一種主動增亮膜的製作方法

2023-05-21 05:28:11 3

本實用新型屬於半導體照明技術領域，涉及一種主動增亮膜，尤其涉及一種包含至少一層摻雜量子點的聚合物薄膜和至少一層含有金屬納米棒的聚合物薄膜的主動增光膜。

背景技術：

半導體照明和顯示是一種基於高效白光發光二極體(White Light Emitting Diode，WLED)的新型照明和顯示技術。相比傳統光源，具有發光效率高、耗電量少、可靠性高和壽命長等優點，被公認為21世紀最具發展前景的高技術領域之一。

目前，螢光材料由於在許多重要領域的運用已成為研究的熱點，主要包括有機螢光染料，螢光蛋白和量子點。半導體量子點有較強的螢光，高耐光性，寬的激發光譜，螢光壽命長，發射光譜窄且可調。

量子點(Quantum Dots，QDs)，又可以稱納米晶，是一種由III－V族或II－VI族元素組成的納米顆粒。量子點的粒徑一般介於1～10nm之間，受激後可以發射螢光。其發射光譜可以通過改變量子點的尺寸大小來控制。通過改變量子點的尺寸和它的化學組成可以使其發射光譜覆蓋整個可見光區。以CdTe量子點為例，當它的粒徑從2.5nm生長到4.0nm時，它們的發射波長可以從510nm紅移到660nm。

目前，利用量子點的發光特性，可以將量子點應用於顯示器件中，將單色量子點作為液晶顯示屏的背光模組的發光源，單色量子點在受到藍光LED激發後發出單色光與藍光混合形成白色背景光，具有較大的色域，能提高畫面品質。

在量子點LED背光+液晶面板方式的新型寬色域LED顯示中，DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)是一種由多層折射率各向異性薄膜材料交疊而成的增亮膜。從量子點LED發出的無偏光，入射到DBEF後，P偏振光通過；而S偏振光被DBEF反射，經過背光模組基板的漫反射後又變為無偏光，再次入射到DBEF。這樣通過DBEF可以將S偏振光循環利用，從而提高入射到液晶面板中光能量的利用率，在LED顯示中的作用非常重要。但是，DBEF長期以來主要被美國3M一家公司所壟斷，價格昂貴，是LED背光模組各光學薄膜中成本最高的部分。「去DBEF」高光能量利用率技術成為LED顯示技術中的研究熱點，同時也是難點。

基於量子點材料的寬色域LED顯示是顯示技術的主要發展趨勢，同時，如何在無DBEF情況下實現LED背光出射P偏振態光線，打破美國3M公司的壟斷，已成為新一代LED顯示技術發展的關鍵點之一，對於白光LED的應用，特別是QLED背光顯示方面非常重要。且現有量子點複合材料無法同時滿足寬色域、線偏振光、抗氧溼能力強、熱導率高等要求的技術局限，無法為新一代寬色域、低成本(無DBEF)LED顯示技術提供一種新的解決方案與產品。因此，現有技術還有待於改進和發展。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種主動增亮膜。本實用新型的主動增亮膜具有特定的結構，其中的量子點和取向一致的金屬納米棒的獨特結合方式可以最大效率地獲取量子點發出的螢光以及光源波段的高效率偏振光，可以更好的運用於QLED背光顯示上。

為達上述目的，本實用新型採用以下技術方案：

第一方面，本實用新型提供一種主動增亮膜，所述主動增亮膜中包含至少一層摻雜量子點的聚合物薄膜和至少一層含有金屬納米棒的聚合物薄膜，所述含有金屬納米棒的聚合物薄膜中的金屬納米棒取向一致且呈周期性排列。

本實用新型的主動增亮膜中的摻雜量子點的聚合物薄膜可以是一層，也可以是多層(層數M≥2)，層數M為大於等於2的正整數，例如2、3、4、5或6等。

本實用新型的主動增亮膜中的含有金屬納米棒的聚合物薄膜可以是一層，也可以多層(層數N≥2)，層數N為大於等於2的正整數，例如2、3、4、6、7或8等，當有多層含有金屬納米棒的聚合物薄膜時，需保證所有的含有金屬納米棒的聚合物薄膜中的金屬納米棒的取向均一致。

本實用新型的主動增亮膜中，多層摻雜量子點的聚合物薄膜可以相鄰，也可以由至少一層含有金屬納米棒的聚合物薄膜間隔開。

本實用新型的主動增亮膜中，多層含有金屬納米棒的聚合物薄膜可以相鄰，也可以由至少一層摻雜量子點的聚合物薄膜隔開。

優選地，若所述主動增亮膜中只含有一層摻雜量子點的聚合物薄膜，則主動增亮膜的一個外表面為摻雜量子點的聚合物薄膜。

優選地，若所述主動增亮膜中含有至少兩層摻雜量子點的聚合物薄膜，則主動增亮膜的兩個外表面均為摻雜量子點的聚合物薄膜。

優選地，所述摻雜量子點的聚合物薄膜的厚度為0.0005mm～1mm，例如0.0005mm、0.0008mm、0.001mm、0.003mm、0.005mm、0.01mm、0.02mm、0.04mm、0.05mm、0.07mm、0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.35mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm或1mm等。

優選地，所述摻雜量子點的聚合物薄膜中的聚合物選自聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate,PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone,PVP)或聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)中的任意一種或至少兩種的組合。

優選地，所述摻雜量子點的聚合物薄膜中的量子點可以是單核材料，也可以是核殼包覆型才來哦，核殼包覆型材料中的包覆殼層可以是一層也可以是多層，優選包括CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、CdTe、CuInS、InP、CuZnSe、ZnMnSe中的任意一種或至少兩種的混合物。

優選地，所述含有金屬納米棒的聚合物薄膜的厚度為0.0005mm～1mm，例如0.0005mm、0.001mm、0.003mm、0.005mm、0.007mm、0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.05mm、0.06mm、0.08mm、0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm或1mm等。

優選地，所述含有金屬納米棒的聚合物薄膜中的聚合物選自聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乙烯吡咯烷酮PVP或聚氯乙烯PVC中的任意一種或至少兩種的組合。

優選地，所述含有金屬納米棒的聚合物薄膜中，所述金屬納米棒的化學組成包括Au、Ag、Cu、Al、Fe或Zn中的任意一種或至少兩種的組合。

本實用新型對金屬納米棒的形貌不作限定，可以是棒狀材料，也可以是線型等多種形貌。

優選地，所述含有金屬納米棒的聚合物薄膜中，所述金屬納米棒的直徑在1nm～200nm，例如1nm、5nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、60nm、70nm、80nm、100nm、120nm、140nm、150nm、160nm、180nm或200nm等。

優選地，所述含有金屬納米棒的聚合物薄膜中的金屬納米棒的長徑比大於1，例如1.5、2、2.5、3、4、5、6、10、20、25、30、40、50、55、60、70、80、90、100或110等，優選為在3以上，進一步優選為3～5。

優選地，所述含有金屬納米棒的聚合物薄膜中，相鄰的兩個金屬納米棒的軸沿金屬納米棒徑向方向的間距lx在0～300nm，例如0、5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、70nm、100nm、120nm、130nm、150nm、160nm、170nm、190nm、220nm、240nm、260nm、280nm或300nm等。

優選地，所述含有金屬納米棒的聚合物薄膜中，相鄰的兩個金屬納米棒的同一側端面沿金屬納米棒軸向的間距ly在0～300nm，例如0、10nm、30nm、50nm、70nm、80nm、100nm、130nm、145nm、160nm、180nm、200nm、225nm、260nm、270nm、280nm或300nm等。

本實用新型的主動增亮膜中包含至少一層摻雜量子點的聚合物薄膜和至少一層含有金屬納米棒的聚合物薄膜，含有金屬納米棒的聚合物薄膜中的金屬納米棒取向一致且周期性排列。本實用新型的主動增亮膜既結合了量子點能夠發出較強的螢光、耐光性高、激發光譜寬、螢光壽命長、發射光譜窄且可調的特點，又結合了周期性的金屬納米棒具有強烈偏振作用的特點，進一步調整參數進行結合，使得到的主動增亮膜除了可以得到光源波段的偏振光以外，還可以得到量子點受光源激發而發射出的不同波段的螢光。

在應用時，優選將摻雜量子點的聚合物薄膜一側靠近光源放置，這種結構的主動增亮膜除了可以得到增強的高效率的量子點發出的紅色和綠色螢光外，還可以得到光源波段的高效率的偏振光。本實用新型的主動增亮膜可以作為發光材料用於QLED背光顯示等多種用途。

第二方面，本實用新型提供如第一方面所述的主動增亮膜的使用方法，所述主動增亮膜在使用時，優選使用的主動增量膜的至少一個最外層為摻雜量子點的聚合物薄膜，且使用時將最外層為摻雜量子點的聚合物薄膜一側靠近光源，例如將主動增亮膜與背光模組結合時，通過摻雜量子點的聚合物薄膜一側與背光模組結合。

與已有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：

(1)本實用新型首次將摻雜量子點的聚合物薄膜和含有金屬納米棒的聚合物薄膜結合到一起，並控制其中的參數條件，得到性能優異的主動增亮膜，該獨特結構的主動增亮膜可以同時獲取高效率的量子點發出的紅色和綠色螢光以及光源波段的高效率偏振光。

(2)本實用新型的主動增亮膜造價經濟，性能甚至比3M集團的DBEF膜更為優異，可以打破目前由美國3M提出的多層漫反射式增亮(DBEF)形成的市場化產品形成的市場壟斷。

(3)本實用新型的主動增亮膜在使用時優選將摻雜量子點的聚合物薄膜一側放置靠近光源，其目的是使量子點最大效率地吸收光源發射的藍色無偏振光，進而最大效率地得到量子點螢光。

(4)本實用新型的主動增亮膜可以在無DBEF情況下實現LED背光出射P偏振態光，打破了美國3M公司的壟斷，進一步降低了製造成本。

附圖說明

圖1a是本實用新型實施例1的主動增亮膜的結構示意圖，其中，1為摻雜量子點的聚合物薄膜，2為含有金屬納米棒的聚合物薄膜；

圖1b是本實用新型實施例1的主動增亮膜中的摻雜量子點的聚合物薄膜的結構示意圖，其中，11為聚合物基質，12為量子點；

圖1c是本實用新型實施例1的主動增亮膜中的含有金屬納米棒的聚合物薄膜的結構示意圖，其中，21為聚合物基質，22為金屬納米棒，r0為金屬納米棒的半徑，l0為金屬納米棒的長度，Lx和Ly分別為金屬納米棒在x軸和y軸的間隔距離。

圖2是本實用新型實施例2的主動增亮膜的結構示意圖，其中，1為摻雜量子點的聚合物薄膜，2為含有金屬納米棒的聚合物薄膜；

圖3是本實用新型實施例3的主動增亮膜的結構示意圖，其中，1為摻雜量子點的聚合物薄膜，2為含有金屬納米棒的聚合物薄膜；

圖4是本實用新型實施例4的主動增亮膜的結構示意圖，其中，1為摻雜量子點的聚合物薄膜，2為含有金屬納米棒的聚合物薄膜。

具體實施方式

下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本實用新型的技術方案。

實施例1

一種主動增亮膜，如圖1a所示，所述主動增亮膜由一層摻雜量子點的聚合物薄膜1及粘附在該摻雜量子點的聚合物薄膜的表面的一層含有金屬納米棒的聚合物薄膜2構成；

摻雜量子點的聚合物薄膜1包括聚合物基質11及分散在聚合物基質中的量子點12(摻雜量子點的聚合物薄膜的結構示意圖見圖1b)；含有金屬納米棒的聚合物薄膜2包括聚合物基質21及分散在聚合物基質中的周期性排列取向一致的金屬納米棒22(含有金屬納米棒的聚合物薄膜的結構示意圖見圖1c)；

摻雜量子點的聚合物薄膜1的厚度為1mm，其中的聚合物基質11為聚甲基丙烯酸甲酯，其中的量子點為CdSe量子點；

含有金屬納米棒的聚合物薄膜2的厚度為0.01mm，其中的聚合物基質21為聚甲基丙烯酸甲酯，其中的金屬納米棒為金納米棒，棒長為100nm，棒直徑為30nm，相鄰的兩個金屬納米棒的軸沿金屬納米棒徑向方向的間距lx在100nm，相鄰的兩個金屬納米棒的同一側端面沿金屬納米棒軸向的間距ly在200nm。

實施例2

一種主動增亮膜，如圖2所示，所述主動增亮膜由兩層摻雜量子點的聚合物薄膜1及一層含有金屬納米棒的聚合物薄膜2構成，所述兩層摻雜量子點的聚合物薄膜1分別粘附在該含有金屬納米棒的聚合物薄膜2的上下表面；

摻雜量子點的聚合物薄膜1包括聚合物基質11及分散在聚合物基質中的量子點12；含有金屬納米棒的聚合物薄膜2包括聚合物基質21及分散在聚合物基質中的周期性排列取向一致的金屬納米棒22；

粘附在含有金屬納米棒的聚合物薄膜2的上表面的摻雜量子點的聚合物薄膜的厚度為0.01mm，其中的聚合物基質11為聚乙烯吡咯烷酮，其中的量子點為CdTe；

粘附在含有金屬納米棒的聚合物薄膜2的下表面的摻雜量子點的聚合物薄膜的厚度為0.01mm，其中的聚合物基質11為聚甲基丙烯酸甲酯，其中的量子點為CdTe；

含有金屬納米棒的聚合物薄膜的厚度為0.8mm，其中的聚合物基質21為聚甲基丙烯酸甲酯，其中的金屬納米棒為銀納米棒，棒長為200nm，棒直徑為60nm，相鄰的兩個金屬納米棒的軸沿金屬納米棒徑向方向的間距lx在50nm，相鄰的兩個金屬納米棒的同一側端面沿金屬納米棒軸向的間距ly在80nm。

實施例3

一種主動增亮膜，如圖3所示，所述主動增亮膜由兩層摻雜量子點的聚合物薄膜1及兩層含有金屬納米棒的聚合物薄膜2構成，所述摻雜量子點的聚合物薄膜1和所述含有金屬納米棒的聚合物薄膜2間隔設置，且從上到下依次為：摻雜量子點的聚合物薄膜、含有金屬納米棒的聚合物薄膜、摻雜量子點的聚合物薄膜和含有金屬納米棒的聚合物薄膜；

摻雜量子點的聚合物薄膜1包括聚合物基質11及分散在聚合物基質中的量子點12；含有金屬納米棒的聚合物薄膜2包括聚合物基質21及分散在聚合物基質中的周期性排列取向一致的金屬納米棒22；

位於最上層的摻雜量子點的聚合物薄膜的厚度為0.01mm，其中的聚合物基質11為聚氯乙烯，其中的量子點為CdSe；

位於上數第二層的含有金屬納米棒的聚合物薄膜的厚度為1mm，其中的合物基質21為聚甲基丙烯酸甲酯，其中的金屬納米棒為金納米棒，棒長為70nm，棒直徑為10nm，相鄰的兩個金屬納米棒的軸沿金屬納米棒徑向方向的間距lx在40nm，相鄰的兩個金屬納米棒的同一側端面沿金屬納米棒軸向的間距ly在80nm；

位於上數第三層的摻雜量子點的聚合物薄膜的厚度為0.005mm，其中的聚合物基質11為聚乙烯吡咯烷酮，其中的量子點為CdTe；

位於最下面一層的含有金屬納米棒的聚合物薄膜的厚度為0.9mm，其中的合物基質21為聚甲基丙烯酸甲酯，其中的金屬納米棒為金納米棒，棒長為70nm，棒直徑為10nm，相鄰的兩個金屬納米棒的軸沿金屬納米棒徑向方向的間距lx在40nm，相鄰的兩個金屬納米棒的同一側端面沿金屬納米棒軸向的間距ly在80nm；

其中，本實施例的主動增亮膜中的所有金屬納米棒的取向一致。

實施例4

一種主動增亮膜，如圖4所示，所述主動增亮膜由兩層摻雜量子點的聚合物薄膜1及一層含有金屬納米棒的聚合物薄膜2構成，從上到下依次為摻雜量子點的聚合物薄膜1、摻雜量子點的聚合物薄膜1和含有金屬納米棒的聚合物薄膜2；

位於最上層的摻雜量子點的聚合物薄膜的厚度為0.002mm，其中的聚合物基質11為聚甲基丙烯酸甲酯，其中的量子點為CdSe；

位於上數第二層的摻雜量子點的聚合物薄膜的厚度為0.005mm，其中的聚合物基質11為聚氯乙烯，其中的量子點為ZnSe；

位於最下面一層的含有金屬納米棒的聚合物薄膜的厚度為0.5mm，其中的合物基質21為聚甲基丙烯酸甲酯，其中的金屬納米棒為銀納米棒，棒長為50nm，棒直徑為5nm，相鄰的兩個金屬納米棒的軸沿金屬納米棒徑向方向的間距lx在100nm，相鄰的兩個金屬納米棒的同一側端面沿金屬納米棒軸向的間距ly在150nm。

申請人聲明，上述實施例只為說明本實用新型的技術構思和特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容並據以實施，並不能以此限制本實用新型的保護範圍。凡根據本實用新型精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍以內。