CN114755861B - 一种高效率量子点光学基片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光致发光领域，尤其涉及一种高效率量子点光学基片及其制备方法。光学基片的结构由下至上包括：光输入层，第一色谱层，散射层，第二色谱层和光输出层；第一色谱层和第二色谱层中包含量子点荧光微粒；所述量子点荧光微粒为红光量子点、绿光量子点、蓝光量子点、紫光量子点中的任一种。本发明制备的光学基片具有优异的量子点光学基片光转换效率，特别是在相同QD‑G浓度条件下较大幅度提高QD‑G的外量子效率，克服了现有量子点器件光谱转换效率较低的技术难点，并且同时具有良好防腐蚀性以及力学性能，适宜在光致发光领域推广，具有广阔的发展前景。

Description

一种高效率量子点光学基片及其制备方法
技术领域
本发明涉及光致发光领域，尤其涉及一种高效率量子点光学基片及其制备方法。
背景技术
量子点具有吸收光谱宽、发射光谱半峰宽较窄、发射光谱波长可调等优越的荧光特性，在量子点系列材料中镉系量子点达到90%的高量子效率。量子点材料的应用研究主要在光致发光和电致发光领域，量子点光致发光器件正在应用于高色彩质量的照明光源和高色域显示背光源。尤其在显示领域，量子点的发射光谱半峰宽较窄，色彩饱和度高，对色彩还原能力强，从而大幅度提高显示色域。
高色域显示背光源领域应用量子点光致发光量子点膜和量子点板，现有制造方法是采用单层双色谱量子点发光层及其两侧阻隔保护层结构，红、绿色谱的量子点分散于同一色谱层中，实现单层双色谱量子点混合发射红、绿光。采用单层双色谱量子点混合发光技术制造的量子点膜和量子点板工艺较简单。但采用单层双色谱量子点混合发光技术存在不足，其具体表现，例如应用于高色域显示背光领域的量子点膜或量子点板，其常规的发射光谱是530nm绿光及630nm红光；在低量子点含量（如1ppm）时，530nm绿光及630nm红光发射光谱都具有很高的光转换效率的现象，这充分表明了量子点具有高量子效率的特性，但低含量量子点发射的光谱幅值小而达不到应用要求。
因此，为了解决上述问题，本申请提供了一种高效率量子点光学基片及其制备方法，其制备的量子点光学基片有效提高了量子点发射光谱的转换效率以及出光效率，实现了量子点的光学基片的整体光谱转换效率的提高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种高效率量子点光学基片，所述光学基片的结构由下至上包括：光输入层，第一色谱层，散射层，第二色谱层和光输出层；
作为一种优选的方案，所述第一色谱层和第二色谱层中包含量子点荧光微粒；所述量子点荧光微粒为镉系列量子点、磷化铟系列量子点、钙钛矿系列量子点、碳系列量子点中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述第一色谱层和第二色谱层分别发射相应颜色的窄半峰宽色谱；所述第二色谱层中的量子点荧光微粒不吸收第一色谱层发射的色谱波长。
作为一种优选的方案，所述量子点荧光微粒的激发光源为蓝光、紫光、红光中的任一种。作为一种优选的方案，所述第一色谱层和第二色谱层分别发射相应颜色的窄半峰宽色谱；所述第一色谱层发射长度大于600nm的色谱波长；所述第二色谱层发射长度为400~600nm的色谱波长；所述第二色谱层中的量子点荧光微粒不吸收第一色谱层发射的色谱波长。
作为一种优选的方案，所述第一色谱层中的量子点荧光微粒为红光量子点QD-R，发射波长为630nm。
作为一种优选的方案，所述第二色谱层中的量子点荧光微粒为绿光量子点QD-G，发射波长为530nm。
作为一种优选的方案，所述散射层中包含散射微粒；所述散射微粒为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锑中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述散射微粒为纳米二氧化钛和/或纳米二氧化硅。
作为一种优选的方案，所述光输入层和光输出层的厚度为0.1~2mm；所述光输入层和光输出层为量子点阻隔保护层。
作为一种优选的方案，所述光输入层为量子点激发光入射匹配层；所述光输出层为光谱输出匹配层。
作为一种优选的方案，所述量子点激发光为蓝光，发射波长为450nm。
作为一种优选的方案，所述散射微粒的平均粒径为50~60nm；所述散射微粒仅对量子点荧光微粒的激发光和第二色谱层量子点荧光微粒的发射光谱具有散射作用，对第一色谱层量子点荧光微粒的发射色谱不具有散射作用。
作为一种优选的方案，所述散射微粒的平均粒径为50nm。
作为一种优选的方案，所述散射层对于量子点荧光微粒的激发光产生后向散射；所述后向散射产生的激发光再次激发第一色谱层的量子点荧光微粒。
作为一种优选的方案，所述散射层对于第二色谱层量子点发射色谱产生后向散射，该后向散射色谱经光输出层射出，同时散射层对第二色谱层量子点发射色谱产生前向散射，该前向散射色谱被第一色谱层量子点吸收而激发第一色谱层量子点发射光谱。
作为一种优选的方案，所述光输入层，第一色谱层，散射层，第二色谱层和光输出层的制备基材均为热塑性透明树脂材料；所述热塑性透明树脂材料为聚乙烯、乙烯醇共聚物、聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述光输入层的原料，以质量百分比计，包括：酚/胺类助剂0.01~0.5%，热塑性透明树脂补充余量。
作为一种优选的方案，所述第一色谱层的原料，以质量百分比计，包括：有机硅扩散剂0.1~1%，酚/胺类助剂0.01~0.2%，量子点荧光微粒1~100ppm，热塑性透明树脂补充余量。
作为一种优选的方案，所述散射层的原料，以质量百分比计，包括：散射微粒0.05~1%，热塑性透明树脂补充余量。
作为一种优选的方案，所述第二色谱层的原料，以质量百分比计，包括：有机硅扩散剂0.1~1%，酚/胺类助剂0.01~0.2%，量子点荧光微粒1~100ppm，热塑性透明树脂补充余量。
作为一种优选的方案，所述光输出层的原料，以质量百分比计，包括：酚/胺类助剂0.01~0.5%，有机硅扩散剂0.05~2%，热塑性透明树脂补充余量。
作为一种优选的方案，所述第一色谱层和第二色谱层中的量子点荧光微粒的含量浓度比为1~2:1~2。
作为一种优选的方案，所述第一色谱层和第二色谱层中的量子点荧光微粒的含量浓度比为1:1。
作为一种优选的方案，所述酚/胺类助剂为对苯二酚、2-叔丁基苯酚、二苯胺、乙二胺中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述酚/胺类助剂为对苯二酚和二苯胺，质量比为3:2。
作为一种优选的方案，所述有机硅扩散剂为有机硅光扩散剂中的至少一种。
作为一种优选的方案，热塑性透明树脂为聚苯乙烯。
本发明第二方面提供了一种上述高效率量子点光学基片的制备方法，步骤包括以下几步：S1：分别按照配制需要对各层材料进行称量混合；S2：将各层材料混合均匀化，分别通过螺杆挤出，其中第一色谱层和第二色谱层的混合料在氮气保护下进行螺杆挤出；S3：将各层材料熔体通过模内共挤进行层复合，再辊压成型，缓冷及加工。
有益效果：
1、本申请中提供的一种高效率量子点光学基片，其采用的特定的色谱分层结构以及选择性散射的方法，克服了现有量子点器件光谱转换效率较低的技术难点，使制成的量子点光学基片光转换效率得到大幅度提高。
2、本申请中提供的一种高效率量子点光学基片，其采用特定粒径的散射粒子不仅能够对于发射光波进行散射的作用，在特定粒径下的散射微粒可以在聚合树脂的基体体系中形成有效的微孔现象，当基片收到外力作用时，可以通过微孔内的散射粒子表面的羟基与树脂基体的连接作用起到良好的支撑作用，增强了整体光学基片的力学性能。
3、本申请中提供的一种高效率量子点光学基片，其在层材料中加入的对苯二酚和二苯胺，并限定的特定质量比可以有效提高光学基片的长期耐氧化性和耐腐蚀性，苯二酚和二苯胺的共同加入两者能够同时捕捉树脂中的活性游离电子，使其变为不活性电子，从而抑制连续的失电子反应，且相互促进再生；同时两者加入还可以与基体树脂中加入的聚苯乙烯产生协同交联作用，从而将酚胺类物质的链段引入至基体树脂体系当中，增强交联密度。
附图说明
图1为本申请中制备的量子点光学基片结构示意图。
图2为本申请中实施例1中激发光光谱转换示意图。
图3为本申请中实施例1中绿光发射光谱转换示意图。
图4为本申请中实施例1中红光发射光谱转换示意图。
图5为本申请中制备的量子点光学基片制备步骤示意图。
图6为本申请实施例1进行性能测试的结果示意图。
图1~4中：
1-光输入层、2-第一色谱层、3-散射层、4-第二色谱层、5-光输出层、11-激发光、21-红光量子点、31-绿光量子点、41-散射微粒、111-红光量子点激发光分量、112-散射微粒散射光分量、113-绿光量子点激发光分量、114-直接射出光分量、1121-前向分量散射光、1122-前向倾斜分量散射光、1123-后向分量散射光、411-正向分量出射光、412-射向散射层的分量散射光、4122-前向散射分量、4121-后向散射分量、511-蓝光激发光分量、5123-蓝光散射光分量、5122-绿光散射光分量、211-红光、2111-红光第一分量、2122-红光第二分量。
具体实施方式
实施例1
本实施例第一方面提供了一种高效率量子点光学基片，光学基片的结构由下至上包括：光输入层，第一色谱层，散射层，第二色谱层和光输出层；
光输入层的原料，以质量百分比计，包括：酚/胺类助剂0.5%，热塑性透明树脂补充余量。
第一色谱层的原料，以质量百分比计，包括：有机硅扩散剂0.5%，酚/胺类助剂0.1%，量子点荧光微粒50ppm，热塑性透明树脂补充余量。
散射层的原料，以质量百分比计，包括：散射微粒1%，热塑性透明树脂补充余量。
第二色谱层的原料，以质量百分比计，包括：有机硅扩散剂0.5%，酚/胺类助剂0.1%，量子点荧光微粒50ppm，热塑性透明树脂补充余量。
光输出层的原料，以质量百分比计，包括：酚/胺类助剂0.5%，有机硅扩散剂1%，热塑性透明树脂补充余量。
其中，量子点荧光微粒采用美国Nanosys公司镉系CdSe/ZnS量子点。
第一色谱层的量子点荧光微粒为红光量子点荧光微粒QD-R；第二色谱层的量子点荧光微粒为绿光量子点荧光微粒QD-G。
热塑性透明树脂为聚苯乙烯，购买自上海文言塑化有限公司出售的PG-33型透明聚苯乙烯。
酚/胺类助剂为对苯二酚和二苯胺，质量比为3:2；有机硅扩散剂为广州市壹诺化工科技有限公司出售的EP-5518有机硅光扩散剂产品。
散射微粒为纳米二氧化钛，平均粒径为50nm。
本实施例中，波长450nm蓝光作为激发光，第一色谱层为630nm红光色谱层，第二色谱层为530nm绿光色谱层。
光输入层和光输出层的厚度为1mm；光输入层和光输出层为量子点阻隔保护层。
如图1所示，高效量子点光学基片由光输入层1、第一色谱层2、散射层3、第二色谱层4、光输出层5构成；各层按光输入层1、第一色谱层2、散射层3、第二色谱层4、光输出层5顺序排列层叠。第一色谱层包含红光量子点21（QD-R），第二色谱层包含绿光量子点31（QD-G）。所述散射层包含散射微粒41（TiO2）。
如图2所示，散射层3所包含散射微粒41的尺寸小于第二色谱层绿光量子点31发射的530nm绿光波长；因此散射微粒41对530nm绿光具有散射作用。
激发光11从光输入层1外侧输入，激发光11按光谱转换作用包括红光量子点激发光分量111、散射微粒散射光分量112、绿光量子点激发光分量113、直接射出光分量114；散射微粒散射光分量112转换成前向分量散射光1121和前向倾斜分量散射光1122以及后向分量散射光1123，前向分量散射光1121从光输出层射出，前向倾斜分量散射光1122被绿光量子点31吸收，后向分量散射光1123被红光量子点21吸收。
如图3所示，散射层3所包含散射微粒41的尺寸小于第二色谱层绿光量子点31发射的530nm绿光波长；因此散射微粒41对530nm绿光具有散射作用。
绿光量子点31吸收绿光量子点激发光分量113发射绿光，包括从光输出层方向射出的正向分量出射光411、射向散射层的分量散射光412；射向散射层的分量散射光412又转换成前向散射分量4122、后向散射分量4121，前向散射分量4122被红光量子点21吸收，后向散射分量4121从光输出层射出。
如图4中所示，蓝光激发光分量511及蓝光散射光分量5123、绿光散射光分量5122都激发红光量子点21，分别发射红光211、红光第一分量2111、红光第二分量2122。
第一色谱层红光量子点21发射红光211波长为630nm，630nm波长不在第二色谱层绿光量子点31吸收光谱带内，第二色谱层绿光量子点31不吸收第一色谱层红光量子点21发射的630nm红光211色谱，即630nm红光211色谱无损耗地透过第二色谱层4。由于散射层3所包含散射微粒41的尺寸小于第二色谱层绿光量子点31发射的530nm绿光波长；而对第一色谱层红光量子点21发射的630nm红光没有散射作用，因此630nm红光无损耗地透过散射层3。
如图5所示，本实施例第二方面提供了一种上述高效率量子点光学基片的制备方法，步骤包括以下几步：S1：分别按照配制需要对各层材料进行称量混合；S2：将各层材料混合均匀化，分别通过螺杆挤出，其中第一色谱层和第二色谱层的混合料在氮气保护下进行螺杆挤出；S3：将各层材料熔体通过模内共挤进行层复合，再辊压成型，缓冷及加工。
如图6所示，对于本实施例所制得光学基片性能测试结果示意图。
对比例1
本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于： QD-R、QD-G的色谱层混合为一层且不存在散射层。
对比例2
本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：QD-R、QD-G的色谱层混合为一层且不存在散射层， QD-G量子点荧光微粒为100ppm。
性能评价
光学基片不分层测试：采用荧光分光光度计对于实施例和对比例制得的光学基片进行测试，每个实施例对比例测试5个试样，测得的外量子效率数值的平均值记入表1。
表1
Figure 913449DEST_PATH_IMAGE001
通过实施例，对比例可以得知，本发明提供的一种高效率量子点光学基片，其制备的光学基片具有优异的量子点光学基片光转换效率，特别是在相同QD-G浓度条件下较大幅度提高QD-G的外量子效率，克服了现有量子点器件光谱转换效率较低的技术难点，并且同时具有良好防腐蚀性以及力学性能，适宜在光致发光领域推广，具有广阔的发展前景。

Claims (2)

1.一种高效率量子点光学基片，其特征在于：所述光学基片的结构由下至上包括：光输入层，第一色谱层，散射层，第二色谱层和光输出层；
所述第一色谱层和第二色谱层中包含量子点荧光微粒；所述量子点荧光微粒为镉系CdSe/ZnS量子点；
所述量子点荧光微粒的激发光源为450nm蓝光；
所述第一色谱层和第二色谱层分别发射相应颜色的窄半峰宽色谱；所述第二色谱层中的量子点荧光微粒不吸收第一色谱层发射的色谱波长；
所述光输入层和光输出层的厚度为0.1~2mm；所述光输入层和光输出层为量子点阻隔保护层；
所述光输入层为量子点激发光入射匹配层；所述光输出层为光谱输出匹配层；
所述散射层中包含散射微粒；所述散射微粒为纳米二氧化钛；
所述散射微粒的平均粒径为50~60nm；所述散射微粒仅对量子点荧光微粒的激发光和第二色谱层量子点荧光微粒的发射光谱具有散射作用，对第一色谱层量子点荧光微粒的发射色谱不具有散射作用；
所述散射层对于量子点荧光微粒的激发光产生后向散射；所述后向散射产生的激发光再次激发第一色谱层的量子点荧光微粒；
所述散射层对于第二色谱层量子点发射色谱产生后向散射，该后向散射色谱经光输出层射出，同时散射层对第二色谱层量子点发射色谱产生前向散射，该前向散射色谱被第一色谱层量子点吸收而激发第一色谱层量子点发射光谱；
所述光输入层的原料，以质量百分比计，包括：酚/胺类助剂0.5%，热塑性透明树脂补充余量；
所述第一色谱层的原料，以质量百分比计，包括：有机硅扩散剂0.5%，酚/胺类助剂0.1%，量子点荧光微粒50ppm，热塑性透明树脂补充余量；
所述散射层的原料，以质量百分比计，包括：散射微粒1%，热塑性透明树脂补充余量；
所述第二色谱层的原料，以质量百分比计，包括：有机硅扩散剂0.5%，酚/胺类助剂0.1%，量子点荧光微粒50ppm，热塑性透明树脂补充余量；
所述光输出层的原料，以质量百分比计，包括：酚/胺类助剂0.5%，有机硅扩散剂1%，热塑性透明树脂补充余量；
所述所述第一色谱层和第二色谱层中的量子点荧光微粒的含量浓度比为1:1；
所述酚/胺类助剂为对苯二酚和二苯胺，质量比为3:2；
所述有机硅扩散剂为有机硅光扩散剂中的至少一种；
所述热塑性透明树脂为聚苯乙烯。
2.一种根据权利要求1所述的高效率量子点光学基片的制备方法，其特征在于：S1：分别按照配制需要对各层材料进行称量混合；S2：将各层材料混合均匀化，分别通过螺杆挤出，其中第一色谱层和第二色谱层的混合料在氮气保护下进行螺杆挤出；S3：将各层材料熔体通过模内共挤进行层复合，再辊压成型，缓冷及加工。
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