胶材质构成，透光率高的塑胶材料包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、PET(聚对苯二甲酸类塑料)、MS(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物)、PS(聚苯乙烯)、TPX(聚4-甲基-1-戊烯)和相关共聚物材料中的一种或几种。层内加有多种助剂和微小粒子，起到阻水、阻氧、防老化等效果，保证量子点的稳定性，保证量子点层2在一定耐候或信赖性条件(如60℃90％RH高温高湿、高温老化、光照老化、高温/低温储存、冷热冲击)下不出现量子点失效现象。入光层1中助剂和微小粒子的重量百分含量为0.01％～20％。，量子点板的量子点层2，厚度为0.10～0.60mm，基材由透光率高的塑胶材质构成，加入的量子点类型包括绿色量子点和/或红色量子点等，量子点层2中量子点的重量百分含量为0.05％～5％优选具备耐水氧及耐高温性能优异的量子点。
在本实施例中，入光层1与量子点层2通过共挤出成型。量子点板通过UV胶水粘合及固化的方式粘合在入光面上。本实施例采用将量子点板以UV胶水贴合及固化的方式粘合在导光板3的入光面上，量子点板由两层结构构成，第一层正对光源13，为入光层1，第二层为量子点层2，即为发光层，量子点板的两层结构由两层共挤出工艺制成。
在本实施例中，量子点层2包括绿色量子点和或红色量子点，量子点层2中量子点的重量百分含量0.05％～5％。入光层1中助剂和粒子的重量百分含量为0.01％～20％。量子点板的量子点层2，厚度为0.10～0.60mm，基材由透光率高的塑胶材质构成，加入的量子点类型包括绿色量子点和/或红色量子点等，量子点层2中量子点的重量百分含量为0.05％～5％，优选具备耐水氧及耐高温性能优异的量子点。透光率高的塑胶材料包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、PET(聚对苯二甲酸类塑料)、MS(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物)、PS(聚苯乙烯)、TPX(聚4-甲基-1-戊烯)和相关共聚物材料中的一种或几种。用UV胶水将量子点板和导光板3的入光面经紫外光LED灯光照固化贴合。对于量子点板而言，除了入光面和贴合面，其余四周均需贴合黑白胶带，以保证量子点发射的光线进入导光板3的效率。，量子点导光板接收光源13发出的光，蓝色LED光经过量子点层2后，激发量子点发射出高饱和度的绿色和/或红色光，并同其余未被转换的蓝光混合得到混合光源，通过第二出光面印刷点/注塑点漫反射转化为面光源，光线经第一出光面射出，通过光学膜片，在屏幕上显示高色域的色彩。
在本实施例中，入光层1按重量分数计包括以下组分：
塑胶粒子，70～85％；
阻隔粒子5～15％；
光扩散剂，0.5～10％；
紫外线吸收剂，0.1～1.0％；
光稳定剂，0.1～1.0％；
抗氧化剂，0.1～2.0％；
增韧剂，1～5％；
抗静电剂，0.2-0.8％。
在本实施例中，发光层按重量分数计包括以下组分：
塑胶粒子，78-92％；
量子点，0.05-5％；
光扩散剂，0.05-10％；
紫外线吸收剂，0.1～1.0％；
光稳定剂，0.1～1.0％；
抗氧化剂，0.1～2.0％；
增韧剂，1～5％；
抗静电剂，0.2-0.8％。
在一实施例中，两层共挤出工艺制备的量子点板结构包括：入光层1和量子点层2。量子点板厚度1.0mm，入光层1厚度0.4mm，量子点层2厚度0.6mm。入光层1混料由以下按重量分数计的组分组成：84.4％PMMA，10.0％阻隔粒子，4.8％硅氧烷类光扩散剂，0.2％紫外线吸收剂，0.2％光稳定剂，0.4％抗氧化剂。量子点层2混料由以下按重量分数计的组分组成：95.8％PMMA，0.15％绿色量子点，0.75％红色量子点，0.2％紫外线吸收剂，0.2％光稳定剂，0.4％抗氧化剂，2.5％增韧剂。绿色量子点的波长为521nm，半峰宽为28nm，红色量子点的波长为624nm，半峰宽为30nm。
每台挤出机分八个加热区，第一区下料区温度185-205℃，第二区预热区温度205-215℃，第三区加热区215-225℃，第四、五区融胶区温度225-230℃，第六、七区塑化区温度230-240℃，第八区混胶塑化区温度230-245℃；每台挤出机带有抽真空排气装置，真空度控制在-0.08～-0.1Mpa；模具温度215～225℃；
辊温度要适当，上辊温度110～120℃，中辊温度100～115℃，下辊温度90～100℃，避免板上出现褶皱、凹坑、亮斑、拉丝等现象；泵前压力3.5±0.5Mpa；在长、宽不变的前提下，正常速度350mm/min时，厚度公差0.1mm。
挤出机下料口投料，物料熔融后挤出至模具内进行复合，并通过模具出料口挤出两层结构复合板，随即在覆辊、牵引的过程中，用表面进行了磨砂型结构雕刻处理的辊筒将两层结构量子点复合板材的上表面热压成磨砂型微结构。获得所需结构的复合板材后，将板材切边处理，进行除尘、冷却，并通过传动装置转移至裁切单元，随即将上述量子点复合板裁切为条形，尺寸大小为长550mm、宽2mm。
在本实施例中量子点导光板的制备用UV固化胶将上述量子点复合板材的量子点层2下表面与导光板3入光面粘接，具体而言，先将高耐水氧体系UV胶水涂布在以上量子点板的量子点层2的下表面，胶层的厚度为30微米，随即与导光板3的入光面进行压合，进行LED紫外光照射固化粘接，使量子点板和导光板3一体化复合，并于60℃熟化24小时后得到所需量子点导光板样品。对于量子点板而言，除了入光面和贴合面，其余四周贴合黑白胶带，以保证量子点发射的光线进入导光板3的效率。
如图2所示，在本实施例中以量子点导光板搭配背光模组的方法，将上述量子点导光板与下扩散膜5、下增亮膜6、上增亮膜7、上扩散膜8、LDC面板9、反射膜10、模组框11和蓝光LED光源13搭配为背光模组。导光板3是长方体，下表面印刷有调光网点12，贴合量子点层2的那个面是入光面，上表面是出光面。导光板3的入光面粘贴有量子点层2，复合而得的量子点导光板的入光面设置有侧入式蓝光LED光源13，导光板3的上方依次叠放下扩散膜5、下增亮膜6、上增亮膜7、上扩散膜8和LDC面板9，导光板3的下方设置有反射膜10，以量子点导光板搭配的背光模组放置于模组框11中。
量子点导光板接收光源13发出的光，蓝色LED光经过量子点层2后，激发量子点发射出高饱和度的绿色和红色光，并同其余未被转换的蓝光混合得到混合光源，在导光板3内全反射的同时向前传播，导光板3底部的印刷反射点图形有规律变化，入射角小于全反射的部分光能从导光板3上表面射出，将线光源转变为面光源，光线经导光板3的出光面射出，通过光学膜片，在屏幕上显示高色域的色彩。
在本实施例中的高色域量子点导光板测试，通过上述高色域量子点导光板组成的背光模组，以CA210色彩分析仪上进行辉度、色坐标测试和色域值计算，其它光学性能的测试还包括均匀度、视角、色彩对比度、饱和度和画面视效等。将一系列量子点导光板分为3组，每组3个平行样品，测试得到屏幕中心点的初始值后，将量子点导光板从背光模组中取出，投入实验箱中进行老化试验，具体而言，将3组量子点导光板分别置于高温高湿(60℃，90％RH)、蓝光光照(常温常湿，光照能量38w/m2)、高温高湿加蓝光光照(40℃，85％RH，光照能量38w/m2)且液晶屏点亮条件下进行老化试验，每隔100小时再度进行模组组装并进行辉度、色坐标测试和色域值计算，测试结束后置于相应老化条件下继续计时试验，共计老化1000小时。其测试结果比较如下：
经过上述老化测试实验，在高温高湿和蓝光照射条件下，量子点导光板都展现出高辉度并且其辉度和色坐标的衰减幅度均小于5％，色域值NTSC>102％，DCI-P392～95％。以上测试结果表明该量子点导光板具有优异的存储稳定性和光学性能。
在一实施例中，两层结构量子点板及量子点导光板的制备方法中，发光层中的发光材料仅为绿色量子点，并且所用的光源为紫光LED光源13，紫光LED光源13采用的是蓝色发光芯片和红色氟化物荧光粉，本实施例中氟化物荧光粉使用的是KSF粉，即4价锰激发的氟硅酸钾(K2SiF6:Mn4+)，LED芯片发出的蓝色光及荧光粉发出的红光混合为光源的紫光，红色荧光粉的含量为25％。发光层混料由以下按重量分数计的组分组成：95.8％PMMA，0.9％绿色量子点，0.2％紫外线吸收剂，0.2％光稳定剂，0.4％抗氧化剂，2.5％增韧剂，绿色量子点的波长为530nm，半峰宽为28nm。
绿色和红色量子点导光板所搭配的背光模组，LED芯片发出的蓝光经过量子点层2激发绿色量子点发出绿色光，同时蓝色发光芯片在灯条中会激发红色荧光粉发出红色光，量子点绿光、荧光粉红光以及通过量子点导光板未被转换的蓝光混合构成三原色通过导光板3底部印刷点漫反射转化为面光源，光线经导光板3的出光面射出，通过光学膜片，在屏幕上显示高色域的色彩。
在本实施例中，量子点板除入光面、第一出光面和第二出光面外均贴合有黑白胶带，以保证量子点发射的光线进入导光板3的效率。
本发明采用的量子点导光板，相比于传统导光板搭配量子点膜的设计思路，减少了量子点材料的使用量，降低了材料及生产成本。使用两层复合结构量子点板，入光层1层内加有多种助剂和微小粒子，起到阻水、阻氧、防老化等效果，保证一定耐候或信赖性条件(如60℃90％RH高温高湿、高温老化、高温/低温储存、冷热冲击)下量子点的稳定性，提高了显示设备的使用寿命。具有广色域的特点，采用透光率好的塑胶材料，保证板材具有高亮度、色彩对比度和高饱和度等光学性能，在背光显示领域具有广泛的应用前景，可实现高效率产业化投产。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种量子点背光模组，其特征在于，包括光源、导光板和量子点板，所述光源设置于所述导光板的一侧，并与所述导光板的侧面相对，其中，所述侧面为入光面，所述量子点板设于所述光源和所述导光板之间，并与所述入光面紧密贴合，所述导光板的顶面为第一出光面、底面为第二出光面，所述第二出光面的表面设有用于将光线漫反射到所述第一出光面调光网点。
2.根据权利要求1所述的量子点背光模组，其特征在于，所述调光网点通过在所述第二出光面的表面印刷或注塑成型。
3.根据权利要求1所述的量子点背光模组，其特征在于，所述量子点板包括入光层和量子点层，所述量子点层设于所述入光层和所述入光面之间，且所述量子点层分别与所述入光层和所述入光面紧密贴合。
4.根据权利要求3所述的量子点背光模组，其特征在于，所述入光层与所述量子点层通过共挤出工艺成型。
5.根据权利要求3所述的量子点背光模组，其特征在于，所述量子点板与所述入光面通过UV胶水粘合及固化的方式粘合。
6.根据权利要求3所述的量子点背光模组，其特征在于，所述量子点层包括绿色量子点和或红色量子点，所述量子点层中量子点的重量百分含量0.05％～5％。
7.根据权利要求3所述的量子点背光模组，其特征在于，所述入光层按重量分数计包括以下组分：
塑胶粒子，70～85％；
阻隔粒子5～15％；
光扩散剂，0.5～10％；
紫外线吸收剂，0.1～1.0％；
光稳定剂，0.1～1.0％；
抗氧化剂，0.1～2.0％；
增韧剂，1～5％；
抗静电剂，0.2-0.8％。
8.根据权利要求7所述的量子点背光模组，其特征在于，所述发光层按重量分数计包括以下组分：
塑胶粒子，78-92％；
量子点，0.05-5％；
光扩散剂，0.05-10％；
紫外线吸收剂，0.1～1.0％；
光稳定剂，0.1～1.0％；
抗氧化剂，0.1～2.0％；
增韧剂，1～5％；
抗静电剂，0.2-0.8％。
9.根据权利要求1所述的量子点背光模组，其特征在于，所述量子点板除所述入光面、所述第一出光面和所述第二出光面外均贴合有黑白胶带。
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