一种背光显示器件及其制备方法与流程

本发明属于显示
技术领域：
，涉及一种背光显示器件，尤其涉及一种含有纳米片的背光显示器件及其制备方法。
背景技术：
：1970年，半导体超晶格、量子阱概念的提出，开创了人工设计、制备低维量子结构材料研究的新领域。半导体量子点是由少量原子组成的准零维的纳米量子结构，载流子在三个维度上都受到势垒的约束而不能自由运动，进而表现出较其他维度的结构的半导体材料更独特和优越的性能，被广泛应用于量子计算、光伏器件、量子发光器件和量子探测器中，是现在前沿科学研究的热门课题之一。基于胶体半导体量子点材料的背光显示设备，具有溶液法制备、容易加工、颜色可调、量子产率高等突出特点，此类液晶显示器件已经走向商业化。1993年科学家首次报道了半导体纳米晶基于尺寸的光学特性，并且研究了其三维的量子限域效应。紧随其后的是向纳米棒和纳米线以及近年来对纳米片的延伸研究。对于半导体来说，维度是一个很重要的影响因素，这是由于它对于电子能谱以及光学性质有着极其强烈的影响。而由于单一维度上精确的控制，纳米片可以展现出非常窄的激子吸收和光致发光光谱，这对于制备高色纯度的显示器件来说极为重要。近年来，在显示
技术领域：
上，随着4k、8k电视的出现，显示分辨率上已经到了人眼的极限，人们逐渐把注意力集中到了显示器的色彩呈现度上，即widecolorgamut(wcg)。wcg需要的是窄的红、绿、蓝线宽。量子点技术因此得到蓬勃发展。然而由于量子点尺寸难以实现高均一性，其光谱线宽局限于30nm左右而很难减小。近年来科学家们致力于更好的控制发光线宽，能有更高色纯度材料的研究。与传统量子点材料相比，半导体纳米片材料由于厚度的精确控制，可以展现出前所未有的超窄光谱(～10nm)。而近年来较为热门的钙钛矿材料，虽然也通过控制维度缩窄了光谱宽，但二维片状材料一直是一大难点，也很难达到超窄光谱的效果。与这些材料相比，纳米片体现了其他材料所无法达到的窄线宽。这不仅对于制作led显示器件非常重要，同时也可应用于其他多种器件，包括激光器、照明设备等等。对于显示应用来说，宽色域也是当下极为迫切的需求之一。纳米片的平面几何结构和较大的表面积都是其较为重要的参数。目前的报道中，硒化镉纳米片的平均横向尺寸大概在20x20nm2，厚度大概在2-6个硒化镉原子层。通过对于纳米片层数和材料比例的控制，其发光波长可以被精确调控，实现蓝光到绿光波段的转变。而横向尺寸的调控可以在一定范围内精确的控制纳米片发光波长。随着合成方法的不断发展，如何得到更高性能半导体纳米片材料以及如何利用纳米片来制备高光纯度的显示器件已经成为纳米技术研究的重要方向之一，现有的研究中所制备的纳米片显示器件大多局限于单一发光波长，且器件亮度始终无法有效提高。技术实现要素：鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种背光显示器件，所述背光显示器件采用了结合绿光纳米片薄膜和红光量子点、蓝光led板的方法，提供了一条现实可行的超越rec.2020色域范围的背光显示技术，也突破了纳米片器件低亮度的局限性。为达上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明目的之一在于提供一种背光显示器件，所述器件包括由蓝光背光光源依次层叠的红色量子点层以及绿色纳米片层。本发明中，所述红色量子点层和绿色纳米片层的厚度之和为50～100μm，可根据光源的要求对二者的厚度比例进行调节。其中，所述红色量子点可以是任意已知的红色量子点。作为本发明优选的技术方案，所述绿色纳米片层的原料为核壳纳米片材料。作为本发明优选的技术方案，所述核壳纳米片材料的内核原料包括cdse、cdte、cds、znse、cdte、cuznse或znmnse中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：cdse和cdte的组合，cds和znse的组合，cuznse和znmnse的组合，cdse、cdte和cds的组合，znse、cdte和cuins的组合，cdse、cdte、cds、znse和cdte的组合等，优选为cdse。作为本发明优选的技术方案，所述核壳纳米片材料的壳层原料包括cds、zno、zns、znse或znte中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：cds和zno的组合，zns和znse的组合，znse和znte的组合，cds、zno和zns的组合，cds、zno、zns、znse和znte的组合等，优选为cds。本发明目的之二在于提供一种上述背光显示器件的制备方法，所述制备方法为：将红色量子点溶液旋涂于蓝色背光光源表面，退火处理得到红色量子点层；对核壳纳米片材料进行配体交换处理，处理后涂覆于所述红色量子点层表面，得到所述背光显示器件。作为本发明优选的技术方案，所述配体交换处理的方法为：将所述核壳纳米片材料分散于己烷中，并进一步稀释于己烷和十二烷硫醇中，将稀释后的所述核壳纳米片材料分散液加热处理完成配体交换。优选地，所述加热处理的温度为50～70℃，如50℃、52℃、55℃、58℃、60℃、62℃、65℃、68℃或70℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述加热处理的时间为18～36h，如18h、20h、24h、28h、32h或36h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。对于绿光纳米片涂层的制备，由于纳米片易团聚的特点以及溶剂的影响，薄膜的缺陷和粗糙度会较大，因此对于参数的精确设置和溶剂的选择可以提高薄膜的质量。其中，纳米片的浓度很重要，不超过20mg/ml，浓度越浓越容易团聚。溶剂优选低沸点的非极性溶剂，如甲苯，己烷，辛烷等，优选地，所述涂覆前对完成配体交换后的分散液进行固液分离，并将得到的固体分散于正辛烷溶液中。本发明中，所述将核壳纳米片材料涂覆于所述红色量子点层表面的方法可以是旋涂、丝网印刷或喷墨打印等方法。本发明目的之三在于提供一种cdse/cds核壳结构纳米片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将镉盐与硒粉溶解于溶液中，在无水氧条件下加热反应，并在升温过程中加入醋酸镉，反应结束后固液分离得到cdse纳米片；(2)分别制备醋酸镉前驱体以及硫粉前驱体溶液，并将两种前驱体进行混合，得到前驱体混合溶液；(3)将步骤(1)得到的cdse纳米片的溶液加入至溶剂中，加热反应，并在升温过程中注入步骤(2)得到而对前驱体混合溶液，反应结束后固液分离得到所述cdse/cds纳米片。本发明中，选用cdse/cds纳米片的原因在于其与cdse纳米片相比产率高，稳定性高，与钙钛矿纳米片相比半峰宽窄，稳定性高。作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述镉盐为十四烷基酸镉。本发明中，所述十四烷基酸镉可以通过十四烷基酸钠与硝酸镉反应制备得到。优选地，步骤(1)所述溶剂为ode。优选地，步骤(1)所述镉盐与硒粉的质量比为(15～20):1，如15:1、16:1、17:1、18:1、19:1或20:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述加热反应的温度为200～300℃，如210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述加热反应的反应时间为5～15min，如5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min或15min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述在升温过程中加入醋酸镉为在升温至190～200℃时加入醋酸镉，所述温度可以是190℃、191℃、192℃、193℃、194℃、195℃、196℃、197℃、198℃、199℃或200℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述醋酸镉与镉盐的质量比为1:(4～5)，如1:4、1:4.1、1:4.2、1:4.3、1:4.4、1:4.5、1:4.6、1:4.7、1:4.8、1:4.9或1:5等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述醋酸镉前驱体溶液的制备方法为将醋酸镉溶解于ode与油酸的混合溶剂中。优选地，所述ode与油酸的体积比为(5～6):1，如5:1、5.1:1、5.2:1、5.3:1、5.4:1、5.5:1、5.6:1、5.7:1、5.8:1、5.9:1或6:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(2)所述醋酸镉前驱体溶液中固液比为(200～300):1mg/ml，如200:1、210:1、220:1、230:1、240:1、250:1、260:1、270:1、280:1、290:1或300:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(2)所述硫粉前驱体的制备方法为将硫粉溶解于ode中。优选地，步骤(2)所述硫粉前驱体溶液中固液比为(3～5):1mg/ml，如3:1、3.2:1、3.5:1、3.8:1、4:1、4.2:1、4.5:1、4.8:1或5:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(2)所述前驱体混合溶液中醋酸镉与硫粉的质量比为(40～45):1，如40:1、41:1、42:1、43:1、44:1或45:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述cdse纳米片的溶液的固液比为(3～30):1，3:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1或30:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(3)所述cdse纳米片的溶液与溶剂的体积比为1:(5～6)，如1:5、1:5.1、1:5.2、1:5.3、1:5.4、1:5.5、1:5.6、1:5.7、1:5.8、1:5.9或1:6等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(3)所述加热反应的温度为200～300℃，如210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(3)所述加热反应的时间为2～10min，如2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(3)在升温过程中注入步骤(2)得到而对前驱体混合溶液为在升温到190～195℃时注入步骤(2)得到而对前驱体混合溶液，所述温度可以是190℃、191℃、192℃、193℃、194℃或195℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(3)所述步骤(2)得到而对前驱体混合溶液的注入速率为5～10ml/h，如5ml/h、6ml/h、7ml/h、8ml/h、9ml/h或10ml/h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(3)所述cdse纳米片的溶液与所述前驱体混合溶液的体积比为1:(1～2)，如1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9或1:2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。对于纳米片材料的制备，传统的化学合成方法始终无法实现纳米片高量子产率，低于工艺成熟的量子点的量子产率。该方法中对于反应物目数和数量的精确控制可以改善这一问题。其中，se的目数变化会改变量子产率，目数约高，产率约高。本发明中，步骤(1)中cdse纳米片的合成增加硒粉的加入量来增加纳米片尺寸，增加硒粉目数增加纳米片长宽比。本发明中，步骤(1)中cdse纳米片的合成可通过增加醋酸镉的加入量来增加纳米片厚度。优选地，步骤(1)中纳米片上cds壳层材料的合成通过改变前驱体加入剂量(0.7-1.4ml)控制包覆的冠层厚度，所述前驱体加入计量越多，冠层厚度越厚。作为本发明优选的技术方案，所述cdse/cds核壳结构纳米片的制备方法包括以下步骤：(1)将十四烷基酸镉与硒粉溶解于ode中，镉盐与硒粉的质量比为(15～20):1，在无水氧条件下200～300℃加热反应，并在升温至190～200℃时加入醋酸镉，醋酸镉与镉盐的质量比为1:(4～5)，反应结束后固液分离得到cdse纳米片；(2)将醋酸镉溶解于ode与油酸的混合溶剂中得到醋酸镉前驱体溶液，醋酸镉前驱体溶液中固液比为(200～300):1mg/ml，将硫粉溶解于ode中得到硫粉前驱体溶液，硫粉前驱体溶液中固液比为(3～5):1mg/ml，并将两种前驱体进行混合，得到前驱体混合溶液，前驱体混合溶液中醋酸镉与硫粉的质量比为(40～45):1；(3)将步骤(1)得到的cdse纳米片的溶液加入至溶剂中，所述cdse纳米片的溶液与溶剂的体积比为1:(5～6)，200～300℃加热反应2～10min，为在升温到190～195℃时注入步骤(2)得到而对前驱体混合溶液，前驱体混合溶液的注入速率为5～10ml/h，所述cdse纳米片的溶液与所述前驱体混合溶液的体积比为1:(1～2)，反应结束后固液分离得到所述cdse/cds纳米片。本发明制备得到cdse/cds核壳结构纳米片后需确定核冠结构包覆的有效性：比较纳米片在冠层包覆前后的形貌和光学性质，确定冠层的包覆是否有效，冠层的生长方向。具体辨认方法包括：量子点的发光是否增强，发光峰位是否发生移动；半峰宽是否发生变化；比较纳米片的吸收以及低温下的发光来确定能带；通过变温实验观察纳米片发光的强度与峰位变化；通过老化实验判断纳米片的稳定性。其中，纳米片相关表征测试的方法包括：利用高分辨透射显微镜(hr-tem)分析样品的结构；利用x射线衍射(xrd)表征样品的结晶品质；利用光致发光光谱测试样品的室温发光特性。表征cdse/cds纳米片的品质，并为化学溶液材料生长方法提供反馈信息，以其获得质量、尺寸和大小分布可控的高质量纳米片。与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：(1)本发明使用半导体纳米片作为绿光发光材料制作背光显示器件的方法可以有效的解决传统背光显示设备低光纯度的问题；(2)本发明纳米片的使用有效提高了器件发光效率和亮度，在提高背光显示色纯度的基础上，并没有损失发光效率；(3)本发明选用了绿光量子片和红光荧光粉或量子点，加上蓝光leg板的结合的方法，可以成功实现高色纯度宽色域的背光显示器件。附图说明图1为本发明实施例1制备得到cdse/cds核壳纳米片的tem分析图；图2为本发明实施例1制备得到cdse/cds核壳纳米片的pl分析图；图3为本发明实施例4制备得到显示模组的光谱图；图4为本发明实施例4制备得到显示模组的色域图；图5为本发明提供的背光显示器件的结构示意图。下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。具体实施方式为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：实施例1本发明提供一种cdse/cds核壳结构纳米片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)取340mg提前制备的十四烷基酸镉粉末和20mg硒粉溶于ode中，在95℃下抽真空一定时间来排除反应系统中的水氧杂质，随后将反应系统升温至240℃。在升温过程中cdse成核，并在195℃加入70mg醋酸镉粉末，通过醋酸根的加入抑制晶核的纵向生长，以形成片状形貌。最后将制备好的溶液5000rpm离心10min，得到的固体即为cdse纳米片；(2)分别将480mg醋酸镉溶于2mlode、340ul油酸中，和11mg硫粉溶于3mlode中，制成前驱体再进行混合；(3)在5mlode和100ul油酸中加入光密在350nm为1的1mlcdse纳米片溶液，在80℃下抽真空30分钟来排除反应系统中的杂质，随后将反应系统升温至240℃，并在195℃下开始使用注射泵以7ml/h加入1.4ml前驱体混合溶液。随后在240℃保持加热5分钟使其反应完全。最后将制备好的溶液5000rpm离心10min，得到的固体即为cdse/cds核壳结构纳米片。本实施例制备得到的cdse/cds核壳结构纳米片的形貌进行表征，其tem图如图1所示。实施例2本发明提供一种cdse/cds核壳结构纳米片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)取300mg提前制备的十四烷基酸镉粉末和20mg硒粉溶于ode中，在95℃下抽真空一定时间来排除反应系统中的水氧杂质，随后将反应系统升温至200℃。在升温过程中cdse晶核，并在190℃加入75mg醋酸镉粉末，通过醋酸根的加入抑制晶核的纵向生长，以形成片状形貌。最后将制备好的溶液5000rpm离心10min，得到的固体即为cdse纳米片；(2)分别将480mg醋酸镉溶于2mlode、400μl油酸中，和12mg硫粉溶于4mlode中，制成前驱体再进行混合；(3)在4.9mlode和100μl油酸中加入光密在350nm为1的1mlcdse纳米片溶液，在80℃下抽真空30分钟来排除反应系统中的杂质，随后将反应系统升温至200℃，并在195℃下开始使用注射泵以5ml/h加入1ml前驱体混合溶液。随后在200℃保持加热10min使其反应完全。最后将制备好的溶液5000rpm离心10min，得到的固体即为cdse/cds核壳结构纳米片。实施例3本发明提供一种cdse/cds核壳结构纳米片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)取400mg提前制备的十四烷基酸镉粉末和20mg硒粉溶于ode中，在95℃下抽真空一定时间来排除反应系统中的水氧杂质，随后将反应系统升温至300℃。在升温过程中cdse晶核，并在200℃加入80mg醋酸镉粉末，通过醋酸根的加入抑制晶核的纵向生长，以形成片状形貌。最后将制备好的溶液5000rpm离心10min，得到的固体即为cdse纳米片；(2)分别将840mg醋酸镉溶于2.4mlode、400μl油酸中，和18.7mg硫粉溶于3.7mlode中，制成前驱体再进行混合；(3)在8mlode和400μl油酸中加入光密在350nm为1的1.4mlcdse纳米片溶液，在80℃下抽真空30分钟来排除反应系统中的杂质，随后将反应系统升温至300℃，并在190℃下开始使用注射泵以10ml/h加入0.7ml前驱体混合溶液。随后在300℃保持加热2min使其反应完全。最后将制备好的溶液5000rpm离心10min，得到的固体即为cdse/cds核壳结构纳米片。实施例4本实施中选用实施例1制备得到的cdse/cds核壳结构纳米片作为绿色纳米片层的原料制备背光显示器件，其制备方法为：将cdse/zns红色量子点溶液旋涂于蓝色led板上，以1000rpm的旋涂速度旋涂60s，cdse/zns溶液浓度为50mg/ml，随后80℃退火2min形成100nm厚的薄膜涂层；将绿色纳米片进行配体交换处理。400μl在己烷中的纳米片进一步稀释于2ml己烷和200μl十二烷硫醇中。随后将混合物在65℃下加热24小时以完成完全的配体交换；将绿色纳米片溶液进行离心处理，并重新溶解于正辛烷溶剂中，随后旋涂于上一步形成的薄膜衬底上，以1000rpm的旋涂速度旋涂60s，绿色纳米片的正辛烷溶液的浓度为50mg/ml，随后50℃退火2min形成80nm厚的薄膜涂层。实施例5本实施中选用实施例2制备得到的cdse/cds核壳结构纳米片作为绿色纳米片层的原料制备背光显示器件，其制备方法为：将cdse/zns红色量子点溶液旋涂于蓝色led板上，以3000rpm的旋涂速度旋涂20s，cdse/zns溶液浓度为10mg/ml，随后50℃退火5min形成30nm厚的薄膜涂层；将绿色纳米片进行配体交换处理。400μl在己烷中的纳米片进一步稀释于2ml己烷和200μl十二烷硫醇中。随后将混合物在70℃下加热18小时以完成完全的配体交换；将绿色纳米片溶液进行离心处理，并重新溶解于正辛烷溶剂中，随后旋涂于上一步形成的薄膜衬底上以，3000rpm的旋涂速度旋涂20s，绿色纳米片的正辛烷溶液的浓度为10mg/ml，随后30℃退火2min形成30nm厚的薄膜涂层。实施例6本实施中选用实施例3制备得到的cdse/cds核壳结构纳米片作为绿色纳米片层的原料制备背光显示器件，其制备方法为：红色量子点溶液旋涂于蓝色led板上，以2000rpm的旋涂速度旋涂40s，cdse/zns溶液浓度为30mg/ml，随后90℃退火3min形成50nm厚的薄膜涂层；将绿色纳米片进行配体交换处理。400μl在己烷中的纳米片进一步稀释于2ml己烷和200μl十二烷硫醇中。随后将混合物在50℃下加热36小时以完成完全的配体交换；将绿色纳米片溶液进行离心处理，并重新溶解于正辛烷溶剂中，随后旋涂于上一步形成的薄膜衬底上，2000rpm的旋涂速度旋涂40s，绿色纳米片的正辛烷溶液的浓度为30mg/ml，随后40℃退火1.5min形成60nm厚的薄膜涂层。实施例4-6制备得到的绿色纳米片膜以红色量子点膜的量子产率、波长以及半高宽如表1所示。表1量子产率波长半高宽绿色纳米片膜45％520nm18nm红色量子点膜77％630nm30nm本发明的背光器件结构如图5所示，通过图3的光谱数据可知，背光由rgb三基色组成，波长分别为630、525以及450nm，波长半高宽为：30、18以及19nm，相比于传统的yga荧光粉，红绿具有很好的单色性。通过光谱数据计算得到如图4所示的色域图，色域范围可达到140％ntsc，比rec.2020色域范围宽104.5％。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。当前第1页12