钙钛矿墨水及其制备方法、背光模组与流程

本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种钙钛矿墨水及其制备方法、背光模组。

背景技术：

液晶显示装置以其轻薄小巧和低能耗等优点，被广泛的应用于各种电子产品中。背光模组是液晶显示装置中的一个重要部件，它直接影响显示设备的色彩表现情况。随着液晶电视向大尺寸，高色饱方向发展，为了使显示器实现更好的彩色饱和度，让人们有丰富的视觉感受，因此对新型背光模组的设计和开发变得越来越重要。

目前的背光模组光源主要是蓝光发光二极管加红绿发光的荧光粉组成的。这种方式获得的光源发光峰通常较宽，所以其显示的色域通常较小。因此开发窄峰宽的发光材料对于显示设备的发展具有重要的意义。

钙钛矿作为一类发光效率高、色谱纯度高、发光波长可调的发光材料，目前受到人们广泛的关注。将其应用于tft-lcd可以大幅度提高lcd显示器的色域和色彩表现力。然而传统的钙钛矿材料稳定性较差、不易加工等特点，限制了其实际应用。而层状钙钛矿材料不仅具有钙钛矿优异的光学性能，还由于其长链有机阳离子的保护作用使得它们具有较好的成膜性和良好的稳定性。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钙钛矿墨水及其制备方法、背光模组，本发明将发光性能和良好加工性能的层状钙钛矿墨水，通过喷墨打印的方法，设计和制备了主动发光的网点结构的导光板，并设计了新型的背光模组结构。所述背光模组结构利用钙钛矿网点微结构的发光色度纯度高、色彩易于调节和光源均匀性好的优势，可以明显地提高显示设备的色域范围和色彩表现力。同时钙钛矿较高的发光效率，也可以有效地降低能耗。

为了得到上述的技术方案是，本发明提供一种钙钛矿墨水，包括钙钛矿前驱体以及溶剂；所述钙钛矿前驱体的结构分子式为(lx)2(sx)n-1(mx2)n；其中l为长链有机阳离子，s为短链有机阳离子；m为金属阳离子；x为卤素；所述钙钛矿前驱体的结构分子式中lx、sx、mx2的分子质量比为2：n-1：n，其中2<n<7。

进一步地，所述金属阳离子为第四主族金属pb²⁺、ge²⁺、sn²⁺中的任意一种，和/或，过渡金属cu²⁺、ni²⁺、co²⁺、fe²⁺、mn²⁺、cr²⁺、pd²⁺、cd²⁺、eu²⁺、yb²⁺中的任意一种；所述短链有机阳离子为有机胺基团甲胺、甲脒、k⁺、rb⁺和cs⁺中的任意一种或多种的组合；所述卤素包括br、cl、i中的至少一种；所述长链有机阳离子选自下述有机基团中的任意一种或多种组合：

进一步地，墨水的发光颜色可以通过调节三种卤素的比例进行调节，从而实现全可见光谱内发光的覆盖。当所述钙钛矿墨水为蓝色时，则卤素为cl元素或cl元素与br元素的组合；当所述钙钛矿墨水为绿色时，则卤素为br元素或cl元素与br元素的组合或i元素与br元素的组合；当所述钙钛矿墨水为红色时，则卤素为i元素或i元素与br元素的组合。

本发明另一目的提供一种钙钛矿墨水制备方法，包括将分别含有lx、sx和mx2的原料进行混合形成钙钛矿前驱体，所述钙钛矿前驱体的结构分子式为(lx)2(sx)n-1(mx2)n；其中l为长链有机阳离子，s为短链有机阳离子，m为金属阳离子，x为卤素；再将制备好的钙钛矿前驱体添加到溶剂中，得到混合溶液；加热所述混合溶液至60～80℃，并搅拌1-2小时，直至所述钙钛矿前驱体完全溶解；将温度下降到室温，即得到钙钛矿墨水。

本发明还提供一种背光模组，包括：背光源；导光板，所述导光板的表面形成有自发光层，该自发光层的材料为所述的钙钛矿墨水；功能膜层，所述自发光层朝向所述功能膜层。

进一步地，所述钙钛矿墨水包括钙钛矿前驱体以及溶剂；所述钙钛矿前驱体的结构分子式为(lx)2(sx)n-1(mx2)n；其中l为长链有机阳离子，s为短链有机阳离子；m为金属阳离子；x为卤素；所述钙钛矿前驱体的结构分子式中lx、sx、mx2分子质量比为2：n-1：n，其中2<n<7。

进一步地，所述自发光层中具有若干自发光区，所述自发光区成点阵排列。

进一步地，所述自发光层中，具有红色自发光区、蓝色自发光区以及绿色自发光区，所述背光源发出的光为紫色光，所述紫色光通过所述自发光层后得到白光。

进一步地，所述自发光层中，具有红色自发光区、绿色自发光区，所述背光源发出的光为蓝色光，所述蓝色光通过所述自发光层后得到白光。

进一步地，在所述红色自发光区中，所述钙钛矿墨水中的卤素为i与br元素按特定比例元素混合；在所述绿色自发光区中，所述钙钛矿墨水中的卤素为br元素；在所述蓝色自发光区中，所述钙钛矿墨水中的卤素为cl与br元素按特定比例混合。

本发明的有益效果是：本发明提出一种钙钛矿墨水及其制备方法、背光模组，本发明将发光性能和良好加工性能的层状钙钛矿墨水，通过喷墨打印的方法，制备了主动发光的网点结构的导光板，导光板上具有自发光层，并设计了新型的背光模组结构。所述背光模组结构利用钙钛矿网点的自发光层的发光色度纯度高、色彩易于调节和光源均匀性好的优势，可以明显地提高显示设备的色域范围和色彩表现力。同时钙钛矿较高的发光效率，也可以有效地降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明背光模组以及显示装置的结构示意图；

图2为本发明的红绿蓝三色荧光的钙钛矿导光板的结构示意图；

图3为本发明的红绿双色荧光的钙钛矿导光板的结构示意图；

上述附图中附图标记为：

背光模组10

显示装置100；显示面板108；导光板101；

自发光层102；背光源103；背框104；

第一扩散片105；棱镜片106；第二扩散片107。

具体实施方式

以下是各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可以用实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如上、下、前、后、左、右、内、外、侧等，仅是参考附图式的方向。本发明提到的元件名称，例如第一、第二等，仅是区分不同的元部件，可以更好的表达。在图中，结构相似的单元以相同标号表示。

本文将参照附图来详细描述本发明的实施例。本发明可以表现为许多不同形式，本发明不应仅被解释为本文阐述的具体实施例。本发明提供这些实施例是为了解释本发明的实际应用，从而使本领域其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改方案。

本发明提供一种钙钛矿墨水，包括钙钛矿前驱体以及溶剂；

所述钙钛矿前驱体的结构分子式为(lx)2(sx)n-1(mx2)n；其中l为长链有机阳离子，s为短链有机阳离子；m为金属阳离子；x为卤素。

所述钙钛矿前驱体的结构分子式中lx、sx、mx2分子质量比为2：n-1：n，其中2<n<7。

所述金属阳离子为第四主族金属pb²⁺、ge²⁺、sn²⁺中的任意一种，和/或，过渡金属cu²⁺、ni²⁺、co²⁺、fe²⁺、mn²⁺、cr²⁺、pd²⁺、cd²⁺、eu²⁺、yb²⁺中的任意一种；所述短链有机阳离子为有机胺基团甲胺、甲脒、k⁺、rb⁺和cs⁺中的任意一种或多种的组合；所述卤素包括br、cl、i中的至少一种；所述长链有机阳离子选自下述有机基团中的任意一种或多种组合：

所述钙钛矿前驱体lx、sx、mx2原材料的质量比为2：n-1：n；其中，2<n<7，n最优为5，也可以为3、4或6。

当所述钙钛矿墨水为蓝色时，则x为cl元素或cl元素与br元素的组合，所述钙钛矿前驱体的发光波长为380nm左右。

当所述钙钛矿墨水为绿色时，则x为br元素、cl元素与br元素的组合或i元素与br元素的组合，所述钙钛矿前驱体的发光波长为530nm左右。

当所述钙钛矿墨水为红色时，则x为则卤素为i元素或i元素与br元素的组合，所述钙钛矿前驱体的发光波长为760nm左右。

另外，当x为cl和br混合时，发光波长在380nm和530nm之间，其中br占比越多，发光波长越靠近530nm，所述钙钛矿墨水为绿色。

当x为br和i混合时，发光波长在530nm和760nm之间，其中，i占比越多，发光波长越靠近760nm，所述钙钛矿墨水红色。

所述溶剂为二甲基甲酰胺(dmf)或二甲基亚砜(dmso)等溶剂，所述溶剂的浓度为10mg/ml～1000mg/ml，本发明中所述溶剂的浓度为100mg/ml，也可以为20mg/ml、50mg/ml、200mg/ml、500mg/ml或800mg/ml。

本发明还提供一种钙钛矿墨水制备方法，包括如下步骤：

s1、将分别含有lx、sx和mx2的原料进行混合形成钙钛矿前驱体，所述钙钛矿前驱体的结构分子式为(lx)2(sx)n-1(mx2)n；其中l为长链有机阳离子，s为短链有机阳离子，m为金属阳离子，x为卤素。

所述钙钛矿前驱体的结构分子式中lx、sx、mx2分子质量比为2：n-1：n，其中2<n<7。

所述金属阳离子为第四主族金属pb²⁺、ge²⁺、sn²⁺中的任意一种，和/或，过渡金属cu²⁺、ni²⁺、co²⁺、fe²⁺、mn²⁺、cr²⁺、pd²⁺、cd²⁺、eu²⁺、yb²⁺中的任意一种；所述短链有机阳离子为有机胺基团甲胺、甲脒、k⁺、rb⁺和cs⁺中的任意一种或多种的组合；所述卤素包括br、cl、i中的至少一种；所述长链有机阳离子选自下述有机基团中的任意一种或多种组合：

当制备钙钛矿墨水为蓝色时，则x为cl元素或cl元素与br元素的组合，所述钙钛矿前驱体的发光波长为380nm左右。

当制备钙钛矿墨水为绿色时，则x为br元素、cl元素与br元素的组合或i元素与br元素的组合，所述钙钛矿前驱体的发光波长为530nm左右。

当制备钙钛矿墨水为红色时，则x为i元素或i元素与br元素的组合，所述钙钛矿前驱体的发光波长为760nm左右。

另外，当x为cl和br混合时，发光波长在380nm和530nm之间，其中br占比越多，发光波长越靠近530nm，所述制备得到钙钛矿墨水为绿色。

当x为br和i混合时，发光波长在530nm和760nm之间，其中，i占比越多，发光波长越靠近760nm，所述制备得到钙钛矿墨水红色。

s2、再将制备好的钙钛矿前驱体添加到溶剂中，得到混合溶液；所述溶剂为二甲基甲酰胺(dmf)或二甲基亚砜(dmso)等溶剂，所述溶剂的浓度为10mg/ml～1000mg/ml，本发明中所述溶剂的浓度为100mg/ml，也可以为20mg/ml、50mg/ml、200mg/ml、500mg/ml或800mg/ml。

s3、加热并搅拌，待混合原料完全溶解。所述加热温度为60～80℃，最优为70℃，也可以为65℃或75℃。所述搅拌时长为1～2h。

s4、并降温到室温，最后即可得到所述钙钛矿墨水。

如图1所示，为了将所述钙钛矿墨水应用于lcd中，本发明还提供了一种背光模组10，包括：导光板101、背光源103、背框104、功能膜层。

所述背光源103设于所述背框104侧面，所述背光源103为侧入式背光源。

所述导光板101设于所述背框104内，所述导光板101的表面形成有自发光层102；其中，所述自发光层102材料由所述钙钛矿墨水制成。

所述钙钛矿墨水包括钙钛矿前驱体以及溶剂；所述钙钛矿前驱体的结构分子式为(lx)2(sx)n-1(mx2)n；其中l为长链有机阳离子，s为短链有机阳离子；m为金属阳离子；x为卤素。所述钙钛矿前驱体的结构分子式中lx、sx、mx2分子质量比为2：n-1：n，其中2<n<7。

所述自发光层中具有若干自发光区110，所述自发光区110成点阵排列。所述自发光层具有红色自发光区1011、蓝色自发光区1012以及绿色自发光区1013。

在所述红色自发光区1011中，所述钙钛矿墨水中的卤素为i与br元素按特定比例混合；在所述绿色自发光区1012中，所述钙钛矿墨水中的卤素为br元素；在所述蓝色自发光区1013中，所述钙钛矿墨水中的卤素为cl与br元素按特定比例混合。

本发明主要利用喷墨打印方法制备发光区110结构。其主要过程为：首先，将钙钛矿墨水吸取到打印喷头内，之后，将喷头移动到特定的位置，通过振荡的方式将一定量墨水沉积到亚克力或聚碳酸酯板材上特定区域内，随着溶剂的挥发，便得到了钙钛矿点阵结构。清洗喷头后，再吸取其他发光颜色的墨水进行相应颜色点阵的制备，最终得到所需的网点结构导光板101。

所述背光模组10中的钙钛矿导光板101与传统的被动反射光的导光板不同的是，其为自发光器件，在背光源103的激发下能够主动发光，且发光角度各向同性，因此可以大大提高背光源的均匀性，进而提升显示品质。

如图2所示，若所述背光源103发出紫色光，则所述自发光层110具有红色发光区1011、蓝色发光区1012、绿色发光区1013，并通过与所述紫色背光源103混合得到白光。在所述导光板上101，所述红色发光区1011、所述绿色发光区1012与所述蓝色发光区1013依次间隔点阵排列。

如图3所示，若所述背光源103发出蓝色光，则所述自发光层110具有红色发光区1011和绿色发光区1013，并通过与所述蓝色背光源混合得到白光。在所述导光板101上，所述红色发光区1011与所述绿色发光区1013依次间隔点阵排列。

所述功能膜层包括第一扩散片105、棱镜片106以及第二扩散片107。

所述棱镜片106设于所述第一扩散片105与所述第二扩散片107之间，并且分别设于所述背框104上，所述镜片组合主要进一步将光进行扩散，可以进一步提高背光源的均匀性，进而提升显示品质。

最后，本发明还提供一显示装置100，包括所述背光模组10以及设于背光模组上的显示面板108，所述背光模组10具有钙钛矿点阵导光板101，所述钙钛矿导光板101与传统的被动反射光的导光板不同的是，其具有所述钙钛矿墨水制成的自发光层102，在背光源103的激发下能够主动发白色光，且发光角度各向同性，因此可以大大提高背光源的均匀性，进而提升显示品质。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。