量子点光学板及其制备方法、发光装置与流程

1.本公开涉及量子点应用技术领域，具体而言，涉及一种量子点光学板及其制备方法、发光装置。


背景技术：

2.量子点光转换器件被用于显示领域的背光组件，提高显示设备的色彩表现力。现有的主流产品形态是量子点膜片，包括两个阻隔膜和一个量子点层。然而，量子点膜片仍然面临高成本的问题。最近量子点扩散板被提出，将量子点(qd)和扩散板的功能进行结合，形式上主要分为单层板和多层复合板，多层复合板主要通过多层共挤的方式得到。常用的作为量子点扩散板基材的光学塑料有pmma(甲基丙烯酸甲酯)、ps(聚苯乙烯)，它们具有成本低的优势。但是，pmma抗吸水形变能力差，ps阻隔性差以及加工过程中产生自由基等因素导致量子点在其中不稳定，量子点扩散板产品仍待改进。


技术实现要素：

3.本公开的目的在于提供一种量子点光学板，包括：板状的第一组件，上述第一组件包括第一高分子基质，上述第一组件的至少一侧表面具有多个阵列分布的凹槽；板状的第二组件，上述第二组件包括第二高分子基质和分散于上述第二高分子基质中的量子点材料，上述第二组件与上述第一组件接触的一侧表面具有多个阵列分布的凸部，各上述凸部与相应的上述凹槽恰好完全互补，上述第一高分子基质的吸水率小于上述第二高分子基质的吸水率；定义上述第一组件的最大厚度为t1，上述第二组件的最小厚度为t2，上述凹槽的开口宽度为l1，相邻上述凸部的间距为l2，则l2≥l1，t1≥2t2。
4.可选地，上述第一高分子基质的吸水率不大于0.2％，优选不大于0.1％。
5.可选地，上述第一高分子基质满足如下翘曲度要求：在温度为65℃、湿度为95％rh的环境中放置100h后，厚度为1.5mm的上述第一高分子基质的翘曲度不大于3mm，优选不大于1mm。
6.可选地，t1≥2t2》0.2mm。
7.可选地，l2≥t2。
8.可选地，定义上述凹槽的深度为d，l1≥d，优选l1+l2≤0.21(t2+d)。
9.可选地，0.5mm≤t1+t2≤3.0mm。
10.可选地，上述凹槽和上述凸部的横截面的形状为长方形、正方形、梯形、三角形、多边形、半圆形或半椭圆形。
11.可选地，上述第一高分子基质选自聚苯乙烯、聚丙烯、苯乙烯共聚物、环烯烃共聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或多种。
12.可选地，上述第二高分子基质选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇、苯乙烯共聚物、聚偏二佛乙烯、甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
13.可选地，上述第一组件还包括散射粒子和阻隔助剂中的一者或多者，上述第二组
件还包括扩散粒子、抗氧化剂、低折射添加剂中的一者或多者。
14.本公开还提供一种量子点光学板的制备方法，包括以下步骤：s1，准备包含第一高分子基质的第一组件的原料，以及包含第二高分子基质和量子点材料的第二组件的原料，上述第一高分子基质的吸水率小于上述第二高分子基质的吸水率；s2，将上述第一组件的原料通过第一挤出机加热熔融后挤出形成未完全固化的第一板，同时将上述第二组件的原料通过第二挤出机加热熔融后挤出形成未完全固化的第二板，并且上述第一板和上述第二板相互平行；s3，使上述未完全固化的第一板从压辊a和表面具有多个齿的压辊b的中间通过，形成至少一侧表面具有多个阵列分布的凹槽的第一组件，同步使上述未完全固化的第二板从压辊c和上述压辊b的中间通过，形成靠近上述第一组件的一侧表面具有多个阵列分布的凸部的第二组件；定义上述第一组件的最大厚度为t1，上述第二组件的最小厚度为t2，上述凹槽的开口宽度为l1，相邻上述凸部的间距为l2，使l2≥l1，t1≥2t2；s4，将上述第一组件具有上述凹槽的一侧表面与上述第二组件具有上述凸部的一侧表面贴合，得到上述量子点光学板。
15.可选地，上述压辊b的上述齿的横截面的形状为长方形、正方形、梯形、三角形、多边形、半圆形或半椭圆形。
16.可选地，上述第一高分子基质的吸水率不大于0.2％，优选不大于0.1％。
17.可选地，上述第一高分子基质选自聚苯乙烯、聚丙烯、苯乙烯共聚物、环烯烃共聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或多种；上述第二高分子基质选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇、苯乙烯共聚物、聚偏二佛乙烯、甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
18.本公开还提供一种发光装置，包括多个阵列排布的led和位于上述led上方的光转换器件，上述光转换器件包括任一上述的量子点光学板。
19.可选地，各上述led与上述量子点光学板的第二组件的各凸部在垂直于上述量子点光学板的方向上一一对应。
20.应用本公开的技术方案，首先通过设计具有特定尺寸大小关系(l2≥l1，t1≥2t2)的锯齿结构的第一组件和第二组件，使第一组件作为量子点光学板的主体结构，并且第一组件的矫正力大于第二组件的形变力；并将量子点材料分散在第二组件中，使第二组件作为量子点材料的稳定载体；在此基础上，由于第一组件的基质材料的吸水率小于第二组件的基质材料的吸水率，第一组件不易发生吸水形变，而第二组件与第一组件之间通过凸部和凹槽间咬合力来实现光学板组件的贴合，从而第一组件能够起到对第二组件进行物理矫形的作用，改善了吸水率较高的高分子材料吸水后造成的产品翘曲、拉伸等形变的情况，解决了现有的量子点扩散板产品的抗吸水形变能力和量子点稳定性不能兼顾的问题。
附图说明
21.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
22.图1示出了本公开实施例的量子点光学板的结构示意图；
23.图2示出了本公开实施例的量子点光学板的制备方法的示意图；
24.图3示出了本公开的发光装置的一种实施例的结构示意图；
25.图4示出了本公开的发光装置的另一种实施例的结构示意图；
26.图5示出了本公开对比例1、2的发光装置的结构示意图。
27.附图标记：
28.10、第一组件，20、第二组件，201、凸部，30、led，40、第一挤出机，50、第二挤出机，100、第一板，200、第二板，60、量子点，70、扩散粒子层，80、量子点层。
具体实施方式
29.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
30.需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.将理解当一个元件例如层、膜、区域或基板被称为“在”另外的元件“上”时，其可直接在所述另外的元件上或者可在其间存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时，则不存在中间元件。
32.正如背景技术中所介绍的，采用pmma、ps作为量子点扩散板的基材虽然可以降低成本，但是依然存在产品的抗吸水形变能力和量子点稳定性不能兼顾的问题。并且，pmma和ps之间的相容性较差，因此它们不能采用多层共挤工艺挤成一张复合板。同时，pmma和ps的吸水率不同，从而这两种材料的收缩应力也不同，导致多层贴合后会由于吸水形变而发生分层脱离。因此，常规共挤和多层贴合的方案都不可行。
33.为了解决上述技术问题，根据本公开的一个方面，提供了一种量子点光学板，如图1结构示意图所示，包括：板状的第一组件，第一组件包括第一高分子基质，第一组件的至少一侧表面具有多个阵列分布的凹槽；板状的第二组件，第二组件包括第二高分子基质和分散于第二高分子基质中的量子点材料(图1中未示出)，第二组件与第一组件接触的一侧表面具有多个阵列分布的凸部，各凸部与相应的凹槽恰好完全互补，第一高分子基质的吸水率小于第二高分子基质的吸水率；定义第一组件的最大厚度为t1，第二组件的最小厚度为t2，凹槽的开口宽度为l1，相邻凸部的间距为l2，则l2≥l1，t1≥2t2。
34.需要说明的是，本公开中材料的吸水率测试标准均参考iso62(23℃，水中放置24h)。第一组件的最大厚度t1指的是第一组件在垂直方向上的尺寸中的最大值(即第一组件最厚的地方的尺寸)，第二组件的最小厚度t2指的是第二组件在垂直方向上的尺寸中的最小值(即第二组件最薄的地方的尺寸)。
35.在本公开的技术方案中，首先通过设计具有特定尺寸大小关系(l2≥l1，t1≥2t2)的锯齿结构的第一组件和第二组件，使第一组件作为量子点光学板的主体结构，并且第一组件的矫正力大于第二组件的形变力；并将量子点材料分散在第二组件中，使第二组件作为量子点材料的稳定载体；在此基础上，由于第一组件的基质材料的吸水率小于第二组件
的基质材料的吸水率，第一组件不易发生吸水形变，而第二组件与第一组件之间通过凸部和凹槽间咬合力来实现光学板组件的贴合，从而第一组件能够起到对第二组件进行物理矫形的作用，改善了吸水率较高的高分子材料吸水后造成的产品翘曲、拉伸等形变的情况，解决了现有的量子点扩散板产品的抗吸水形变能力和量子点稳定性不能兼顾的问题。
36.在一些实施例中，第一高分子基质的吸水率不大于0.2％，优选不大于0.1％。第二高分子基质的吸水率大于第一高分子基质的吸水率即可，但在第二高分子基质中的量子点材料自身遇水稳定性差的情况下，第二高分子基质的吸水率不能过大，当然也可以通过在第二高分子基质中添加保护剂等方法对量子点材料进行保护。
37.在一些实施例中，第一高分子基质满足如下翘曲度要求：在温度为65℃、湿度为95％rh的环境中放置100h后，厚度为1.5mm的第一高分子基质的翘曲度不大于3mm，优选不大于1mm。需要说明的是，本公开中的翘曲度的定义和测试标准均参考gbt 25257-2010。
38.为了进一步确保第一组件的矫正力大于第二组件的形变力，在一些实施例中，量子点光学板中t1≥2t2》0.2mm。
39.在一些实施例中，量子点光学板的第二组件的相邻凸部的间距大于第二组件的最小厚度，即l2≥t2，有利于第二组件的各个凸部传递第一组件带来的矫正力，并使该矫正力大于第二组件自身的形变力。
40.在一些实施例中，定义第一组件的凹槽的深度为d，第一组件的凹槽的开口宽度大于凹槽的深度，即l1≥d，可以进一步确保第一组件和第二组件之间通过锯齿咬合牢固，不发生断裂。优选l1+l2≤0.21(t2+d)。
41.在一些实施例中，0.5mm≤t1+t2≤3.0mm。
42.在一些实施例中，第一组件的凹槽和第二组件的凸部的横截面的形状为长方形、正方形、梯形、三角形、多边形、半圆形或半椭圆形。相对应位置的上述凹槽和上述凸部的形状保持一致即可。在一些实施方式中，第一组件的凹槽的三维形状为长条形，此时多个凹槽相互平行分布于第一组件的表面，且相邻凹槽之间的距离保持一致，即为阵列分布，相应的第二组件的凸部的三维形状和排布方式要与之匹配。在另一些实施方式中，第一组件的凹槽的横截面的形状为方块形，此时多个凹槽以相互交叉的多个行和多个列形式排布，多个行相互平行，多个列相互平行，相邻行之间的距离保持一致，相邻列之间的距离也保持一致，行与列之间可以相互垂直或不垂直，即为阵列分布，相应的第二组件的凸部的三维形状和排布方式要与之匹配。例如，凹槽的三维形状还可以为半球形、圆台、棱柱、圆锥或棱锥，相应的第二组件的凸部的三维形状也为半球形、圆台、棱柱、圆锥或棱锥。
43.在一些实施例中，第一高分子基质选自聚苯乙烯、聚丙烯(pp)、苯乙烯共聚物(nas)、环烯烃共聚物(coc)、聚碳酸酯(pc)、聚氯乙烯(pvc)、高密度聚乙烯共聚物(hdpe)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)中的一种或多种。材料吸水率如下：pp：0.01％、nas：0.15％、coc：0.09％、pc：0.15％、pvc：0.2％、hdpe：0.01％、pbt：0.1％，它们均属于低吸水率材料。
44.在一些实施例中，第二高分子基质选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)、乙烯-乙烯醇(evoh)、苯乙烯共聚物(san)、聚偏二佛乙烯(pvdf)、甲基丙烯酸酯中的一种或多种。量子点分散于这些材料中具有更好的稳定性。
45.在一些实施例中，第一组件还包括散射粒子和阻隔助剂中的一者或多者，第二组件还包括扩散粒子、抗氧化剂、低折射添加剂中的一者或多者。通过举例来说明在第二组件
中添加低折射添加剂的效果，假设来自光源的光线的入射角为60
°
，第二高分子基质pmma的折射率为1.49，低折射添加剂的折射率为1.39，则根据折射定律，折射角为68
°
，偏转角度为8
°
，低折射添加剂促进出光更加均匀。
46.根据本公开的另一个方面，提供了一种量子点光学板的制备方法，包括以下步骤：s1，准备包含第一高分子基质的第一组件的原料，以及包含第二高分子基质和量子点材料的第二组件的原料，第一高分子基质的吸水率小于第二高分子基质的吸水率；s2，将第一组件的原料通过第一挤出机加热熔融后挤出形成未完全固化的第一板，同时将第二组件的原料通过第二挤出机加热熔融后挤出形成未完全固化的第二板，并且第一板和第二板相互平行；s3，使未完全固化的第一板从压辊a和表面具有多个齿的压辊b的中间通过，形成至少一侧表面具有多个阵列分布的凹槽的第一组件，同步使未完全固化的第二板从压辊c和压辊b的中间通过，形成靠近第一组件的一侧表面具有多个阵列分布的凸部的第二组件；定义第一组件的最大厚度为t1，第二组件的最小厚度为t2，凹槽的开口宽度为l1，相邻凸部的间距为l2，使l2≥l1，t1≥2t2；s4，将第一组件具有凹槽的一侧表面与第二组件具有凸部的一侧表面贴合，得到量子点光学板。
47.需要说明的是，第一板和第二板仅为了便于描述，如图2所示，实际上从挤出机的料口挤出的板子直接就进入辊压，无需切断得到完整独立的第一板和第二板，也即，上述s2和上述s3这两个步骤的操作连续进行。
48.在本公开的技术方案中，通过共用一个表面具有锯齿的压辊，同步制备出表面具有凹槽的第一组件和表面具有凸部的第二组件，并控制第一组件和第二组件的锯齿结构的尺寸大小关系(l2≥l1，t1≥2t2)，两者贴合后，使第一组件作为量子点光学板的主体结构，并且第一组件的矫正力大于第二组件的形变力；并将量子点材料分散在第二组件的原料中，使第二组件作为量子点材料的稳定载体；在此基础上，由于第一组件的基质材料的吸水率小于第二组件的基质材料的吸水率，第一组件不易发生吸水形变，而第二组件与第一组件之间通过凸部和凹槽间咬合力来实现光学板组件的贴合，从而第一组件能够起到对第二组件进行物理矫形的作用，改善了吸水率较高的高分子材料吸水后造成的产品翘曲、拉伸等形变的情况，解决了现有的量子点扩散板产品的抗吸水形变能力和量子点稳定性不能兼顾的问题。
49.在一些实施例中，压辊b的齿的横截面的形状为长方形、正方形、梯形、三角形、多边形、半圆形或半椭圆形，从而可以得到相应形状的凹槽和凸部。
50.为了进一步确保第一组件的矫正力大于第二组件的形变力，在一些实施例中，通过调节压辊a与压辊b的间距以及压辊c与压辊b的间距，使得t1≥2t2》0.2mm。
51.在一些实施例中，量子点光学板的第二组件的相邻凸部的间距大于第二组件的最小厚度，即l2≥t2，有利于第二组件的各个凸部传递第一组件带来的矫正力，并使该矫正力大于第二组件自身的形变力。
52.在一些实施例中，定义第一组件的凹槽的深度为d，第一组件的凹槽的开口宽度大于凹槽的深度，即l1≥d，可以进一步确保第一组件和第二组件之间通过锯齿咬合牢固，不发生断裂。优选l1+l2≤0.21(t2+d)。
53.在一些实施例中，0.5mm≤t1+t2≤3.0mm。
54.在一些实施例中，第一高分子基质的吸水率不大于0.2％，优选不大于0.1％。第二
高分子基质的吸水率大于第一高分子基质的吸水率即可，但在第二高分子基质中的量子点材料自身遇水稳定性差的情况下，第二高分子基质的吸水率不能过大，当然也可以通过在第二高分子基质中添加保护剂等方法对量子点材料进行保护。
55.在一些实施例中，第一高分子基质选自聚苯乙烯、聚丙烯、苯乙烯共聚物、环烯烃共聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或多种。
56.在一些实施例中，第二高分子基质选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇、苯乙烯共聚物、聚偏二佛乙烯、甲基丙烯酸酯中的一种或多种。量子点分散于这些材料中具有更好的稳定性。
57.在一些实施例中，第一组件的原料还包括散射粒子和阻隔助剂中的一者或多者，第二组件的原料还包括扩散粒子、抗氧化剂、低折射添加剂中的一者或多者。
58.根据本公开的又一个方面，提供了一种发光装置，包括多个阵列排布的led和位于led上方的光转换器件，光转换器件包括任一上述的量子点光学板。由于本公开的量子点光学板的抗形变能力和量子点稳定性均良好，因此含其的光转换器件的寿命获得提升。上述发光装置可以用于显示，即为显示装置。
59.在一些实施例中，各led与量子点光学板的第二组件的各凸部在垂直于量子点光学板的方向上一一对应。可提高量子点利用率，减少灯影。进一步地，led可以设置在量子点光学板的远离第二组件的一侧(如图3所示)，也可以设置于量子点光学板的靠近第二组件的一侧(如图4所示)。
60.在一些实施例中，如图4的结构示意图所示，led设置于量子点光学板的靠近第二组件的一侧，定义第二组件的凸部的顶面宽度为l3，第一组件的凹槽的深度为d，led上表面至量子点光学板的垂直距离为h，则led的长边尺寸不大于至量子点光学板的垂直距离为h，则led的长边尺寸不大于
61.下面将结合实施例和对比例进一步解释说明本公开的量子点光学板及发光装置的效果。
62.63.[0064][0065]
初始时调整色品坐标至较为接近状态可以保证各个实施例与对比例的测试样品处于同一基准，稳定性评价为色偏移量和亮度衰减率，若各个测试样品的初始色漂相差太大，比如初始值(0.3100,0.3200)和(0.2800,0.2900)，同样稳定性情况下，前者的色漂会比后者大，影响结果判断。
[0066]
各个实施例与对比例使用的led背光源的峰值波长为450nm，半峰宽为18nm，扩散板直接光照面的辐射照度为4mw/cm2。翘曲试验参照gbt 25257-2010中的试验条件和步骤进行，吸水翘曲度的定义同样参照该标准。透过率和雾度采用雾度计测量。色品坐标x偏移量和色品坐标y偏移量是指翘曲试验前后量子点扩散板的色品坐标x的差值和色品坐标y的差值。亮度衰减率是指翘曲试验前量子点扩散板的亮度与翘曲试验后量子点扩散板的亮度的比值。色品坐标x偏移量、色品坐标y偏移量和亮度衰减率越小，表明老化稳定性越好。
[0067]
各实施例提供的量子点复合扩散板均表现出了良好的量子点稳定性，翘曲度低，并且成本也低。
[0068]
对比例1为现有的ps作为基质材料的三层扩散板，中间为量子点层，外层为扩散粒子层，量子点扩散板的量子点稳定性差，抗形变能力良好。
[0069]
对比例2为现有的pmma作为基质材料的三层扩散板，中间为量子点层，外层为扩散粒子层，量子点扩散板的量子点稳定性良好，但抗形变能力较差。
[0070]
对比例3设计了一种与本公开提供的量子点光学板的结构相反的量子点复合扩散板，从表1可以看出该量子点复合扩散板的量子点稳定性差，抗形变能力也较差。
[0071]
对比例4设计了一种与本公开的量子点光学板结构相同但尺寸不同的量子点复合扩散板，第一组件和第一组件的厚度关系不满足t1≥2t2，导致第一组件的形变矫正作用小于第二组件的形变力，致使形边翘曲较大，但量子点稳定性良好。
[0072]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。