一种使用寿命长的量子点膜、其制备方法及在液晶显示器中的应用

摘要

本发明提供了一种使用寿命长的量子点膜，包括依次接触的第一PET层，第一阻水层、量子点层、第二阻水层和第二PET层；所述第一阻水层包括陶瓷层A和碳功能层A；所述第二阻水层包括陶瓷层B和碳功能层B；所述陶瓷层A和陶瓷层B各自独立的选自硅的氧化物和/或硅的氮化物；所述碳功能层A和碳功能层B各自独立的包括石墨烯和/或碳纳米管。本发明利用纳米碳管与石墨烯所具有的松散且具有瑕疵的结构，能够将水汽存放，可以在PET阻水阻气上调整水汽进入后存储，可延长量子点膜寿命，且薄膜型态能将热量分散不易集中于局部区域内。本发明提供了一种使用寿命长的量子点膜的制备方法及应用。

说明书

技术领域

本发明属于液晶显示技术领域，尤其涉及一种使用寿命长的量子点膜、其制备方法及在液晶显示器中的应用。

背景技术

经过半个世纪的发展和研究，液晶显示器(LCD)已经成为主导的平板显示技术。由于LCD本身不发光，所以它们需使用背光源。冷阴极荧光灯(CCFL)曾经是最普遍的背光源，但是它只可以实现75％NTSC的色域，所以为了得到更宽的色域、更高的亮度和更低的能耗，白所以，研究人员致力于发展更新的背光源技术来改善这些问题。

量子点膜作为一种具有独特光特性的全新纳米材料，可精确高效地将高能量蓝光转换为红色和绿色光，量子点可以在LCD显示屏的LED背光上形成一层薄膜，用蓝色LED照射就能发出全光谱的光，通过对背光进行精细调节，可以大幅提升色域表现，让色彩更加鲜明。

量子点显示技术在色域覆盖率、色彩控制精确性、红绿蓝色彩纯净度等各个维度已全面升级，被视为全球显示技术的制高点，也被为影响全球的显示技术革命。相比传统LCD显示器，量子点显示屏的色域可以达到110％。

但是，量子点材料由于其特殊的性能对水汽和氧气的敏感性，环境中的水汽和氧气均会对量子点膜的使用寿命产生不良影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用寿命长的量子点膜、其制备方法及在液晶显示器中的应用，本发明中的量子点膜能够有效阻隔水汽和氧气，延长量子点膜的使用寿命。

本发明提供一种使用寿命长的量子点膜，包括依次接触的第一PET层，第一阻水层、量子点层、第二阻水层和第二PET层；

所述第一阻水层包括陶瓷层A和碳功能层A；所述第二阻水层包括陶瓷层B和碳功能层B；

所述陶瓷层A和陶瓷层B各自独立的选自硅的氧化物和/或硅的氮化物；

所述碳功能层A和碳功能层B各自独立的包括石墨烯和/或碳纳米管。

优选的，所述陶瓷层A和碳功能层A相接触；所述陶瓷层B和碳功能层B相接触。

优选的，所述陶瓷层A的厚度为50～150nm，所述陶瓷层B的厚度为50～150nm。

优选的，所述碳功能层A的厚度为0.5～2.5μm，所述碳功能层B的厚度为0.5～2.5μm。

优选的，所述量子点层为分散有量子点材料的UV固化压敏胶层，

所述量子点材料包括CdSe、CdTe、InP、CuInS、CsPbCl

本发明提供一种如上文所述的使用寿命长的量子点膜的制备方法，包括以下步骤：

A)在第二PET层表面通过磁控溅射形成陶瓷层B，通过碳材料浆料B涂布固化形成碳功能层B，得到复合有第二阻水层的第二PET层，所述陶瓷层B和碳功能层B的形成不分先后顺序；

在第一PET层表面通过磁控溅射形成陶瓷层A，通过碳材料浆料A涂布固化形成碳功能层A，得到复合有第一阻水层的第一PET层，所述陶瓷层A和碳功能层A的形成不分先后顺序；

B)在所述第二阻水层表面涂布量子点胶液，形成量子点层，然后将所述量子点层与所述第一阻水层进行粘接，得到使用寿命长的量子点膜。

优选的，所述磁控溅射的靶材为硅靶和/或铝钯；所述磁控溅射使用氩气与氧气的混合气或者氩气与氮气的混合气，所述磁控溅射中的总气体流量为60～120sccm。

优选的，所述碳材料浆料A为碳材料的聚氨酯涂布液，所述碳材料浆料A中碳材料的质量浓度为5～20％；

所述碳材料浆料B为碳材料的聚氨酯涂布液，所述碳材料浆料B中碳材料的质量浓度为5～20％。

优选的，所述碳材料浆料A涂布固化的温度为100～150℃；

所述碳材料浆料B涂布固化的温度为100～150℃。

如上文所述的阻水气的量子点膜在液晶显示器中的应用。

本发明提供了一种使用寿命长的量子点膜，包括依次接触的第一PET层，第一阻水层、量子点层、第二阻水层和第二PET层；所述第一阻水层包括陶瓷层A和碳功能层A；所述第二阻水层包括陶瓷层B和碳功能层B；所述陶瓷层A和陶瓷层B各自独立的选自硅的氧化物和/或硅的氮化物；所述碳功能层A和碳功能层B各自独立的包括石墨烯和/或碳纳米管。本发明利用纳米碳管与石墨烯所具有的松散且具有瑕疵的结构，能够将水汽存放，可以在PET阻水阻气上调整水汽进入后存储，可延长量子点膜寿命，且薄膜型态能将热量分散不易集中于局部区域内；而本发明中的致密的陶瓷材料能阻隔水汽，是透明的氧化陶瓷层，不易让外界的水汽透过PET而进入结构中氧化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中量子点膜的结构示意图；

1为第一PET层，2为陶瓷层A，3为碳功能层A，4为紫外固化胶层，5为量子点层，6为碳功能层B，7为陶瓷层B，8为第二PET层。

具体实施方式

本发明提供了一种使用寿命长的量子点膜，包括依次接触的第一PET层，第一阻水层、量子点层、第二阻水层和第二PET层；

所述第一阻水层包括陶瓷层A和碳功能层A；所述第二阻水层包括陶瓷层B和碳功能层B；

所述陶瓷层A和陶瓷层B各自独立的选自硅的氧化物和/或硅的氮化物；

所述碳功能层A和碳功能层B各自独立的包括石墨烯和/或碳纳米管。

在本发明中，所述第一PET层优选为透明PET膜，所述第一PET层的厚度优选为38～200μm，更优选为38～100μm，最优选为100μm。

在本发明中，所述第一阻水层包括陶瓷层A和碳功能层A，所述陶瓷层A中包括硅的氧化物、硅的氮化物、铝的氧化物和铝的氮化物中的一种或几种，更优选为SiO

所述碳功能层A优选包括碳材料，所述碳材料优选为石墨烯和/或碳纳米管，具体的，当所述碳功能层包括石墨烯和碳纳米管时，所述石墨烯和碳纳米管的质量比优选为1：1；所述石墨烯优选为片状，所述片状石墨烯的直径优选为20～50nm，比表面积优选为400～550m

在本发明中，所述陶瓷层A和碳功能层A优选相接触，本发明多所述陶瓷层A和碳功能层A的叠放次序没有特殊的限制，可以是陶瓷层A与所述第一PET层相接触，碳功能层A与量子点层相接触，也可以是陶瓷层A与所述量子点层相接触，碳功能层A与第一PET层相接触。

石墨烯与纳米碳管具有很高的比表面积，能在在水汽上具有很强的吸附能力，并且碳类材料能优先吸引水气附著，对于量子点起到保护作用。

在本发明中，所述量子点层为含有量子点材料的UV固化压敏胶层，所述量子点材料优选为CdSe、CdTe、InP、CuInS、CsPbCl

在本发明中，所述量子点层的厚度优选为50～150μm，更优选为80～120μm，最优选为90～100μm，具体的，在本发明的实施例中，可以是90μm。

在本发明中，所述量子点层和第一阻水层之间还设置有紫外固化胶层，所述紫外固化胶层的厚度优选为5～15μm，更优选为8～10μm。本发明中，所述第二阻水层包括陶瓷层B和碳功能层B，所述陶瓷层B中包括硅的氧化物、硅的氮化物、铝的氧化物和铝的氮化物中的一种或几种，更优选为SiO

所述碳功能层B优选包括碳材料，所述碳材料优选为石墨烯和/或碳纳米管，具体的，当所述碳功能层包括石墨烯和碳纳米管时，所述石墨烯和碳纳米管的质量比优选为1：1；所述石墨烯优选为片状，所述片状石墨烯的直径优选为20～50nm，比表面积优选为400～550m

在本发明中，所述陶瓷层B和碳功能层B优选相接触，本发明多所述陶瓷层B和碳功能层B的叠放次序没有特殊的限制，可以是陶瓷层B与所述第一PET层相接触，碳功能层B与量子点层相接触，也可以是陶瓷层B与所述量子点层相接触，碳功能层B与第一PET层相接触。

在本发明中，所述第一阻水层中的陶瓷层A和碳功能层A的叠放次序，与所述第二阻水层中的陶瓷层B和碳功能层B的叠放次序可以相同也可以不同，所述，所述第一阻水层中的陶瓷层A和碳功能层A的叠放次序，与所述第二阻水层中的陶瓷层B和碳功能层B的厚度可以相同也可以不同。也就是说，以量子点层为中心，其两侧的第一阻水层和第二阻水层的具体膜层结构，可以按照对称结构设置，也可以是不对称的结构设置。

在本发明中，所述第二PET层为透明PET层，所述第二PET层的厚度优选为38-200μm，更优选为38-100μm，最优选为100μm。

在本发明中，所述量子点层的边缘与量子点膜的封装边具有1～10mm的距离，通常来讲，量子点膜具有两条封装边，量子点层在封装边方向上的宽度比所述量子点膜宽度小2～20mm(两侧各小1～10mm)，这一1～10mm的空隙由与所述量子点膜相接触的紫外固化胶层填充，这一结构设计的主要目的是防止边缘氧化。

本发明还提供了一种如上文所述的使用寿命长的量子点膜的制备方法，包括以下步骤：

A)在第二PET层表面通过磁控溅射形成陶瓷层B，通过碳材料浆料B涂布固化形成碳功能层B，得到复合有第二阻水层的第二PET层，所述陶瓷层B和碳功能层B的形成不分先后顺序；

在第一PET层表面通过磁控溅射形成陶瓷层A，通过碳材料浆料A涂布固化形成碳功能层A，得到复合有第一阻水层的第一PET层，所述陶瓷层A和碳功能层A的形成不分先后顺序；

B)在所述第二阻水层表面涂布量子点胶液，形成量子点层，然后将所述量子点层与所述第一阻水层进行粘接，得到使用寿命长的量子点膜。

本发明首先分别在第一PET层表面形成第一阻水层，在第二PET层的表面形成第二阻水层，然后在所述第二阻水层的表面形成量子点层，最后，将带有量子点层的第二PET层的量子点层表面通过胶粘剂与第二阻水层进行粘接，得到使用寿命长的量子点膜。

其中，形成所述第一阻水层的步骤包括通过磁控溅射的方法形成陶瓷层A和通过碳材料浆料涂布的方法形成碳功能层A；形成所述第二阻水层的步骤包括通过磁控溅射的方法形成陶瓷层B和通过碳材料浆料涂布的方法形成碳功能层B。

所述第一阻水层的形成与第二阻水层的形成不分先后顺序，所述陶瓷层B和碳功能层B的形成不分先后顺序，所述陶瓷层A和碳功能层A的形成不分先后顺序。

具体的，本发明以其中一种结构作为举例，来说明本发明中量子点膜的具体制备过程，即以具有依次接触的第一PET层，陶瓷层A、碳功能层A、UV胶层、量子点层、碳功能层B、陶瓷层B和第二PET层结构的量子点膜为例，本发明中的量子点膜制备步骤如下：

A)先通过磁控溅射在第二PET层表面形成陶瓷层B，然后将碳材料浆料B在所述陶瓷层B的表面进行涂布，形成碳功能层B，得到复合有第二阻水层的下PET层；

先通过磁控溅射在第一PET层表面形成陶瓷层A，然后将碳材料浆料A在所述陶瓷层A的表面进行涂布，形成碳功能层A，得到复合有第一阻水层的下PET层；

所述复合有第二阻水层的第二PET层和复合有第一阻水层的第一PET层的制备不分先后顺序；

B)在所述第二阻水层表面涂布量子点胶液，形成量子点层，然后将所述量子点层与所述第一阻水层进行粘接，得到使用寿命长的量子点膜。

在本发明中，形成所述陶瓷层B的磁控溅射条件如下：

靶材为硅和/或铝，气体为氩气和氧气的混合气或者氩气与氮气的混合气，当所述磁控溅射在氧气气氛下进行时，总气体流量优选为50～100sccm，更优选为60～90sccm，最优选为70～80sccm，所述氩气与氧气的体积比优选为1：(0.5～2)，更优选为1：(1～1.5)，最优选为1：1。

当所述磁控溅射在氮气气氛下进行时，总气体流量优选为50～100sccm，更优选为60～90sccm，最优选为70～90sccm，所述氩气与氧气的体积比优选为1：(0.5～2)，更优选为1：(1～1.5)，最优选为1：1.25。

所述磁控溅射的功率优选为1～5kW/m

本发明优选使用卷对卷式磁控溅射镀膜设备进行陶瓷层B的制备，可通过控制卷对卷机速来控制陶瓷层B的厚度。所述卷对卷机速优选为5～20m/min，更优选为8～15m/min。

在本发明中，形成所述碳功能层B的涂布条件如下：

采用凹版涂布的方法将碳材料浆料B涂布在陶瓷层B的表面，进行热固化，得到碳功能层B。

碳材料浆料B中包括碳材料和聚氨酯胶液，所述碳材料优选为石墨烯和/或碳纳米管，所述碳材料浆料中碳材料的质量分数优选为5～20％，更优选为8～15％；

所述涂布的速度优选为30～45m/min，更优选为35～40m/min，最优选为37m/min；所述热固化的温度优选为100～150℃，更优选为110～140℃，最优选为120～130℃，所述热固化10～30s，更优选为15～26s，最优选为20～26s。

在一定的涂布速度下，本发明可通过调节碳材料浆料的固含量即碳材料的含量来调节碳功能层B的厚度。

在本发明中，形成所述陶瓷层A的磁控溅射条件如下：

靶材为硅和/或铝，气体为氩气和氧气的混合气或者氩气与氮气的混合气，当所述磁控溅射在氧气气氛下进行时，总气体流量优选为50～100sccm，更优选为60～90sccm，最优选为70～80sccm，所述氩气与氧气的体积比优选为1：(0.5～2)，更优选为1：(1～1.5)，最优选为1：1。

当所述磁控溅射在氮气气氛下进行时，总气体流量优选为50～100sccm，更优选为60～90sccm，最优选为70～90sccm，所述氩气与氧气的体积比优选为1：(0.5～2)，更优选为1：(1～1.5)，最优选为1：1.25。

所述磁控溅射的功率优选为1～5kW/m

本发明优选使用卷对卷式磁控溅射镀膜设备进行陶瓷层A的制备，可通过控制卷对卷机速来控制陶瓷层A的厚度。所述卷对卷机速优选为5～20m/min，更优选为8～15m/min。

在本发明中，形成所述碳功能层A的涂布条件如下：

采用凹版涂布的方法将碳材料浆料A涂布在陶瓷层B的表面，进行热固化，得到碳功能层A。

碳材料浆料A中包括碳材料和聚氨酯胶液，所述碳材料优选为石墨烯和/或碳纳米管，所述碳材料浆料中碳材料的质量分数优选为5～20％，更优选为8～15％；

所述涂布的速度优选为30～45m/min，更优选为35～40m/min，最优选为37m/min；所述热固化的温度优选为100～150℃，更优选为110～140℃，最优选为120～130℃，所述热固化的时间优选为10～30s，更优选为15～26s，最优选为20～26s。

在一定的涂布速度下，本发明可通过调节碳材料浆料A的固含量即碳材料的含量来调节碳功能层A的厚度。如，按照上述制备条件，厚度为1.2μm和1.3μm的碳功能层制备中，碳材料浆料中碳材料的含量为8％，厚度为2.1μm的碳功能层制备中，碳材料浆料中碳材料的含量为15％。

得到复合有第二阻水层的第二PET后，本发明在第二阻水层的表面(即碳功能层B的表面)进涂布量子点胶液，制备量子点层。

在本发明中，所述量子点胶液包括量子点材料和UV固化型丙烯酸压敏胶，所述量子点胶液中量子点材料的质量分数优选为1～10％，更优选为3～8％，最优选为5～6％。所述量子点胶液优选使用刮刀涂布。

最后，本发明使用紫外固化压敏胶(UV-PSA)将量子点层与碳功能层A粘结在一起，得到使用寿命长的量子点膜。

本发明还提供了如上文所述的阻水气的量子点膜在液晶显示器中的应用。

本发明提供了一种使用寿命长的量子点膜，包括依次接触的第一PET层，第一阻水层、量子点层、第二阻水层和第二PET层；所述第一阻水层包括陶瓷层A和碳功能层A；所述第二阻水层包括陶瓷层B和碳功能层B；所述陶瓷层A和陶瓷层B各自独立的选自硅的氧化物和/或硅的氮化物；所述碳功能层A和碳功能层B各自独立的包括石墨烯和/或碳纳米管。本发明利用纳米碳管与石墨烯所具有的松散且具有瑕疵的结构，能够将水汽存放，可以在PET阻水阻气上调整水汽进入后存储，可延长量子点膜寿命，且薄膜型态能将热量分散不易集中于局部区域内；而本发明中的致密的陶瓷材料能阻隔水汽，是透明的氧化陶瓷层，不易让外界的水汽透过PET而进入结构中氧化。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种阻水气的量子点膜、其制备方法及在液晶显示器中的应用进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

取38μm厚的PET透明膜，在其表面磁控溅射形成SiO层，靶材为硅靶，气体为氩气与氧气的混合气，氩气流量为40sccm，氧气流量40sccm，溅射功率3kW/m

将石墨烯与聚氨酯胶液混合，得到石墨烯含量为8％的石墨烯涂布液，然后在SiO层表面进行凹版涂布，120℃下热固化，得到厚度为1.2μm的石墨烯层；

另取一片38μm厚的PET白膜，按照上述方法在其表面形成70nm厚的SiO层(卷对卷机速15m/min)和1.2μm厚的石墨烯层；

在石墨烯层(PET白膜)上涂布质量分数为5％的CsPbBr

使用UV-PSA紫外光固化胶将量子点层和石墨烯层(PET透明膜)粘结，得到量子点膜。

实施例2～12

按照实施例1中的方法制备得到量子点膜，不同的是，按照表1中的结构参数进行制备：

表1实施例1～12的膜层厚度(上下都是透明PET膜)

其中，厚度为130nm的SiO层制备中，卷对卷机速为8m/min，70nm的SiO层制备中，卷对卷机速为15m/min。

厚度为1.2μm和1.3μm的碳功能层制备中，碳材料浆料中碳材料的含量为8％，厚度为2.1μm的碳功能层制备中，碳材料浆料中碳材料的含量为15％。

对实施例1～12制备得到的量子点膜进行如下测试，灯源是蓝紫灯(LED的背光源)x＝0.2931y＝0.1523电压24V/0.04A，测试其反射率x值和y值的变化，结果如表2所示。

测试方法具体为：(1)高温高光强试验：膜表面85℃，447.5nm蓝光平均光强300mW/cm

(2)高温高湿测试(60℃/95％RH/1000h)：采用高温炉进行高温高湿测试，在60℃、相对湿度95％RH的条件下，连续测试1000小时；

(3)高温存储测试(80℃/1000h)：采用高温炉在80℃下进行高温存储测试1000小时；)

(4)冷热冲击(100次)：冷热冲击测试氧化参考参考IEC 60068-2-14:2009 Na或GB/T 2423.22-2012 Na，将量子点膜在-40℃和80℃这两个温度间，间隔30min运行一次，连续100次测试。

测试条件为LCD背光模组之光学膜行内规范准则,并参考GB/T 1740-2007或ISO4611:2010，

表2本发明实施例1～12中量子点膜的反射率变化

由表2可以看出，实施例12的辉度表现最佳，其次为实施例5和10，再次为实施例11，在高温存储、高温高湿和冷热冲击方面，判断△x△y的表现变化，则以实施例12表现最佳，实施例5和10以及实施例11表现相当。

实施例13～24

按照实施例1中的方法制备得到量子点膜，不同的是，按照表3中的结构参数进行制备：

表3实施例13～24的膜层厚度

按照上述方法对实施例13～24制备得到的量子点膜进行高温测试、高温高湿测试和冷热冲击测试，测试其反射率变化，结果如表4所示。

表4本发明实施例13～24中量子点膜的反射率变化

由表4可以看出，实施例17和24的辉度表现最佳，其次为实施例22，再次为实施例23，在高温存储、高温高湿和冷热冲击方面，判断△x△y的表现变化，则以实施例24表现最佳，实施例23次之，实施例17再次之。

实施例25～36

按照实施例1中的方法制备得到量子点膜，不同的是，按照表5中的结构参数进行制备：

表5实施例25～36的膜层厚度

其中，SiN层的制备中，磁控溅射的气氛为氩气和氮气，氩气流量为40sccm，氮气流量为50sccm。厚度为130nm的SiN层制备中，卷对卷机速为8m/min，70nm的SiO层制备中，卷对卷机速为15m/min。

厚度为1.2μm和1.3μm的碳功能层制备中，碳材料浆料中碳材料的含量为8％，厚度为2.1μm的碳功能层制备中，碳材料浆料中碳材料的含量为15％。

按照上述方法对实施例25～36制备得到的量子点膜进行高温测试、高温高湿测试和冷热冲击测试，测试其反射率(550nm)变化，结果如表6所示。

表6本发明实施例25～36中量子点膜的反射率变化

由表6可以看出，实施例36的辉度表现最佳，其次为实施例34，再次为实施例39，在高温存储、高温高湿和冷热冲击方面，判断△x△y的表现变化，则以实施例36表现最佳，实施例29次之，再次之为实施例34。

实施例37～48

按照实施例1中的方法制备得到量子点膜，不同的是，按照表7中的结构参数进行制备：

表7实施例37～48的膜层厚度

按照上述方法对实施例37～48制备得到的量子点膜进行高温测试、高温高湿测试和冷热冲击测试，测试其反射率变化，结果如表8所示。

表8本发明实施例37～48中量子点膜的反射率变化

由表8可以看出，实施例48的辉度表现最佳，其次为实施例46，再次为实施例41，在高温存储、高温高湿和冷热冲击方面，判断△x△y的表现变化，则以实施例48表现最佳，实施例41和46以及实施例47表现相当。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。