一种量子点扩散板及其制备方法
阅读说明：本技术 一种量子点扩散板及其制备方法 (Quantum dot diffusion plate and preparation method thereof ) 是由 叶芸 刘裕 郭太良 林映飞 程海涛 于 2021-07-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种量子点扩散板及其制备方法,量子点扩散板包括自下而上依次设置的散热表面胶层、高聚层、光选择性激发层、高光扩散层和防水氧表面胶层,以及涂覆于以上多层结构四周的包边保护膜；光选择性激发层中部设有分隔层,分隔层下表面通过喷墨印刷均匀分布有包括红色复合材料微粒的圆状红色量子点胶膜,分隔层上表面通过喷墨印刷均匀分布有包括绿色复合材料微粒的圆状绿色量子点胶膜。量子点扩散板的制备方法包括：1)表面处理：量子点与表面活性剂及小介电常数材料形成复合材料微粒；2)纵向多层：复合材料微粒与聚合物基材界面处理,并制备多层量子点扩散板；3)包边处理：覆胶形成包边保护膜。该扩散板发光效率高,使用寿命长。(The invention relates to a quantum dot diffusion plate and a preparation method thereof, wherein the quantum dot diffusion plate comprises a heat dissipation surface adhesive layer, a high polymer layer, a light selectivity excitation layer, a high light diffusion layer, a waterproof oxygen surface adhesive layer and a wrapping protection film coated on the periphery of the multilayer structure from bottom to top; the photoselective excitation layer middle part is equipped with the separate layer, and separate layer lower surface has the red quantum dot glued membrane of circle form including red combined material particle through inkjet printing evenly distributed, and separate layer upper surface has the green quantum dot glued membrane of circle form including green combined material particle through inkjet printing evenly distributed. The preparation method of the quantum dot diffusion plate comprises the following steps: 1) surface treatment: the quantum dots, the surfactant and the low dielectric constant material form composite material particles; 2) longitudinal multilayer: carrying out interface treatment on the composite material particles and the polymer base material, and preparing a multilayer quantum dot diffusion plate; 3) and (3) edge covering treatment: and covering with glue to form a wrapping protective film. The diffusion plate has high luminous efficiency and long service life.)
技术领域
本发明属于量子点光学技术领域，具体涉及一种量子点扩散板及其制备方法。
背景技术
相对于传统显示器件，液晶显示需要蓝光LED涂上黄光荧光粉来合成白光，白光再经过红绿蓝滤光片来合成彩色光。而且荧光粉材料半峰宽较宽，颜色纯度低，色域也不高。而纳米量子点材料的性质正好与其相反，半峰宽窄，色纯度高，可调节尺寸发出特定颜色的光，实现更高的色域。只需普通的蓝光LED激发红、绿色量子点，就可以直接发出红光和绿光，而且浪费的光能更少。
在聚合物基材的选择基础上，复合过程的控制是制备高性能量子点扩散板的关键，需要解决以下两个问题：一是如何提高扩散板中量子点与聚合物的相容性，使量子点均匀分布在扩散板中；二是减少量子点表面的杂质对聚合物基材透光性、柔韧性等性质的不良影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种量子点扩散板及其制备方法，该扩散板发光效率高，使用寿命长。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种量子点扩散板，所述量子点扩散板包括自下而上依次设置的散热表面胶层、高聚层、光选择性激发层、高光扩散层和防水氧表面胶层，以及涂覆于以上多层结构四周的包边保护膜；所述光选择性激发层中部设有分隔层，所述分隔层下表面通过喷墨印刷均匀分布有包括红色复合材料微粒的圆状红色量子点胶膜，所述分隔层上表面通过喷墨印刷均匀分布有包括绿色复合材料微粒的圆状绿色量子点胶膜。
本发明还提供了一种量子点扩散板的制备方法，包括以下步骤：
1）表面处理：量子点与表面活性剂及小介电常数材料形成复合材料微粒；
2）纵向多层：复合材料微粒与聚合物基材界面处理，并制备多层量子点扩散板；
3）包边处理：覆胶形成包边保护膜。
进一步地，步骤1中，所述表面活性剂为羧酸盐、烷基磷酸酯盐、烷胺环氧乙烷加成物、脂肪胺制成的季胺盐、两性表面活性剂的一种或几种的混合；所述小介电常数材料为二氧化硅、芳香族热固性有机材料、硅基高分子材料的一种或几种的混合。
进一步地，步骤1中，所述量子点为II-VI族元素组成的量子点或者III-V族元素组成的量子点或者ABX3型钙钛矿量子点；所述ABX3型钙钛矿量子点中卤族元素X为Cl-、Br-或I-的一种。
进一步地，步骤1中，对量子点表面处理的方法为：
（1）在搅拌装置中将所述量子点溶于有机溶剂，均匀搅拌；
（2）加入小介电常数材料，加热并充分搅拌，然后加入所述表面活性剂进行化学反应，使其包裹在微粒表面；
（3）反应完成24-72h后加入萃取溶剂分离出所需要的复合材料溶液；
（4）对得到的复合材料溶液进行干燥、冷却定型、牵引以及切粒机切粒形成复合材料微粒。
进一步地，步骤2中，在PC、PVC、PS、PMMA、PET及环氧树脂中的一种或几种的混合物加入光扩散剂及添加剂，通过共挤压方式加以结合，形成所述分隔层；所述分隔层的厚度为25~120um。
进一步地，步骤2中，复合材料微粒与聚合物基材界面处理的方法为：将所述复合材料微粒1~5wt%、油胺5~8wt%、聚苯乙烯13~16wt%、碳酸钙5~10wt%、低聚合亚脒油5~8wt%及抗氧化剂0.1wt%均匀混合并反复搅拌，形成树脂型油墨；将所述树脂型油墨喷印在分隔层上；在所述分隔层上、下表面均匀分布包括绿色复合材料微粒的圆状绿色量子点胶膜以及包括红色复合材料微粒的圆状红色量子点胶膜，形成所述光选择性激发层；所述圆状绿色量子点胶膜的直径为1~5mm，所述圆状红色量子点胶膜的直径为0.2~0.8mm。
进一步地，步骤2中，在所述光选择性激发层的下表面涂敷所述高聚层，蓝光可以透过所述高聚层，红光、绿光的反射率大于90%，所述高聚层的厚度为12~30um；在所述光选择性激发层的上表面涂敷所述高光扩散层，产生多次扩散，使入射光更加均匀柔和，所述高光扩散层的厚度为2~15um。
进一步地，步骤2中，以石墨烯为主要原料，添加包括金属氧化物的材料混合成凝胶涂敷在远离光选择性激发层一边的高聚层上面，形成所述散热表面胶层，所述散热表面胶层的厚度为80~200um。
进一步地，所述防水氧表面胶层和包边保护膜的原材料包括氯丁橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶、聚氯乙烯、聚异丁烯和聚氨酯；所述防水氧表面胶层的厚度为25~55um，所述包边保护膜的厚度为35~48um。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)通过对量子点表面处理，提高了扩散板中量子点与聚合物的相容性和高温下的存活率，减少了量子点的团聚现象，同时萃取提纯后得到高质量的纳米复合材料微粒。外边处理可有效预防在制备和使用过程中因热辐射和紫外光辐射而老化的现象，从而提高量子点扩散板的使用寿命。
(2)本发明提供了一种量子点扩散板的光学路径为：蓝光LED发出的蓝光透过散热表面胶层和高聚层，激发光选择性激发层中的红色量子点发出红光；部分蓝光和红光透过分隔层，剩余红光反射回高聚层，所述部分蓝光激发光选择性激发层中的绿色量子点发出绿光。蓝光、红光和绿光透过高光扩散层和防水氧表面胶层合成任意颜色的光。在高聚层剩余的红光又一次反射，三原色光在高光扩散层再次合成，从而多次利用光的转换来提高发光效率。
(3)由于多层量子点扩散板提高了光的转换效率，产生的热量也相对的增多，散热问题直接影响到量子点扩散板光的转换和使用寿命，因而设置的散热表面胶层通过热量传递起到快速散热的效果。
附图说明
图1是本发明实施例的量子点扩散板的结构示意图。
图2是本发明实施例的量子点扩散板的制备流程示意图。
图3是本发明实施例中光选择性激发层的结构示意图。
图中：1-散热表面胶层，2-高聚层，3-光选择性激发层，4-高光扩散层，5-防水氧表面胶层，6-包边保护膜，31-圆状红色量子点胶膜，32-分隔层，33-圆状绿色量子点胶膜，311-红色复合材料微粒，331-绿色复合材料微粒。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种量子点扩散板，所述量子点扩散板包括自下而上依次设置的散热表面胶层1、高聚层2、光选择性激发层3、高光扩散层4和防水氧表面胶层5，以及涂覆于以上多层结构四周的包边保护膜6。如图3所示，所述光选择性激发层3中部设有分隔层32，所述分隔层下表面通过喷墨印刷均匀分布有包括红色复合材料微粒311的圆状红色量子点胶膜31，所述分隔层上表面通过喷墨印刷均匀分布有包括绿色复合材料微粒331的圆状绿色量子点胶膜33。
如图2所示，所述量子点扩散板的制备方法，包括以下步骤：
1）表面处理：量子点与表面活性剂及小介电常数材料形成复合材料微粒；
2）纵向多层：复合材料微粒与聚合物基材界面处理，并制备多层量子点扩散板；
3）包边处理：覆胶形成包边保护膜。
步骤1中，所述表面活性剂为羧酸盐、烷基磷酸酯盐、烷胺环氧乙烷加成物、脂肪胺制成的季胺盐、两性表面活性剂（氨基型、甜菜碱型、咪唑型、氧化胺型）的一种或几种的混合。所述小介电常数材料为二氧化硅、芳香族热固性有机材料、硅基高分子材料（HSQ、MSQ）的一种或几种的混合。
步骤1中，所述量子点可以是II-VI族元素组成的量子点或者III-V族元素组成的量子点或者ABX3型钙钛矿量子点；所述ABX3型钙钛矿量子点中卤族元素X为Cl-、Br-或I-的一种。所述量子点具体包括CdSe、InP或CsPbBr3的一种或几种的组合。
步骤1中，对量子点表面处理的方法为：
（1）在搅拌装置中将所述量子点溶于有机溶剂，均匀搅拌；
（2）加入小介电常数材料，加热并充分搅拌，然后加入所述表面活性剂进行化学反应，使其包裹在微粒表面；
（3）反应完成24-72h后加入萃取溶剂分离出所需要的复合材料溶液；
（4）对得到的复合材料溶液进行干燥、冷却定型、牵引以及切粒机切粒形成复合材料微粒。
优选地，所述有机溶剂为甲苯、乙醇、乙醚、丙酮、醋酸的一种或几种的混合。所述萃取溶剂为正己烷、戊烷、环己烷中的一种。所述量子点与有机溶剂的重量比为1：（4~5），加入萃取溶剂后的浓度为20~40wt%。
步骤2中，在PC、PVC、PS、PMMA、PET及环氧树脂中的一种或几种的混合物加入光扩散剂及添加剂，通过共挤压方式加以结合，形成所述分隔层；所述分隔层的厚度为25~120um。
步骤2中，复合材料微粒与聚合物基材界面处理的方法为：将所述复合材料微粒1~5wt%、油胺5~8wt%、聚苯乙烯13~16wt%、碳酸钙5~10wt%、低聚合亚脒油5~8wt%及抗氧化剂0.1wt%均匀混合并反复搅拌，形成树脂型油墨。所述树脂型油墨在喷墨控制器的控制下，从喷头的喷嘴喷出，喷印在分隔层上。在所述分隔层上、下表面均匀分布包括绿色复合材料微粒的圆状绿色量子点胶膜以及包括红色复合材料微粒的圆状红色量子点胶膜，形成所述光选择性激发层。所述圆状绿色量子点胶膜的直径为1~5mm，所述圆状红色量子点胶膜的直径为0.2~0.8mm。
在所述光选择性激发层的下表面涂敷所述高聚层，蓝光（波长）可以透过所述高聚层，红光、绿光（波长）的反射率大于90%，所述高聚层的厚度为12~30um；在所述光选择性激发层的上表面涂敷所述高光扩散层，产生多次扩散，使入射光更加均匀柔和，所述高光扩散层的厚度为2~15um。
以石墨烯为主要原料，添加包括金属氧化物的材料混合成凝胶涂敷在远离光选择性激发层一边的高聚层上面，形成所述散热表面胶层，所述散热表面胶层的厚度为80~200um。
所述防水氧表面胶层和包边保护膜的原材料包括氯丁橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶、聚氯乙烯、聚异丁烯和聚氨酯等；优选地，还包括抗氧剂0.1wt%、热稳定剂0.1wt%、紫外线稳定剂0.1wt%通过热固化或紫外光固化进行包边处理。所述防水氧表面胶层的厚度为25~55um，所述包边保护膜的厚度为35~48um。
在本实施例中，对步骤1中量子点表面处理，在搅拌装置中把CdSe/InP/CsPbBr3量子点溶于甲苯，均匀搅拌30min；加入芳香族热固性有机材料，加热至180℃并充分搅拌，然后加入羧酸盐和烷基磷酸酯盐进行化学反应，使其包裹在微粒表面。反应完成24h~72h后加入正己烷萃取分离出所需要的CdSe/InP/CsPbBr3复合材料溶液。最后进行干燥、冷却定型、牵引、切粒机切粒至满足工艺要求的微米等级或毫米等级。
在本实施例中，所述量子点与甲苯溶剂的重量比为1：（4~5），加入萃取溶剂后的浓度为20~40wt%。进一步优选地，所述量子点与甲苯溶剂的重量比为1：3，加入萃取溶剂后的浓度为25/30/35wt%。
在本实施例中，在步骤2中，多层量子点扩散板包括依次设置散热表面胶层01、高聚层02、光选择性激发层03、高光扩散层04和防水氧表面胶层05，以及四周涂上包边保护膜06。其中光选择性激发层03中有分隔层032，在分隔层032下表面有喷墨印刷均匀分布的圆状红色量子点胶膜031，在分隔层上表面有喷墨印刷均匀分布的圆状绿色量子点胶膜033。
在本实施例中，在PC、PVC、PS、PMMA、PET及环氧树脂中的一种或几种的混合物加入0.1kg二氧化钛颗粒及添加剂，通过共挤压方式加以结合成所述分隔层。成型温度为250~290℃，成型压力为3~13Mpa，分隔层的厚度为25~120um。优选地，所述成型温度为270℃，所述成型压力为10Mpa，所述分隔层的厚度为110um。
在本实施例中，将红色CdSe/InP/CsPbBr3复合材料微粒（0311）2wt%、油胺7wt%、聚苯乙烯15wt%、碳酸钙8wt%、低聚合亚脒油7wt%及抗氧化剂0.1wt%均匀混合并反复搅拌成一种树脂型油墨。所述树脂型油墨在喷墨控制器的控制下，从喷头的喷嘴喷出喷印在分隔层上。在分隔层下表面有均匀分布的圆状红色量子点胶膜。所述圆状红色量子点胶膜直径为0.2~0.8mm。优选地，所述圆状红色量子点胶膜直径为0.5mm。
在本实施例中，将绿色CdSe/InP/CsPbBr3复合材料微粒（0331）3wt%、油胺7wt%、聚苯乙烯15wt%、碳酸钙8wt%、低聚合亚脒油7wt%及抗氧化剂0.1wt%均匀混合并反复搅拌成一种树脂型油墨。所述树脂型油墨在喷墨控制器的控制下，从喷头的喷嘴喷出喷印在分隔层上。在分隔层上表面有均匀分布的圆状绿色量子点胶膜。所述圆状绿色量子点胶膜直径为1~5mm。优选地，所述圆状绿色量子点胶膜直径为2.5mm。
在本实施例中，在光选择性激发层的下表面涂敷高聚层，蓝光（波长）可以透过所述高聚层，红、绿光（波长）的反射率大于90%。高聚层的厚度为12~30um。优选地，所述高聚层的厚度为25um。
在本实施例中，在光选择性激发层的上表面涂敷高光扩散层，产生多次扩散，使入射光更加均匀柔和。高光扩散层的厚度为2~15um。优选地，所述高光扩散层的厚度为10um。
在本实施例中，散热表面胶层是以石墨烯为主要原料。添加金属氧化物等各种材料混合成凝胶涂敷在远离光选择性激发层一边的高聚层上面。散热表面胶层的厚度为80~200um。优选地，所述散热表面胶层的厚度为180um。
在本实施例中，防水氧表面胶层和密封保护膜以氯丁橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶、聚氯乙烯、聚异丁烯和聚氨酯等原材料。优选地，还包括抗氧剂0.1wt%、热稳定剂0.1wt%、紫外线稳定剂0.1wt%通过热固化或紫外光固化进行外边处理。防水氧表面胶层的厚度为35um，以及所述包边保护膜的厚度为40um。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：光学装置及其棱镜模块