CN114624922B - 量子点光学板及含其的发光装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种量子点光学板、含其的发光装置。该量子点光学板包括：第一组件，第一组件包括第一高分子基质，第一组件的至少一侧表面具有多个阵列分布的凹槽；多个第二组件，第二组件包括第二高分子基质和分散于第二高分子基质中的量子点材料，第二组件的形状及尺寸与凹槽的形状及尺寸相吻合，各第二组件分别位于各凹槽中，第一高分子基质的吸水率小于第二高分子基质的吸水率。

Description

量子点光学板及含其的发光装置

技术领域

本公开涉及量子点应用技术领域，具体而言，涉及一种量子点光学板及含其的发光装置。

背景技术

量子点光转换器件被用于显示领域的背光组件，提高显示设备的色彩表现力。现有的主流产品形态是量子点膜片，包括两个阻隔膜和一个量子点层。然而，量子点膜片仍然面临高成本的问题。最近量子点扩散板被提出，将量子点(QD)和扩散板的功能进行结合，形式上主要分为单层板和多层复合板，多层复合板主要通过多层共挤的方式得到。常用的作为量子点扩散板基材的光学塑料有PMMA(甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)，它们具有成本低的优势。但是，PMMA抗吸水形变能力差，PS阻隔性差以及加工过程中产生自由基等因素导致量子点在其中不稳定，量子点扩散板产品仍待改进。

发明内容

本公开的目的在于提供一种量子点光学板，包括：板状的第一组件，上述第一组件包括第一高分子基质，上述第一组件的至少一侧表面具有多个阵列分布的凹槽；多个第二组件，上述第二组件包括第二高分子基质和分散于上述第二高分子基质中的量子点材料，各上述第二组件的形状及尺寸与各上述凹槽的形状及尺寸相吻合，各上述第二组件分别位于各上述凹槽中，上述第一高分子基质的吸水率小于上述第二高分子基质的吸水率。

可选地，上述第一高分子基质的吸水率不大于0.2％，优选不大于0.1％。

可选地，上述第一高分子基质满足如下翘曲度要求：在温度为65℃、湿度为95％RH的环境中放置100h后，厚度为1.5mm的上述第一高分子基质的翘曲度不大于3mm，优选不大于1mm。

可选地，上述凹槽和上述第二组件的形状为长条形、方块形、半球形、圆台、棱柱、圆锥或棱锥。

可选地，上述第一高分子基质选自聚苯乙烯、聚丙烯、苯乙烯共聚物、环烯烃共聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或多种。

可选地，上述第二高分子基质选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇、苯乙烯共聚物、聚偏二佛乙烯、甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

可选地，上述第一组件还包括散射粒子，上述第二组件还包括扩散粒子、抗氧化剂、低折射添加剂中的一者或多者。

可选地，仅上述第一组件的第一表面具有上述多个阵列分布的凹槽，定义上述第一组件的厚度为T，上述凹槽的深度为d，T＞d，上述凹槽的开口宽度为L₁，相邻上述凹槽的间隔为L₂，当上述第一组件的光透过率大于60％时，L₁+L₂≤0.5d；当10％≤上述第一组件的光透过率≤60％时，L₁+L₂≤0.5T；当上述第一组件的光透过率小于10％时，L₁+L₂≤T。

可选地，T＞2d，优选T>3d。

可选地，0.5mm≤T≤3.0mm。

可选地，上述第一组件的第一表面和相对的第二表面均具有上述多个阵列分布的凹槽，上述第一表面的上述凹槽的正投影与上述第二表面的上述凹槽的正投影不重叠。

可选地，定义上述凹槽的深度为d，上述凹槽的开口宽度为L₁，相邻上述凹槽的间隔为L₂，L₁+L₂≤0.21d。

可选地，上述量子点光学板不是通过多层共挤一体成型，上述量子点光学板由上述第一组件与上述第二组件分别成型后组合而成。

本公开还提供一种发光装置，包括多个阵列排布的LED和位于上述LED上方的光转换器件，上述光转换器件包括任一上述的量子点光学板。

可选地，上述多个LED与上述量子点光学板的第一组件的一侧表面的上述多个凹槽在垂直于上述量子点光学板的方向上一一对应。

可选地，与上述多个LED一一对应的上述多个凹槽位于上述第一组件的靠近上述LED的一侧表面。

应用本公开的技术方案，即将吸水率更低的高分子材料作为量子点光学板的主体结构的材料，并将多个基质材料吸水率较高的第二组件吻合设置在第一组件的凹槽内，第二组件中分散有量子点材料，从而通过不易吸水形变的第一组件实现对较易吸水形变的第二组件的物理矫正，改善了吸水率较高的高分子材料吸水后造成的产品翘曲、拉伸等形变的情况，解决了现有的量子点扩散板产品的抗吸水形变能力和量子点稳定性不能兼顾的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示出了本公开的一种实施例的量子点光学板的结构示意图；

图2示出了本公开的另一种实施例的量子点光学板的结构示意图；

图3示出了本公开的一种实施例的量子点光学板的第一组件和第二组件的正视图；

图4示出了本公开的另一种实施例的量子点光学板的第一组件和第二组件的正视图；

图5示出了本公开的一种实施例的量子点光学板的第一组件的侧视图；

图6示出了本公开的另一种实施例的量子点光学板的第一组件的侧视图；

图7示出了本公开的一种实施例的发光装置的结构示意图；

图8示出了本公开对比例1、2的量子点光学板的结构示意图。

附图标记：10，第一组件；20，第二组件；101，长条形凹槽；201，长条形第二组件；102，方块形凹槽；202，方块形第二组件；30，LED；40，扩散粒子层；50，量子点层；60，量子点。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

将理解当一个元件例如层、膜、区域或基板被称为“在”另外的元件“上”时，其可直接在所述另外的元件上或者可在其间存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时，则不存在中间元件。

正如背景技术中所介绍的，采用PMMA、PS作为量子点扩散板的基材虽然可以降低成本，但是依然存在产品的抗吸水形变能力和量子点稳定性不能兼顾的问题。并且，PMMA和PS之间的相容性较差，因此它们不能采用多层共挤工艺挤成一张复合板。同时，PMMA和PS的吸水率不同，从而这两种材料的收缩应力也不同，导致多层贴合后会由于吸水形变而发生分层脱离。因此，常规共挤和多层贴合的方案都不可行。

为了解决上述技术问题，根据本公开的一个方面，提供了一种量子点光学板，如图1和图2所示，包括：第一组件，第一组件包括第一高分子基质，第一组件的至少一侧表面具有多个阵列分布的凹槽；多个第二组件，第二组件包括第二高分子基质和分散于第二高分子基质中的量子点材料(图中未示出)，第二组件的形状及尺寸与凹槽的形状及尺寸相吻合，各第二组件分别位于各凹槽中，第一高分子基质的吸水率小于第二高分子基质的吸水率。需要说明的是，本公开中材料的吸水率测试标准均参考ISO62(23℃，水中24h)。

在本公开的技术方案中，将吸水率更低的高分子材料作为量子点光学板的主体结构(即第一组件)的材料，并将多个基质材料吸水率较高(相比于第一组件)的第二组件吻合设置在第一组件的凹槽内，第二组件中分散有量子点材料，从而通过不易吸水形变的第一组件实现对较易吸水形变的第二组件的物理矫正，改善了吸水率较高的高分子材料吸水后造成的产品翘曲、拉伸等形变的情况，解决了现有的量子点扩散板产品的抗吸水形变能力和量子点稳定性不能兼顾的问题。

在一些实施例中，第一高分子基质的吸水率不大于0.2％，优选不大于0.1％。第二高分子基质的吸水率大于第一高分子基质的吸水率即可，但在第二高分子基质中的量子点材料自身遇水稳定性差的情况下，第二高分子基质的吸水率不能过大，当然也可以通过在第二高分子基质中添加保护剂等方法对量子点材料进行保护。

在一些实施例中，第一高分子基质满足如下翘曲度要求：在温度为65℃、湿度为95％RH的环境中放置100h后，厚度为1.5mm的第一高分子基质的翘曲度不大于3mm，优选不大于1mm。需要说明的是，本公开中的翘曲度的定义和测试标准均参考GBT 25257-2010。

如图1-图6所示，第一组件表面上的凹槽形状可以为各种形状，在一些实施例中，凹槽的形状为长条形、方块形、半球形、圆台、棱柱、圆锥或棱锥，相应的第二组件的形状也为长条形、方块形、半球形、圆台、棱柱、圆锥或棱锥。以上形状的描述均为三维形状。其中，长条形可以是顶角为直角的长方体或顶角具有弧度的近似长条体。为了使制备工艺更简单，优选第一组件的同一侧表面上的多个凹槽的形状相同。但在附图未示出的一些实施例中，第一组件的同一侧表面上的多个凹槽的形状也可以不同，但凹槽的深度d相等。

在一些实施例中，如图3的结构示意图所示，第一组件的凹槽和相应的第二组件的形状为长条形，此时多个凹槽101相互平行分布于第一组件的表面，且相邻凹槽101之间的距离保持一致，即为阵列分布。在另一些实施例中，如图4的结构示意图所示，第一组件的凹槽和相应的第二组件的形状为方块形，此时多个凹槽102以相互交叉的多个行和多个列形式排布，多个行相互平行，多个列相互平行，相邻行之间的距离保持一致，相邻列之间的距离也保持一致，行与列之间可以相互垂直或不垂直，即为阵列分布。

在一些实施例中，第一高分子基质选自聚苯乙烯、聚丙烯(PP)、苯乙烯共聚物(NAS)、环烯烃共聚物(COC)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯共聚物(HDPE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的一种或多种。材料吸水率如下：PP：0.01％、NAS：0.15％、COC：0.09％、PC：0.15％、PVC：0.2％、HDPE：0.01％、PBT：0.1％，它们均属于低吸水率材料。

在一些实施例中，第二高分子基质选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、乙烯-乙烯醇(EVOH)、苯乙烯共聚物(SAN)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、甲基丙烯酸酯中的一种或多种。量子点分散于这些材料中具有更好的稳定性。

在一些实施例中，第一组件还包括散射粒子，第二组件还包括扩散粒子、抗氧化剂、低折射添加剂中的一者或多者。通过举例来说明在第二组件中添加低折射添加剂的效果，假设来自光源的光线的入射角为60°，第二高分子基质PMMA的折射率为1.49，低折射添加剂的折射率为1.39，则根据折射定律，折射角为68°，偏转角度为8°，低折射添加剂促进出光更加均匀。

在一些实施例中，如图1所示，仅第一组件的第一表面具有多个阵列分布的凹槽，定义第一组件的厚度为T，凹槽的深度为d，T＞d，凹槽的开口宽度为L₁，相邻凹槽的间隔为L₂，根据第一组件的光透过率不同可分为以下三种情况：当第一组件的光透过率大于60％时，L₁+L₂≤0.5d，优选L1+L2≤0.21d；当10％≤第一组件的光透过率≤60％时，L₁+L₂≤0.5T，优选L₁+L₂≤0.21T，更优选L₁+L₂≤0.21(T-d)；当第一组件的光透过率小于10％时，L₁+L₂≤T。如此有利于量子点光学板出光均匀，避免凹槽间隔过大对光学板的色度和亮度均匀性造成不利影响。

为了进一步确保第一组件对第二组件的形变的物理矫正效果，在一些实施例中，T＞2d，优选T>3d。

在一些实施例中，0.5mm≤T≤3.0mm。

在一些实施例中，如图2所示，第一组件的第一表面和相对的第二表面具有多个阵列分布的凹槽，第一表面的凹槽的正投影与第二表面的凹槽的正投影不重叠。进一步地，定义凹槽的深度为d，凹槽的开口宽度为L₁，相邻凹槽的间隔为L₂，L₁+L₂≤

0.21d。

在一些实施例中，量子点光学板不是通过多层共挤一体成型，量子点光学板由第一组件与第二组件分别成型后组合而成。示例性地，第一组件的制备方法包括：首先将第一组件的原材料通过热挤出工艺获得未完全固化的单层板，然后经过带有规律图案的压辊，在单层板的表面压出阵列结构的凹槽，通过选择压辊的图案来制备不同形状的凹槽。示例性地，第二组件的制备方法包括：首先准备一个与第一组件具有相同形状凹槽的模具，然后将第二组件的原材料设置(如，注塑)到模具的凹槽中，从而制得与第一组件凹槽尺寸和形状相吻合的第二组件。最后，第一组件与第二组件可以通过胶黏剂粘合固定，也可以不使用胶黏剂而组合，即机械镶嵌。

在另一些实施例中，量子点光学板不是通过多层共挤一体成型，量子点光学板的第一组件制备完成后，将第二组件的原材料直接注入到第一组件的凹槽中，然后去除第一组件表面多余的第二组件的原材料，固化后得到上述量子点光学板。本领域技术人员也可以采用其它现有的制备工艺去实现本公开的量子点光学板的制备。

根据本公开的另一个方面，提供了一种发光装置，包括多个阵列排布的LED和位于LED上方的光转换器件，光转换器件包括任一上述的量子点光学板。由于本公开的量子点光学板的抗形变能力和量子点稳定性均良好，因此含其的光转换器件的寿命获得提升。上述发光装置可以用于显示，即为显示装置。

在一些实施例中，多个LED与量子点光学板的第一组件的一侧表面的多个凹槽在垂直于量子点光学板的方向上一一对应。当量子点光学板的第一组件的第一表面和相对的第二表面均设置有多个凹槽，且第一表面的凹槽的正投影与第二表面的凹槽的正投影不重叠(如图2所示结构)，上述多个LED仅设置在第一组件的一侧(而非两侧)。第一组件的凹槽与背光源LED匹配(对应)设置，即含有量子点材料的第二组件与背光源LED匹配，可以提高量子点利用率，减少灯影。

进一步地，如图7所示，与多个LED一一对应的多个凹槽位于第一组件的靠近LED的一侧表面。将与LED垂直对应的凹槽设置在第一组件的靠近LED的一侧的好处是：量子点材料先激发后扩散，能够实现色度均匀。

定义第一组件的凹槽的深度为d，相邻凹槽的间隔为L₂，凹槽的底面宽度为L₃，LED上表面至量子点光学板的垂直距离为h，则LED的长边尺寸不大于

下面将结合实施例和对比例进一步解释说明本公开的量子点光学板的效果。

表1

初始时调整色品坐标至较为接近状态可以保证各个实施例与对比例的测试样品处于同一基准，稳定性评价为色偏移量和亮度衰减率，若各个测试样品的初始色漂相差太大，比如初始值(0.3100,0.3200)和(0.2800,0.2900)，同样稳定性情况下，前者的色漂会比后者大，影响结果判断。

各个实施例与对比例使用的LED背光源的峰值波长为450nm，半峰宽为18nm，扩散板直接光照面的辐射照度为4mw/cm²。翘曲试验参照GBT 25257-2010中的试验条件和步骤进行，吸水翘曲度的定义同样参照该标准。透过率和雾度采用雾度计测量。色品坐标X偏移量和色品坐标Y偏移量是指翘曲试验前后量子点扩散板的色品坐标X的差值和色品坐标Y的差值。亮度衰减率是指翘曲试验前量子点扩散板的亮度与翘曲试验后量子点扩散板的亮度的比值。色品坐标X偏移量、色品坐标Y偏移量和亮度衰减率越小，表明老化稳定性越好。

对比例1为现有的PS作为基质材料的三层扩散板，中间层加入QD，外层为扩散粒子层，量子点扩散板的量子点稳定性差，抗形变能力良好。

对比例2为现有的PMMA作为基质材料的三层扩散板，中间层加入QD，外层为扩散粒子层，量子点扩散板的量子点稳定性良好，但抗形变能力较差。

对比例3设计了一种与本公开提供的量子点光学板的结构相反的复合结构，从表1可以看出该量子点复合扩散板的量子点稳定性差，抗形变能力也较差。

相比于对比例1，实施例1的量子点复合扩散板的吸水翘曲度水平相当，而亮度衰减率明显降低；相比于对比例2，实施例1的量子点复合扩散板的亮度衰减率相当，而吸水翘曲度明显降低。综合表明实施例1的量子点复合扩散板在保持抗形变能力好的同时兼顾了良好的量子点稳定性。

相比实施例1，实施例2的量子点复合扩散板则是由于第一组件的凹槽深度较大，导致第一组件对第二组件的形变的物理矫正作用减弱，从而产生了比实施例1的量子点复合扩散板较大的吸水翘曲度。但实施例2的量子点复合扩散板的吸水翘曲度仍明显低于对比例2和3。

实施例3的量子点复合扩散板同样具有良好的抗形变能力和量子点发光稳定性，但其色点与亮度均匀度较差，放置在背光中测试，可明显观察到黄蓝条纹，这是因为实施例3的量子点复合扩散板中L₁+L₂>0.5T，从而导致出光色度不均匀。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种量子点光学板，其特征在于，包括：板状的第一组件，所述第一组件包括第一高分子基质，所述第一组件的至少一侧表面具有多个阵列分布的凹槽；多个第二组件，所述第二组件包括第二高分子基质和分散于所述第二高分子基质中的量子点材料，各所述第二组件的形状及尺寸与各所述凹槽的形状及尺寸相吻合，各所述第二组件分别位于各所述凹槽中，所述第一高分子基质的吸水率小于所述第二高分子基质的吸水率。

2.根据权利要求1所述的量子点光学板，其特征在于，所述第一高分子基质的吸水率不大于0.2％。

3.根据权利要求1所述的量子点光学板，其特征在于，所述第一高分子基质满足如下翘曲度要求：在温度为65℃、湿度为95％RH的环境中放置100h后，厚度为1.5mm的所述第一高分子基质的翘曲度不大于3mm。

4.根据权利要求1所述的量子点光学板，其特征在于，所述凹槽和所述第二组件的形状为长条形、方块形、半球形、圆台、棱柱、圆锥或棱锥。

5.根据权利要求1所述的量子点光学板，其特征在于，所述第一高分子基质选自聚苯乙烯、聚丙烯、苯乙烯共聚物、环烯烃共聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的量子点光学板，其特征在于，所述第二高分子基质选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇、苯乙烯共聚物、聚偏二佛乙烯、甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的量子点光学板，其特征在于，所述第一组件还包括散射粒子，所述第二组件还包括扩散粒子、抗氧化剂、低折射添加剂中的一者或多者。

8.根据权利要求1至7任一项所述的量子点光学板，其特征在于，仅所述第一组件的第一表面具有所述多个阵列分布的凹槽，定义所述第一组件的厚度为T，所述凹槽的深度为d，T＞d，所述凹槽的开口宽度为L₁，相邻所述凹槽的间隔为L₂，当所述第一组件的光透过率大于60％时，L₁+L₂≤0.5d；当10％≤所述第一组件的光透过率≤60％时，L₁+L₂≤0.5T；当所述第一组件的光透过率小于10％时，L₁+L₂≤T。

9.根据权利要求8所述的量子点光学板，其特征在于，T＞2d。

10.根据权利要求8所述的量子点光学板，其特征在于，0.5mm≤T≤3.0mm。

11.根据权利要求1至7任一项所述的量子点光学板，其特征在于，所述第一组件的第一表面和相对的第二表面均具有所述多个阵列分布的凹槽，所述第一表面的所述凹槽的正投影与所述第二表面的所述凹槽的正投影不重叠。

12.根据权利要求11所述的量子点光学板，其特征在于，定义所述凹槽的深度为d，所述凹槽的开口宽度为L₁，相邻所述凹槽的间隔为L₂，L₁+L₂≤0.21d。

13.根据权利要求1所述的量子点光学板，其特征在于，所述量子点光学板不是通过多层共挤一体成型，所述量子点光学板由所述第一组件与所述第二组件分别成型后组合而成。

14.一种发光装置，其特征在于，包括多个阵列排布的LED和位于所述LED上方的光转换器件，所述光转换器件包括权利要求1-13任一所述的量子点光学板。

15.根据权利要求14所述的发光装置，其特征在于，所述多个LED与所述量子点光学板的第一组件的一侧表面的所述多个凹槽在垂直于所述量子点光学板的方向上一一对应。

16.根据权利要求15所述的发光装置，其特征在于，与所述多个LED一一对应的所述多个凹槽位于所述第一组件的靠近所述LED的一侧表面。

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