CN113267922A - 一种量子点彩色滤光片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种量子点彩色滤光片，其包括量子点光转换层，所述量子点光转换层包括多个由量子点液晶树脂胶固化形成的像素点。本发明所述量子点液晶树脂胶，其使用液晶材料作为光扩散粒子，将液晶材料、量子点材料和树脂胶制成均相组合物，利用液晶材料在热固化或光固化过程中会与固化的树脂发生相分离，以球状颗粒的形式存在于交联固化后的树脂中，通过调整液晶分子和树脂胶的比例参数，可以使具有一定粒径尺度和一定密度分布的液晶颗粒均匀分散在量子点彩色滤光片的量子点光转换层中，利用具有特定尺寸的液晶球形颗粒具有的与固体光扩散粒子相同的光扩散作用，获得高亮度增益的量子点彩色滤光片。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种量子点彩色滤光片及其制备方法。
背景技术
液晶显示器(LiquidCrystalDisplay，LCD)是目前应用最广泛的平板显示器之一，液晶显示 面板是液晶显示器的核心组成部分。显示装置的色彩通常是依靠彩色滤光片(colorfilter，CF) 来实现的，传统的彩色滤光片包括有按一定顺序排列的红色光阻、绿色光阻及蓝色光阻，背 光模组提供的背光经过红色光阻、绿色光阻和蓝色光阻时，只有对应的红色波段、绿色波段 和蓝色波段的光可以透过，实现显示装置的色彩显示。传统的彩色滤光片存在对背光的利用 率不佳，透过率低下，且传统色阻材料的透射峰较宽，色浓度受限，难以实现广色域的缺点， 已不能满足用户对显示装置的画面显示质量的要求。目前，由于量子点的发光峰具有较小的 半高宽且发光颜色可通过量子点的尺寸、结构或成分进行简易调节，因此，采用量子点制作 的量子点彩色滤光片逐渐受到广泛的关注和研究，但是，背光模组提供的背光入射至量子点 彩色滤光片时，量子点彩色滤光片中的量子点在背光的激发下发出相应颜色的光，但量子点 发出的相应颜色的光中，部分光并不由显示装置的出光面出射，导致使用量子点彩色滤光片 的显示装置的出光效率较低
量子点(Quantumdots，QDs)发光材料具有发光光谱集中、色纯度高等优点。将量子点发 光材料利用于液晶显示技术领域，可以大幅度提高传统液晶显示器的色域，使液晶显示器的 色彩还原能力得到增强。目前在量子点彩色滤光片制备过程中，主要是通过将量子点材料均 匀分散在一定的光学树脂墨水中，形成首先形成均匀的量子点树脂主体墨水，然后通过加入 一定量光扩散粒子的方式达到提升量子点树脂墨水的匀光和出光效果的目的，以及提升量子 点膜层对蓝光的吸收。最后通过喷墨打印或是光刻等技术途径实现量子点像素点的图案化制 备，得到具有特定图案化的量子点彩色滤光片。
目前作为起到光扩散和光增益作用的光扩散粒子主要是以有机/无机或是杂化圆形颗粒 为主。一般情况下无机物包含：纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、碳酸钙等无机物颗粒；有机 物包含：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、有机硅扩散粉等等，其密度一般远大于1g/cm3；而 有机扩散粉一般是高分子聚合物形成的微球，其密度基本也在1g/mL以上，而一般的光学墨 水主体成分是有机小分子聚合物，密度较小，一般低于1g/mL。所以不管是无机物形成的扩 散粉还是有机物形成的扩散粉，混合到墨水中后，由于密度的原因，很快就会产生沉淀现象， 造成扩散粉在墨水中形成浓度梯度，团聚，甚至是沉淀出来等现象。
另外，扩散粉的添加是为了提高蓝光的折射反射等现象，提高墨水层中的量子点对蓝光 的吸收，从而提高蓝光的利用率。墨水在打印之前还要经过220nm或者450nm的滤头过滤， 而微米级扩散粉无法满足对蓝光扩散的要求，过滤时会将所有的扩散粉滤去，造成打印的墨 水中没有扩散粉残留，无法起到扩散作用。
发明内容
基于此，本发明实施例的目的在于，提供一种量子点彩色滤光片，其具有简单、易实现 且能够长期稳定保存的优点。
一种量子点彩色滤光片，其包括量子点光转换层；所述量子点光转换层包括多个像素点， 所述像素点为量子点液晶树脂胶固化形成；所述量子点液晶树脂胶包括组分A和组分B，所 述组分A包括液晶材料和树脂胶，所述组分B包括量子点材料和树脂胶。
相对于现有技术，本发明实施例所述量子点液晶树脂胶，其使用液晶材料作为光扩散粒 子，将液晶材料、量子点材料和树脂胶制成均相组合物，利用液晶材料在热固化或光固化过 程中会与固化的树脂发生相分离，以球状颗粒的形式存在于交联固化后的树脂中，通过调整 液晶分子和树脂胶的比例参数，可以使具有一定粒径尺度和一定密度分布的液晶颗粒均匀分 散在量子点彩色滤光片的量子点光转换层中，利用具有特定尺寸的液晶球形颗粒具有的与固 体光扩散粒子相同的光扩散作用，获得高亮度增益的量子点彩色滤光片。
进一步地，所述量子点材料为红色或绿色量子点材料，其在组分B中所占的质量分数为 0.1～10％；所述红色量子点材料的发射波长范围为600～650nm，半峰宽<40nm；所述绿色量 子点材料的发射波长范围为500～550nm，半峰宽<40nm。
进一步地，所述量子点材料选自但不限于纳米类荧光材料、钙钛矿量子点材料以及II-VI 或III-V族半导体类量子点材料的一种或几种。
进一步地，所述液晶材料在组分A中所占的质量分数为10～60％。
进一步地，所述液晶材料的熔点为50～85℃，其折射率不低于1.47，在固化后能够达到 较好的扩散效果，同时在蓝光的照射下耐黄性能较好，清亮点温度为40～120℃，在其形成 液晶的温度范围内不会对红色或绿色量子点材料产生影响。
进一步地，所述液晶材料选自但不限于所述液晶材料选自但不限于4-戊基环己基联苯腈、 甲基双环己基乙烯中的一种或多种。
进一步地，所述树脂胶的主体树脂为热固性树脂或光固化树脂，其选自但不限于丙烯酸 酯树脂类、聚氨酯类、氨基甲酸酯类、环氧树脂类中的一种或几种。
另外，本发明实施例还提供了一种量子点彩色滤光片的制备方法，其包括以下具体操作 步骤：
S1、将液晶材料与一部分树脂胶混合均匀，形成组分A；
S2、将量子点材料与余下部分树脂胶混合均匀，形成组分B；
S3、将组分A和组分B混合均匀，形成量子点液晶树脂胶，并使其形成具有所需形状和 厚度的膜层；
S4、使以上获得的膜层固化，形成多个像素点，并进一步制成量子点光转换层和量子点 彩色滤光片。
进一步地，步骤S3中为使用喷墨打印技术使所述量子点液晶树脂胶形成膜层，所得到的 膜层厚度为1～10μm之间。
进一步地，步骤S4中为通过热固化或是光固化的方式使所述量子点液晶树脂胶膜层固 化；所述热固化中固化温度为80～150℃条件下烘烤5～30min；所述光固化中固化能量为 200～2000mJ/cm2。
本发明实施例所提供的量子点彩色滤光片的制备方法，其通过将一定种类和质量分数比 例的液晶材料和量子点材料分散在树脂胶中，得到量子点液晶树脂胶，再通过喷墨打印制备 得到所需形状及厚度的膜层，经固化形成图案化的像素点，进一步制成量子点光转化层和量 子点彩色滤光片。所述方法制备步骤简单，且容易实现，通过本方案的实施，将具有以下有 益效果：
(1)传统的有机/无机或是杂化的光扩散粒子一般是以固相方式存在，其密度较大且根 据光散色定律，而为达到良好的光扩散效果，其粒径尺寸一般在数微米至数十微米范围内， 因此极易导致光扩散粒子在待打印的树脂胶水中的沉降，且长时间使用之后会导致量子点树 脂胶膜层顶部的光扩散粒子浓度逐渐降低而底部浓度逐渐升高，进而影响量子点彩色滤光片 的光扩散能力的均匀性，影响使用；而本申请中所述液晶材料、量子点材料以及树脂胶形成 稳定存在的液相体系，有效避免了传统光扩散粒子的沉降问题，所制得的量子点彩色滤光片 的光扩散能力均匀性及稳定性良好；另外利用液晶材料在树脂胶固化过程会与固化的树脂胶 发生相分离，并以具有一定粒径尺度和一定密度分布的颗粒形式均匀分散在量子点彩色滤光 片的量子点光转换层中，利用具有特定尺寸的液晶球形颗粒具有的与固体光扩散粒子相同的 光扩散作用，获得高亮度增益的量子点彩色滤光片。
(2)在喷墨打印过程中，像素点精度较高尺寸较小，因此一般使用的喷墨打印机喷口直 径也较小。而使用传统的固相光扩散粒子由于其粒径尺寸较大，极易造成喷口堵塞，造成打 印良率的下降。而本发明提供的量子点液晶树脂胶中以液晶材料作为光扩散粒子，其粒径较 小，且在打印过程中液晶材料可以液相形式存在，不会造成喷口堵塞，利于打印的顺利进行。
(3)对于量子点彩色滤光片，由于其精度要求高、像素点较小，而固相光扩散粒子由于 其尺寸较大，固化完成后恰好处于像素点的边缘部分则会造成像素点边缘部分的量子点树脂 浓度的变化，并易于造成边缘部分分辨率的降低，进而影响整个像素点的显色效果。而本实 施方案提供的液晶分子作为光扩散粒子，由于液相具有一定的流动性，其边缘分布的液晶分 子在固化阶段可以逐渐转移到内部，不会对像素边缘区域造成影响。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例提供一种量子点彩色滤光片，包括量子点光转换层；所述量子点光转换层 包括多个像素点，所述像素点为量子点液晶树脂胶固化形成；所述量子点液晶树脂胶包括组 分A和组分B，所述组分A包括液晶材料和树脂胶，所述组分B包括量子点材料和树脂胶。
所述量子点材料为红色或绿色量子点材料，其在组分B中所占的质量分数为0.1～10％； 所述红色量子点材料的发射波长范围为600～650nm，半峰宽<40nm；所述绿色量子点材料 的发射波长范围为500～550nm，半峰宽<40nm。所述量子点材料选自但不限于纳米类荧光 材料、钙钛矿量子点材料以及II-VI或III-V族半导体类量子点材料的一种或几种，其分散溶 解性能良好，能够在树脂胶中分散均匀。
所述液晶材料在组分A中所占的质量分数为10～60％。所述液晶材料的熔点为50～185℃，其折射率不低于1.47，在固化后能够达到较好的扩散效果，同时在蓝光的照射下耐 黄性能较好，清亮点温度为40～120℃，在其形成液晶的温度范围内不会对红色或绿色量子 点材料产生影响。所述液晶材料选自但不限于所述液晶材料选自但不限于4-戊基环己基联苯 腈、甲基双环己基乙烯中的一种或多种。
所述树脂胶选自但不限于丙烯酸酯树脂类、聚氨酯类、氨基甲酸酯类、环氧树脂类中的 一种或几种。
相对于现有技术，本发明实施例所述量子点液晶树脂胶，其使用液晶材料作为光扩散粒 子，将液晶材料、量子点材料和树脂胶制成均相组合物，利用液晶材料在热固化或光固化过 程中会与固化的树脂发生相分离，以球状颗粒的形式存在于交联固化后的树脂中，通过调整 液晶分子和树脂胶的比例参数，可以使具有一定粒径尺度和一定密度分布的液晶颗粒均匀分 散在量子点彩色滤光片的量子点光转换层中，利用具有特定尺寸的液晶球形颗粒具有的与固 体光扩散粒子相同的光扩散作用，获得高亮度增益的量子点彩色滤光片。
实施例2
本发明实施例2提供一种量子点彩色滤光片的制备方法，其包括以下具体操作步骤：
S1、将液晶材料与一部分树脂胶混合均匀，形成组分A；
S2、将量子点与余下部分树脂胶混合均匀，形成组分B；
S3、将组分A和组分B混合均匀，形成量子点液晶树脂胶，并使其形成具有所需形状和 厚度的膜层；
S4、使以上获得的膜层固化，形成多个像素点，并进一步制成量子点光转换层和量子点 彩色滤光片。
进一步地，步骤S3中为使用喷墨打印使所述量子点液晶树脂胶形成膜层，其所得到的膜 层厚度为1～10μm之间。
进一步地，步骤S4中为通过热固化或是光固化的方式使所述量子点液晶树脂胶膜层固 化；所述热固化中固化温度为80～150℃条件下烘烤5～30min；所述光固化中固化能量为 200～2000mJ/cm2。
本发明实施例所提供的量子点彩色滤光片的制备方法，其通过将一定种类和质量分数比 例的液晶材料和量子点材料分散在树脂胶中，得到量子点液晶树脂胶，再通过喷墨打印制备 得到所需形状及厚度的膜层，经固化形成图案化的像素点，进一步制成量子点光转化层和量 子点彩色滤光片。所述方法制备步骤简单，且容易实现，通过本方案的实施，将具有以下有 益效果：
(1)传统的有机/无机或是杂化的光扩散粒子一般是以固相方式存在，其密度较大且根 据光散色定律，而为达到良好的光扩散效果，其粒径尺寸一般在数微米至数十微米范围内， 因此极易导致光扩散粒子在待打印的树脂胶水中的沉降，且长时间使用之后会导致量子点树 脂胶膜层顶部的光扩散粒子浓度逐渐降低而底部浓度逐渐升高，进而影响量子点彩色滤光片 的光扩散能力的均匀性，影响使用；而本申请中所述液晶材料、量子点材料以及树脂胶形成 稳定存在的液相体系，有效避免了传统光扩散粒子的沉降问题，所制得的量子点彩色滤光片 的光扩散能力均匀性及稳定性良好；另外利用液晶材料在树脂胶固化过程会与固化的树脂胶 发生相分离，并以具有一定粒径尺度和一定密度分布的颗粒形式均匀分散在量子点彩色滤光 片的量子点光转换层中，利用具有特定尺寸的液晶球形颗粒具有的与固体光扩散粒子相同的 光扩散作用，获得高亮度增益的量子点彩色滤光片。
(2)在喷墨打印过程中，像素点精度较高尺寸较小，因此一般使用的喷墨打印机喷口直 径也较小。而使用传统的固相光扩散粒子由于其粒径尺寸较大，极易造成喷口堵塞，造成打 印良率的下降。而本发明提供的量子点液晶树脂胶中以液晶材料作为光扩散粒子，其粒径较 小，且在打印过程中液晶材料可以液相形式存在，不会造成喷口堵塞，利于打印的顺利进行。
(3)对于量子点彩色滤光片，由于其精度要求高、像素点较小，而固相光扩散粒子由于 其尺寸较大，固化完成后恰好处于像素点的边缘部分则会造成像素点边缘部分的量子点树脂 浓度的变化，并易于造成边缘部分分辨率的降低，进而影响整个像素点的显色效果。而本实 施方案提供的液晶分子作为光扩散粒子，由于液相具有一定的流动性，其边缘分布的液晶分 子在固化阶段可以逐渐转移到内部，不会对像素边缘区域造成影响。
实施例3
本发明实施例3提供了一种量子点彩色滤光片的制备方法，其包括以下具体操作步骤： 分别称取1g目标液晶材料与9g树脂胶，在90℃条件下充分搅拌混合形成组分A，其中所 述液晶材料占所述组分A的质量分数为10％；取2g红色量子点粉体加入到8g树脂胶中，充分混合均匀形成组分B；将组分A和组分B混合均匀，形成量子点液晶树脂胶，并使用喷 墨打印技术使其形成厚度为8μm的膜层；对所述膜层进行光固化，光固化能量为200～2000mJ/cm2，形成多个像素点，并进一步制成量子点光转换层和量子点彩色滤光片。
在本实施例中，所述液晶材料为4-戊基环己基联苯腈，所述树脂胶的主体树脂为丙烯酸 树脂。
实施例4
本发明实施例4提供了一种量子点彩色滤光片的制备方法，其包括以下具体操作步骤： 分别称取3.2g液晶材料与6.8g树脂胶中，在95℃条件下充分搅拌混合形成组分A，其中所 述液晶材料占所述组分A的质量分数为32％，；取2g绿色量子点粉体加入到8g树脂胶中， 充分混合均匀形成组分B；将组分A和组分B混合均匀，形成量子点液晶树脂胶，并使用喷 墨打印技术使其形成厚度为8μm的膜层；对所述膜层进行热固化，所述热固化为在80～150℃ 条件下烘烤5～30min，形成多个像素点，并进一步制成量子点光转换层和量子点彩色滤光片。
在本实施例中，所述液晶材料包括0.6g 4-戊基联苯氰和2.6g甲基双环己基乙烯，所述 树脂胶的主体树脂为聚氨酯和氨基甲酸酯。
对比例1
对比例1作为对比，仅制备不含液晶材料的量子点树脂胶，以对比液晶分子的引入对于 光增益效果的增强作用。分别称取2g红色量子点粉体与8g树脂胶混合，其中所述树脂胶为 丙烯酸树脂，先机械搅拌3h，然后超声45min，然后再机械搅拌1h。使用喷墨打印技术制 备成8μm厚度的光转换膜，在惰性气体系统保护下进行光固化，其光固化能量为200～2000 mJ/cm2，形成多个像素点，并进一步制成量子点光转换层和量子点彩色滤光片。
对比例2
本实施例作为对比，仅制备不含液晶光扩散粒子的量子点树脂胶，以对比液晶分子的引 入对于光增益效果的增强作用。分别称取2g绿色量子点粉体与8g树脂胶混合，其中所述树 脂胶为丙烯酸树脂，先机械搅拌3h，然后超声45min，然后再机械搅拌1h。使用喷墨打印 技术制备成8μm厚度的光转换膜，在惰性气体系统保护下进行光固化，其光固化能量为 200～2000mJ/cm2，形成多个像素点，并进一步制成量子点光转换层和量子点彩色滤光片。
对实施例2、实施例3以及对比例1、对比例2的量子点光转换层的光学特性参数进行测 试，其中所述光学特性参数包括：
(1)对蓝光的吸收，一般是在相同厚度条件下测试光转换膜对450nm蓝光的吸收值(O.D)；
(2)荧光强度，一般是在相同厚度条件下测试光转换膜吸收一定强度(1000nits)的蓝 光，发出荧光的强度值；
(3)光转换效率，一般是在相同厚度条件下测试光转换膜发出荧光的能量与吸收蓝光的 能量比值大小的对比。
以上的光学特性参数的测试为使用彩色亮度计测试荧光光谱数据，用紫外光谱仪测试吸 收光谱取450nm处的吸收值，测试结果如下表格所示：
| 亮度(单位：nits) | 光转换效率(单位：％) | 吸收值(@450nm) | |
| 实施例1(红色量子点) | 1324 | 34.6 | 2.42 |
| 对比例1(红色量子点) | 1080 | 31 | 2.24 |
| 实施例2(绿色量子点) | 3240 | 39.1 | 2.58 |
| 对比例2(绿色量子点) | 2784 | 32.5 | 2.31 |
通过对比可以发现，对比例1和对比例2中不使用液晶分子作为光扩散粒子技术方案， 实施例1、2中使用了液晶分子作为光扩散粒子的光转换膜，其红色量子点光转换层以及绿色 量子点光转换层的亮度、光转换效率和吸收值@450nm处值均有不同程度的提升，具有一定 的光增益效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因 此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不 脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种量子点彩色滤光片，其特征在于：包括量子点光转换层；所述量子点光转换层包括多个像素点，所述像素点为量子点液晶树脂胶固化形成；所述量子点液晶树脂胶包括组分A和组分B，所述组分A包括液晶材料和树脂胶，所述组分B包括量子点材料和树脂胶。
2.根据权利要求1所述的量子点彩色滤光片，其特征在于：所述量子点材料为红色或绿色量子点材料，其在组分B中所占的质量分数为0.1～10％；所述红色量子点材料的发射波长范围为600～650nm，半峰宽<40nm；所述绿色量子点材料的发射波长范围为500～550nm，半峰宽<40nm。
3.根据权利要求2所述的量子点彩色滤光片，其特征在于：所述量子点材料选自但不限于纳米类荧光材料、钙钛矿量子点材料以及II-VI或III-V族半导体类量子点材料的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的量子点彩色滤光片，其特征在于：所述液晶材料在组分A中所占的质量分数为10～60％。
5.根据权利要求4所述的量子点彩色滤光片，其特征在于：所述液晶材料的熔点为50℃～185℃，其折射率不低于1.47，清亮点温度为40～120℃。
6.根据权利要求5所述的量子点彩色滤光片，其特征在于：所述液晶材料选自但不限于4-戊基环己基联苯腈、甲基双环己基乙烯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的量子点彩色滤光片，其特征在于：所述树脂胶的主体树脂为热固性树脂或光固化树脂，其选自但不限于丙烯酸酯树脂类、聚氨酯类、氨基甲酸酯类、环氧树脂类中的一种或几种。
8.一种量子点彩色滤光片的制备方法，其特征在于，包括以下具体操作步骤：
S1、将液晶材料与一部分树脂胶混合均匀，形成组分A；
S2、将量子点材料与余下部分树脂胶混合均匀，形成组分B；
S3、将组分A和组分B混合均匀，形成量子点液晶树脂胶，并使其形成具有所需形状和厚度的膜层；
S4、使以上获得的膜层固化，形成多个像素点，并进一步制成量子点光转换层和量子点彩色滤光片。
9.根据权利要求8所述的量子点彩色滤光片的制备方法，其特征在于：步骤S3中为使用喷墨打印技术使所述量子点液晶树脂胶形成膜层，所得到的膜层厚度为1～10μm之间。
10.根据权利要求8所述的量子点彩色滤光片的制备方法，其特征在于：步骤S4中为通过热固化或是光固化的方式使所述量子点液晶树脂胶膜层固化；所述热固化中固化温度为80～150℃条件下烘烤5～30min；所述光固化中固化能量为200～2000mJ/cm2。
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