CN114355491A

CN114355491A - 一种高稳定的微发泡量子点扩散板及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN114355491A
Application number: CN202111471015.2A
Authority: CN
Inventors: 林士文; 陈平绪; 叶南飚; 黄宝奎; 郭少华; 官焕祥; 李玉虎; 付锦锋
Original assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2041-12-03
Also published as: CN114355491B

Abstract

本发明公开了一种高稳定的微发泡量子点扩散板及其制备方法和应用。本发明的微发泡量子点扩散板，包括如下重量份的组分：树脂基材100份，量子点0.1～0.5份，光扩散剂0.5～2.5份，光稳定剂0.01～0.1份，润滑剂0.02～0.1份，抗氧剂0.2～1份，成核剂0.2～1份；所述微发泡量子点扩散板的泡孔截面密度为1×10²～5×10⁵个/cm²，泡孔平均直径为2～10μm。本发明通过将超临界发泡技术与量子点扩散板技术相结合，使得量子点扩散板具有均匀、细密的发泡孔径，在高温高湿环境下具有优异的亮度稳定性。

Description

一种高稳定的微发泡量子点扩散板及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及显示及照明技术领域，更具体的，涉及一种高稳定的微发泡量子点扩散板及其制备方法和应用。

背景技术

量子点(quantum dot)是在把激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构，是一种优异的发光和光电材料。量子点显示是利用量子点的特殊性能来实现高性能、低成本的显示技术。与OLED电视相比,量子点电视具有更宽广的色域显示、更精准的色彩控制、更长的使用寿命以及更强的节能性，在光致发光高色彩显示方面有着巨大的应用潜力。

当前，量子点材料的背光技术，根据量子点材料封装方式的不同可以分为3种类型：芯片封装型，侧管封装型，光学膜集成型。芯片封装型不但要求材料具有很好的耐温性，还要具备高的光稳定性；侧管封装型是一种折中技术，但是现有的量子点玻璃管封装技术存在发光效率低以及不利于组装操作的问题,在实际应用中逐渐被淘汰；光学膜集成型将光学膜贴于导光板的上方，具有良好的光学效率，但当前商品化的量子点光学膜制备工艺繁琐、成品率低,能够批量化供应的企业很少,量子点光学膜的大面积制备成本高是限制其大规模应用的重要原因之一。

为降低生产成本，行业内力求将量子点分散于扩散板中。但是量子点极易被氧化，限制了量子点扩散板的生产和应用。现有技术公开了一种量子点光学功能板，制备方法包括使用含有化学发泡剂的原料先制备含有孔洞的树脂基粒料，再将量子点负载在孔洞内，然后混合高温发泡剂等其他组分、挤出成型，得到量子点光学功能板。但由于化学发泡剂形成的孔径较大，且分布均匀度较低，使得量子点光学功能板的强度下降，特别是在高温高湿环境下易发生变形、翘曲问题，也就造成了亮度衰减较大的问题。

因此，需要开发出一种微发泡量子点扩散板，在高温高湿环境下具有良好的亮度稳定性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的高温高湿环境下亮度衰减较大的缺陷，提供一种高稳定的微发泡量子点扩散板，将超临界发泡技术与量子点扩散板技术相结合，使得量子点扩散板具有均匀、细密的发泡孔径，在高温高湿环境下具有优异的亮度稳定性。

本发明的另一目的在于提供上述微发泡量子点扩散板的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述微发泡量子点扩散板在显示器、电视等光学显示中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高稳定的微发泡量子点扩散板，包括如下重量份的组分：

树脂基材100份，量子点0.5～1份，光扩散剂0.5～2.5份，光稳定剂0.04～0.1份，润滑剂0.02～0.1份，抗氧剂0.2～1份，成核剂0.2～1份；

所述微发泡量子点扩散板的泡孔截面密度为1×10²～5×10⁵个/cm²，泡孔平均直径为2～10μm。

本发明所述微发泡量子点扩散板的泡孔截面密度高，达到1×10²～5×10⁵个/cm²，且泡孔较小、分布均匀，使得微发泡量子点扩散板具有优异的力学性能，特别是具有高强度。在高温高湿环境下，微发泡量子点扩散板的翘曲低、变形小，从而亮度保持率高、衰减度小，进一步的，使得微发泡量子点扩散板的色差变化率极低。

所述量子点为由Cd、Zn、Se、S、In、P中的两种或两种以上组成的合金材料。优选地，所述量子点为CdZnSeS、CdZnSe、CdZnS、InZnP中的一种或几种。

优选地，所述树脂基材的透光率≥80％。

树脂基材的透光率按照GB/T 2410-2008方法检测。

优选地，所述树脂基材为聚苯乙烯(GPPS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物(MS)或聚碳酸酯(PC)中的一种或几种。

优选地，所述成核剂为纳米高岭土和/或纳米蒙脱土。

优选地，所述光扩散剂为纳米二氧化硅、纳米硫酸钡或交联聚苯乙烯中的一种或几种。

优选地，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、二苯甲酮类光稳定剂、三嗪类光稳定剂或水杨酸酯类光稳定剂一种或几种。

优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸脂类抗氧剂、金属烷基硫代磷酸类抗氧剂、氨基甲酸抗氧剂类、有机硫类抗氧剂中的一种或几种。

优选地，所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺、聚硅氧烷、硬脂酸盐、PE蜡、PP蜡、或乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种。

优选地，所述微发泡量子点扩散板，包括如下重量份的组分：

树脂基材100份，量子点溶液1～1.5份，光扩散剂1～2份，成核剂0.5～0.8份，光稳定剂0.04～0.1份，润滑剂0.02～0.1份，抗氧剂0.4～1份。

本发明还保护上述微发泡量子点扩散板的制备方法，包括如下步骤：

S1.将量子点分散于有机溶剂中，得到量子点溶液；

S2.将部分树脂基材、光扩散剂、润滑剂、部分抗氧剂、光稳定剂混合后加至挤出机，将量子点溶液通过密封计量泵加至挤出机，熔融挤出造粒，得到量子点扩散母粒；

S3.将量子点扩散母粒、剩余的树脂基材、成核剂、剩余的抗氧剂混合后，加至挤出机中，在挤出机的中间段通气口通入超临界流体，超临界流体的压力为5～25MPa，通入速率为5～50mL/min；经过熔融混合、挤出，降压至常压后，得到所述微发泡量子点扩散板。

超临界发泡工艺是在注塑成型的循环中,在料筒中注入超临界状态的流体,在塑料中创造大量均匀的微米级尺寸的封闭泡孔。本发明微发泡量子点扩散板的制备方法利用超临界发泡的工艺，将超临界发泡技术与量子点扩散板技术相结合，超临界流体在成核剂的作用下，发泡形成均匀、细密的微气孔。

优选地，步骤S1中，所述量子点溶液中量子点的浓度为5～40wt.％。

更优选地，步骤S1中，所述量子点溶液中量子点的浓度为10～30wt.％。

优选地，所述有机溶剂为苯乙烯、甲苯、环己烷、正己烷、乙醇、甲醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯甲醚或四氢呋喃中的一种或几种。

优选地，步骤S2中，所述部分树脂基材是指树脂基材的10～30wt.％；所述部分抗氧剂，是指抗氧剂的10～30wt.％。

优选地，所述超临界流体为烷烃和/或氟代烷烃。

更优选地，所述超临界流体为氟代烷烃。

通常用于发泡的超临界流体主要为烷烃或氟代烷烃，其中氟代烷烃在本申请的微发泡量子点扩散板中具有更适宜的扩散速率，且气体爆炸风险低，安全程度高。

超临界流体以5～25MPa的压力、5～50mL/min的速率下通入挤出机，可以使得微发泡量子点扩散板的泡孔截面密度、泡孔大小适宜，使得微发泡量子点扩散板的力学性能优异。

超临界流体的通入压力或速率过大、过小，均无法制得泡孔截面密度1×10²～5×10⁵个/cm²，泡孔平均直径2～10μm的微发泡量子点扩散板，进而使得微发泡量子点扩散板的力学性能较差。

优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机。

本发明还保护上述微发泡量子点扩散板在光学显示器中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明开发了一种高稳定的微发泡量子点扩散板，将超临界发泡技术与量子点扩散板技术相结合，使得量子点扩散板具有均匀、细密的发泡孔径，在高温高湿环境下具有优异的稳定性，在60℃、90％RH湿度条件下，测试1000h，亮度保持率≥90％。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例及对比例中的原料均可通过市售得到；

本发明平行的实施例和对比例使用的抗氧剂、润滑剂、成核剂和超临界流体为同种。

除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1～18

实施例1～18分别提供一种微发泡量子点扩散板，组分含量见表1，制备方法如下：

S1.将量子点分散于有机溶剂中，得到量子点溶液；

其中实施例1的量子点为CdZnSeS，有机溶剂为甲苯，量子点浓度为10wt.％；实施例2的量子点为CdZnSeS，有机溶剂为甲苯，量子点浓度为30wt.％；实施例3的量子点为CdZnSeS，有机溶剂为甲苯，量子点浓度为5wt.％；实施例4的量子点为CdZnSeS，有机溶剂为甲苯，量子点浓度为40wt.％；实施例5的量子点为InZnP，有机溶剂为正己烷，量子点浓度为10wt.％；实施例6的量子点为CdZnSe，有机溶剂为苯乙烯，量子点浓度为10wt.％；实施例7～18的量子点为CdZnSeS，有机溶剂为甲苯，量子点浓度为10wt.％；

S2.按照表1，将20wt.％的树脂基材、光扩散剂、润滑剂、20wt.％的抗氧剂、光稳定剂混合后加至双螺杆挤出机，将步骤S1制得的量子点溶液通过密封计量泵加至双螺杆挤出机，熔融挤出造粒，得到量子点扩散母粒；

S3.将步骤S2制得的量子点扩散母粒、剩余的树脂基材、成核剂、剩余的抗氧剂混合后，加至双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的第五段通气口通入超临界流体(氟代烷烃)，双螺杆挤出机共十段，螺杆长径比为40:1，超临界流体的压力为10MPa，通入速率为10mL/min；经过熔融混合、挤出，降压至常压后，得到微发泡量子点扩散板。

表1实施例1～18的微发泡量子点扩散板的组分含量(重量份)

实施例19～22

实施例19～22分别提供一种微发泡量子点扩散板，组分含量与实施例1相同，制备方法与实施例1的区别在于，步骤S3中：

实施例19的超临界流体的压力为20MPa，通入速率为30mL/min；

实施例20的超临界流体的压力为5MPa，通入速率为5mL/min；

实施例21的超临界流体的压力为25MPa，通入速率为50mL/min；

实施例22的超临界流体为烷烃，超临界流体的压力与通入速率与实施例1相同。

对比例1～2

对比例1～2分别提供一种量子点扩散板，组分含量见表2，对比例1的制备方法如下：

S1.将量子点分散于有机溶剂(甲苯)中，量子点浓度为10wt.％，得到量子点溶液；

S2.按照表2，将20wt.％的树脂基材、光扩散剂、润滑剂、20wt.％的抗氧剂、光稳定剂混合后加至双螺杆挤出机，将步骤S1制得的量子点溶液通过密封计量泵加至双螺杆挤出机，熔融挤出造粒，得到量子点扩散母粒；

S3.将步骤S2制得的量子点扩散母粒、剩余的树脂基材、剩余的抗氧剂混合后，加至双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的第五段通气口通入超临界流体(氟代烷烃)，双螺杆挤出机共十段，螺杆长径比为40:1，超临界流体的压力为10MPa，通入速率为10mL/min；经过熔融混合、挤出，降压至常压后，得到微发泡量子点扩散板。

对比例2的制备方法如下：

S1.按照表2，将20wt.％的树脂基材、光扩散剂、润滑剂、20wt.％的抗氧剂、光稳定剂和量子点混合后加至双螺杆挤出机，熔融挤出造粒，得到量子点扩散母粒；

S2.将步骤S1制得的量子点扩散母粒、剩余的树脂基材、成核剂、剩余的抗氧剂混合后，加至双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机的第五段通气口通入超临界流体(氟代烷烃)，双螺杆挤出机共十段，螺杆长径比为40:1，超临界流体的压力为10MPa，通入速率为10mL/min；经过熔融混合、挤出，降压至常压后，得到微发泡量子点扩散板。

表2对比例1～2的量子点扩散板的组分含量(重量份)

对比例3～6

对比例3～6提供一种量子点扩散板，组分含量与实施例1相同，制备方法与实施例1的区别在于，步骤S3中：

对比例3的超临界流体的压力为40MPa，通入速率为10mL/min；

对比例4的超临界流体的压力为1MPa，通入速率为10mL/min；

对比例5的超临界流体的压力为25MPa，通入速率为100mL/min；

对比例6的超临界流体的压力为25MPa，通入速率为1mL/min；

对比例7提供一种量子点扩散板，组分含量与实施例1相比，还包括2重量份化学发泡剂(偶氮二异丁腈)；制备方法为：

步骤S1和S2与实施例1相同；步骤S3为：

将步骤S2制得的量子点扩散母粒、剩余的树脂基材、成核剂、剩余的抗氧剂和化学发泡剂混合后，加至双螺杆挤出机中；经过熔融混合、挤出，降压至常压后，得到量子点扩散板；即不通入超临界流体，直接挤出。

性能测试

对上述实施例及对比例制得的量子点扩散板进行性能测试，具体方法如下：

(1)发泡程度：

将量子点扩散板沿挤出的垂直方向脆断后，得到量子点扩散板截面，使用扫描电镜观察截面中泡孔的数量及直径，从而计算泡孔的截面密度及泡孔平均直径；

(2)稳定性：

将量子点扩散板在60℃、90％RH湿度条件下，放置1000h，检测放置前后的亮度值，计算得到亮度保持率，亮度保持率＝(老化后的亮度值/老化前的亮度值)*100％；

亮度检测方法：将量子点扩散板置于蓝光LED模组下，采用EVERFINE光度计进行测试中心点亮度，电流固定174mA，电压固定8.3V。

实施例1～22的测试结果见表3，对比例1～7的测试结果见表4。

表3实施例1～22的测试结果

根据表3的测试结果，本发明各实施例制得的微发泡量子点扩散板，具有1×10²～5×10⁵个/cm²的泡孔截面密度，泡孔平均直径在2～10μm范围内，发泡均匀、细密；本发明微发泡量子点扩散板的亮度保持率高、亮度稳定性好，经60℃、90％RH湿度条件下测试1000h，亮度保持率≥90％。

由实施例1～4，量子点溶液中量子点的浓度优选为10～30wt.％，在此范围内时，微发泡量子点扩散板的亮度保持率更高。

由实施例1和10～18，微发泡量子点扩散板的各组分优选为树脂基材100份，量子点0.3～0.4份，光扩散剂1～2份，成核剂0.5～0.8份，光稳定剂0.04～0.1份，润滑剂0.02～0.1份，抗氧剂0.4～1份。

其中，根据实施例1、13～15中，实施例1和实施例13的亮度保持率相对更高，光稳定剂优选为受阻胺类光稳定剂和苯并三唑类光稳定剂的混合物。

由实施例1、实施例19～21，在制备过程中超临界流体的压力和通入速率会影响微发泡量子点扩散板的发泡情况。超临界流体的压力优选为10～20MPa，通入速率优选为10～30mL/min，在上述范围内时，微发泡量子点扩散板的发泡程度更适宜，亮度保持率更高。

表4对比例1～7的测试结果

根据表4的测试结果，对比例1中不含成核剂，制得的量子点扩散板的泡孔截面密度低、泡孔平均直径大，使得量子点扩散板的亮度保持率较差。

对比例2中，未使用量子点溶液，而是直接加入量子点，量子点作为固体，与其他组分相容性差，限制了泡孔形成，制得的量子点扩散板的亮度保持率仅为83％。

对比例3～6中，超临界流体的压力过高或过低，通入速率过大或过小，使得量子点扩散板无法实现良好的微发泡效果，也不能实现高亮度保持率的发光效果。其中对比例4中，超临界流体的压力仅为1MPa，制得的量子点扩散板中泡孔平均直径虽然与实施例21相差不大，但由于对比例4的超临界流体压力过小，形成的泡孔数非常少，泡孔截面密度较低。

对比例7中，量子点扩散板在制备过程中不通入超临界流体，通过化学发泡剂进行发泡，制得的量子点扩散板的泡孔直径过大，泡孔分布不均匀、截面密度小；亮度保持率仅为88％，说明亮度稳定性较差。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种高稳定的微发泡量子点扩散板，其特征在于，包括如下重量份的组分：

树脂基材100份，量子点0.1～0.5份，光扩散剂0.5～2.5份，光稳定剂0.01～0.1份，润滑剂0.02～0.1份，抗氧剂0.2～1份，成核剂0.2～1份；

2.根据权利要求1所述微发泡量子点扩散板，其特征在于，所述量子点为由Cd、Zn、Se、S、In、P中的两种或两种以上组成的合金材料。

3.根据权利要求1所述微发泡量子点扩散板，其特征在于，所述树脂基材为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物或聚碳酸酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述微发泡量子点扩散板，其特征在于，所述成核剂为纳米高岭土和/或纳米蒙脱土。

5.根据权利要求1所述微发泡量子点扩散板，其特征在于，所述光扩散剂为纳米二氧化硅、纳米硫酸钡、交联聚苯乙烯中的一种或几种。

6.权利要求1～5任一项所述微发泡量子点扩散板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将量子点分散于有机溶剂中，得到量子点溶液；

S2.将部分树脂基材、光扩散剂、润滑剂、部分抗氧剂、光稳定剂混合后加至挤出机，将步骤S1制得的量子点溶液通过密封计量泵加至挤出机，熔融挤出造粒，得到量子点扩散母粒；

S3.将量子点扩散母粒、剩余的树脂基材、成核剂、剩余的抗氧剂混合后，加至挤出机中，在挤出机的中间段通气口通入超临界流体；经过熔融混合、挤出，降压至常压后，得到所述微发泡量子点扩散板。

7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述量子点溶液中的量子点浓度为5～40wt.％。

8.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述超临界流体为烷烃和/或氟代烷烃。

9.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，超临界流体的压力为5～25MPa，通入速率为5～50mL/min。

10.权利要求1～5任一项所述微发泡量子点扩散板在光学显示器中的应用。