CN115895638A - 一种量子立方光正红色转换膜及其在广色域显示器件中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种化学合成的锰掺杂铯铅碘630纳米正红色发光的量子立方材料的方法，通过用甲基丙烯酸月桂脂代替传统的十八烯，改善前驱体的溶解度，获得了直径为4.2nm的超小锰掺杂铯铅碘量子立方材料。由于该材料不含溴，是稀缺的纯碘的正红光材料，具有很好的光学稳定性。与传统的铯铅溴碘复合膜相比，本发明方法制备的光学膜表现出优异的稳定性，并且避免了溴碘相分离引起的发光峰移动。该光学膜用于显示器背光，实现了96%的Rec.2020广色域。本发明的光学膜片可以有效提升显示显示器件电视、教育电子白板、电脑显示器、笔记本电脑、平板电脑，手机的色域，同时具有较高的光学稳定。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

一种量子立方光正红色转换膜及其在广色域显示器件中的应用

技术领域

本发明属于涉及一种正红光（620-640nm）发光钙钛矿量子立方材料制备方法，以及630纳米发射光学膜的制备工艺，更进一步，本发明属于一种正红光发射的量子立方光学膜的制备技术及实现广色域显示器件的方法。

背景技术

量子立方，又称之为“立方块”状的钙钛矿晶体结构的纳米晶体，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独特的优势，例如：其吸收截面大，发光效率高，稳定性高，可以精准光学性质。

胶体钙钛矿量子立方由于其高亮度、窄发射线宽和连续可调的带隙，在过去几年中在钙钛矿发光二极管和显示器背光中引起了极大的关注。钙钛矿LED在绿色、深红色和近红外发射区的性能已得到改善。然而，对于发正红光630纳米的钙钛矿量子立方材料而言，传统的方法采用溴碘混合卤化物钙钛矿，但是由缺陷引起的较差的结构稳定性和相分离限制了铯铅溴碘混合物材料在正红色发射区（620-640nm）中的应用。

近年来，铯铅碘钙钛矿量子立方材料作为一种有前景的材料被开发出来，以满足正红色发光二极管的标准。但是，铯铅碘材料通常在深红色区域(670-690 nm)发光，不在正红色发射区（620-640nm）。另外，铯铅碘材料不稳定，容易变成不发光的黄相。掺杂锰或者稀土离子可使铯铅碘在深红色区域(670-690 nm)稳定。然而，Mn的高进料比导致PbI2的析出，阻碍了该方法在正红色区域(620-640 nm)的应用。因此，铯铅碘630纳米正红色发光的量子立方材料仍然是一个没有解决的难题。

发明内容

本发明使用甲基丙烯酸月桂酯代替十八烯作为反应溶剂，通过热注射合成直径仅为4.2nm的超小锰掺杂铯铅碘量子立方材料。通过调整甲基丙烯酸月桂酯的量，原始锰掺杂铯铅碘量子立方溶液的发射峰可以从653nm变化到630 nm。采用Mn/Pb的进料比合成α-CsPbI3量子点。相应量子立方膜的发射峰在638～627nm的正红色区域被调节。正红色钙钛矿量子立方聚合物复合膜表现出比常规混合卤化物钙钛矿量子立方聚合物复合膜更好的稳定性。在连续强辐射下，混合卤化物钙钛矿膜发生相分离，荧光量子产率在3小时内急剧下降。相反，连续辐照24小时后，锰掺杂铯铅碘量子立方聚合物复合膜的荧光量子产率仍保持73%。因此，通过绿色铯铅溴量子立方聚合物复合膜和正红色锰掺杂铯铅碘量子立方聚合物复合膜制备下转换钙钛矿量子立方显示器件背光，色域可以覆盖96%的Rec.2020。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。

一种锰掺杂铯铅碘630纳米正红色发光的量子立方材料的合成方法，具体包括以下几个步骤：

a）将含有将油酸、油胺、异辛酸、甲基丙烯酸月桂脂、碘化铅、电话锌、乙酸锰和1-碘吡咯烷-2,5-二酮装入三颈圆底烧瓶中并脱气，并升温至110摄氏度溶解形成前驱体；

b）加入铯前驱体溶液，反应5分钟，将反应溶液冷却，形成含有产物的粗溶液，并提纯。获得锰掺杂铯铅碘630纳米正红色发光的量子立方材料

c）将紫外固化的高分子溶胶加入提纯产物，搅拌均匀并获得均一的锰掺杂铯铅碘630纳米正红色发光的量子立方高分子溶胶；

d）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，即得锰掺杂铯铅碘630纳米正红色发光的量子立方材料光学膜产品。

本发明能够应用于广色域显示器，如电视、教育电子白板、电脑显示器、笔记本电脑、平板电脑，手机等产品中。

本发明的核心技术在于，铅、锰、锌及含碘的前驱体的反应混合物溶液与铯前驱体溶液反应，通过控制反应温度调控所得到的锰掺杂铯铅碘量子立方材料的尺寸，经离心纯化得到量子立方材料，该材料制作的光学膜在630纳米的正红色区域具有窄的强发射，其绝对荧光量子产率可达73%。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。通过绿色铯铅溴量子立方聚合物复合膜和正红色锰掺杂铯铅碘量子立方聚合物复合膜制备下转换钙钛矿量子立方显示器件背光，色域可以覆盖96%的Rec.2020。

附图说明

图1锰掺杂铯铅碘正红色630纳米发光的量子立方材料的扫描透射电镜图。

图2锰掺杂铯铅碘正红色630纳米发光的量子立方材料的边长尺寸统计图，量子立方的平均边长尺寸约 4 nm。

图3锰掺杂铯铅碘正红色630纳米发光的量子立方材料的紫外吸收光谱图。

图4锰掺杂铯铅碘正红色630纳米发光的量子立方材料的荧光光谱图。

图5锰掺杂铯铅碘正红色630纳米发光的量子立方材料的荧光寿命图。

图6 锰掺杂铯铅碘正红色630纳米发光的量子立方材料光学膜的荧光量子产率随激发峰位的变化图。

图7锰掺杂铯铅碘正红色630纳米发光的量子立方材料光学膜的横截面扫描电镜图和光学膜的在室内光和紫外光的照片图。

图8 锰掺杂铯铅碘正红色630纳米发光的量子立方材料光学膜的稳定性测试图，同时630纳米发光铯铅溴碘光学膜的稳定性也作为对比样品给出。

图9锰掺杂铯铅碘正红色630纳米发光的量子立方材料光学膜在显示器件背光的测试效果图。图a,背光架构图，图b,背光的光谱图，图c,色域图,采用该膜片的背光覆盖高达96% Rec.2020。

具体实施方式

实例一：甲基丙烯酸月桂酯中锰掺杂铯铅碘量子立方材料的合成。将8 mL油酸、8mL油胺、1 mL 异辛酸、8 mL甲基丙烯酸月桂脂、640 mg 碘化铅、640 mg 碘化锌、640 mg乙酸锰和608 mg 1-碘吡咯烷-2,5-二酮装入100 mL三颈圆底烧瓶中并脱气。加热溶液以溶解前驱体，并在真空下保持110℃约15分钟。然后将温度升至100℃，并在剧烈搅拌下快速注入1.5 mL制备的铯前驱体溶液。反应5分钟后，将反应溶液冷却。将固化的粗反应产物置于室温并与乙酸甲酯以1:4的体积比混合，并以10000转离心20分钟。丢弃含有未反应前体和配体的上清液。得到的产物（TEM见图1，尺寸分布图见图2）取0.5克与市售的20克高分子UV胶机械搅拌至均匀分散形成淡红色粘稠液体，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、荧光寿命，荧光量子产率，膜片横截面扫描电镜图，膜片稳定性测试图见图3、4、5、6、7、8）。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，组装得到广色域显示器件（显示器件组组装图及色域图见图9）。

实例二：甲基丙烯酸月桂酯中锰掺杂铯铅碘量子立方材料的合成。将8 mL油酸、8mL油胺、1 mL 异辛酸、12 mL甲基丙烯酸月桂脂、640 mg 碘化铅、640 mg 碘化锌、640 mg乙酸锰和608 mg 1-碘吡咯烷-2,5-二酮装入100 mL三颈圆底烧瓶中并脱气。加热溶液以溶解前体，并在真空下保持110℃约15分钟。然后将温度升高至100℃，并在剧烈搅拌下快速注入1.5 mL制备的铯前驱体溶液。反应5分钟后，将反应溶液冷却。将固化的粗反应产物置于室温并与乙酸甲酯以1:4的体积比混合，并以10000转离心20分钟。丢弃含有未反应前体和配体的上清液。得到的产物取 0.5克与市售的20克高分子UV胶机械搅拌至均匀分散形成淡红色粘稠液体，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 (4)

1.一种锰掺杂铯铅碘630纳米正红色发光的量子立方材料及光学膜的制备方法及其在显示器件的应用，其特征在于：量子立方光学膜为纯碘化物钙钛矿材料，不含溴，且具有630纳米正红光强发射。

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630纳米正红光发射的钙钛矿量子立方组成为：尺寸为4.2纳米的锰掺杂铯铅碘晶体材料。

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，将量子立方分散在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红色粘稠液体，将液体均匀涂布在PET基膜上，放置于紫外灯下固化30 秒，得到正红色量子立方光学膜产品。

4. 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 -455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，放置于显示器件导光板的上方，绿色铯铅溴量子立方膜的下方，并且组装得到广色域显示器件背光。

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