CN111073648B - 量子点、量子点墨水及显示装置 - Google Patents

量子点、量子点墨水及显示装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种量子点、量子点墨水及显示装置。本申请的量子点包括量子点以及有机配体,其中,有机配体包括配位单元、至少一个聚合链、至少一个支链,配位单元连接量子点以及聚合链;其中,聚合链包括N个多元醇基团,N为不小于2的整数,支链与多元醇基团相连,本申请的量子点不仅可以有效增加量子点在墨水中的溶解性,还可以在量子点墨水固化后使量子点与树脂结合稳固,提高使用该量子点的该量子点墨水的彩色滤光层的显示均一性,从而获得高性能显示装置。

Description

量子点、量子点墨水及显示装置
技术领域
本申请属于显示技术领域,具体涉及一种量子点、量子点墨水及显示装置。
背景技术
量子点(quantum dots),又称半导体纳米晶体,是一种新型的半导体纳米材料,尺寸在1-10nm。由于量子尺寸效应和介电限域效应使它们具有独特的光致发光(EL)和电致发光(PL)性能。与传统的有机荧光染料相比,量子点具有量子产率高,光化学稳定性高,不易光解,以及宽激发、窄发射,高色纯度,发光颜色可通过控制量子点大小进行调节等优良的光学特性,在显示技术领域具有广泛的应用前景,其中量子点滤光膜作为目前关注度最高的应用方式之一,成为研究热点。
目前,量子点滤光膜主要采用喷墨打印工艺制备,即由量子点溶于树脂体系中制备量子点墨水,量子点墨水经过打印、固化等步骤制备得到量子点滤光膜,但是量子点在树脂体系中溶解性差,制约了量子点滤光膜的发展。
发明内容
针对上述技术问题,本申请提供一种量子点,包括:
有机配体,所述有机配体包括配位单元、至少一个聚合链、至少一个支链,所述配位单元连接所述聚合链;
其中,所述聚合链包括N个多元醇基团,N为不小于2的整数,所述支链与所述多元醇基团相连。
进一步地,所述配位单元包括巯基、羧基、氨基、有机膦基团、有机氧膦基团中的至少一种。
进一步地,所述支链包括取代或未取代的羟基、取代或未取代的多元醇基团;
优选地,所述支链的数量不超过10个;
优选地,所述有机配体还包括与所述聚合链远离所述配位单元的一端连接的取代或未取代的直链的饱和或不饱和脂肪族基团、取代或未取代的支链的饱和或不饱和脂肪族基团中的至少一种。
进一步地,所述多元醇基团包括二醇基团、三醇基团中的至少一种;
优选地,所述多元醇基团包括乙二醇基团,丙二醇基团,甘油基团中的至少一种。
进一步地,N为5~25的整数;
优选地,所述聚合链选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油、聚丁二醇、聚戊二醇、聚异戊二醇的至少一种。
进一步地,形成所述有机配体的化合物包括二氢硫辛酸-聚乙二醇200、二氢硫辛酸-聚乙二醇400、二氢硫辛酸-聚乙二醇600、二氢硫辛酸-聚乙二醇800、二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇400、二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇600、二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇800、二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇1000、二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇2000、二氢硫辛酸-吐温20、二氢硫辛酸-吐温40、二氢硫辛酸-吐温60、二氢硫辛酸-吐温80、二氢硫辛酸-吐温85、二氢硫辛酸-聚甘油油酸酯、二氢硫辛酸-聚甘油蓖麻油酯、二氢硫辛酸-司盘20、二氢硫辛酸-司盘40、二氢硫辛酸-司盘60、二氢硫辛酸-司盘80、二氢硫辛酸-司盘85,二氢硫辛酸-甘油油酸酯、二氢硫辛酸-甘油蓖麻油酸酯、二氢硫辛酸-聚甘油月桂酯、二氢硫辛酸-聚甘油蓖麻油酸酯、二氢硫辛酸-聚甘油蓖麻油醇酯、巯基丙酸-三臂聚乙二醇400、巯基丙酸-三臂聚乙二醇600、巯基丙酸-三臂聚乙二醇800、巯基丙酸-三臂聚乙二醇1000、巯基丙酸-三臂聚乙二醇2000、巯基丙酸-吐温20、巯基丙酸-吐温40、巯基丙酸-吐温60、巯基丙酸-吐温80、巯基丙酸-吐温85、巯基丙酸-聚甘油油酸酯、巯基丙酸-聚丙二醇油酸酯、巯基丙酸-聚甘油油酸酯、巯基丙酸-聚甘油蓖麻油酯、巯基丙酸-司盘20、巯基丙酸-司盘40、巯基丙酸-司盘60、巯基丙酸-司盘80、巯基丙酸-司盘85、巯基丙酸-甘油油酸酯、巯基丙酸-甘油蓖麻油酸酯、巯基丙酸-聚甘油月桂酯、巯基丙酸-聚甘油蓖麻油酸酯、巯基丙酸-聚甘油蓖麻油醇酯、巯基丙酸-聚甘油油酸酯、巯基丙酸-聚丙二醇油酸酯的至少一种。
进一步地,所述有机配体的分子量为200-3000;
优选地,所述聚合链的分子量分布不超过1.3。
进一步地,所述有机配体在所述量子点中的含量小于50wt%,优选为10~25wt%。
本申请还提供一种量子点墨水,包括如上所述的量子点;
优选地,所述量子点在所述量子点墨水中的含量小于60wt%。
本申请还提供一种显示装置,其特征在于,包括:
彩色滤光层,所述彩色滤光层由上所述的量子点墨水制备。
有益效果:本申请的量子点包括量子点以及有机配体,其中,有机配体包括配位单元、至少一个聚合链、至少一个支链,配位单元连接量子点以及聚合链;其中,聚合链包括N个多元醇基团,N为不小于2的整数,支链与多元醇基团相连,本申请的量子点不仅可以有效增加量子点在墨水中的溶解性,还可以在量子点墨水固化后使量子点与树脂结合稳固,提高使用该量子点墨水的彩色滤光层的显示均一性,从而获得高性能显示装置。
附图说明
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。
如背景技术所述,由于量子点为无机材料,而量子点墨水的树脂体系主要为有机材料,造成量子点与树脂体系溶液的溶解性差,虽然目前在量子点表面进行了有机配体修饰,然而量子点与树脂体系的溶解性还有待提高。
基于此,本申请提供一种量子点,包括有机配体,其中,有机配体包括配位单元、至少一个聚合链、至少一个支链,配位单元连接量子点以及聚合链,其中,所述聚合链包括:N个多元醇基团,N为不小于2的整数,所述支链与所述多元醇基团相连。本申请的发明人经过长期研究发现,有机配体含有N个多元醇基团以及至少一个支链,不仅可以有效增加量子点在墨水中的溶解性,还可以在量子点墨水固化后使量子点与树脂结合稳固。
可以理解的是,本申请的多元醇基团是指分子中含有二个或二个以上羟基的醇类形成的基团。
在一个具体实施方式中,配位单元包括巯基、羧基、氨基、有机膦基团、有机氧膦基团中的至少一种。例如配位单元可以包括单巯基、双巯基、二苯基膦基团、三膦基团、羧基、单氨基或双氨基等。通过具有表面活性剂作用的配位单元,使量子点能有效分散在树脂体系的量子点墨水中。
在一个具体实施方式中,本申请的支链包括取代或未取代的羟基、取代或未取代的多元醇基团,通过在有机配体的支链中增加羟基,可以使量子点在量子点墨水中的溶解性更好,在量子点墨水固化后使量子点与树脂结合得更稳固。
在一个优选实施方式中,本申请的支链数量不超过10个,以使量子点在量子点墨水中的溶解性能较优良,量子点墨水固化后光学性能较高。
在一个优选实施方式中,有机配体还包括与所述聚合链远离所述配位单元的一端连接的取代或未取代的直链的饱和或不饱和脂肪族基团、取代或未取代的支链的饱和或不饱和脂肪族基团中的至少一种,这些脂肪族基团可以增强量子点在树脂体系的量子点墨水中与非极性物质的溶解性。
在一个具体实施方式中,本申请的量子点中多元醇基团包括二醇基团、三醇基团中的至少一种,例如多元醇基团可以为乙二醇基团、丙二醇基团或甘油基团,也可以为丁二醇基团、丁三醇基团、戊二醇基团、异戊二醇基团、己三醇基团中的至少一种,只要可以增强量子点在量子点墨水体系中溶解性的多元醇基团均属于本申请的保护范围。
在一个优选实施方式中,多元醇基团包括乙二醇基团,丙二醇基团,甘油基团中的至少一种,有效增强量子点在墨水中与极性物质的溶解性。
在一个具体实施方式中,本申请的量子点中聚合链包括N个多元醇基团,N为5~25中的整数,例如N可以为5、6、7、9、10、15、20或25,N为5~25中的整数可以使墨水固化后的量子点的光学效能较高。根据本发明的实施例,该聚合链的链长可以通过活性聚合的合成方法精准控制。
在一个优选实施方式中,聚合链选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油、聚丁二醇、聚戊二醇、聚异戊二醇的至少一种,本申请的聚合链中的多聚物能使量子点在量子点墨水的树脂体系中更好溶解。
在一个具体实施方式中,形成有机配体的化合物包括二氢硫辛酸-聚乙二醇200、二氢硫辛酸-聚乙二醇400、二氢硫辛酸-聚乙二醇600、二氢硫辛酸-聚乙二醇800、二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇400、二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇600、二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇800、二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇1000、二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇2000、二氢硫辛酸-吐温20、二氢硫辛酸-吐温40、二氢硫辛酸-吐温60、二氢硫辛酸-吐温80、二氢硫辛酸-吐温85、二氢硫辛酸-聚甘油油酸酯、二氢硫辛酸-聚甘油蓖麻油酯、二氢硫辛酸-司盘20、二氢硫辛酸-司盘40、二氢硫辛酸-司盘60、二氢硫辛酸-司盘80、二氢硫辛酸-司盘85,二氢硫辛酸-甘油油酸酯、二氢硫辛酸-甘油蓖麻油酸酯、二氢硫辛酸-聚甘油月桂酯、二氢硫辛酸-聚甘油蓖麻油酸酯、二氢硫辛酸-聚甘油蓖麻油醇酯、巯基丙酸-三臂聚乙二醇400、巯基丙酸-三臂聚乙二醇600、巯基丙酸-三臂聚乙二醇800、巯基丙酸-三臂聚乙二醇1000、巯基丙酸-三臂聚乙二醇2000、巯基丙酸-吐温20、巯基丙酸-吐温40、巯基丙酸-吐温60、巯基丙酸-吐温80、巯基丙酸-吐温85、巯基丙酸-聚甘油油酸酯、巯基丙酸-聚丙二醇油酸酯、巯基丙酸-聚甘油油酸酯、巯基丙酸-聚甘油蓖麻油酯、巯基丙酸-司盘20、巯基丙酸-司盘40、巯基丙酸-司盘60、巯基丙酸-司盘80、巯基丙酸-司盘85、巯基丙酸-甘油油酸酯、巯基丙酸-甘油蓖麻油酸酯、巯基丙酸-聚甘油月桂酯、巯基丙酸-聚甘油蓖麻油酸酯、巯基丙酸-聚甘油蓖麻油醇酯、巯基丙酸-聚甘油油酸酯、巯基丙酸-聚丙二醇油酸酯的至少一种。本申请的发明人发现,由这些化合物配位得到的有机配体可以使量子点在量子点墨水中的溶解性更好,光密度更大,且有效减少树脂体系对量子点的影响。
根据本发明的实施例,量子点的种类不受特别的限制,只要该量子点能用于后续配位键合,具有一定的发光性能,且可以获得根据本发明实施例描述的量子点即可,本领域技术人员可根据喷墨打印工艺或者制备的量子点发光器件的实际要求进行选用,例如,量子点可以由硫化镉(简称:CdS)、硒化镉(简称:CdSe)、碲化镉(简称:CdTe)、硫化锌(简称:ZnS)、硫化铅(简称:PbS)、硒化锌(简称:ZnSe)、碲化锌(简称:ZnTe)、硫化汞(简称:HgS)、碲化汞(简称:HgTe)、氮化镓(简称:GaN)、砷化镓(简称:GaAs)、磷化铟(简称:InP)、砷化铟(简称:InAs)、钙钛矿(如PVK、CsPbBrx)中的一种或多种组成,且组成该量子点各个元素的混合类型可以为均一混合类型、梯度混合类型、核壳类型或联合类型。
在一个具体实施方式中,有机配体的分子量为200-3000,经过该分子量的有机配体修饰后的量子点能更好地调节含有量子点的墨水的粘度和表面张力,使其进一步满足量子点墨水打印的需求,且还可以保持量子点在量子点墨水中的分散性和稳定性,在一些具体示例中,量子点的有机配体的分子量可以为500-1500。
在一个优选实施方式中,聚合链的分子量分布不超过1.3,使量子点能更好的分散在量子点墨水中,同时更有效地对量子点组成的墨水的浓度和表面张力进行精准调控。
在一个具体实施方式中,本申请有机配体在量子点中的含量小于50wt%,有机配体在此含量范围可有效提高量子点的光学性能,且有利于增强量子点在墨水中的分散性和稳定性。有机配体在所述量子点中的含量优选为10~25wt%。如此既能使量子点在墨水中获得更高的分散性和稳定性,又有效提高量子点的光学性能。
本申请还提供一种量子点墨水,包括上述任一量子点,还可以包括沸点高于100摄氏度的溶剂、丙烯酸树脂、光引发剂、交联剂,当然本发明的量子点墨水中除了量子点的物质并不限制于此,只要满足使量子点能溶解于其中的其他物质均可以属于本申请的保护范围。
在一个优选实施方式中,量子点在量子点墨水中的含量小于60wt%,使量子点墨水的成膜性更好、光学性能更优。量子点墨水还可以包括粘合剂、单体、溶剂、光引发剂、光扩散体、活性添加剂等,把量子点墨水的各个组分混合,并进行搅拌,使得该量子点墨水中的各个组分均匀分布在该量子点墨水中。示例的,该粘合剂可以为丙烯酸基树脂,该单体可以为丙烯酸类单体,该光引发剂可以为二苯甲酮类光引发剂,该可溶解溶剂可以为乙二醇丁醚,该活性添加剂可以为流平剂。该量子点可以包括:红色量子点或绿色量子点,该光扩散体可以为有机光扩散体。示例的,形成的该量子点墨水固化后的膜的厚度可以为1~20微米。
本申请实施例还提供了一种显示装置,该显示装置包括彩色滤光层,该彩色滤光层由如上所述的量子点墨水打印工艺制备而得。本申请的显示装置可以为电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪、车载显示器、AR显示器、VR显示器等任何具有显示功能的产品或部件。
下面通过几个实施例进行说明。
实施例1
制备发绿光的CdSe;
CdSe与化合物二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇1000溶解于氯仿溶剂中并混合均匀,在常温下反应过夜,纯化后得到有机配体修饰的量子点,量子点中有机配体的含量为20wt%,有机配体的分子量为1200;
量子点与丙烯酸树脂混合均匀制备量子点墨水,量子点墨水中的量子点的含量为25wt%;
准备一设置有多个像素隔离结构的玻璃基板,喷墨打印上述量子点墨水,干燥后得到彩色滤光层,使用蓝色背光源照射彩色滤光层,用光学彩色分析仪测试彩色滤光层发出的绿光的亮度和光效。
实施例2
制备发绿光的CdSe;
CdSe与化合物二氢硫辛酸-甘油蓖麻油油酸酯溶解于氯仿溶剂中混合均匀,在常温下反应过夜,纯化后得到有机配体修饰的量子点,有机配体在量子点中的含量为25wt%,有机配体的分子量为546;
量子点与丙烯酸树脂混合均匀制备量子点墨水,量子点墨水中的量子点的含量为20wt%;
准备一设置有多个像素隔离结构的玻璃基板,喷墨打印上述量子点墨水,干燥后得到彩色滤光层,使用蓝色背光源照射彩色滤光层,用光学彩色分析仪测试彩色滤光层发出的绿光的亮度和光效。
实施例3
制备发绿光的PVK;
PVK与化合物二氢硫辛酸-司盘80溶解于氯仿溶剂中混合均匀,在常温下反应过夜,纯化后得到有机配体修饰的量子点,有机配体在量子点中的含量为25wt%,有机配体的分子量为616;
量子点与丙烯酸树脂混合均匀制备量子点墨水,量子点墨水中的量子点的含量为20wt%;
准备一设置有多个像素隔离结构的玻璃基板,喷墨打印上述量子点墨水,干燥后得到彩色滤光层,使用蓝色背光源照射彩色滤光层,用光学彩色分析仪测试彩色滤光层发出的绿光的亮度和光效。
实施例4
制备发绿光的CdSe;
CdSe与化合物二氢硫辛酸-吐温80溶解于氯仿溶剂中混合均匀,在常温下反应过夜,纯化后得到有机配体修饰的量子点,有机配体在量子点中的含量为27wt%,有机配体的分子量为1500;
量子点与丙烯酸树脂混合均匀制备量子点墨水,量子点墨水中的量子点的含量为20wt%;
准备一设置有多个像素隔离结构的玻璃基板,喷墨打印上述量子点墨水,干燥后得到彩色滤光层,使用蓝色背光源照射彩色滤光层,用光学彩色分析仪测试彩色滤光层发出的绿光的亮度和光效。
对比例1
制备发绿光的CdSe;
CdSe与化合物巯基聚乙二醇800丙烯酸甲酯溶解于氯仿溶剂中混合均匀,在常温下反应过夜,纯化后得到有机配体修饰的量子点,有机配体在量子点中的含量为25wt%,有机配体的分子量为918;
量子点与丙烯酸树脂混合均匀制备量子点墨水,量子点墨水中的量子点的含量为20wt%;
准备一设置有多个像素隔离结构的玻璃基板,喷墨打印上述量子点墨水,干燥后得到彩色滤光层,使用蓝色背光源照射彩色滤光层,用光学彩色分析仪测试彩色滤光层发出的绿光的亮度和光效。
实施例5
制备发红光的InP;
InP与化合物二氢硫辛酸-三臂聚乙二醇1000溶解于氯仿溶剂中混合均匀,在常温下反应过夜,纯化后得到有机配体修饰的量子点,有机配体在量子点中的含量为29wt%,有机配体的分子量为1200;
量子点与丙烯酸树脂混合均匀制备量子点墨水,量子点墨水中的量子点的含量为25wt%;
准备一设置有多个像素隔离结构的玻璃基板,喷墨打印上述量子点墨水,干燥后得到彩色滤光层,使用蓝色背光源照射彩色滤光层,用光学彩色分析仪测试彩色滤光层发出的红光的亮度和光效。
对比例2
制备发红光的InP;
InP与化合物巯基聚乙二醇800丙烯酸甲酯溶解于氯仿溶剂中混合均匀,在常温下反应过夜,纯化后得到有机配体修饰的量子点,有机配体在量子点中的含量为26wt%,有机配体的分子量为918;
量子点与丙烯酸树脂混合均匀制备量子点墨水,量子点墨水中的量子点的含量为25wt%;
准备一设置有多个像素隔离结构的玻璃基板,喷墨打印上述量子点墨水,干燥后得到彩色滤光层,使用蓝色背光源照射彩色滤光层,用光学彩色分析仪测试彩色滤光层发出的红光的亮度和光效。
对实施例1至4、实施例5、对比例1、对比例2的彩色滤光层使用蓝色背光源照射,用光学彩色分析仪分别测试彩色滤光层发出的红光或者绿光的出光亮度、外量子效率,结果请见表1。
表1
对本申请实施例1-4、实施例5的彩色滤光层进行光致发光测试,由表1可知,分别相较于对比例1、对比例2,本申请实施例制备的彩色滤光层可以获得更好的出光亮度、外量子效率和光转化率,可知采用本申请的量子点制备量子点墨水,量子点墨水中量子点的溶解性优良,制备得到的彩色滤光层具备优异的发光性能。
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 (4)

1.一种量子点墨水,其特征在于,包括:
量子点和丙烯酸树脂,所述量子点包括有机配体,所述有机配体包括配位单元、至少一个聚合链、至少一个支链,所述配位单元连接所述聚合链;
其中,形成所述有机配体的化合物包括:二氢硫辛酸-司盘20、二氢硫辛酸-司盘40、二氢硫辛酸-司盘60、二氢硫辛酸-司盘80、二氢硫辛酸-司盘85、二氢硫辛酸-聚甘油蓖麻油酸酯、二氢硫辛酸-聚甘油蓖麻油醇酯、巯基丙酸-司盘20、巯基丙酸-司盘40、巯基丙酸-司盘60、巯基丙酸-司盘80、巯基丙酸-司盘85、巯基丙酸-聚甘油蓖麻油酸酯、巯基丙酸-聚甘油蓖麻油醇酯中的至少一种;所述量子点的有机配体的分子量为500-1500,所述聚合链的分子量分布不超过1.3。
2.根据权利要求1所述的量子点墨水,其特征在于,所述有机配体在所述量子点中的含量小于50wt%。
3.如权利要求1所述的量子点墨水,所述量子点在所述量子点墨水中的含量小于60wt%。
4.一种显示装置,其特征在于,包括:彩色滤光层,所述彩色滤光层由权利要求1-3任一所述的量子点墨水制备。
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