CN115636969A - 一种量子立方蓝光转换青光膜及其在照明灯具和显示器件中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种化学合成的450纳米“有害“蓝光吸收和478纳米“有益”青光发射的量子立方材料，该材料适用于制备高分子载体的蓝光转换光学膜，该膜片可以用于低“有害”450纳米蓝光照明灯具和高“有益”478纳米青光的护眼照明和护眼显示器件。此方法原料方便易得，合成速度快，操作简单，适合大规模批量生产。

Description

一种量子立方蓝光转换青光膜及其在照明灯具和显示器件中 的应用

技术领域

本发明属于涉及一种提高纳米材料在防蓝光有机高分子光学膜的方法，更进一步地说，本发明属于一种450纳米“有害”蓝光吸收和478纳米“有益”青光发射的量子立方防蓝光光学膜的制备技术和护眼照明灯具和护眼显示器件的应用方法。

背景技术

众所周知，目前工业上大规模应用的照明和显示器件中常用的450纳米蓝光LED对人类的眼睛具有不可逆转的严重危害，这类对人眼“有害”蓝光可以引发三方面的损伤，其一，蓝光会对眼睛结构造成严重损伤，450nm波长的蓝光会穿过晶状体直达眼底，对眼底黄斑部的视网膜色素上皮细胞造成严重伤害，导致视网膜色素上皮细胞的萎缩甚至死亡，进而导致黄斑病变和白内障；其二，由于不同波长在晶状体中的折射率不同，不同波长的光在眼底的聚焦点位置会有偏移，相比长波的绿光和红光而言，450纳米“有害”蓝光的聚焦点偏移度更高，眼球在接受多重波长的光时，需要不断调节晶状体来调节聚焦点，这会给眼球带来巨大压力，进而引起视觉疲劳和眩光症；其三，450纳米蓝光信号对大脑皮层具有更强的刺激作用，长时间暴露于蓝光之下会抑制大脑对时间节律的判断，抑制褪黑素的分泌，进而导致节律紊乱。对此，减弱蓝光对我们的影响是我们亟待解决的问题。

现阶段较为通行的蓝光防护技术可以分为“软，硬”两种。其中“软”防蓝光就是以防蓝光眼镜、防蓝光覆膜、防蓝光软件等降低光源的蓝光强度等通过软件解决的手段。而“硬”防蓝光的方式则是指通过硬件处理过滤掉致病蓝光。一般而言，我们一般认为防蓝光覆膜产品的机理有三种：其一，通过负载其他的吸光材料吸收一定波长的蓝光；其二，通过干涉和衍射使蓝光强度减弱或改变波长；其三、通过反射材料阻断蓝光。

现阶段绝大多数的防蓝光眼镜或防蓝光覆膜主要是以第二种手段减少蓝光的穿透，也有少量产品是利用反射材料阻断蓝光穿透，进而减少蓝光对人眼的危害。然而现阶段市售的防蓝光产品中，利用第一种手段的主要采用高分子材料复合有机染料，其使用寿命十分有限；利用第二种手段的主要用二氧化硅或其他氧化物构成光栅，其对蓝光的吸收和减弱效果极为有限；而第三种手段实现起来成本较为昂贵，很难用于商品大规模生产。因此发明一种低成本、高效能、长寿命的450纳米“有害”蓝光吸收和478纳米“有益”青光发射的量子立方防蓝光光学膜极为重要。

高显色全光谱LED在各个照明领域的应用已经是大势所趋，特别是高端室内照明、手术灯、护眼灯、博物馆照明等对光谱质量要求高的领域。目前市场上主要应用的白光LED采用450 nm蓝光芯片激发黄色荧光粉的方式，但这种LED光源的显色指数较低，并可能带来蓝光危害的问题。另外一种实现白光LED的方式是采用380-420 nm紫光芯片激发RGB多色荧光粉技术，虽然不存在蓝光危害的困扰，但在蓝光和绿光之间（450-500 nm）波段的光谱存在青光“波谷”(cyan gap)，从而降低了光谱连续性，导致显色性不足，因此不能还原真实世界。解决LED光谱凹陷这个问题的直接策略是：引入高效青色荧光粉来弥补缺失的蓝绿光谱部分，从而大大增强了光谱连续性与完整性，实现光源的高显色性、高还原度与高饱和度。但是，低成本、高效能、长寿命的450纳米蓝光激发，478纳米青光发射的荧光材料极为稀缺。

量子立方，又称之为“立方块”状的钙钛矿晶体结构的纳米晶，由几百到上千个原子组成的无机纳米颗粒，外面包覆有机配体，其颗粒尺寸通常在纳米数量级。由于量子立方可以通过调节尺寸、组分、配体等要素实现对其发射光谱的可控调节，在LED照明，显示器件等诸多领域显示出巨大的潜力和应用价值。对于II-VI族量子点材料而言，量子立方材料其在还具有诸多独特的优势，例如：其吸收截面大，发光效率高，稳定性更强，更不易老化，可以精准控制粒径，实现精准光学控制；不含有镉这种有毒元素，避免环境污染和对人体的毒性，更为绿色安全，健康环保。

发明内容

本发明的目的是提供一种“一锅法”合成出一种450纳米“有害”蓝光吸收和478纳米“有益”青光发射量子立方材料，借鉴于防蓝光量子立方合成方案，本方案采用碳酸铯、乙酸铅、油酸和油胺、十八烯反应原材料，加热形成透明的透明溶液，然后将反应温度急剧升高至200°C，加入苯膦酰二氯和四苯基溴化磷，得到9纳米的量子立方产物。本方法有效解决了纳米材料在高分子溶胶中的溶解度较低问题，此胶水制备的聚合物薄膜对波长450nm的蓝光吸收能力强，同时对478纳米青光发射强%。此方法原料方便易得，合成速度快，操作简单，适合大规模批量生产。

一种450纳米蓝光吸收和478纳米青光发射量子立方材料的合成方法，具体包括以下几个步骤：

a）将含有铅化合物和含有铯化合物放入三颈烧瓶中，加入油酸和油胺及十八烯作为配体及溶剂，在200摄氏度加热搅拌溶解并抽真空，得到铅和铯前体的反应混合物溶液；

b）将苯膦酰二氯和四苯基溴化磷和加入十八烯中，加热搅拌溶解并抽真空，升温之溶解，溴氯复合前驱体溶液；

c）将上述b溶液注射入a溶液中,反应30秒；

d）将溶液降温至室温，加入甲苯和乙酸甲酯，混匀后离心，保留底层沉淀；

f）将紫外固化的高分子溶胶加入底层沉淀，搅拌均匀并获得均一的量子立方高分子溶胶；

g）将高分子溶胶涂布在聚合物载体膜上，放于紫外光下光照固化，即得量子点膜片产品。

本发明能够应用于照明灯具和显示器等产品中。

本发明的核心技术在于，铅和铯前体的反应混合物溶液与溴氯复合前驱体溶液反应，通过控制反应温度调控所得到的量子立方材料的尺寸，经离心得到量子立方材料，对于450纳米的蓝光具有强吸收，对于478纳米的青光具有强发射。该方法反应温度低，原料便宜，合成速度快，操作简单，可扩大体积至工业级别进行生产。

附图说明

图1 450纳米蓝光吸收和478纳米青光发射量子立方的扫描透射电镜图。

图2 450纳米蓝光吸收和478纳米青光发射量子立方的边长尺寸统计图，量子立方的平均边长尺寸约 9 nm。

图3 450纳米蓝光吸收和478纳米青光发射量子立方的紫外吸收光谱图。

图4 450纳米蓝光吸收和478纳米青光发射量子立方膜的在455nm，400nm,375nm激发状态下的荧光光谱图。

图5 450纳米蓝光吸收和478纳米青光发射量子立方膜的荧光产率与激发位置的对应关系图。

图6 450纳米蓝光吸收和478纳米青光发射量子立方防蓝光膜的测试效果图，左边（未加膜），右边（加膜）。

具体实施方式

实例一：1.5毫摩尔水合乙酸铅和0.5 毫摩尔碳酸铯，以及5 毫升油酸和10毫升油胺作为封端配体和60 毫升十八烯作为溶剂。然后将混合物在室温下脱气30分钟，然后在100℃真空下加热，直到形成透明的透明溶液。然后将反应温度急剧升高至200°C，并将4毫摩尔苯膦酰二氯和10 毫摩尔四苯基溴化磷的十八烯溶液(10毫升)，快速注入含有铅和铯前体的反应混合物中。反应混合物中的立即沉淀表明450纳米吸收量子立方的形成，然后在冰水浴中30秒后迅速猝灭。将固化的粗反应产物置于室温并与20mL甲苯和40mL 乙酸甲酯混合，并以5000转离心20分钟。丢弃含有未反应前体和配体的上清液。然后将量子立方沉淀分散在20 mL树脂单体中用于进一步测试（透射电镜照片及尺寸分布见图一、二，）。将市售的高分子UV胶加入沉淀中，机械搅拌至量子立方固体均匀分散形成淡绿色粘稠液体，将液体均匀涂布在PET基膜上，放置于紫外灯下固化30秒，即可得到量子立方光学膜产品（吸收光谱、荧光光谱、荧光量子产率见图三、四、五）。量子立方膜片在照明灯具的应用方案，根据照明灯具的性质，将量子立方膜放置裁成合适尺寸，放置于灯具扩散板的后方，组装得到低蓝光全光谱护眼照明灯具(见图六)。量子立方膜片在显示器件中的应用方案，根据显示器件的性质，将量子立方膜放置裁成合适尺寸，放置于显示器件扩散板的上方或者下扩散膜的上方，组装得到低蓝光全光谱护眼显示器件。

实例二： 15 毫摩尔水合乙酸铅和5 毫摩尔碳酸铯，以及50 毫升油酸和100 毫升油胺作为封端配体和600 毫升十八烯作为溶剂。然后将混合物在室温下脱气30分钟，然后在100℃真空下加热，直到形成透明的透明溶液。然后将反应温度急剧升高至200°C，并将80 毫摩尔苯磺酰氯和100 毫摩尔四苯基溴化磷的十八烯溶液(100毫升)，快速注入含有铅和铯前体的反应混合物中。反应混合物中的立即浑浊表明450纳米吸收量子立方的形成，然后在冰水浴中30秒后迅速猝灭。然后将固化的粗反应产物分散在树脂单体中用于进一步测试。将市售的高分子UV胶加入沉淀中，机械搅拌至量子立方均匀分散形成淡绿色粘稠液体，将液体均匀涂布在PET基膜上，放置于紫外灯下固化30 秒，即可得到量子立方光学膜产品。其应用方式与实例1相同。

Claims (5)

1.一种450纳米蓝光吸收和478纳米青光发射量子立方材料及光学膜的制备方法及其在照明灯具和显示器件的应用，其特征在于：量子立方光学膜具有450纳米蓝光强吸收，同时具有478 纳米青光区域强发射。

2.根据权利要求1中所述量子立方材料的制备方法，其特征在于，所述卤源为含氯和溴的有机膦化物或者磺化物，优选为苯膦酰二氯、苯磺酰氯、四苯基溴化磷等。

3.根据权利要求1中所述量子立方光学膜的制备方法，其特征在于，将量子立方沉淀分散在20 mL树脂单体中与高分子UV胶机械搅拌至量子立方均匀分散形成淡绿色粘稠液体，将液体均匀涂布在PET基膜上，放置于紫外灯下固化30 秒，得到量子立方光学膜产品。

4.根据权利要求1 所述的照明灯具应用，其特征在于：所述发光装置为LED照明装置，包括室内照明平板灯、室内照明筒灯、台灯，其所述蓝光光源为445 -450纳米；根据照明灯具的性质，将量子立方膜放置裁成合适尺寸，放置于灯具扩散板的后方，组装得到低蓝光全光谱护眼照明灯具。

5.根据权利要求1 所述的显示器件应用，其特征在于：所述发光装置为显示器件，包括电视、教育电子白板、电脑显示器、笔记本电脑、平板电脑，手机，所述蓝光光源为445 -450纳米；根据显示器件的性质，将量子立方膜放置裁成合适尺寸，放置于显示器件扩散板的上方或者下扩散膜的上方，组装得到低蓝光全光谱护眼照明灯具。

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