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一种量子点薄膜及其制备方法
申请号	CN201710187909.6	申请日	2017-03-27	公开(公告)号	CN106910814A	公开(公告)日	2017-06-30
申请人	武汉华星光电技术有限公司;			发明人	潘彪;
摘要	本发明涉及液晶显示技术领域，尤其是一种量子点薄膜，包括支撑基板，以及若干层堆叠于所述支撑基板表面的量子点层；每层所述量子点层包括：骨架结构，以及分布于所述骨架结构表面的聚合物，还包括量子点材料，所述量子点材料通过分子间作用力吸附在所述聚合物表面。本发明的二维有序排列的量子点层结构可以为量子点材料创造一个稳定有序的排列方向，层与层之间互不干扰，从而可以提高发光效率。
权利要求	1.一种量子点薄膜，其特征在于，包括支撑基板，以及若干层堆叠于所述支撑基板表面的量子点层；每层所述量子点层包括：骨架结构，以及分布于所述骨架结构表面的聚合物，还包括量子点材料，所述量子点材料通过分子间作用力吸附在所述聚合物表面。 2.根据权利要求1所述量子点薄膜，其特征在于，所述量子点层的层数为1～50。 3.根据权利要求1所述量子点薄膜，其特征在于，所述量子点材料与所述聚合物之间的质量比为1～1:20。 4.根据权利要求1所述量子点薄膜，其特征在于，所述支撑基板为柔性聚合物基板，具体材质选自聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚酰胺，聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。 5.根据权利要求1所述量子点薄膜，其特征在于，所述骨架结构的材质选自：[M1M2(OH)x]Ny·4H2O；其中，M1和M2为两种不同的金属，M1和M2均选自Mg、Ca、Al、Ga、In、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y； N为带负电的离子基团，具体选自CO32-、NO3-、Cl-、Br-、SO42-任一种； x、y为原子或基团的个数。 6.根据权利要求1或3所述量子点薄膜，其特征在于，所述聚合物选自聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氨酯、有机硅聚合物中的一种或多种。 7.根据权利要求1或3所述量子点薄膜，其特征在于，所述量子点材料包括红色量子点和绿色量子点；红色量子点和绿色量子点均选自：第Ⅱ主族元素和第Ⅵ主族元素所形成的化合物、第Ⅲ主族元素与第Ⅴ主族元素所形成的化合物中的任意一种。 8.根据权利要求1或3所述量子点薄膜，其特征在于，所述量子点材料的直径为1～ 10nm。 9.一种根据权利要求1～8任一项所述量子点薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将预处理后的支撑基板浸泡在骨架胶体中不低于10min，形成组装有骨架结构的支撑基板；步骤二：将所述组装有骨架结构的支撑基板浸泡在量子点材料和聚合物的混合液中不低于10min；量子点材料和聚合物的质量比为1：1～20；重复所述步骤一、步骤二n次，n的取值范围为1～50。
说明书全文	一种量子点薄膜及其制备方法技术领域 [0001] 本发明属于液晶显示技术领域，具体地讲，涉及一种新型的量子点薄膜。背景技术 [0002] 液晶显示器(liquidcrystal display，LED)背光源大多采用冷极荧光管(Cold cathode fluorescent lamp，CCFL)，但是随着市场的需要，发光二极管(Light emitting diode，LED)因其体积小、省能和环保等特性逐渐取代CCFL作为液晶显示器背光源。 [0003] 应用在背光模组中的白光LED，主要有两种：一种是通过LED自身发出的蓝光，激发黄色荧光粉，两色混合形成白光；另一种是LED单元通过三原色LED光源混合形成白光；第三种是LED蓝色光，通过激发红色和绿色两种量子点薄膜，三色光混合形成白光。其中第三种方法是现在研究比较多的一种方法，因为这种方法能够提高显示器的色域从70％NTSC到110％NTSC。 [0004] 在LED蓝光激发红色和绿色量子点薄膜，混合形成白光的过程中，有两个亟待解决的问题，包括量子点薄膜的光转化效率和稳定性。量子点的光转化效率是非常重要的，它直接影响着量子点的用量。提高光转化效率的方法就是提高光量子产率(PLQY)，这与量子点的种类、结构和粒径大小都有关系，现有技术中通常通过增加量子点含量来提高量子点的光转化率。然而由于量子点价格昂贵，会使成本增加。另外，由于量子点本身容易发生相分离和聚集等问题，所以其光稳定性、热稳定性和机械稳定性较差，这也是限制量子点薄膜大规模应用的一个瓶颈因素。 [0005] 因此，针对上述技术问题，有必要提供一种二维阵列式的量子点薄膜。发明内容 [0006] 为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种量子点薄膜，包括支撑基板，以及若干层堆叠于所述支撑基板表面的量子点层； [0007] 每层所述量子点层包括：骨架结构，以及分布于所述骨架结构表面的聚合物，还包括量子点材料，所述量子点材料通过分子间作用力吸附在所述聚合物表面。 [0008] 其中，所述量子点层的层数为1～50。 [0009] 其中，所述量子点材料与所述聚合物之间的质量比为1～1:20。 [0010] 其中，所述支撑基板为柔性聚合物基板，具体材质选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚酰胺(PI)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种。 [0011] 其中，所述骨架结构的材质选自：[M1M2(OH)x]Ny·4H2O； [0012] 其中，M1和M2为两种不同的金属，M1和M2均选自Mg、Ca、Al、Ga、In、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y； [0013] N为带负电的离子基团，具体选自CO32-、NO3-、Cl-、Br-、SO42-任一种； [0014] x、y为原子或基团的个数。 [0015] 其中，所述聚合物选自聚醋酸乙烯酯PVA、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS、烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚氨酯PU、有机硅聚合物中的一种或多种。 [0016] 其中，所述量子点材料包括红色量子点和绿色量子点；红色量子点和绿色量子点均选自：第Ⅱ主族元素和第Ⅵ主族元素所形成的化合物、第Ⅲ主族元素与第Ⅴ主族元素所形成的化合物中的任意一种。 [0017] 其中，所述量子点材料的直径为1～10nm。 [0018] 其中，还包括设置于所述量子点层侧部的水汽阻隔层，所述水汽阻隔层为高分子聚合物、无机氧化物、或者高分子聚合物与无机氧化物的组合物。 [0019] 本发明还提供所述量子点薄膜的制备方法，包括如下步骤： [0020] 步骤一：将预处理后的支撑基板浸泡在骨架胶体中不低于10min，形成组装有骨架结构的支撑基板； [0021] 步骤二：将所述组装有骨架结构的支撑基板浸泡在量子点材料和聚合物的混合液中不低于10min；量子点材料和聚合物的质量比为1：1～20； [0022] 重复所述步骤一、步骤二n次，n的取值范围为1～50。 [0023] 有益效果： [0024] (1)本发明利用聚合物二维有序排列的结构可以为量子点材料创造一个稳定有序的排列方向，层与层之间互不干扰，从而可以提高PLQY； [0025] (2)发光波长和发光强度可以通过控制量子点的尺寸和n值的大小精确控制；光波长可以通过控制量子点的尺寸进行控制，若尺寸相同则发光强度会随着n值的增加而增加； [0026] (3)组装得到的量子点薄膜结构具有很高的光稳定性、热稳定性和机械稳定性； [0027] (4)本发明利用组装结构，相对于传统的散乱分布的量子点结构，可以提高单位厚度内量子点层的发光效率，使所需的量子点薄膜厚度降低。附图说明 [0028] 通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中： [0029] 图1是本发明量子点薄膜的结构示意图。 [0030] 图2是本发明量子点薄膜的制作流程图。具体实施方式 [0031] 以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。 [0032] 结合图1所示，本发明提供一种二维阵列式的量子点薄膜100，从下至上包括支撑基板10、若干层堆叠于所述支撑基板10表面的量子点层20。 [0033] 再结合图2所示，量子点层20可层叠n层，优选n取值范围为1～50层。每层所述量子点层20包括：骨架结构21，以及分布于所述骨架结构21表面的聚合物22，还包括量子点材料23，所述量子点材料23通过分子间作用力吸附在所述聚合物22表面。具体地，通过自组装作用，聚合物22的高分子聚合物链在骨架结构21上伸展开来，均匀分散在骨架结构21中，量子点材料23则通过分子间作用力吸附在聚合物22表面，使得量子点材料23在骨架结构21上呈现长程有序排列，即二维阵列式排列。这种结构有利于提高量子点层20的光量子产率和稳定性。 [0034] 其中，支撑基板选用柔性聚合物的材料制备，具体材质可例如为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚酰胺(PI)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种。 [0035] 所述骨架结构的材质选自层状双氢氧化物(layered double hydroxides，LDHs)，结构式可为[M1M2(OH)x]Ny·4H2O； [0036] 其中，M1和M2为两种不同的金属，M1和M2均选自Mg、Ca、Al、Ga、In、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y； [0037] N为带负电的离子基团，具体选自CO32-、NO3-、Cl-、Br-、SO42-任一种； [0038] x、y为原子或基团的个数。 [0039] 为了能与上述骨架结构顺利自主装，有机聚合物可选自聚醋酸乙烯酯PVA、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS、烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚氨酯PU、有机硅聚合物中的一种或多种。 [0040] 进一步地，所述量子点材料包括两种量子点化合物。当量子点薄膜的入射光线为蓝光时，具体为红色量子点和绿色量子点。红色量子点和绿色量子点均为选自第Ⅱ主族和第Ⅵ主族中的元素形成的化合物、第Ⅲ主族与第Ⅴ主族中的元素形成的化合物中的任意一种。所述红色量子点和/或绿色量子点中的多种包覆形成的核壳结构化合物或者掺杂纳米晶。具体地，红色量子点和绿色量子点可选自CdSe、CdTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS，GaN、GaP、GaAs、InN、InP和InAs。 [0041] 优选地，这些所述量子点材料的直径为1～10nm。这样组成的量子点薄膜的厚度范围为1um～1000um。 [0042] 为了使得量子点薄膜得到保护、或阻隔水汽的入侵，还可以应用高分子聚合物、无机氧化物、或者高分子聚合物与无机氧化物的组合物在量子点层的表面加盖一薄膜层，作为保护层或者水汽阻隔层。 [0043] 下面，介绍本实施例的量子点薄膜的制备方法，包括如下步骤： [0044] 材料的准备。 [0045] (1)支架基板为PET基板。 [0046] (2)骨架结构材质为层状双氢氧化物[Mg6Al2(OH)17]NO3·4H2O。具体地，[Mg6Al2(OH)17]NO3·4H2O的合成方法为：将40mL包含Mg(NO3)2·6H2O(0.002mol)、Al(NO3)3·9H2O(0.001mol)的水溶液和40mLNaOH(0.06mol；40mL)的水溶液同时加入到胶体磨中混合均匀。将转速控制在3000r/min，并保持2分钟。然后将混合物加入到不锈钢的高压釜中，加热到 100℃，并保持24h。将得到的MgAl-NO3-LDH用水冲洗，并且在60℃下干燥。重新溶解水后可得到用于浸泡支撑基板的骨架胶体。 [0047] (3)聚合物选自PVA。 [0048] (4)所述量子点材料为CdSe/ZnS。具体地，所述量子点材料为CdSe/ZnS的制备方法-7为：将CdSe的正己烷溶液(2.7×10 mol)、3mL ODE(十八碳烯)和1.0g油酸混合后，在氮气保护下，加热到100℃，保持30分钟。在180℃、200℃、220℃、240℃和250℃下，分别加入溶解有Zn和S前体的油酸和十八碳烯0.52、0.77、1.10、1.45、2.00mL。最后将制备得到的0.5mL CdSe/ZnS量子点溶液加入到氯仿中，并在密闭容器中搅拌24h，慢慢挥发掉氯仿后得到所需的量子点材料。 [0049] 准备好上述材料后，结合图2所示，开始制备本实施例的二维阵列式量子点薄膜。 [0050] 步骤一：将PET支撑基板进行预处理，即用去离子水清洗支撑基板。 [0051] 清洗完成后将其浸泡在骨架胶体MgAl-LDH的胶体悬浮液中10min，使得在支撑基板上自组装一层骨架结构，然后再次清洗。 [0052] 在聚合物PVA和CdSe/ZnS量子点的混合溶液中浸泡10分钟，其中，控制CdSe/ZnS量子点、PVA的质量比为1:4。重复以上步骤n次，n例如为20，得到n层二维阵列式量子点薄膜。 [0053] 最终得到的二维阵列式量子点薄膜用氮气在室温下吹干。 [0054] 虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

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