CN105754603A - 量子点组件及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种量子点组件及其制备方法和应用，该制备方法包括：1)将聚乙二醇醚和有机溶剂放入第一容器中，依次经过乳化分散及搅拌处理直至透明得到第一分散液；2)将量子点材料分散到第二容器中的分散剂中进行搅拌分散得到第二分散液；3)将第一分散液和第二分散液等份倒入第三容器中混合，搅拌直至第三容器中的溶液透明并加入水，进行超声分散后得到第一微乳液体系；4)在第一微乳液体系中加入浓氨水及加入正硅酸乙酯，并通过超声分散混合并反应，得到第二微乳液体系；5)依次对第二微乳液体系进行破乳处理及离心处理后得到沉淀物，并依次将沉淀物进行洗涤及真空干燥得到核壳结构的量子点组件。所制备的核壳结构的量子点组件的透光率高。
Description
技术领域
本发明涉及高色域液晶背光模组技术领域，尤其涉及一种量子点组件及其制备方法和应用。
背景技术
随着电子产品的发展，消费者对电视的画质要求越来越高，高色域电视迅速占领了各大电视品牌的旗舰产品的位置。目前，实现100％左右NTSC高色域的主流方法是量子点技术。
由于量子点材料易被水蒸汽和氧气接触而失效的特性，在使用过程中需要做水氧阻隔处理，现有技术中，通常将量子点材料分布于有机基体中形成量子点膜，再在量子点膜的两个表面设置水氧阻隔膜片(用于阻止水氧渗透)；其中，水氧阻隔膜片通常由Al2O3等无机物涂层涂覆在PET膜表面形成，可见，由于涂层的存在会影响水氧阻隔膜片的透光率，从而影响透过量子点膜的光亮度。
发明内容
本发明提供一种量子点组件及其制备方法和应用，提升了由核壳结构的量子点组件组成的量子点膜的亮度。
第一方面，本发明实施例提供一种量子点组件的制备方法，包括：
1)将聚乙二醇醚和有机溶剂放入第一容器中，依次经过乳化分散及搅拌处理直至透明，得到第一分散液；
2)将量子点材料分散到第二容器中的分散剂中进行搅拌分散，得到第二分散液；
3)将所述第一分散液和所述第二分散液等份倒入第三容器中混合，搅拌直至所述第三容器中的溶液透明，并加入水，进行超声分散50-120min后，得到稳定的第一微乳液体系；
4)在所述第一微乳液体系中加入浓氨水，3-10min后再加入正硅酸乙酯，并通过超声分散使所述第一微乳液体系、所述浓氨水和所述正硅酸乙酯混合并反应60-120min，得到第二微乳液体系；
5)依次对所述第二微乳液体系进行破乳处理及离心处理后得到沉淀物，并依次将所述沉淀物进行洗涤及真空干燥，得到核壳结构的量子点组件，其中，所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2，所述量子点群包括一个或多个量子点。
第二方面，本发明实施例提供一种量子点组件的制备方法，包括：
1)将量子点材料放入盛有无水乙醇的第一容器中进行乳化分散，并在搅拌状态下依次加入二乙胺、正硅酸二乙酯、水和乙醇，得到第一混合液；其中，所述二乙胺的体积为预设体积的0.8％-1.5％，所述二乙胺的体积与所述正硅酸二乙酯的体积比为1：9，所述水和所述乙醇的混合溶液体积与所述二乙胺和所述正硅酸二乙酯的混合溶液体积相同且都为所述预设体积的8％-10％；
2)对所述第一混合液搅拌5-30min得到沉淀物，并依次将所述沉淀物洗涤及真空干燥，得到核壳结构的量子点组件，其中，所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2，所述量子点群包括一个或多个量子点。
第三方面，本发明实施例提供一种核壳结构的量子点组件，按照上述第一方面或者第二方面所述量子点组件的制备方法制得。
第四方面，本发明实施例提供一种量子点膜，将上述第三方面所述的核壳结构的量子点组件分散到树脂混合体系中，并进行固化处理后得到。
第五方面，本发明实施例提供一种发光二极管LED，包括透明封装，所述透明封装表面涂覆有双马来翻亚胺层，所述双马来翻亚胺层上涂覆有第一混合物；其中，所述第一混合物由上述第三方面所述的核壳结构的量子点组件与环氧树脂混合得到。
本发明中，通过采用微乳液法或者溶胶-凝胶法制备得到纳米级核壳结构的量子点组件(所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2)，由于SiO2结构紧密、水氧透过率低、光学透明以及聚光散光效应，采用薄层二氧化硅(SiO2)作为壳包覆量子点群所得到的核壳结构的量子点组件，不仅水氧阻隔性高、透光率高并且SiO2壳对光具有一定的发散和增亮的作用，进一步提升了采用所述核壳结构的量子点组件所制备的量子点膜和LED的亮度，从而提高了色域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或已有技术中的技术方案，下面将对实施例或已有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有量子点膜的结构示意图；
图2A为本发明量子点组件的制备方法实施例一的流程示意图；
图2B为本发明核壳结构的量子点组件的结构示意图；
图3为本发明量子点组件的制备方法实施例二的流程示意图；
图4为本发明量子点膜示意图；
图5为本发明LED的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为现有量子点膜的结构示意图，如图1所示，通常将量子点材料分布于有机基体中形成量子点膜，再在量子点膜的两个表面设置水氧阻隔膜片(用于阻止水氧渗透)；其中，水氧阻隔膜片通常由Al2O3等无机物涂层涂覆在PET膜表面形成，可见，由于涂层的存在会影响水氧阻隔膜片的透光率，从而影响透过量子点膜的光亮度。
本发明实施例中，通过采用微乳液法或者溶胶-凝胶法制备得到纳米级核壳结构的量子点组件(所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2)，由于SiO2结构紧密、水氧透过率低、光学透明以及聚光散光效应，采用薄层二氧化硅(SiO2)作为壳包覆量子点群(包括一个或多个量子点，且所述量子点群有规律地均匀排列于SiO2壳内)，不仅水氧阻隔性高、透光率高而且激发效率高，从而提升了由该些核壳结构的量子点组件组成的量子点膜的亮度。
下面结合附图通过具体实施例对本发明实施例提供的量子点组件及其制备方法和应用进行详细说明。
实施例一
图2A为本发明量子点组件的制备方法实施例一的流程示意图。本发明实施例采用微乳液法制备核壳结构的量子点组件。如图2A所示，本实施例的量子点组件的制备方法可以包括：
步骤1)、将聚乙二醇醚和有机溶剂放入第一容器中，依次经过乳化分散及搅拌处理直至透明，得到第一分散液。
本步骤中，将一定量的聚乙二醇醚和有机溶剂放入第一容器(例如烧瓶)中，依次经过乳化分散及搅拌处理直至透明，得到第一分散液；可选地，所述聚乙二醇醚和有机溶剂的比例为1:3～1:5；可选地，所述聚乙二醇醚可以为聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX-100)，所述有机溶剂可以为己醇和环己烷的混合物(如二者的体积比约为1:4)，当然，所述聚乙二醇醚还可以为其它聚乙二醇醚类，所述有机溶剂还可以为其它有机溶剂，本发明实施例中对此并不作限制。
可选地，本步骤中，通过控制乳化机的转速为10000-30000r/min和乳化时长为3-15min进行乳化分散，例如：转速为20000r/min和乳化时长为5min。可选地，通过控制乳化速度和乳化时间来控制核壳结构的量子点组件尺寸。
可选地，本步骤中，通过采用磁力搅拌器进行搅拌处理，当然，还可通过其它方式进行搅拌处理，本发明实施例中对此并不作限制。
步骤2)、将量子点材料分散到第二容器中的分散剂中进行搅拌分散，得到第二分散液。
本步骤中，将一定量的量子点材料分散到第二容器中的分散剂(例如环己烷或者乙醇等分散剂)中进行充分搅拌分散，得到第二分散液；可选地，所述量子点材料可以为硒化镉(CdSe)或者硫化镉(CdS)等。可选地，所述量子点材料的质量分数为整个反应体系质量的0.1％～1％，可根据具体色点要求调节。
步骤3)、将所述第一分散液和所述第二分散液等份倒入第三容器中混合，搅拌直至所述第三容器中的溶液透明，并加入水，进行超声分散50-120min后，得到稳定的第一微乳液体系。
本步骤中，将所述第一分散液和所述第二分散液等份缓慢倒入第三容器中混合，慢速搅拌直至所述第三容器中的溶液透明，并加入适量水，进行超声分散50-120min(例如超声分散60min)后，得到稳定的第一微乳液体系(即反相微乳液体系)。
步骤4)、在所述第一微乳液体系中加入浓氨水，3-10min后再加入正硅酸乙酯，并通过超声分散使所述第一微乳液体系、所述浓氨水和所述正硅酸乙酯混合并反应60-120min，得到第二微乳液体系。
本步骤中，在所述第一微乳液体系中缓慢加入浓氨水，3-10min(例如5min)后再加入适量的正硅酸乙酯(TEOS)，并通过超声分散使所述第一微乳液体系、所述浓氨水和所述正硅酸乙酯充分混合并反应60-120min，得到第二微乳液体系。可选地，通过控制反应时间可控制反应得到的核壳结构的量子点组件的SiO2壳的厚度，例如反应时间越长，反应得到的核壳结构的量子点组件的SiO2壳越厚。
步骤5)、依次对所述第二微乳液体系进行破乳处理及离心处理后得到沉淀物，并依次将所述沉淀物进行洗涤及真空干燥，得到核壳结构的量子点组件，其中，所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2，所述量子点群包括一个或多个量子点。
本步骤中，依次对所述第二微乳液体系进行破乳处理及离心处理后得到沉淀物，并将所述沉淀物进行洗涤(例如采用甲醇和去离子水将所述沉淀物洗涤数次)，在室温下真空干燥，得到核壳结构的量子点组件，其中，如图2B所示(图2B为本发明核壳结构的量子点组件的结构示意图)，所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2，所述量子点群包括一个或多个量子点，可选地，所述量子点群有规律地均匀排列于SiO2壳内。
可选地，本步骤中，通过采用破乳剂对所述第二微乳液体系进行破乳处理，可选地，所述破乳剂可以为丙酮，当然还可采用其它的破乳剂，本发明实施例中对此并不作限制。
可选地，本步骤中，通过控制离心器的转速为7000-15000r/min(例如13000r/min)进行离心处理得到沉淀物。
本发明实施例中，通过利用微乳液法制备核壳结构的量子点组件，由于SiO2结构紧密、水氧透过率低、光学透明以及聚光散光效应，采用薄层二氧化硅(SiO2)作为壳包覆量子点群所得到的核壳结构的量子点组件，不仅水氧阻隔性高(如在10-3以上)、透光率高(如可达到95％-99％以上)并且SiO2壳对光具有一定的发散和增亮的作用，进一步提升了由该些核壳结构的量子点组件组成的量子点膜的亮度。
实施例二
图3为本发明量子点组件的制备方法实施例二的流程示意图。本发明实施例采用溶胶-凝胶法制备核壳结构的量子点组件。如图3所示，本实施例的量子点组件的制备方法可以包括：
步骤1)、将量子点材料放入盛有无水乙醇的第一容器中进行乳化分散，并在搅拌状态下依次加入二乙胺、正硅酸二乙酯、水和乙醇，得到第一混合液；其中，所述二乙胺的体积为预设体积的0.8％-1.5％，所述二乙胺的体积与所述正硅酸二乙酯的体积比为1：9，所述水和所述乙醇的混合溶液体积与所述二乙胺和所述正硅酸二乙酯的混合溶液体积相同且都为所述预设体积的8％-10％。
本步骤中，将一定量的量子点材料(例如CdSe或者CdS)放入盛有一定量无水乙醇的第一容器(例如三口烧瓶)中进行乳化分散，并在搅拌状态下依次缓慢加入二乙胺(DEA)、正硅酸二乙酯(TEOS)、水和乙醇，得到第一混合液；其中，所述二乙胺的体积为预设体积(如预设的整个反应体系体积)的0.8％-1.5％，所述二乙胺的体积与所述正硅酸二乙酯的体积比为1：9，所述水和所述乙醇的混合溶液体积与所述二乙胺和所述正硅酸二乙酯的混合溶液体积相同且都为所述预设体积的8％-10％。
可选地，本步骤中，通过控制乳化机的转速为7000-15000r/min(例如13000r/min)，对所述第一容器中的量子点材料和无水乙醇进行高速乳化分散。
步骤2)、对所述第一混合液搅拌5-30min得到沉淀物，并依次将所述沉淀物洗涤及真空干燥，得到核壳结构的量子点组件，其中，所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2，所述量子点群包括一个或多个量子点。
本步骤中，可采用磁力搅拌器对所述第一混合液搅拌5-30min得到沉淀物，并将所述沉淀物进行洗涤(例如利用甲醇和去离子水清洗所述沉淀物数次)，在50℃～72℃下真空干燥24h，得到干燥的核壳结构的量子点组件，其中，如图2B所示，所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2，所述量子点群包括一个或多个量子点，可选地，所述量子点群有规律地均匀排列于SiO2壳内。
本步骤中，通过控制步骤2)中的搅拌时长还可自由调整所述核壳结构的量子点组件的壳厚度，可选地，通过控制搅拌时长来控制所述核壳结构的量子点组件的壳厚度为6nm-90nm。
本发明实施例中，通过利用溶胶-凝胶法制备核壳结构的量子点组件，由于SiO2结构紧密、水氧透过率低、光学透明以及聚光散光效应，采用薄层二氧化硅(SiO2)作为壳包覆量子点群所得到的核壳结构的量子点组件，不仅水氧阻隔性高(如在10-3以上)、透光率高(如可达到95％-99％以上)并且SiO2壳对光具有一定的发散和增亮的作用，进一步提升了由该些核壳结构的量子点组件组成的量子点膜的亮度。
为了能得到不易粘连且具有超疏水性的核壳结构的量子点组件，在上述实施例二的基础上，所述量子点组件的制备方法，还包括：
a)将所述核壳结构的量子点组件放入干燥器中，并加入0.1-0.5ml的氟硅烷；
b)将所述干燥器密封后，在室温及真空度低于100Pa的条件下，采用真空泵对所述干燥器进行抽真空，并反应24h；
c)将所述干燥器解密封后，进行真空干燥30min后，得到相互之间呈现惰性的核壳结构的量子点组件。
本发明实施例中，a)将所述核壳结构的量子点组件放入干燥器中，并加入0.1-0.5ml的氟硅烷(例如全氟辛基三乙氧基硅烷等)；b)将所述干燥器密封后(例如采用密封盖将所述干燥器密封)，在室温及真空度低于100Pa的条件下，采用真空泵对密封后的干燥器进行抽真空，并反应24h；c)将所述干燥器解密封后(例如打开密封盖)，可在50℃～72℃下真空干燥30-120min(例如采用真空烘箱进行真空干燥)后以除去残余的氟硅烷，得到相互之间呈现惰性、不易相互粘连且具有超疏水性的核壳结构的量子点组件。可见，相对于现有水氧组隔膜的成本较高以及稳定性不好(如粘贴易脱落)，由本发明实施例中所得到的该些核壳结构的量子点组件所组成的量子点膜不仅成本低且稳定性好(如不易相互粘连脱落)。
实施例三
本发明实施例提供一种按照上述实施例一或实施例二所述的量子点组件的制备方法制得的核壳结构的量子点组件，所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2，所述量子点群包括一个或多个量子点。可见，由于SiO2结构紧密、水氧透过率低、光学透明以及聚光散光效应，采用薄层二氧化硅(SiO2)作为壳包覆量子点群所得到的核壳结构的量子点组件，不仅水氧阻隔性高、透光率高并且SiO2壳对光具有一定的发散和增亮的作用，进一步提升了由该些核壳结构的量子点组件组成的量子点膜的亮度。
实施例四
本发明实施例提供一种采用上述实施例三所述的核壳结构的量子点组件所制得的量子点膜。图4为本发明量子点膜示意图，如图4所示，将上述实施例三所述的核壳结构的量子点组件按照一定比例分散到树脂混合体系中，可选地，所述树脂混合体系包括以下的一种或者多种：环氧树脂(Epoxy)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)及甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(MS)；进一步地，进行固化处理后(例如，加入固化剂进行固化处理，或者在一定温度等条件下进行固化处理)，得到量子点膜。
可见，由于核壳结构的量子点组件的水氧阻隔性高，无需设置水氧阻隔膜片，进而所得到的量子点膜的透光率高且成本低；进一步地，由于微观SiO2颗粒群会对入射光进行多次折射和/或透射，对入射光具有较强地扩散增亮作用，相对于现有量子点膜上设置扩散粒子或者扩散层进行扩散的方式，本发明实施例所制备的量子点膜的扩散效果更好及透光率更高，从而使得包含本发明实施例所制备的量子点膜的量子点背光模组的亮度更强，提高了色域。
实施例五
本发明实施例提供一种涂覆有上述实施例三所述的核壳结构的量子点组件的发光二极管(LightEmittingDiode，简称LED)。图5为本发明LED的结构示意图，如图5所示，本发明实施例所提供的LED包括透明封装501，所述透明封装501表面(如外表面)涂覆有双马来翻亚胺层(未示出)，所述双马来翻亚胺层上涂覆有第一混合物；其中，所述第一混合物由上述实施例三所述的核壳结构的量子点组件与环氧树脂(未示出)混合得到；LED所发出的光可直接将所述核壳结构的量子点组件中的量子点激发。其中，双马来翻亚胺层和第一混合物所组成的粘接层可耐受1300℃的高温，且SiO2的膨胀系数5*10-7/K，所以该粘接层不会因为热膨胀变形而脱落。
可见，由于核壳结构的量子点组件的水氧阻隔性高、透光率高并且SiO2壳对光具有一定的发散和增亮的作用，进一步提升了涂覆有所述核壳结构的量子点组件的LED的亮度，从而提高了色域。
由于核壳结构的量子点组件的水氧阻隔性高，无需设置水氧阻隔膜片，因此，核壳结构的量子点组件还可灵活地涂覆到透镜(LENS)等表面进行色域的提高，可见拓宽了量子点材料的应用范围。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种量子点组件的制备方法，其特征在于，包括：
1)将聚乙二醇醚和有机溶剂放入第一容器中，依次经过乳化分散及搅拌处理直至透明，得到第一分散液；
2)将量子点材料分散到第二容器中的分散剂中进行搅拌分散，得到第二分散液；
3)将所述第一分散液和所述第二分散液等份倒入第三容器中混合，搅拌直至所述第三容器中的溶液透明，并加入水，进行超声分散50-120min后，得到稳定的第一微乳液体系；
4)在所述第一微乳液体系中加入浓氨水，3-10min后再加入正硅酸乙酯，并通过超声分散使所述第一微乳液体系、所述浓氨水和所述正硅酸乙酯混合并反应60-120min，得到第二微乳液体系；
5)依次对所述第二微乳液体系进行破乳处理及离心处理后得到沉淀物，并依次将所述沉淀物进行洗涤及真空干燥，得到核壳结构的量子点组件，其中，所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2，所述量子点群包括一个或多个量子点。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，控制乳化机的转速为10000-30000r/min和乳化时长为3-15min进行乳化分散；和/或，
采用磁力搅拌器进行搅拌处理。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述分散剂为环己烷或者乙醇。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，采用破乳剂对所述第二微乳液体系进行破乳处理；和/或，
控制离心器的转速为7000-15000r/min进行离心处理。
5.一种量子点组件的制备方法，其特征在于，包括：
1)将量子点材料放入盛有无水乙醇的第一容器中进行乳化分散，并在搅拌状态下依次加入二乙胺、正硅酸二乙酯、水和乙醇，得到第一混合液；其中，所述二乙胺的体积为预设体积的0.8％-1.5％，所述二乙胺的体积与所述正硅酸二乙酯的体积比为1：9，所述水和所述乙醇的混合溶液体积与所述二乙胺和所述正硅酸二乙酯的混合溶液体积相同且都为所述预设体积的8％-10％；
2)对所述第一混合液搅拌5-30min得到沉淀物，并依次将所述沉淀物洗涤及真空干燥，得到核壳结构的量子点组件，其中，所述核壳结构的量子点组件的核为量子点群，壳为SiO2，所述量子点群包括一个或多个量子点。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，通过控制搅拌时长来控制所述核壳结构的量子点组件的壳厚度为6nm-90nm。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，还包括：
将所述核壳结构的量子点组件放入干燥器中，并加入0.1-0.5ml的氟硅烷；
将所述干燥器密封后，在室温及真空度低于100Pa的条件下，采用真空泵对所述干燥器进行抽真空，并反应24h；
将所述干燥器解密封后，进行真空干燥30min后，得到相互之间呈现惰性的核壳结构的量子点组件。
8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，控制乳化机的转速为7000-15000r/min进行乳化分散。
9.一种核壳结构的量子点组件，其特征在于，按照权利要求1-4或者权利要求5-8所述量子点组件的制备方法制得。
10.一种量子点膜，其特征在于，包括：
将权利要求9所述的核壳结构的量子点组件分散到树脂混合体系中，并进行固化处理后得到。
11.根据权利要求10所述的量子点膜，其特征在于，所述树脂混合体系包括以下的一种或者多种：环氧树脂Epoxy、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS及甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物MS。
12.一种发光二极管LED，包括透明封装，其特征在于，所述透明封装表面涂覆有双马来翻亚胺层，所述双马来翻亚胺层上涂覆有第一混合物；其中，所述第一混合物由权利要求9所述的核壳结构的量子点组件与环氧树脂混合得到。
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