CN105425463A - 显示装置、背光模组、量子点光学膜片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了显示装置、背光模组、量子点光学膜片及其制备方法。一种量子点光学膜片包括:量子点层、包覆在量子点层入光侧的表面上的第一复合水氧阻隔层、包覆在量子点层出光侧的表面上的第二复合水氧阻隔层;第一复合水氧阻隔层、第二复合水氧阻隔层为第一薄膜结构、第二薄膜结构、第三薄膜结构中的一种或任意两种的组合;其中,第一薄膜结构是由对苯二甲酸乙二醇酯PET和石墨烯构成的复合水氧阻隔层;第二薄膜结构是石墨烯层;第三薄膜结构是由PET和氧化铝构成的水氧阻隔层。相对于现有技术,上述量子点光学膜片水氧阻隔性能、光透过性、以及结构稳定性得以明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示领域,尤其涉及一种显示装置、背光模组、量子点光学膜片及其制备方法。
背景技术
从2014年开始,高色域电视迅速占领了各大电视品牌的旗舰产品的位置。无论是世界级的CES消费类电子产品展,还是国内的AWE家电展上,高色域都是电视发展的主流。目前,实现100%左右NTSC高色域的主流方法是量子点技术,使用量子点技术的量子点光学膜片,可以将色域提高到85%以上,使得色彩表现更加饱和逼真,画面表现更有视觉冲击力。使用量子点技术制备的量子点光学膜片的结构如图1所示,包括位于入光侧的第一水氧阻隔层101、位于出光侧的第二水氧阻隔层103,以及位于第一水氧阻隔层101与第二水氧阻隔层103之间的量子点层102。采用此量子点光学膜片的背光模组,沿出光方向依次包括背光源***和量子点光学膜片,其中,背光原***的发光芯片可采用蓝色LED芯片,发光芯片发出的蓝色光进入量子点光学膜片后,激发量子点光学膜片中的量子点产生红光和绿光,激发产生的红光、绿光与直接透射过量子点光学膜片的蓝光混合形成白色背光。
现有技术中制备量子点光学膜片的方法是将量子点材料分布于胶液基体中,经固化工艺形成量子点膜,再将量子点膜进行水氧阻隔封装而成,其中,水氧阻隔层多为Al2O3等无机物涂覆在PET膜的表面得到的薄膜层。然而现有的量子点膜片具有以下缺点:
其一、Al2O3等无机物涂层使得两层水氧阻隔层的光透过率受到限制,进而导致从量子点光学膜片出光侧透出的光亮度不足。
其二,而且该无机物涂层为简单的物理附着,与膜片之间未形成化学键的作用,结合强度不够,容易在使用和装配的过程中由于膜层间相互摩擦、热收缩率有差异等原因脱落,从而影响使用。
其三,量子点光学膜片在裁切过程中,切口处会受到水氧的侵蚀,进而导致局部量子点失效。采用正反两层阻隔层进行水氧阻隔,但在裁切过程中会出现部分水氧侵蚀,水氧的侵入会导致量子点材料的光致分解从而形成失效区。
综上,现有的量子点光学膜片亟待需求优化方案,以解决水氧阻隔层的光透过率较低、机械强度低、容易脱落,以及量子点光学膜片的裁切切口容易受到水氧的侵蚀,进而使量子点失效的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种显示装置、背光模组、量子点光学膜片及其制备方法,用以优化现有的量子点光学膜片,解决现有量子点光学膜片的水氧阻隔层的光透过率较低、机械强度低、容易脱落,以及量子点光学膜片的裁切切口容易受到水氧的侵蚀,进而使量子点失效的技术问题。
本发明实施例提供一种量子点光学膜片,包括:量子点层、包覆在所述量子点层入光侧的表面上的第一复合水氧阻隔层、包覆在所述量子点层出光侧的表面上的第二复合水氧阻隔层;
所述第一复合水氧阻隔层、所述第二复合水氧阻隔层为第一薄膜结构、第二薄膜结构、第三薄膜结构中的一种或任意两种的组合;
其中,所述第一薄膜结构是由对苯二甲酸乙二醇酯PET和石墨烯构成的复合水氧阻隔层;所述第二薄膜结构是石墨烯层;所述第三薄膜结构是由所述PET和氧化铝构成的水氧阻隔层。
本发明实施例还提供一种量子点光学膜片,包括:所述量子点光学膜片是将石墨烯的分散液掺杂在量子点的分散液中,由所述石墨烯与所述量子点通过化学键的结合得到的复合量子点光学膜片。
本发明实施例还提供一种背光模组,至少包括上述任一种量子点光学膜片。
本发明实施例还提供一种显示装置,至少包括上述任一种背光模组。
基于上述量子点光学膜片,本发明实施例提供了以下几种量子点光学膜片的制备方法。
本发明实施例提供了一种量子点光学膜片的制备方法,包括:
在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;
将设定浓度的PET分散液旋涂在所述少层石墨烯层的表面上,在设定温度下挥发所述PET分散液的溶剂,得到附着在所述衬底上的第一薄膜结构,所述第一薄膜结构包括所述少层石墨烯以及涂覆在所述少层石墨烯上的PET膜层;
将量子点通过分散工艺分散至胶液中,一定条件下固化形成量子点层;
采用光学胶将所述第一薄膜结构和所述量子点层进行组装,得到量子点光学膜片,所述量子点光学膜片包括量子点层,以及分别包覆在所述量子点层入光侧的表面上、出光侧的表面上的所述第一薄膜结构,且所述第一薄膜结构的PET膜层设置在所述少层石墨烯层与所述量子点层之间。
本发明实施例提供了一种量子点光学膜片的制备方法,包括:
在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;采用化学腐蚀法,将所述少层石墨烯层与所述衬底分离;
将所述少层石墨烯层分散在有机挥发溶剂中,得到设定浓度的少层石墨烯分散液;
将设定浓度的对苯二甲酸乙二醇酯PET分散液与所述少层石墨烯分散液混合均匀,采用涂覆法在石英玻璃衬底上制备第一薄膜结构,所述第一薄膜结构是由所述少层石墨烯与所述PET通过化学键的结合而得到的复合水氧阻隔层;
制备量子点层,并采用光学胶将所述第一薄膜结构和所述量子点层进行组装,得到量子点光学膜片,且所述量子点光学膜片包括所述量子点层、以及分别包覆在所述量子点层入光侧的表面上、出光侧的表面上的所述第一薄膜结构。
本发明实施例提供了一种量子点光学膜片的制备方法,包括:
在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;
将设定浓度的量子点分散液均匀涂覆在所述少层石墨烯层的表面上,在设定温度下挥发所述量子点分散液的溶剂,得到量子点层/少层石墨烯层结构;
采用光学胶将两个所述量子点层/少层石墨烯层结构进行组装得到由量子点层以及分别包覆在所述量子点层入光侧的表面上、出光侧的表面上的少层石墨烯层构成的量子点光学膜片。
本发明实施例提供了一种量子点光学膜片的制备方法,包括:
在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;采用化学腐蚀法,将所述少层石墨烯层与所述衬底分离;
将所述少层石墨烯层分散在有机挥发溶剂中,得到设定浓度的少层石墨烯分散液;
将量子点通过分散工艺分散至胶液中,得到设定浓度的量子点分散液;
将所述设定浓度的量子点分散液与所述少层石墨烯分散液混合均匀,并在一定温度和压力条件下进行固化,得到由由所述石墨烯与所述量子点通过化学键的结合而成的复合量子点光学膜片。
本发明上述实施例提供的量子点光学膜片具有以下特点:
其一,采用具有自修复功能的石墨烯材料与PET复合进行水氧阻隔,形成的量子点光学膜片在切割过程中切口会自修复形成石墨烯层,从而相互堆砌,阻隔气体和水,使其在裁切过程中大量减少了量子点与空气中的水氧接触的机会,基本可以消除膜片在裁切过程中形成的失效区域,并且石墨烯材料的自修复性能可以修复量子点光学膜片在使用过程中的划伤;
其二,本发明实施例将少层石墨烯掺杂在PET中,或者直接将少层石墨烯作为量子点层的水氧阻隔层,相对于现有技术中利用无机物涂层进行水氧隔离,提高了量子点光学膜片的透光率,从侧面可以节省电视背光的能耗,提高背光模组透出光的亮度;
其三,本发明实施例将石墨烯掺杂在PET中,或者直接将石墨烯作为量子点层两侧的复合水氧阻隔层,因石墨烯表面含有大量的活性官能团,可以与PET或者量子点胶液材料发生化学反应,形成化学键,化学键的结合力远大于分子间结合力,因此,量子点层两侧的复合水氧阻隔层不易脱落,且复合水氧阻隔层中的石墨烯也会对PET膜和量子点材料起到增韧的作用;
其四,石墨烯层单独作为量子点层的水氧阻隔层,石墨烯具有良好的机械性能,使得石墨烯层能够支撑量子点层,这样可以省去PET材料,有利于节约成本、简化工艺以及实现背光模组的薄型化;
其五,石墨烯单层原子平面二维结构致密,由少层石墨烯与PET构成的复合水氧组隔层,或者由石墨烯层构成的复合水氧阻隔层,与现有技术中的掺杂在PET中的三氧化二铝等无机涂层相比,具有更加稳定的结构,具有更加优秀的水氧阻隔性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍,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,对于本领域的普通技术人员来讲,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为现有技术提供的第一种量子点光学膜片的结构示意图;
图2a为本发明实施例提供的第一种量子点光学膜片的结构示意图;
图2b为本发明实施例提供的第一种量子点光学膜片的水氧阻隔层的结构示意图;
图2c为本发明实施例提供的第一种量子点光学膜片的水氧阻隔原理示意图;
图3为本发明实施例提供的第二种量子点光学膜片的结构示意图;
图4a为本发明实施例提供的第三种量子点光学膜片的结构示意图;
图4b为本发明实施例提供的第三种量子点光学膜片的水氧阻隔原理示意图;
图5为本发明实施例提供的第四种量子点光学膜片的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的一种量子点光学膜片的制备方法流程图;
图7为本发明实施例提供的第二种量子点光学膜片的制备方法流程图;
图8为本发明实施例提供的第三种量子点光学膜片的制备方法流程图;
图9为本发明实施例提供的第四种量子点光学膜片的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,显然,所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
为了解决现有量子点光学膜片的水氧阻隔层的光透过率较低、机械强度低、容易脱落,以及量子点光学膜片的裁切切口容易受到水氧的侵蚀,进而使量子点失效的技术问题。本发明实施例利用石墨烯的特性,对水氧阻隔层进行优化,提出一种由石墨烯和PET复合而成的复合水氧阻隔层替换现有技术中的水氧阻隔层,同时还提出一种由石墨烯单独作为水氧阻隔层的量子点光学膜片。
下面首先针对石墨烯的特性进行简单介绍。
石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯包括单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯,单层石墨烯:指由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。双层石墨烯(Bilayerordouble-layergraphene):指由两层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括AB堆垛,AA堆垛,AA’堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。少层石墨烯(Few-layer):指由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的一种二维碳材料。多层或厚层石墨烯(multi-layergraphene):指厚度在10层以上10nm以下苯环结构周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的一种二维碳材料。
石墨烯具有完美的二维晶体结构,它的晶格是由六个碳原子围成的六边形,厚度为一个原子层。碳原子之间由σ键连接,结合方式为sp2杂化,这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍,甚至还要超过钻石。在石墨烯中,每个碳原子都有一个未成键的p电子,这些p电子可以在晶体中自由移动,且运动速度高达光速的1/300,赋予了石墨烯良好的导电性。石墨烯是新一代的透明导电材料,在可见光区,四层石墨烯的透过率与传统的ITO薄膜相当,在其它波段,四层石墨烯的透过率远远高于ITO薄膜。因此,石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。
现有制备石墨烯常见的方法包括机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法和化学气相沉积法(CVD)。
本发明实施例提供了常压化学气相沉积法制备大面积的少层石墨烯的具体过程,CVD法是目前最有可能实现工业化制备高质量、大面积石墨烯的方法。但本发明实施例并不限于采用常压化学气相沉积法制备少层石墨烯,也可以根据机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法等方法制备本发明实施例所需的少层石墨烯。
基于少层石墨烯具有超薄、致密、透过率高、弹性大,韧性强、以及可大面积制备的特点,本发明实施例提供了以下几种新型的量子点光学膜片。
本发明实施例提供一种量子点光学膜片包括:量子点层、包覆在量子点层入光侧的表面上的第一复合水氧阻隔层、包覆在量子点层出光侧的表面上的第二复合水氧阻隔层;其中,第一复合水氧阻隔层、第二复合水氧阻隔层为第一薄膜结构、第二薄膜结构、第三薄膜结构中的一种或任意两种的组合;其中,第一薄膜结构是由对苯二甲酸乙二醇酯PET和石墨烯构成的复合水氧阻隔层;第二薄膜结构是石墨烯层;第三薄膜结构是由PET和氧化铝构成的水氧阻隔层。优选的,第一复合水氧阻隔层为第一薄膜结构、第二薄膜结构中的任一种,第二复合水氧阻隔层为第一薄膜结构、第二薄膜结构中的任一种;或者,包覆在量子点层入光侧、出光侧的复合水氧阻隔层分别为第一薄膜结构、第二薄膜结构、第三薄膜结构中任意两种的组合。
例如,若量子点层标记为“C”,第一薄膜结构标记为“X”,第二薄膜结构标记为“Y”,第三薄膜结构标记为“Z”,则量子点光学膜片的结构包括以下几种类型:“XCX”“XCY”“XCZ”“YCX”“YCY”“YCZ”“ZCX”“ZCY”“ZCZ”。
一种可选的实施方式中,第一薄膜结构包括:石墨烯层和涂覆在石墨烯层表面上的PET膜层;其中,第一薄膜结构包覆在量子点层的一侧表面时,PET膜层设置在石墨烯层与量子点层之间。
另一种可选的实施方式中,第一薄膜结构是将石墨烯分散液掺杂在PET分散液中,由石墨烯与PET通过化学键的结合得到的复合水氧阻隔层。
本发明实施例还提供一种新型的量子点光学膜片,这种新型的量子点光学膜片是将石墨烯的分散液掺杂在量子点的分散液中,由石墨烯与量子点通过化学键的结合得到的复合量子点光学膜片。
优选的,上述量子点光学膜片中的石墨烯为少层石墨烯。
下面针对上述实施例中的具体有代表性的量子点光学膜片进行详细介绍:
本发明实施例提供了一种如图2a所示的一种“XCX”型的量子点光学膜片,包括:
量子点层22、包覆在量子点层22入光侧的表面上的第一复合水氧阻隔层21、包覆在量子点层22出光侧的表面上的第二复合水氧阻隔层23;其中,量子点层22与第一复合水氧阻隔层21、第二复合水氧阻隔层23之间通过光学UV胶进行固化,第一复合水氧阻隔层21、第二复合水氧阻隔层23由对苯二甲酸乙二醇酯PET和少层石墨烯构成;
具体的,第一复合水氧阻隔层21包括:少层石墨烯层211和涂覆在少层石墨烯层211表面上的PET膜层212;其中,PET膜层212设置在少层石墨烯层211与量子点层22之间。第一复合水氧阻隔层的结构示意图如图2b所示,
第二复合水氧阻隔层23包括:少层石墨烯层231和涂覆在少层石墨烯层231表面上的PET膜层232;其中,PET膜层232设置在少层石墨烯层231与量子点层22之间。
上述实施例中,一般情况下,入光侧是指靠近背光模组光源的一侧,出光侧是指靠近显示面板的一侧。
上述量子点光学膜片的水氧阻隔原理图,参见图2c。因少层石墨烯层211包裹在PET外表面,PET包裹在量子点层的外表面,少层石墨烯层211是由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的一种二维碳材料,其原子排列十分紧密,因此,空气中的水分子(H2O)或氧分子(O2)极少数能够透过少层石墨烯层211,即使有透过少层石墨烯层211的水分子或氧分子,也会被PET膜层212继续阻挡,使得上述复合水氧阻隔层具有双重水氧隔离的功能,进而得到了极好的水氧阻隔效果。
上述实施例中,由石墨烯层与PET膜复合而成的复合水氧阻隔层,替代现有的水氧阻隔层,进而将复合水氧阻隔层与量子点层进行封装后,得到量子点光学膜片。
该量子点光学膜片具有以下特点:
其一,由于石墨烯是薄层原子结构,其自身的原子排列平整致密,石墨烯厚度只有一层碳原子的厚度,使得石墨烯可以填充至PET的空隙中能够增加PET材料的密闭性,因此将少层石墨烯层与PET膜复合而成的复合水氧阻隔层具有更完美的阻隔水分子和气体分子的能力,可减少在使用过程中水氧侵蚀对膜片的影响。
其二,完美的无缺陷的石墨烯单晶具有单层原子结构和微纳米级平面二维结构使其具有较高的光透过率,因此,相对于现有涂覆三氧化二铝等无机涂层的水氧阻隔层,由PET和少层石墨烯叠加成的复合水氧阻隔层的透光性较好;
其三,由于石墨烯表面的多官能团结构,使得PET和少层石墨烯叠加时,PET与石墨烯之间的结合力为化学键,而现有技术中PET与无机水氧阻隔层的结合力为分子间作用力,因此,PET与石墨烯的结合力远大于PET与无机水氧阻隔层的结合力,使得由PET和少层石墨烯叠加成的复合水氧阻隔层具有良好的机械性能,使得封装而成的量子点光学膜片的结构更稳定。
其四,少层石墨烯层即使表面受划伤的情况下也能具有水氧阻隔性能,这是因为石墨烯层层重叠的二维结构会互补缺陷且具有自修复性,即使在切割时也能迅速在切口处形成石墨烯层,避免了裁切过程导致的水氧隔离失效。
基于同样的发明构思,本发明实施例还提供了一种如图3所示的一种“XCX”型的量子点光学膜片,包括:
量子点层22、包覆在量子点层22入光侧的表面上的第一复合水氧阻隔层31、包覆在量子点层22出光侧的表面上的第二复合水氧阻隔层33;其中,量子点层22与第一复合水氧阻隔层31、第二复合水氧阻隔层33之间通过光学UV胶进行固化。具体的,第一复合水氧阻隔层31、第二复合水氧阻隔层33都是由少层石墨烯与PET通过化学键的结合得到的复合水氧阻隔层。少层石墨烯的多官能团结构,如羟基、羧基基团,在一定条件下,与PET的羧基、羟基等官能团之间发生化学反应,使得少层石墨烯与PET通过化学键的结合为一种新复合材料,即复合水氧阻隔层。
上述量子点光学膜片中,由少层石墨烯与PET通过化学键的结合得到的复合水氧阻隔层还存在未发生反应的多官能团结构,因此,复合水氧阻隔层与量子点层之间的结合力与现有技术相比,也得到更大的改善,使得得到的量子点光学膜片的整体结构的稳定性得到提升。
上述量子点光学膜片中,将少层石墨烯层与PET膜复合而成的复合水氧阻隔层替代现有的水氧阻隔层,少层石墨烯层会对PET膜起到增韧的作用,与现有技术中的掺杂在PET中的三氧化二铝等无机涂层相比,具有更加稳定的结构,具有更加优秀的水氧阻隔性能。
上述量子点光学膜片的水氧阻隔原理与上述实施例相似,将少层石墨烯填充在了PET中,少层石墨烯与PET的结合力为官能团间发生反应产生的化学键,使得复合成的复合水氧阻隔层更加致密,可有效隔离空气中的水分子(H2O)或氧分子(O2)。
上述量子点光学膜片具有以下特点:
其一,采用具有自修复功能的石墨烯材料与PET复合进行水氧阻隔,形成的量子点光学膜片在切割过程中切口会自修复形成石墨烯层,从而相互堆砌,阻隔气体和水,使其在裁切过程中大量减少了量子点与空气中的水氧接触的机会,基本可以消除膜片在裁切过程中形成的失效区域,并且石墨烯材料的自修复性能可以修复量子点光学膜片在使用过程中的划伤;
其二,本发明实施例将少层石墨烯掺杂在PET中,相对于现有技术中利用无机物涂层进行水氧隔离,提高了量子点光学膜片的透光率,从侧面可以节省电视背光的能耗,提高背光模组透出光的亮度。
其三,本发明实施例将石墨烯掺杂在PET中,作为量子点层两侧的复合水氧阻隔层,因石墨烯表面含有大量的活性官能团,可以与PET胶液材料发生化学反应,形成化学键,化学键的结合力远大于分子间结合力,因此,量子点层两侧的复合水氧阻隔层不易脱落,且复合水氧阻隔层中的石墨烯也会对PET膜和量子点材料起到增韧的作用。
本发明实施例提供一种如图4a所示的“YCY”型的量子点光学膜片,包括:量子点层22、包覆在量子点层22入光侧的表面上的少层石墨烯层41、包覆在量子点层22出光侧的表面上的少层石墨烯43,如图4a中,分别设置在量子点层两侧作为水氧阻隔层的材料均为少层石墨烯层。
图4a所示的量子点光学膜片将少层石墨烯层作为量子点层的水氧阻隔层,可以有效将空气中的水、氧进行隔离。下面以包覆在量子点层22入光侧的表面上的少层石墨烯层41为例对其隔离原理进行说明,如图4b所示,少层石墨烯层41是由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的一种二维碳材料,其原子排列十分紧密,因此,少层石墨烯层41层层重叠的原子排列使得空气中极少数的水分子(H2O)或氧分子(O2)能够透过少层石墨烯层41。
上述量子点光学膜片还具有以下特点:
其一,采用具有自修复功能的石墨烯材料作为量子点层两侧的水氧阻隔层,形成的量子点光学膜片在切割过程中切口会自修复形成石墨烯层,从而相互堆砌,阻隔气体和水,使其在裁切过程中大量减少了量子点与空气中的水氧接触的机会,基本可以消除膜片在裁切过程中形成的失效区域,并且石墨烯材料的自修复性能可以修复量子点光学膜片在使用过程中的划伤;
其二,本发明实施例直接将少层石墨烯作为量子点层的水氧阻隔层,相对于现有技术中利用无机物涂层进行水氧隔离,提高了量子点光学膜片的透光率,从侧面可以节省电视背光的能耗,提高背光模组透出光的亮度;
其三,本发明实施例直接将石墨烯作为量子点层两侧的复合水氧阻隔层,因石墨烯表面含有大量的活性官能团,可以与量子点胶液材料发生化学反应,形成化学键,化学键的结合力远大于分子间结合力,因此,量子点层两侧的复合水氧阻隔层不易脱落,且复合水氧阻隔层中的石墨烯也会对PET膜和量子点材料起到增韧的作用;
其四,石墨烯层单独作为量子点层的水氧阻隔层,石墨烯具有良好的机械性能,使得石墨烯层能够支撑量子点层,这样可以省去PET材料,有利于节约成本、简化工艺以及实现背光模组的薄型化;
其五,石墨烯单层原子平面二维结构致密,由石墨烯层构成的复合水氧阻隔层,与现有技术中的掺杂在PET中的三氧化二铝等无机涂层相比,具有更加稳定的结构,具有更加优秀的水氧阻隔性能。
本发明实施例并不限于介绍的几种量子点光学膜片,其他类型的量子点光学膜片的结构与上述量子点光学膜片的结构和功能相似,此处不再累述。
基于相同的发明构思,本发明实施例还提供一种如图5所示的量子点光学膜片,该量子点光学膜片是由少层石墨烯51和量子点52的混合分散液经固化处理后得到的薄膜层,具体为由少层石墨烯51与量子点52通过化学键的结合得到的复合量子点光学膜片。将石墨烯的分散液掺杂在量子点的分散液中使得少层石墨烯的多官能团结构,如羟基、羧基基团,在一定条件下,与量子点材料的官能团之间发生化学反应,得到的一种新复合薄膜材料。
该量子点光学膜片与现有技术相比,去除了作为水氧阻隔层的PET,将石墨烯掺杂在量子点中,因石墨烯是薄层原子结构,可以填充至量子点材料的空隙中增加材料的密闭性,使得石墨烯包覆在量子点层的表面,因此将石墨烯掺杂在量子点材料中具有阻隔水分子和气体分子的能力,可减少在使用过程中水氧侵蚀对膜片的影响。
由于石墨烯具有单层原子结构和微纳米级平面二维结构,具有良好的机械性能,因此将少层石墨烯填充在量子点分子间的空隙中,能够增加量子点光学膜片的整体韧性,可省去PET膜片层的添加,可实现背光模组的薄型化。
因量子点光学膜片只包括少层石墨烯和量子点材料,少层石墨烯的高透性使得量子点光学膜片透出的光强度得以提高。另外,少层石墨烯层层重叠的二维结构会互补缺陷且具有自修复性,即使在切割时也能迅速在切口处形成石墨烯层,减少裁切过程中的损失。
本发明实施例还提供一种背光模组,至少包括上述任一种量子点光学膜片。
本发明实施例还提供一种显示装置,至少包括上述任一种背光模组。
基于上述四种量子点光学膜片的结构,本发明实施例提供了每一种量子点光学膜片的制备方法。
首先,本发明实施例介绍一种在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层的方法流程,具体包括:
第一步,采用电子束法或者磁控溅射法制备作为催化剂的金属衬底;
比如,采用电子束沉积和磁控溅射的方法在SiO2/Si表面沉积一定厚度(100-300nm)的铜、镍作为衬底和催化剂。
第二步,将金属衬底放入石英管中,向石英管中通入氢气和氩气,并按照设定的升温程式,在温度升至指定温度时向石英管中通入甲烷气体,在金属衬底上生长少层石墨烯层。
比如,在Ar和H2气氛下升温至900-1000℃退火5-10min,然后通入甲烷气体,通入时间为5-10min,流速为0.8-2sccm,最后关闭甲烷和氢气,在氩气等惰性气体保护下快速降温实现石墨烯的生长。
基于上述少层石墨烯层的制备方法,本发明实施例提供一种制备量子点光学膜片的制备方法,如图6所示,包括以下步骤:
步骤A1:催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;
步骤A2:将设定浓度的PET分散液旋涂在少层石墨烯层的表面上,在设定温度下挥发PET分散液的溶剂,得到附着在所述衬底上的第一薄膜结构,即衬底/少层石墨烯/PET膜层,所述第一薄膜结构包括所述少层石墨烯以及涂覆在所述少层石墨烯上的PET膜层;
设定浓度的PET分散液的配置过程为:按照设定的浓度计算PET颗粒的用量,将称量好的PET颗粒溶解于苯酚和四氯化碳的溶液中,其中苯酚与四氯化碳的体积比为3:2。设定温度可以为50-80℃。缓慢挥发PET分散液的溶剂,可在少层石墨烯层上形成致密均匀的PET薄膜。
步骤A3:用化学腐蚀法,将第一薄膜结构与衬底分离,得到少层石墨烯/PET膜层;
具体的,将附着在衬底上的第一薄膜结构放入三氯化铁或过硫酸铵刻蚀溶液中刻蚀衬底材料镍、铜合金,使得复合水氧阻隔层从该衬底分离脱落,刻蚀溶液对第一薄膜结构不会发生反应。
步骤A4:重复上述步骤A1至步骤A3得到另一第一薄膜结构,即少层石墨烯/PET膜层;
步骤A5:将量子点颗粒通过分散工艺分散至胶液中,一定条件下固化形成量子点层;
步骤A6:采用光学胶将两个第一薄膜结构和所述量子点层进行组装,得到量子点光学膜片包括:少层石墨烯/PET膜层/量子点层/PET膜层/少层石墨烯,即所述量子点光学膜片包括量子点层,以及分别包覆在所述量子点层入光侧的表面上、出光侧的表面上的所述第一薄膜结构,且所述第一薄膜结构的PET膜层设置在所述少层石墨烯层与所述量子点层之间。
本发明实施例还提供一种量子点光学膜片的制备方法,如图7所示,具体包括以下步骤:
步骤B1:在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;采用化学腐蚀法,将少层石墨烯层与衬底分离;
步骤B2:将少层石墨烯层分散在有机挥发溶剂中,得到设定浓度的少层石墨烯分散液;
具体的,可将5层以内的石墨烯超声分散到乙醇等易挥发的有机溶剂中,制备0.05%-0.8%的石墨烯分散液,根据分散液中石墨烯的不同浓度来控制量子点光学膜片的光学透过率和水氧阻隔率。分散液中石墨烯的浓度与量子点光学膜片的光学透过率成反比,与水氧阻隔率成正比,因此,可根据实际需要确定分散液中石墨烯的最优浓度。
步骤B3:将设定浓度的对苯二甲酸乙二醇酯PET分散液与少层石墨烯分散液混合均匀,采用涂覆法在石英玻璃衬底上制备第一薄膜结构,所述第一薄膜结构是由所述少层石墨烯与所述PET通过化学键的结合而得到的;
其中,设定浓度的PET分散液的配置过程为:按照设定的浓度计算PET颗粒的用量,将称量好的PET颗粒溶解于苯酚和四氯化碳的溶液中,其中苯酚与四氯化碳的体积比为3:2。将设定浓度的PET分散液与少层石墨烯分散液等份混合,高速搅拌均匀后静置,用旋涂和刮涂的方法将混合分散液涂覆到石英玻璃的表面,并在50-72℃缓慢挥发溶剂,可得到均匀致密的膜层,而温度过高会因为挥发过快导致膜片皱缩,温度过低则难以挥发完全得到第一薄膜结构。通过控制涂量得到不同厚度的第一薄膜结构。
步骤B4:将量子点通过分散工艺分散至胶液中,一定条件下固化形成量子点层;
步骤B5:通过光学UV胶将步骤B4得到的量子点层的一面(入光侧一面)粘贴在步骤B3得到的第一薄膜结构的表面,使得第一薄膜结构与石英玻璃脱离,得到量子点层/第一薄膜结构;
因第一薄膜结构与石英玻璃结合力很弱,而第一薄膜结构与量子点层的粘接能力较强,会使第一薄膜结构与石英玻璃剥离而粘附到量子点层上,得到量子点层/第一薄膜结构;
步骤B6:重复上述步骤B1至步骤B3得到附着在石英玻璃上的第一薄膜结构,即衬底/第一薄膜结构;
步骤B7:通过光学UV胶将量子点层/第一薄膜结构中的量子点层的另一面(出光侧一面)胶粘在步骤B6的第一薄膜结构的表面,步骤B6的第一薄膜结构与量子点层之间的粘合力大于第一薄膜结构与石英玻璃之间的粘合力,使得步骤B6的第一薄膜结构与石英玻璃脱离,得到第一薄膜结构/量子点层/第一薄膜结构,即包括量子点层、以及分别包覆在所述量子点层入光侧的表面上、出光侧的表面上的所述第一薄膜结构的量子点光学膜片。
本发明实施例还提供一种量子点光学膜片的制备方法,如图8所示,具体包括以下步骤:
步骤C1:在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;
步骤C2:将设定浓度的量子点分散液均匀涂覆在少层石墨烯层的表面上,在设定温度下挥发量子点分散液的溶剂,得到涂覆在少层石墨烯层表面上的量子点层,即量子点层/少层石墨烯/衬底;
具体的,在57-72℃温度下挥发量子点分散液的溶剂,然后冷却至室温,促进分子间氢键等化学键的形成,使得石墨烯层均匀覆盖在量子点层并相互结合,具体是利用石墨烯表面大量的羟基羧基基团与胶体相互缔合形成化学键作用使两者结合。
步骤C3:去除衬底,得到覆盖在少层石墨烯层表面的量子点层,即量子点层/少层石墨烯层;
具体的,将步骤C2的量子点层/少层石墨烯层/衬底放入三氯化铁或过硫酸铵溶液中刻蚀衬底材料镍、铜合金,使得量子点层/少层石墨烯层从衬底上脱落。
由于少层石墨烯的机械支撑力较好,量子点层/少层石墨烯层结构中,少层石墨烯层既能作为量子点层的支撑层,又可作为量子点层的水氧阻隔层。
步骤C4:重复步骤C1至步骤C3,得到另一量子点层/少层石墨烯层;
步骤C5:将步骤C3和步骤C4的量子点层/少层石墨烯层进行组装,得到少层石墨烯层/量子点层/少层石墨烯层结构的量子点光学膜片。少层石墨烯层/量子点层/少层石墨烯层结构的量子点光学膜片具有机械强度良好、透光率好、水氧阻隔效果好的特点。
本发明实施例还提供一种量子点光学膜片的制备方法,如图9所示,具体包括以下步骤:
步骤D1:在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层,采用化学腐蚀法,将少层石墨烯层与衬底分离;
步骤D2:将少层石墨烯层分散在有机挥发溶剂中,得到设定浓度的少层石墨烯分散液;
具体的,将5层以内的石墨烯超声分散到乙醇等易挥发的有机溶剂中,制备0.05%-0.8%的石墨烯分散液,根据分散液中石墨烯的不同浓度来控制量子点光学膜片的光学透过率和水氧阻隔率,可根据实际需要确定分散液中石墨烯的最优浓度。
步骤D3:将设定浓度的量子点分散液与少层石墨烯分散液混合均匀,并在一定温度和压力条件下进行固化,得到由所述石墨烯与所述量子点通过化学键的结合而成的复合量子点光学膜片;
具体的,将石墨烯分散液与量子点分散液按照一定比例混合,将混合分散液,旋涂在石英玻璃衬底上,在102℃,5MPa的条件下,固化24h,得到由石墨烯与量子点复合而成的量子点光学膜片。其中,可以预先在石英玻璃衬底上涂覆脱模剂,在固化结束后直接将量子点光学膜片从石英玻璃衬底上揭下。
因石墨烯薄层分子的细微结构可以均匀填充量子点分散液的空隙,并与量子点发生反应,石墨烯与量子点之间通过化学键结合在一起,与现有技术中依靠分子间作用力结合相比,按照上述方法得到的量子点光学膜片具有良好的机械性能,且量子点光学膜片的气密性极高,气体透过率在10-5以下,可以阻隔水氧分子的透过,并且石墨烯可以起到机械支撑的作用,省去PET膜片层的添加。量子点光学膜片的厚度可以根据旋涂速率和时间进行控制。
上述几种量子点光学膜片的制备方法仅为举例,对于本发明实施例中所有类型的量子点光学膜片的制备方法是上述实施例中部分步骤的叠加和组合,此处不再详述。
基于上述制备方法得到的量子点光学膜片具有以下特点:
其一,采用具有自修复功能的石墨烯材料与PET复合进行水氧阻隔,形成的量子点光学膜片在切割过程中切口会自修复形成石墨烯层,从而相互堆砌,阻隔气体和水,使其在裁切过程中大量减少了量子点与空气中的水氧接触的机会,基本可以消除膜片在裁切过程中形成的失效区域,并且石墨烯材料的自修复性能可以修复量子点光学膜片在使用过程中的划伤;
其二,本发明实施例将少层石墨烯掺杂在PET中,或者直接将少层石墨烯作为量子点层的水氧阻隔层,相对于现有技术中利用无机物涂层进行水氧隔离,提高了量子点光学膜片的透光率,从侧面可以节省电视背光的能耗,提高背光模组透出光的亮度;
其三,本发明实施例将石墨烯掺杂在PET中,或者直接将石墨烯作为量子点层两侧的复合水氧阻隔层,因石墨烯表面含有大量的活性官能团,可以与PET或者量子点胶液材料发生化学反应,形成化学键,化学键的结合力远大于分子间结合力,因此,量子点层两侧的复合水氧阻隔层不易脱落,且复合水氧阻隔层中的石墨烯也会对PET膜和量子点材料起到增韧的作用;
其四,石墨烯层单独作为量子点层的水氧阻隔层,石墨烯具有良好的机械性能,使得石墨烯层能够支撑量子点层,这样可以省去PET材料,有利于节约成本、简化工艺以及实现背光模组的薄型化;
其五,石墨烯单层原子平面二维结构致密,由少层石墨烯与PET构成的复合水氧组隔层,或者由石墨烯层构成的复合水氧阻隔层,与现有技术中的掺杂在PET中的三氧化二铝等无机涂层相比,具有更加稳定的结构,具有更加优秀的水氧阻隔性能。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种量子点光学膜片,其特征在于,包括:
量子点层、包覆在所述量子点层入光侧的表面上的第一复合水氧阻隔层、包覆在所述量子点层出光侧的表面上的第二复合水氧阻隔层;
所述第一复合水氧阻隔层、所述第二复合水氧阻隔层为第一薄膜结构、第二薄膜结构、第三薄膜结构中的一种或任意两种的组合;
其中,所述第一薄膜结构是由对苯二甲酸乙二醇酯PET和石墨烯构成的复合水氧阻隔层;所述第二薄膜结构是石墨烯层;所述第三薄膜结构是由所述PET和氧化铝构成的水氧阻隔层。
2.如权利要求1所述的量子点光学膜片,其特征在于,所述第一薄膜结构包括:
石墨烯层和涂覆在所述石墨烯层表面上的PET膜层;其中,所述第一薄膜结构包覆在所述量子点层的一侧表面时,所述PET膜层设置在所述石墨烯层与所述量子点层之间。
3.如权利要求1所述的量子点光学膜片,其特征在于,所述第一薄膜结构是将石墨烯分散液掺杂在PET分散液中,由所述石墨烯与所述PET通过化学键的结合得到的复合水氧阻隔层。
4.一种量子点光学膜片,其特征在于,所述量子点光学膜片是将石墨烯的分散液掺杂在量子点的分散液中,由所述石墨烯与所述量子点通过化学键的结合得到的复合量子点光学膜片。
5.一种背光模组,其特征在于,至少包括如权利要求1-4中任一项所述的量子点光学膜片。
6.一种显示装置,其特征在于,至少包括如权利要求5所述的背光模组。
7.一种量子点光学膜片的制备方法,其特征在于,包括:
在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;
将设定浓度的对苯二甲酸乙二醇酯PET分散液旋涂在所述少层石墨烯层的表面上,在设定温度下挥发所述PET分散液的溶剂,得到附着在所述衬底上的第一薄膜结构,所述第一薄膜结构包括所述少层石墨烯以及涂覆在所述少层石墨烯上的PET膜层;
将量子点通过分散工艺分散至胶液中,一定条件下固化形成量子点层;
采用光学胶将所述第一薄膜结构和所述量子点层进行组装,得到量子点光学膜片,所述量子点光学膜片包括量子点层,以及分别包覆在所述量子点层入光侧的表面上、出光侧的表面上的所述第一薄膜结构,且所述第一薄膜结构的PET膜层设置在所述少层石墨烯层与所述量子点层之间。
8.一种量子点光学膜片的制备方法,其特征在于,包括:
在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;
采用化学腐蚀法,将所述少层石墨烯层与所述衬底分离;
将所述少层石墨烯层分散在有机挥发溶剂中,得到设定浓度的少层石墨烯分散液;
将设定浓度的对苯二甲酸乙二醇酯PET分散液与所述少层石墨烯分散液混合均匀,采用涂覆法在石英玻璃衬底上制备第一薄膜结构,所述第一薄膜结构是由所述少层石墨烯与所述PET通过化学键的结合而得到的;
制备量子点层,并采用光学胶将所述第一薄膜结构和所述量子点层进行组装,得到量子点光学膜片,且所述量子点光学膜片包括所述量子点层、以及分别包覆在所述量子点层入光侧的表面上、出光侧的表面上的所述第一薄膜结构。
9.一种量子点光学膜片的制备方法,其特征在于,包括:
在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;
将设定浓度的量子点分散液均匀涂覆在所述少层石墨烯层的表面上,在设定温度下挥发所述量子点分散液的溶剂,得到量子点层/少层石墨烯层结构;
采用光学胶将两个所述量子点层/少层石墨烯层结构进行组装得到由量子点层以及分别包覆在所述量子点层入光侧的表面上、出光侧的表面上的少层石墨烯层构成的量子点光学膜片。
10.一种量子点光学膜片的制备方法,其特征在于,包括:
在惰性气氛和催化剂的作用下,采用常压化学气相沉积法在衬底上生长少层石墨烯层;采用化学腐蚀法,将所述少层石墨烯层与所述衬底分离;
将所述少层石墨烯层分散在有机挥发溶剂中,得到设定浓度的少层石墨烯分散液;
将量子点通过分散工艺分散至胶液中,得到设定浓度的量子点分散液;
将所述设定浓度的量子点分散液与所述少层石墨烯分散液混合均匀,并在一定温度和压力条件下进行固化,得到由所述石墨烯与所述量子点通过化学键的结合而成的复合量子点光学膜片。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160323 |