CN107195763A - 一种量子点溶液填充的腔体透镜及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子点溶液填充的腔体透镜，包括透镜本体，透镜本体底面中央垂直设有的锥形扩散孔；透镜本体中间设有半圆状的填充腔，底面上设有与填充腔底部端口相贯通的连接口；填充腔中填充有量子点溶液；本发明还提供一种量子点溶液填充的腔体透镜制作方法，所述方法包括以下步骤：施压成型，得到透镜毛坯；曲面加工，冷却脱模得到带有填充腔的光学透镜；将量子点粉溶于有机溶剂中，经过超声处理得到量子点溶液；将量子点溶液通过连接口注入到透镜的填充腔中，得到量子点溶液填充的腔体透镜。本发明解决了量子点荧光粉无法均匀分散在透镜内部的腔体内、且容易团聚失效的缺点、热稳定性差以及透镜出光效率低、背光源色域低等问题。
Description
技术领域
本发明属于透镜背光领域，尤其涉及一种量子点溶液填充的腔体透镜及其制作方法。
背景技术
量子点(Quantum Dot，QD)又可以称为纳米晶，是一种把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构，通常由II－VI族或III－V族元素组成，粒径介于1～10nm之间，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光。目前商业的量子点材料主要以CdSe为主，荧光量子产率为50％-80％，且含有Cd等有毒金属，极易对环境造成危害。因此，近两年一种新的量子点体系引起了人们的广泛关注，这种全无机钙钛矿材料，因为具有较宽的吸收谱和较窄的发射谱、很高的荧光量子产率(高达90％)、荧光波长可调且覆盖整个可见光波段、线宽窄等优点，有望可以在新一代的量子点显示和照明技术中扮演重要的角色。
目前商业的量子点材料主要以CdSe为主，但是由于量子点材料很容易受温度、湿度的影响而导致失效，因此商业上主要将其做成量子点管和量子点膜这两种形式。其一，将量子点粉制成光学膜，填充在导光板或者液晶屏内，通过蓝光或UV背光灯珠激发，得到高色域白光。但是此种方法需要大量的荧光粉，且良品率低，难以实现大规模生产。其二，将量子点粉填充在空心玻璃管内，置于屏幕侧面，通过蓝光或UV背光灯珠激发，得到高色域白光。虽然价格便宜，技术成熟，但是很难达到目前市场上对于超薄、窄边的要求，不适合直下式背光。无论是用量子点粉填充玻璃管还是将其填充在光学透镜的腔体中，都难以保证量子点粉均匀分布。
传统的量子点材料为第Ⅱ主族与第Ⅵ主族中的元素形成的第一化合物、第Ⅲ主族与第Ⅴ主族中的元素形成的第二化合物中的任意一种，第一化合物或第二化合物中的多种包覆形成的核壳结构化合物或者掺杂纳米晶。
1、以CdSe为主的传统量子点材料荧光量子产率只能达到50％-80％；
2、以CdSe为主的量子点材料，含有Cd重金属元素，不符合无毒绿色环保的要求；
3、量子点荧光粉由于粒径很小，很容易发生团聚从而导致量子效率下降；
4、量子点荧光粉很容易受到温湿度的影响而导致失效，不易保存；
5、由于无法对荧光粉体的填充分布均匀性状态进行精确控制，导致出射光色彩不一致。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种量子点溶液填充的腔体透镜及其制作方法，采用一种新的量子点体系和全无机钙钛矿材料，将其溶解在有机溶剂并注入到玻璃透镜的腔体中，解决了量子点荧光粉无法均匀分散在透镜内部的腔体内、且容易团聚失效的缺点、热稳定性差以及透镜出光效率低、背光源色域低等问题。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种量子点溶液填充的腔体透镜，包括透镜本体，透镜本体顶部对称分布有两个出射面，两个出射面相交形成凹槽；
所述透镜本体底部水平分布有底面，底面中央垂直设有的锥形扩散孔；
所述透镜本体中间设有半圆状的填充腔，底面上设有与填充腔底部端口相贯通的连接口；
所述填充腔中填充有量子点溶液。
进一步地，所述出射面为半球形曲面或半椭球形曲面。
进一步地，所述透镜本体底部安装有LED芯片，LED芯片为蓝光芯片或紫光芯片，激发波长为380nm-470nm。
进一步地，所述透镜本体为折射式光学透镜，同时透镜本体为玻璃透镜。
进一步地，所述量子点溶液由量子点粉和有机溶剂组成；
所述有机溶剂为正己烷、环己烷、正辛烷、甲苯、二氯甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、吡啶中的至少一种；
所述量子点粉采用全无机钙钛矿材料，该全无机钙钛矿材料包括第Ⅰ主族、第Ⅳ主族与第Ⅶ主族中的元素形成的三元化合物。
进一步地，所述全无机钙钛矿材料还包括由其他元素包覆形成的核壳结构或者掺杂有其他元素形成的纳米化合物。
进一步地，所述量子点粉的化学式为ABX3，其中A为Na、K、Rb、Cs，B为Si、Ge、Sn、Pb，X为Cl、Br、I。
进一步地，所述填充腔内覆有量子点荧光粉，该量子点荧光粉为YAG粉或硅酸盐、氮化物荧光粉、KSF荧光粉、β-SiAlON中的至少一种。
本发明还提供一种量子点溶液填充的腔体透镜制作方法，所述方法包括以下步骤：
S1：在无水无氧的环境中，将透镜原料和模具一起加热升温至透镜原料的软化点附近，利用模具对透镜原料施压成型，得到透镜毛坯；
S2：在透镜毛坯上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工，经过冷却脱模得到带有填充腔的光学透镜；
S3：将量子点粉溶于有机溶剂中，经过超声处理得到量子点溶液；
S4：将量子点溶液通过连接口注入到透镜的填充腔中，得到量子点溶液填充的腔体透镜。
进一步地，所述量子点粉的质量份数为4-20份，有机溶剂的质量份数为2-200份。
本发明的有益效果是：
1、本发明中量子点材料荧光量子产率可以达到90％以上，可以有效减少量子点粉的用量，且线宽窄，色域高达100％-150％；
2、本发明中将量子点粉溶解在有机溶剂中，相比于量子点粉体直接填充光学透镜，量子点粉分散更均匀，表面积更大，有更多的光线穿过透镜来激发表面量子点，光源的发光效率更高；
3、本发明中以量子点粉溶液制成的腔体光学透镜，既能用于直下式LED背光，达到高色域、发光角度大且混光距离大等优点，又可以隔绝热源，减少热量对量子点粉的影响，提高成品灯珠的热稳定性，进而延长LED发光器件的使用寿命；
4、本发明中量子点由于自身的特性可以通过调控量子点材料的尺寸从而精确控制量子点的发射光谱和色纯度，进而能够发出颜色更纯、光转化效率更高的优质白光；
5、本发明中玻璃透镜较PMMA透镜、PC透镜以及硅胶透镜等具有更优秀的光学特性参数、透光率高和耐高温的优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明中腔体透镜的结构示意图；
图2是本发明中腔体透镜制作方法流程示意图。
具体实施方式
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作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。
如图1所示的一种量子点溶液填充的腔体透镜，包括透镜本体1，透镜本体1顶部对称分布有两个出射面2，两个出射面2相交形成凹槽，出射面2为半球形曲面或半椭球形曲面，呈现双球蝴蝶状；透镜本体1为折射式光学透镜，同时透镜本体1为玻璃透镜或其他透光率高且不与有机溶剂反应的透镜；
透镜本体1底部水平分布有底面5，底面5中央垂直设有的锥形扩散孔3；透镜本体1底部安装有LED芯片，LED芯片为蓝光芯片或紫光芯片，激发波长为380nm-470nm；
透镜本体1中间设有半圆状的填充腔4，底面5上设有与填充腔4底部端口相贯通的连接口，连接口用封装胶来密封；
填充腔4中填充有量子点溶液，填充腔4内还覆有量子点荧光粉，该量子点荧光粉为YAG粉或硅酸盐、氮化物荧光粉、KSF荧光粉、β-SiAlON中的至少一种。
其中，量子点溶液由量子点粉和有机溶剂组成；有机溶剂为正己烷、环己烷、正辛烷、甲苯、二氯甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、吡啶中的至少一种；量子点粉采用全无机钙钛矿材料，该全无机钙钛矿材料包括第Ⅰ主族、第Ⅳ主族与第Ⅶ主族中的元素形成的三元化合物，以及由其他元素包覆形成的核壳结构或者掺杂有其他元素形成的纳米化合物；量子点粉的化学式为ABX3，其中A为Na、K、Rb、Cs，B为Si、Ge、Sn、Pb，X为Cl、Br、I。
如图2所示的一种量子点溶液填充的腔体透镜制作方法，该方法包括以下步骤：
S1：在无水无氧的环境中，将透镜原料和模具一起加热升温至透镜原料的软化点附近，利用模具对透镜原料施压成型，得到透镜毛坯，透镜原料可以采用玻璃、塑料、树脂等透明材料；
S2：在透镜毛坯上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工，经过冷却脱模得到带有填充腔的光学透镜；
S3：将4-20份质量的量子点粉溶于2-200份有机溶剂中，经过超声处理得到量子点溶液；
S4：将量子点溶液通过连接口注入到透镜的填充腔中，得到量子点溶液填充的腔体透镜。
1、本发明中全无机钙钛矿材料为第Ⅰ主族、第Ⅳ主族与第Ⅶ主族中的元素形成的三元化合物，以及由其他元素包覆形成的核壳结构或者掺杂有其他元素形成的纳米化合物，其化学式为ABX3(A为Na、K、Rb、Cs；B为Si、Ge、Sn、Pb，X为Cl、Br、I)；以CsPbX3(X为Cl、Br、I)为主的的量子点材料荧光量子产率可以达到90％以上，因此可以减少量子点粉的用量，且线宽窄(半波宽大约为10-20nm左右)，色域高达100％-150％；
2、本发明中将量子点粉溶解在有机溶剂中，相比于量子点粉体直接填充光学透镜，量子点粉分散更均匀，表面积更大，有更多的光线穿过透镜来激发表面量子点，光源的发光效率更高；
3、本发明中将以CsPbX3(X为Cl、Br、I)为主的量子点粉溶液制成的腔体光学透镜，既能用于直下式LED背光，达到高色域、发光角度大且混光距离大等优点，又可以隔绝热源，减少热量对量子点粉的影响，提高成品灯珠的热稳定性，进而延长LED发光器件的使用寿命；
4、本发明中量子点由于自身的特性可以通过调控量子点材料的尺寸从而精确控制量子点的发射光谱和色纯度，进而能够发出颜色更纯、光转化效率更高的优质白光；
5、本发明中玻璃透镜较PMMA透镜、PC透镜以及硅胶透镜等具有更优秀的光学特性参数、透光率高和耐高温的优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种量子点溶液填充的腔体透镜，其特征在于：包括透镜本体(1)，透镜本体(1)顶部对称分布有两个出射面(2)，两个出射面(2)相交形成凹槽；
所述透镜本体(1)底部水平分布有底面(5)，底面(5)中央垂直设有的锥形扩散孔(3)；
所述透镜本体(1)中间设有半圆状的填充腔(4)，底面(5)上设有与填充腔(4)底部端口相贯通的连接口；
所述填充腔(4)中填充有量子点溶液。
2.根据权利要求1所述的一种量子点溶液填充的腔体透镜，其特征在于：所述出射面(2)为半球形曲面或半椭球形曲面。
3.根据权利要求1所述的一种量子点溶液填充的腔体透镜，其特征在于：所述透镜本体(1)底部安装有LED芯片，LED芯片为蓝光芯片或紫光芯片，激发波长为380nm-470nm。
4.根据权利要求1所述的一种量子点溶液填充的腔体透镜，其特征在于：所述透镜本体(1)为折射式光学透镜，同时透镜本体(1)为玻璃透镜。
5.根据权利要求1所述的一种量子点溶液填充的腔体透镜，其特征在于：所述量子点溶液由量子点粉和有机溶剂组成；
所述有机溶剂为正己烷、环己烷、正辛烷、甲苯、二氯甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、吡啶中的至少一种；
所述量子点粉采用全无机钙钛矿材料，该全无机钙钛矿材料包括第Ⅰ主族、第Ⅳ主族与第Ⅶ主族中的元素形成的三元化合物。
6.根据权利要求5所述的一种量子点溶液填充的腔体透镜，其特征在于：所述全无机钙钛矿材料还包括由其他元素包覆形成的核壳结构或者掺杂有其他元素形成的纳米化合物。
7.根据权利要求5所述的一种量子点溶液填充的腔体透镜，其特征在于：所述量子点粉的化学式为ABX3，其中A为Na、K、Rb、Cs，B为S i、Ge、Sn、Pb，X为Cl、Br、I。
8.根据权利要求1所述的一种量子点溶液填充的腔体透镜，其特征在于：所述填充腔(4)内覆有量子点荧光粉，该量子点荧光粉为YAG粉或硅酸盐、氮化物荧光粉、KSF荧光粉、β-SiAlON中的至少一种。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种量子点溶液填充的腔体透镜制作方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1：在无水无氧的环境中，将透镜原料和模具一起加热升温至透镜原料的软化点附近，利用模具对透镜原料施压成型，得到透镜毛坯；
S2：在透镜毛坯上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工，经过冷却脱模得到带有填充腔的光学透镜；
S3：将量子点粉溶于有机溶剂中，经过超声处理得到量子点溶液；
S4：将量子点溶液通过连接口注入到透镜的填充腔中，得到量子点溶液填充的腔体透镜。
10.根据权利要求9所述的一种量子点溶液填充的腔体透镜制作方法，其特征在于：所述量子点粉的质量份数为4-20份，有机溶剂的质量份数为2-200份。
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