CN104728779B - 发光膜层结构及背光模组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光膜层结构及背光模组。其中，该发光膜层结构包括量子点光转换层，量子点光转换层包括胶粘层以及分散于胶粘层中的量子点和无机氧化物纳米颗粒，且无机氧化物纳米颗粒的晶体结构为金红石结构。由于金红石结构的无机氧化物纳米颗粒能够让红光和绿光通过，而使蓝光发生散射，因此进入量子点光转换层的光能够被选择性的透过、折射或散射，从而使进入量子点光转换层的光能够更有效地被利用，进而提高了量子点光转换层的发光效率，同时也使得设置有发光膜层结构的显示设备能够具有高色域值和所需的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种发光膜层结构及背光模组。
背景技术
显示和照明领域中，色域通常被人们称作色彩空间，代表了一个色彩影像所能表现色彩空间的色彩的具体情况。对于显示设备色域值大小的呈现主要取决于背光模组的选择上。现有背光模组会受到其内部结构及其相关器件的限制，导致背光模组的发光效率降低。为了实现显示设备的高色域值，通常需要增加背光模组的耗能来保证显示设备具有合适的亮度。
目前常用的背光模组为量子点光转换薄膜(QD-film)及相关器件。它的发光原理为：由蓝色LED发出的蓝光激发QD-film中的红色量子点使其发出红光，并同时激发绿色量子点(30)使其发出绿光，最后通过RGB三原色来实现高色域值。但是对于相同的量子点，其光转换效率是一定的，所以要想得到更高亮度的背光模组，必须增加量子点的使用量，并且加大蓝色LED的输出功率，这样必然导致背光模组耗能量的增加。且量子点的制造成本非常昂贵，并且大多数量子点含有对人以及环境有毒有害的重金属元素。因此，在实现高色域值前提下，需要减少QD-film中量子点的使用量，并且保证最终显示器能够达到人们需求的亮度。
现有技术(如中国专利CN103228983)中的量子点光转换薄膜的QD-film中包含红色量子点、绿色量子点和扩散粒子，该扩散粒子起到的主要作用是增加蓝色光在QD-film中的传播路径，使更多的量子点能够被蓝光所激发，从而提高入射蓝光的利用率，且获得更多的红色和绿色发射光，从而增加了显示设备的辉度。
但是在QD-film中添加的扩散粒子虽然可以有效的提高蓝光的利用率，但是添加的扩散粒子如二氧化硅、PMMA、PS、PP等均对蓝光、红光和绿光也有不同程度的吸收，从而严重降低了蓝光的利用率，且已经被激发的红光和绿光也会被吸收，进而导致背光模组的发光效率降低。并且，因为扩散粒子和胶材的折射率差越大扩散效果越明显，所以在生产过程中胶水的调节及扩散粒子的种类选择也会受到限制。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种发光膜层结构及背光模组，以提高发光膜层结构的发光效率，从而增加相应显示设备的辉度，并且提高相应的色坐标值。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种发光膜层结构，该发光膜层结构包括量子点光转换层，量子点光转换层包括胶粘层以及分散于胶粘层中的量子点和无机氧化物纳米颗粒，且无机氧化物纳米颗粒的晶体结构为金红石结构。
进一步地，无机氧化物纳米颗粒的粒径小于50nm。
进一步地，形成无机氧化物纳米颗粒的材料选自二氧化钛、二氧化铅、二氧化锡、二氧化铌、二氧化钨、二氧化锰和二氧化锗中的任一种或多种。
进一步地，无机氧化物纳米颗粒的总质量占量子点光转换层总质量的1wt％～20wt％。
进一步地，发光膜层结构还包括设置于量子点光转换层的至少一个表面上的透明支撑膜层。
进一步地，透明支撑膜层中分散有扩散粒子，且扩散粒子的折射率不同于透明支撑膜层的折射率。
进一步地，透明支撑膜层的表面具有突起结构和/或凹陷结构。
进一步地，发光膜层结构还包括设置于透明支撑膜层的表面上的扩散膜层，扩散膜层中分散有扩散粒子，且扩散粒子的折射率不同于扩散膜层的折射率。
进一步地，量子点包括红色量子点和绿色量子点，且量子点的总质量占量子点光转换层总质量的0.1wt％～10wt％。
进一步地，量子点光转换层中还包括含量为1～20wt％的扩散粒子，且扩散粒子的折射率不同于胶粘层的折射率。
进一步地，发光膜层结构还包括覆盖于扩散膜层上的水气阻隔层。
根据本发明的另一方面，提供了一种背光模组，该背光模组包括发光膜层结构和激励器件，且发光膜层结构为上述的发光膜层结构。
应用本发明的技术方案，本发明提供了一种发光膜层结构，发光膜层结构包括量子点光转换层，量子点光转换层包括胶粘层以及分散于胶粘层中的量子点和无机氧化物纳米颗粒，且无机氧化物纳米颗粒的晶体结构为金红石结构。由于金红石结构的无机氧化物纳米颗粒能够让红光和绿光通过，而使蓝光发生散射，因此进入量子点光转换层的光能够被选择性的透过、折射或散射，从而使进入量子点光转换层的光能够更有效地被利用，进而提高了量子点光转换层的发光效率，同时也使得设置有发光膜层结构的显示设备能够具有高色域值和所需的亮度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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示出了本发明实施方式所提供的发光膜层结构的剖面结构示意图；
图2示出了本发明实施方式所提供的透明支撑膜层的表面具有突起结构的发光膜层结构的剖面结构示意图；
图3示出了本发明实施方式所提供的透明支撑膜层的表面具有凹陷结构的发光膜层结构的剖面结构示意图；
图4示出了本发明实施方式所提供的透明支撑膜层的表面具有突起结构和凹陷结构的发光膜层结构的剖面结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
由背景技术可知，现有背光模组会受到量子点光转换层的内部结构及其相关器件的限制，导致背光模组的发光效率较低。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提供了一种发光膜层结构。如图1至4所示，该发光膜层结构包括量子点光转换层，量子点光转换层包括胶粘层10以及分散于胶粘层10中的量子点30和无机氧化物纳米颗粒20，且无机氧化物纳米颗粒20的晶体结构为金红石结构。
在本发明的上述发光膜层结构中，由于金红石结构的无机氧化物纳米颗粒能够让红光和绿光通过，而使蓝光发生散射，因此进入量子点光转换层的光能够被选择性的透过、折射或散射，从而使进入量子点光转换层的光能够更有效地被利用，进而提高了量子点光转换层的发光效率，同时也使得设置有发光膜层结构的显示设备能够具有高色域值和所需的亮度。
在本发明提供的发光膜层结构中，形成无机氧化物纳米颗粒20的材料可以选自二氧化钛、二氧化铅、二氧化锡、二氧化铌、二氧化钨、二氧化锰和二氧化锗中的任一种或多种。其中，无机氧化物纳米颗粒20的粒径可以根据实际需求进行设定，优选地，无机氧化物纳米颗粒20的粒径小于50nm。在上述优选的粒径范围内，无机氧化物纳米颗粒20能够更有效的透过红光和绿光，并对蓝光产生散射作用，从而将光线选择性的反射回量子点光转换层中。
量子点光转换层中无机氧化物纳米颗粒20的重量百分比也可以根据实际需求进行设定，优选地，无机氧化物纳米颗粒20的总质量占量子点光转换层的的总质量的为1～20wt％。在上述优选的参数范围内，无机氧化物纳米颗粒20能够通过对蓝光进行散射而进一步提高了量子点光转换层的发光效率。
在本发明提供的发光膜层结构中，胶粘层10的材料可以根据现有技术进行设定，胶粘层10是由低聚物和稀释单体混合形成的。由于上述胶粘层10的材料均为透明的，因此能够将光线透射出量子点光转换层。优选地，上述胶粘层10中还具有光引发剂。更为优选地，低聚物的含量为30wt％～60wt％，稀释单体的含量为20wt％～80wt％，且光引发剂的含量为0.1wt％～5wt％。利用上述优选的低聚物、稀释单体和光引发剂的含量能够制备出性能稳定的胶粘层10。
低聚物和光引发剂的材料可以根据现有技术进行设定，优选地，低聚物的材料为聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯、聚环氧化合物、聚酯、聚醚、聚硫化物和聚碳酸酯低聚物中的任一种或多种；光引发剂的材料为安息香醚(安息香甲醚、安息香丁醚等)、苯乙酮衍生物、酰基膦氧化衍生物、酰基膦衍生物二苯甲酮类和硫杂蒽酮类中的任一种或多种；同时优选地，稀释单体可以包括具有丙烯酰基或乙烯基官能团和C1-C20烷基部分的单体。
在本发明提供的发光膜层结构中，优选地，发光膜层结构还包括设置于量子点光转换层的至少一个表面上的透明支撑膜层50，其结构如图2所示。上述透明支撑膜层50能够增加透明支撑膜层50的机械性能。更为优选地，透明支撑膜层50中分散有扩散粒子40，且扩散粒子40的折射率不同于透明支撑膜层50的折射率。
优选地，上述透明支撑膜层50的材料可为PET、透明的水气阻隔膜或者玻璃，其中透明支撑膜层为水气阻隔膜或玻璃时，该透明支撑膜可满足发光膜层结构对阻水阻氧的要求。同时优选地，扩散粒子40的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、二氧化硅、硅酸硼和聚苯乙烯中的任一种或多种。同时，扩散粒子40可以为球形或不规则形状粒子，直径可以为0.5μm～12μm。设置有扩散粒子40的透明支撑膜层50能够进一步地将光反射回量子点光转换层中，进而对未被利用的光重新进行吸收，并达到增加入射光利用率的作用。
优选地，本发明提供的发光膜层结构中透明支撑膜层50的表面具有突起结构510和/或凹陷结构520，其结构如图2至4所示。且该突起结构510和/或凹陷结构520可以根据实际需求制备成不同的形状或者角度，当光线经过具有上述突起结构510和/或凹陷结构520的界面时，会发生反射，从而可以将光线重新反射回量子点光转换层中，进而对未被利用的光重新进行吸收，并达到增加入射光利用率的作用。
在本发明提供的发光膜层结构中，优选地，发光膜层结构还包括设置于透明支撑膜层50的表面上的扩散膜层60，扩散膜层60中分散有扩散粒子40，且扩散粒子40的折射率不同于扩散膜层60的折射率，其结构如图3所示。扩散膜层60的材料可以根据现有技术进行设定，优选地，扩散膜层60的材料为丙烯酸酯类化合物。设置有扩散粒子40的扩散膜层60能够进一步地将光反射回量子点光转换层中，进而对未被利用的光重新进行吸收，并达到增加入射光利用率的作用。
在本发明提供的发光膜层结构中，本领域的技术人员可以根据实际需求对量子点光转换层中量子点30的种类进行选择，优选地，量子点光转换层包括胶粘层10，以及分散于胶粘层10中的红色量子点和绿色量子点。由蓝色LED发出的蓝光激发量子点光转换层(QD-film)中的红色量子点使其发出红光和同时激发绿色量子点使其发出绿光，最后通过RGB三原色来实现高色域值。
更为优选地，量子点光转换层中红色量子点和绿色量子点的总含量可以为0.1wt％～20wt％。红色量子点和绿色量子点由于具有上述优选的含量范围，从而能够通过蓝色LED发出的蓝光激发出适量的红光和绿光，进而使显示设备实现了在高色域值下合适的亮度。
同时，上述量子点光转换层中还可以包括含量为1～20wt％的扩散粒子40，且扩散粒子40的折射率不同于胶粘层10的折射率。该扩散粒子40可以改变蓝色入射光的路径，并且有效地增加蓝色光在QD-film中的传播路径，使更多的红色量子点30和绿色量子点30能够被蓝光所激发，从而提高了蓝色入射光的利用率，并且获得更多的红色发射光和绿色发射光，增加了显示设备的亮度。
在本发明提供的发光膜层结构中，优选地，所述发光膜层结构还包括覆盖于所述扩散膜层60上的水气阻隔层70，其结构如图4所示。上述水气阻隔层70的材料可以根据现有技术进行设定，优选地，该水气阻隔层70的材料为无机氧化物或者有机氧化物。更为优选地，水气阻隔层70为氧化铝、氧化硅或氧化硅/铬复合物。上述水气阻隔层70对水气及氧气具有很好的阻隔作用。
如图1至4所示，分别列出几种本发明提供的发光膜层结构：如图1所示，第一种发光膜层结构包括依次设置于量子点光转换层的两侧表面的透明支撑膜层50、扩散膜层60和水气阻隔层70，且透明支撑膜层50、扩散膜层60和水气阻隔层70中均设置有扩散粒子40；如图2所示，第二种发光膜层结构包括分别设置于量子点光转换层的上、下表面的透明支撑膜层50，透明支撑膜层50中均设置有扩散粒子40，且透明支撑膜层50均具有凸起结构510；如图3所示，第三种发光膜层结构包括依次设置于量子点光转换层的两侧表面的透明支撑膜层50和扩散膜层60，透明支撑膜层50和扩散膜层60中均设置有扩散粒子40，且透明支撑膜层50均具有凹陷结构520；如图4所示，第四种发光膜层结构包括依次设置于量子点光转换层的两侧表面的透明支撑膜层50、扩散膜层60和水气阻隔层70，透明支撑膜层50、扩散膜层60和水气阻隔层70中均设置有扩散粒子40，且透明支撑膜层50均具有凸起结构510和凹陷结构520。
根据本发明的另一方面，提供了一种背光模组，背光模组包括发光膜层结构和激励器件，且发光膜层结构为上述的发光膜层结构。其中，激励器件可以为蓝色LED，由蓝色LED发出的蓝光激发量子点光转换层中的红色量子点使其发出红光，并同时激发绿色量子点使其发出绿光，最后通过RGB三原色来实现高色域值。
下面将结合实施例进一步说明本发明提供的发光膜层结构及发光膜层结构的制备方法。
实施例1
本实施例提供的发光膜层结构的制备步骤包括：
首先，将材料为聚丙烯酸酯的低聚物和材料为丙烯酸乙脂的稀释单体混合形成胶体；然后，将材料为金红石结构的二氧化钛的无机氧化物纳米颗粒、红色量子点(由天津纳美量子点制造有限公司生产)、绿色量子点(由天津纳美量子点制造有限公司生产)和材料为安息香甲醚的光引发剂加入到胶体中，搅拌均匀，其中，二氧化钛的粒径为5nm，无机氧化物纳米颗粒的含量为10wt％，红色量子点和绿色量子点的总含量为1wt％；最后，对混合胶体进行固化以形成量子点光转换层。
实施例2
本实施例提供的发光膜层结构的制备步骤包括：
首先，将材料为聚丙烯酸酯的低聚物和材料为丙烯酸乙脂的稀释单体混合形成胶体；然后，将材料为金红石结构的二氧化锡的无机氧化物纳米颗粒、红色量子点(由天津纳美量子点制造有限公司生产)、绿色量子点(由天津纳美量子点制造有限公司生产)、材料为二氧化硅的扩散粒子和材料为安息香甲醚的光引发剂加入到胶体中，搅拌均匀，其中，二氧化锡的粒径为45nm，无机氧化物纳米颗粒的含量为20wt％，红色量子点和绿色量子点的总含量为10wt％，扩散粒子的含量为1wt％；对混合胶体进行固化以形成量子点光转换层；依次将材料为PET的透明支撑膜层以及材料为丙烯酸甲酯的扩散膜层覆盖于量子点光转换层的两侧表面上以形成发光膜层结构。
实施例3
本实施例提供的发光膜层结构的制备步骤包括：
首先，将材料为聚丙烯酸酯的低聚物和材料为丙烯酸乙脂的稀释单体混合形成胶体；然后，将材料为金红石结构的二氧化钛的无机氧化物纳米颗粒、红色量子点(由天津纳美量子点制造有限公司生产)、绿色量子点(由天津纳美量子点制造有限公司生产)、材料为二氧化硅的扩散粒子和材料为安息香甲醚的光引发剂加入到胶体中，搅拌均匀，其中，二氧化钛的粒径为5nm，无机氧化物纳米颗粒的含量为1wt％，红色量子点和绿色量子点的总含量为0.1wt％，扩散粒子的含量为20wt％；对混合胶体进行固化以形成量子点光转换层；依次将材料为PET的透明支撑膜层、材料为丙烯酸甲酯的扩散膜层以及材料为氧化铝的水气阻隔层覆盖于量子点光转换层的两侧表面上以形成发光膜层结构，其中透明支撑膜层表面具有突起结构和凹陷结构。
对比例1
本对比例提供的发光膜层结构的制备步骤包括：
首先，将材料为聚丙烯酸酯的低聚物和材料为丙烯酸乙脂的稀释单体混合形成胶体；然后，将红色量子点(由天津纳美量子点制造有限公司生产)、绿色量子点(由天津纳美量子点制造有限公司生产)、材料为安息香甲醚的光引发剂和材料为二氧化硅的扩散粒子加入到胶体中，搅拌形成混合胶体，其中，红色量子点和绿色量子点的总含量为5wt％，扩散粒子的含量为20％；之后，对混合胶体进行固化以形成量子点光转换层。
对实施例1至3和对比例1制备出的发光膜层结构进行测试，测试出的色坐标(CIE色度图的坐标)及辉度数据如下所示：
| 发光膜层结构 | 色坐标x | 色坐标y | 辉度(cd/m2) |
| 实施例1 | 0.2437 | 0.2654 | 366.5 |
| 实施例2 | 0.2984 | 0.3321 | 450.7 |
| 实施例3 | 0.2985 | 0.3324 | 451.2 |
| 对比例1 | 0.2536 | 0.2745 | 389.3 |
从上述测试结果可以看出，将实施例1得到的发光膜层结构应用于背光模组中的辉度能够达到366.5，色坐标值能够达到(0.2437,0.2654)；并且，实施例2至3得到的发光膜层结构的辉度明显大于对比例1得到的辉度。并且，实施例2至3得到的色坐标值相比于对比例1更接近于白光的色坐标值(0.33,0.33)。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明提供了一种发光膜层结构，发光膜层结构包括量子点光转换层，量子点光转换层包括胶粘层以及分散于胶粘层中的量子点和无机氧化物纳米颗粒，且无机氧化物纳米颗粒的晶体结构为金红石结构。由于金红石结构的无机氧化物纳米颗粒能够让红光和绿光通过，而使蓝光发生散射，因此进入量子点光转换层的光能够被选择性的透过、折射或散射，从而使进入量子点光转换层的光能够更有效地被利用，进而提高了量子点光转换层的发光效率，同时也使得设置有发光膜层结构的显示设备能够具有高色域值和所需的亮度。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种发光膜层结构，其特征在于，所述发光膜层结构包括量子点光转换层，所述量子点光转换层包括胶粘层(10)以及分散于所述胶粘层(10)中的量子点(30)和无机氧化物纳米颗粒(20)，且所述无机氧化物纳米颗粒(20)的晶体结构为金红石结构，
所述无机氧化物纳米颗粒(20)的粒径小于50nm，
形成所述无机氧化物纳米颗粒(20)的材料为二氧化锡，
所述发光膜层结构还包括设置于所述量子点光转换层的至少一个表面上的透明支撑膜层(50)，所述透明支撑膜层(50)中分散有扩散粒子(40)，且所述扩散粒子(40)的折射率不同于所述透明支撑膜层(50)的折射率，所述透明支撑膜层(50)的表面具有突起结构(510)和/或凹陷结构(520)。
2.根据权利要求1所述的发光膜层结构，其特征在于，所述无机氧化物纳米颗粒(20)的总质量占所述量子点光转换层的总质量的1wt％～20wt％。
3.根据权利要求1所述的发光膜层结构，其特征在于，所述发光膜层结构还包括设置于所述透明支撑膜层(50)的表面上的扩散膜层(60)，所述扩散膜层(60)中分散有扩散粒子(40)，且所述扩散粒子(40)的折射率不同于所述扩散膜层(60)的折射率。
4.根据权利要求1所述的发光膜层结构，其特征在于，所述量子点(30)包括红色量子点和绿色量子点，且所述量子点(30)的总质量占所述量子点光转换层的总质量的0.1wt％～10wt％。
5.根据权利要求1所述的发光膜层结构，其特征在于，所述量子点光转换层中还包括含量为1～20wt％的扩散粒子(40)，且所述扩散粒子(40)的折射率不同于所述胶粘层(10)的折射率。
6.根据权利要求3所述的发光膜层结构，其特征在于，所述发光膜层结构还包括覆盖于所述扩散膜层(60)上的水气阻隔层(70)。
7.一种背光模组，其特征在于，所述背光模组包括发光膜层结构和激励器件，且所述发光膜层结构为权利要求1至6中任一项所述的发光膜层结构。
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