CN117821061A - 量子点气凝胶、量子点固化胶、量子点光学膜及其制备方法、显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种量子点气凝胶、量子点固化胶、量子点光学膜及其制备方法、显示设备，量子点光学膜的制备方法为：将量子点溶解在非极性溶剂中形成量子点溶液，将量子点溶液分散吸附在粉末状的气凝胶内以形成量子点粉；将量子点粉和固化胶在高于烷烃溶剂的熔点温度下混合搅拌，使量子点粉分散于固化胶中；将含有量子点粉的固化胶涂覆在基材上经固化形成量子点光学膜。尽管工作温度的上升和短波长光(波长<500nm)的激发产生的能量会使发光量子点表面配体脱落，但脱落的配体游离在液态溶剂中实现量子点表面配体的自我修复，提高量子点稳定性。气凝胶在固化胶的分散性更好，阻隔水氧能力更强，多孔气凝胶的强吸附性还能防止工作时液态的烷烃溶剂泄露。

Description

量子点气凝胶、量子点固化胶、量子点光学膜及其制备方法、 显示设备

技术领域

本发明涉及纳米材料以及荧光显示技术领域，特别是涉及一种量子点气凝胶、量子点固化胶、量子点光学膜及其制备方法、显示设备。

背景技术

量子点是一种纳米半导体材料，量子点具有十分优异的光学性能，通过尺寸或者组分调节，可以获得从紫外光到可见光，再从可见光到红外光等不同发射波长的量子点材料。量子点的合成工艺简单，原料广泛，波长可谐调，同时，量子点材料拥有接近100％的荧光量子产率，发射峰窄，光的色纯度高，在显示领域具有非常大的潜力和商业应用价值。

作为一种光转化材料，量子点可以将蓝色的背光转化成其他不同颜色的光，在这一过程中，空气中的水份和氧气会慢慢侵蚀量子点，使量子点表面配体脱落或表面元素氧化，增加量子点自身的缺陷造成量子点的光学性能下降，从而影响量子点的使用。为了克服水和氧气对量子点的影响，提高量子点的稳定性，最简单直接的办法就是让量子点隔绝水氧，将量子点封装起来。目前，量子点主要的封装手段有：1)将量子点封装在胶水中；2)将量子点直接嵌入分散到聚合物；3)对量子点进行包覆，例如二氧化硅等，这些技术手段都是在量子点的基础上对量子点进一步的物理保护，从而实现量子点在应用中的稳定性。然而，即便隔绝了水氧，工作中温度的上升和蓝光的激发产生的能量均会使发光量子点的表面配体脱落，量子点的发光效率降低。固体封装下的量子点这一配体脱落的过程是不可逆的，因此损伤性也是永久的。

发明内容

本发明在于提供一种量子点气凝胶、量子点光学膜及其制备方法，以解决工作状态下由于温度的上升和蓝光的激发产生的能量使发光量子点的表面配体脱落，导致固体封装下的量子点的配体脱落的过程不可逆的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

在第一方面，本发明提供一种量子点气凝胶，包括：

气凝胶，内部具有多孔结构；

量子点溶液，呈复数个小颗粒分散于所述多孔结构中，所述量子点溶液包括量子点和烷烃溶液，所述量子点溶解于所述烷烃溶液；烷烃溶剂在所述量子点气凝胶工作期间处于溶解状态。

在其中一实施例中，所述烷烃溶剂包括十七烷溶剂、十八烷溶剂、十九烷溶剂中的至少一者。

在其中一实施例中，所述量子点溶液还包括溶解于所述烷烃溶剂中且与所述量子点表面配体相一致的修复配体。

在第二方面，本发明提供一种量子固化胶，包括固化胶及前文所述的量子点气凝胶，所述量子点气凝胶与所述固化胶混合搅拌使得所述量子点气凝胶分散于所述固化胶中。

在其中一实施例中，所述固化胶为光固化胶或者热固化胶。

在第三方面，本发明提供一种量子点光学膜，包括基材及前文所述的量子点固化胶，所述量子点固化胶涂覆于所述基材并固化。

在第四方面，本发明提供一种量子点光学膜的制备方法，包括如下步骤：

将量子点溶解在烷烃溶剂中形成量子点溶液，将量子点溶液分散吸附在粉末状的气凝胶内以形成量子点粉；

将量子点粉和固化胶在高于烷烃溶剂的熔点温度下混合搅拌，使量子点粉分散于固化胶中；

将含有量子点粉的固化胶涂覆在基材上经固化形成量子点光学膜。

在其中一实施例中，在将量子点溶解在烷烃溶剂的步骤中，选择十七烷溶剂、十八烷溶剂和十九烷溶剂中的至少一者。

在其中一实施例中，在形成量子点固化胶的步骤之前，还向烷烃溶剂中添加与量子点表面配体相一致的修复配体。

在第五方面，本发明提供一种量子点光学膜，所述量子点光学膜采用前文所述的量子点光学膜的制备方法制备而得。

在第六方面，本发明提供了一种显示设备，所述显示设备包括上述的量子点光学膜。

由上述技术方案可知，本发明实施例至少具有如下优点和积极效果：

本发明实施例的量子点气凝胶、量子点固化胶、量子点光学膜及其制备方法、显示设备，由于光学膜工作运行时温度会上升，从而使得光学膜中的烷烃溶剂呈液体状态，光学膜中的量子点在工作时处在液体包裹中，当激发光或者高温使得量子点配体脱落后可以在液体中实现自修复，大大提高了量子点在工作中的稳定性。同时，疏水性的液体能够提供更好的水氧阻隔效果，降低成本，提升光学膜稳定性。由此可见，尽管工作中温度的上升和蓝光的激发产生的能量均会使发光量子点表面配体脱落，但量子点时刻处于被液态的烷烃溶剂包裹，脱落的配体游离在液态的烷烃溶剂中实现量子点表面配体的自我修复，提高量子点稳定性。

进一步地，本发明实施例中的量子点溶液是吸附在气凝胶内部，即量子点溶液的固态和液态之间的切换都是在气凝胶内部进行的，进而避免了工作中时液态的烷烃溶剂的泄露。

此外，将量子点溶剂分散于气凝胶后，气凝胶加强了光学膜的阻隔水氧能力，进一步提升了量子点光学膜的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例量子点气凝胶的结构示意图；

图2为量子点固化胶的结构示意图；

图3为量子点光学膜的结构示意图；

图4为量子点光学膜的制备流程示意图；

图5为量子点固化胶在显微镜下的图像；

图6为量子点光学膜的实物图；

图7为本发明一实施例量子点光学膜的显微镜图像及其荧光显微镜图像；

图8为本发明又一实施例量子点光学膜的显微镜图像及其荧光显微镜图像；

图9为本发明又一实施例量子点光学膜的显微镜图像及其荧光显微镜图像。

附图标记说明如下：

10、量子点气凝胶；20、量子点固化胶；30、量子点光学膜；40、基材；100、气凝胶；200、量子点溶液。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参考图1，本发明提供了一种量子点气凝胶10，该量子点气凝胶10包括气凝胶100和量子点溶液200，气凝胶100的内部具有多孔结构，量子点溶液200呈复数个小颗粒分散于气凝胶100的多孔结构中，量子点溶液200中的每个细小颗粒在表面张力作用下吸附在多孔结构内。其中，量子点溶液200包括量子点和烷烃溶剂，量子点溶解于烷烃溶剂中，烷烃溶剂在量子点气凝胶10工作期间处于溶解状态。

需要注意的是，烷烃溶剂在量子点气凝胶10工作期间处于溶解状态是保证量子点具有配体自我修复能力的关键。具体的烷烃溶剂根据量子点气凝胶10所处的工作环境的改变而改变。厂家可以根据不同的工作环境温度选用不同熔点的烷烃溶剂，示例性的，在一可选的实施例中，常见的工作温度范围在20℃～32℃之间，则烷烃溶剂的熔点低于20℃。或者，在另一实施例中，工作环境温度范围为40℃～50℃，则烷烃溶剂的熔点低于40℃。

参考图2，本发明还提供了一种量子点固化胶20，该量子点固化胶20包括气凝胶和量子点气凝胶10，量子点气凝胶10和气凝胶混合搅拌使得量子点气凝胶10分散于气凝胶中。该量子点固化胶20可以将蓝色的背光转化成其他不同颜色的光。

参考图3，本发明还提供了一种量子点光学膜30，该量子点光学膜30包括基材40和量子点固化胶20，量子点固化胶20可以涂覆在基材40，涂覆在基材40上的量子点固化胶20经固化后贴附于基材40。图3示意了基材40的数量为两片，两片基材40将量子点固化胶20夹设在其中。当然，厂家也可以根据使用需求选择一片基材40来涂覆量子点固化胶20。需要理解，前文的量子点气凝胶10和量子点固化胶20还可以应用于其他领域来固化使用。

其中，量子点光学膜30可以应用于显示设备，例如可以制备电子设备的显示屏幕来使用。

需要说明的是，在量子点光学膜30的使用中，空气中的水分和氧气会侵入量子点光学膜30内部而侵蚀量子点，使量子点表面的配体脱落或者表面元素氧化，进而导致量子点的光学性能下降，现有的封装手段即使隔绝了水氧，工作中温度的上升和蓝光的激发产生的能量均会使发光量子点的表面配体脱落，使得量子点的发光效率降低，且在现有封装技术中，量子点的配体脱落过程是不可逆的，量子点的损伤是永久的。

为了解决上述问题，本发明提供的量子点光学膜30中的量子点溶液200是将量子点溶解于烷烃溶液中，烷烃溶剂的熔点低于工作温度，且烷烃溶剂在工作温度的条件下处于液体状态。因此，量子点光学膜30在工作时，温度逐渐升高使得烷烃溶剂熔化而处于液体状态，量子点处于被液态的烷烃溶剂包裹中，此时尽管激发光或者高温使得量子点表面配体脱落，但是脱落的配体游离在液态的烷烃溶剂中能够实现量子点表面配体的自我修复，提高量子点稳定性。当量子点光学膜30处于非工作状态，即量子点溶液200的温度降到烷烃溶剂的熔点之下，量子点光学膜30中的烷烃溶剂由液态切换至固态，此时经配体修复后的量子点再次被限制在固体颗粒中而维持表面配体的稳定。对于常见的工作温度范围在20℃～32℃之间的量子点气凝胶10、量子点固化胶20或者量子点光学膜30而言，可以选择十七烷溶剂、十八烷溶剂和十九烷溶剂中的至少一种烷烃溶剂来溶解量子点。

由此可见，量子点溶液200在量子点光学膜30中处在可以切换的固态和液态两种状态下。在工作温度下，量子点光学膜30未工作时，量子点处在被固体包裹状态。在工作时，由于温度升高，量子点在量子点光学膜30中是以液体包裹的形式存在。尽管工作中温度的上升和蓝光的激发产生的能量均会使发光量子点表面配体脱落，但量子点时刻处于被液态的烷烃溶剂包裹中，脱落的配体游离在液态的烷烃溶剂中实现量子点表面配体的自我修复，提高量子点稳定性。量子点在烷烃溶液中能够实现配体的动态平衡，具有自我修复能力，当激发蓝光和高温导致的量子点表面配体脱离现象时可以在关机时实现自我修复。同时，疏水性的溶剂能够提供更好的水氧阻隔效果，降低成本，提高量子点光学膜30的稳定性。

一实施例中，量子点溶液200还包括溶解于烷烃溶剂中且与量子点配体相一致的修复配体，修复配体用于修复量子点的表面。通过添加额外的修复量子点配体能够促进量子点配体的自修复过程，进一步提高量子点的稳定性。

进一步地，由于量子点光学膜30工作时，温度升高会使得烷烃溶剂从固态切换至液态，液态的烷烃溶剂具有流动性，存在泄露风险。为了防止量子点光学膜30工作时液态的烷烃溶剂的泄露，本发明实施例中，将量子点溶液200呈复数个小颗粒分散于气凝胶100内部的多孔结构中，然后将带有量子点溶液200的气凝胶100和固化胶混合搅拌制得量子点固化胶20，再将量子点固化胶20粘接在基材40上经固化形成量子点光学膜30，也就是说，无论是量子点气凝胶10、量子点固化胶20，还是量子点光学膜30，量子点溶液200的固态和液态之间的切换都是在气凝胶100内部进行的，进而避免了工作时液态的烷烃溶剂的泄露。

由于量子点溶液200和固化胶互不相容，量子点在固化胶中的分散性较差，仅是将量子点溶液200和固化胶涂覆在基材40上，制得的量子点光学膜30的出光效率差，光致发光量子产率(PLQY)低。本发明实施例中将量子点溶液200分散于气凝胶100中，气凝胶100在固化胶中的分散性更好，能够有效提升量子点光学膜30的出光效率和光致发光量子点产率(PLQY)。

此外，量子点溶液200中的烷烃溶剂能够阻隔水氧，但烷烃溶剂阻隔水氧的能力一般，将量子点溶剂分散于气凝胶100后，气凝胶100增强了阻隔水氧能力，进一步提升了量子点光学膜30的稳定性。

需要解释说明的是，本发明各实施例中的基材40皆可选自聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚碳酸酯(PC)。量子点可以选自硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、硒化锌(ZnSe)、硫铟铜(CuInS)、磷化铟(InP)、硒化铜铟(CuInSe)、硒化锌镉(CdZnSe)、钙钛矿量子点ABX3(A为Cs、MA或者FA，B为Sn或者Pb，X为Cl、Br或者I)中任意一种或至少两种的组合。另外，量子点溶液200中量子点的浓度宜控制在1mg/ml～100mg/ml之间，以确保修复能力。

本发明各实施例中的固化胶可以选用光固化胶、热固化胶、压敏胶等，固化胶的固化工艺与固化胶的种类相适配，例如当固化胶是UV胶(光固化胶)时，具体的固化工艺是紫外线照射固化或者自然固化，紫外线照射固化速度快，自然固化需要相对较长的时间。当固化胶是双组分胶粘剂(AB胶)，具体的固化工艺是常温自然固化。

参考图4，本发明还提供了一种量子点光学膜的制备方法。

量子点光学膜的制备方法包括如下步骤：

步骤S10，将量子点溶解在烷烃溶剂中形成量子点溶液，将量子点溶液分散吸附在粉末状的气凝胶内以形成量子点粉。

步骤S20，将量子点粉和固化胶在高于烷烃溶剂的熔点温度下混合搅拌，使量子点粉分散于固化胶中。

步骤S30，将含有量子点粉的固化胶涂覆在基材上经固化形成量子点光学膜。

在步骤S10中，溶解温度设定为稍高于烷烃溶剂的熔点以确保烷烃溶剂呈液体状态。例如，对于工作温度范围在20℃～32℃之间的烷烃溶剂而言，可以选择十七烷溶剂、十八烷溶剂和十九烷溶剂中的至少一种作为烷烃溶剂时，这些烷烃溶剂在工作温度下20℃-32℃的时候为液体状态。

一实施例中，在步骤S20之前，即在将多孔膜浸润到量子点溶液的步骤之前，还向烷烃溶剂中添加与量子点表面配体相一致的修复配体，通过添加额外的修复用量子点配体能够促进量子点配体的自修复过程，进一步提高量子点的稳定性。

本发明还提供了一种采用上述制备方法制备而得的量子点光学膜。

以下将更详细地描述根据本申请的一些实施例实施方式的量子点光学膜的制备方法。然而，本申请的示例性实施方式不仅限于此。

实施例1

将400mg CdSe量子点分散在10ml十九烷溶剂中，加热至32℃搅拌分散形成量子点溶液，制得的量子点溶液与20g气凝胶粉混合搅拌形成量子点粉。将得到的量子点粉分散在100g UV胶中，分散方法为35℃搅拌加热。最后将得到的量子点胶涂敷在两层PET薄膜中间，在紫外光照射下固化成量子点光学膜。

实施例2

将400mg CsPbBr3量子点分散在10ml十九烷溶剂中，加热至32℃搅拌分散形成量子点溶液，制得的量子点溶液与20g气凝胶粉混合搅拌形成量子点粉。将得到的量子点粉分散在100g UV胶中，分散方法为35℃搅拌加热。。最后将得到的量子点胶涂敷在两层PET薄膜中间，在紫外光照射下固化成量子点光学膜。

实施例3

将400mg CdSe量子点分散在10ml十九烷溶剂中，加热至35℃搅拌分散形成量子点溶液，制得的量子点溶液与20g气凝胶粉混合搅拌形成量子点粉。将得到的量子点粉分散在100g UV胶中，分散方法为35℃搅拌加热。最后将得到的量子点胶涂敷在两层PET薄膜中间，在紫外光照射下固化成量子点光学膜。

实施例4

将400mg CsPbBr3量子点分散在10ml十九烷溶剂中，加热至35℃搅拌分散形成量子点溶液，制得的量子点溶液与20g气凝胶粉混合搅拌形成量子点粉。将得到的量子点粉分散在100g UV胶中，分散方法为35℃搅拌加热。最后将得到的量子点胶涂敷在两层PET薄膜中间，在紫外光照射下固化成量子点光学膜。

图5示意了制备好的量子点固化胶20在显微镜下的图像，其中，图5中浅色的连续封闭区域为量子点气凝胶粉，深色部分为固化后的胶水。

图6示意了量子点气凝胶粉含量不同的量子点光学膜30的实物图像。

图7示意了一实施例中量子点光学膜30的显微镜图像及其荧光显微镜图像，其中，图7(a)为显微镜图像，图7(b)是和图7(a)对应的荧光显微镜图像。

图8示意了又一实施例中量子点光学膜30的显微镜图像及其荧光显微镜图像，其中，图8(a)为显微镜图像，图8(b)是和图8(a)对应的荧光显微镜图像。

图9示意了又一实施例中量子点光学膜30的显微镜图像及其荧光显微镜图像，其中，图9(a)为显微镜图像，图9(b)是和图9(a)对应的荧光显微镜图像。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种量子点气凝胶，其特征在于，包括：

气凝胶，内部具有多孔结构；

量子点溶液，呈复数个小颗粒分散于所述多孔结构中，所述量子点溶液包括量子点和烷烃溶液，所述量子点溶解于所述烷烃溶液；烷烃溶剂在所述量子点气凝胶工作期间处于溶解状态。

2.根据权利要求1所述的量子点气凝胶，其特征在于，所述烷烃溶剂包括十七烷溶剂、十八烷溶剂、十九烷溶剂中的至少一者。

3.根据权利要求1所述的量子点气凝胶，其特征在于，所述量子点溶液还包括溶解于所述烷烃溶剂中且与所述量子点表面配体相一致的修复配体。

4.一种量子点固化胶，其特征在于，包括固化胶及如权利要求1至3任意一项所述的量子点气凝胶，所述量子点气凝胶与所述固化胶混合搅拌使得所述量子点气凝胶分散于所述固化胶中。

5.根据权利要求4所述的量子点固化胶，其特征在于，所述固化胶为光固化胶或者热固化胶。

6.一种量子点光学膜，其特征在于，包括基材及如权利要求4或5所述的量子点固化胶，所述量子点固化胶涂覆于所述基材并固化。

7.一种量子点光学膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将量子点溶解在烷烃溶剂中形成量子点溶液，将量子点溶液分散吸附在粉末状的气凝胶内以形成量子点粉；

将量子点粉和固化胶在高于烷烃溶剂的熔点温度下混合搅拌，使量子点粉分散于固化胶中；

将含有量子点粉的固化胶涂覆在基材上经固化形成量子点光学膜。

8.根据权利要求7所述的量子点光学膜的制备方法，其特征在于，在将量子点溶解在烷烃溶剂的步骤中，选择十七烷溶剂、十八烷溶剂和十九烷溶剂中的至少一者；和/或，在形成量子点固化胶的步骤之前，还向烷烃溶剂中添加与量子点表面配体相一致的修复配体。

9.一种量子点光学膜，其特征在于，所述量子点光学膜采用如权利要求7至8中任意一项所述的量子点光学膜的制备方法制备而得。

10.一种显示设备，其特征在于，所述显示设备包括如权利要求6或权利要求9所述的量子点光学膜，所述显示设备为显示屏或者电子设备。