一种主动增亮膜的制作方法

本实用新型属于半导体照明技术领域，涉及一种主动增亮膜，尤其涉及一种包含至少一层掺杂量子点的聚合物薄膜和至少一层含有金属纳米棒的聚合物薄膜的主动增光膜。

背景技术：

半导体照明和显示是一种基于高效白光发光二极管(White Light Emitting Diode，WLED)的新型照明和显示技术。相比传统光源，具有发光效率高、耗电量少、可靠性高和寿命长等优点，被公认为21世纪最具发展前景的高技术领域之一。

目前，荧光材料由于在许多重要领域的运用已成为研究的热点，主要包括有机荧光染料，荧光蛋白和量子点。半导体量子点有较强的荧光，高耐光性，宽的激发光谱，荧光寿命长，发射光谱窄且可调。

量子点(Quantum Dots，QDs)，又可以称纳米晶，是一种由III－V族或II－VI族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般介于1～10nm之间，受激后可以发射荧光。其发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制。通过改变量子点的尺寸和它的化学组成可以使其发射光谱覆盖整个可见光区。以CdTe量子点为例，当它的粒径从2.5nm生长到4.0nm时，它们的发射波长可以从510nm红移到660nm。

目前，利用量子点的发光特性，可以将量子点应用于显示器件中，将单色量子点作为液晶显示屏的背光模组的发光源，单色量子点在受到蓝光LED激发后发出单色光与蓝光混合形成白色背景光，具有较大的色域，能提高画面品质。

在量子点LED背光+液晶面板方式的新型宽色域LED显示中，DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)是一种由多层折射率各向异性薄膜材料交叠而成的增亮膜。从量子点LED发出的无偏光，入射到DBEF后，P偏振光通过；而S偏振光被DBEF反射，经过背光模组基板的漫反射后又变为无偏光，再次入射到DBEF。这样通过DBEF可以将S偏振光循环利用，从而提高入射到液晶面板中光能量的利用率，在LED显示中的作用非常重要。但是，DBEF长期以来主要被美国3M一家公司所垄断，价格昂贵，是LED背光模组各光学薄膜中成本最高的部分。“去DBEF”高光能量利用率技术成为LED显示技术中的研究热点，同时也是难点。

基于量子点材料的宽色域LED显示是显示技术的主要发展趋势，同时，如何在无DBEF情况下实现LED背光出射P偏振态光线，打破美国3M公司的垄断，已成为新一代LED显示技术发展的关键点之一，对于白光LED的应用，特别是QLED背光显示方面非常重要。且现有量子点复合材料无法同时满足宽色域、线偏振光、抗氧湿能力强、热导率高等要求的技术局限，无法为新一代宽色域、低成本(无DBEF)LED显示技术提供一种新的解决方案与产品。因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种主动增亮膜。本实用新型的主动增亮膜具有特定的结构，其中的量子点和取向一致的金属纳米棒的独特结合方式可以最大效率地获取量子点发出的荧光以及光源波段的高效率偏振光，可以更好的运用于QLED背光显示上。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种主动增亮膜，所述主动增亮膜中包含至少一层掺杂量子点的聚合物薄膜和至少一层含有金属纳米棒的聚合物薄膜，所述含有金属纳米棒的聚合物薄膜中的金属纳米棒取向一致且呈周期性排列。

本实用新型的主动增亮膜中的掺杂量子点的聚合物薄膜可以是一层，也可以是多层(层数M≥2)，层数M为大于等于2的正整数，例如2、3、4、5或6等。

本实用新型的主动增亮膜中的含有金属纳米棒的聚合物薄膜可以是一层，也可以多层(层数N≥2)，层数N为大于等于2的正整数，例如2、3、4、6、7或8等，当有多层含有金属纳米棒的聚合物薄膜时，需保证所有的含有金属纳米棒的聚合物薄膜中的金属纳米棒的取向均一致。

本实用新型的主动增亮膜中，多层掺杂量子点的聚合物薄膜可以相邻，也可以由至少一层含有金属纳米棒的聚合物薄膜间隔开。

本实用新型的主动增亮膜中，多层含有金属纳米棒的聚合物薄膜可以相邻，也可以由至少一层掺杂量子点的聚合物薄膜隔开。

优选地，若所述主动增亮膜中只含有一层掺杂量子点的聚合物薄膜，则主动增亮膜的一个外表面为掺杂量子点的聚合物薄膜。

优选地，若所述主动增亮膜中含有至少两层掺杂量子点的聚合物薄膜，则主动增亮膜的两个外表面均为掺杂量子点的聚合物薄膜。

优选地，所述掺杂量子点的聚合物薄膜的厚度为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。

优选地，所述掺杂量子点的聚合物薄膜中的聚合物选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)中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述掺杂量子点的聚合物薄膜中的量子点可以是单核材料，也可以是核壳包覆型才来哦，核壳包覆型材料中的包覆壳层可以是一层也可以是多层，优选包括CdSe、CdTe、CdS、ZnSe、CdTe、CuInS、InP、CuZnSe、ZnMnSe中的任意一种或至少两种的混合物。

优选地，所述含有金属纳米棒的聚合物薄膜的厚度为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。

优选地，所述含有金属纳米棒的聚合物薄膜中的聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乙烯吡咯烷酮PVP或聚氯乙烯PVC中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述含有金属纳米棒的聚合物薄膜中，所述金属纳米棒的化学组成包括Au、Ag、Cu、Al、Fe或Zn中的任意一种或至少两种的组合。

本实用新型对金属纳米棒的形貌不作限定，可以是棒状材料，也可以是线型等多种形貌。

优选地，所述含有金属纳米棒的聚合物薄膜中，所述金属纳米棒的直径在1nm～200nm，例如1nm、5nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、60nm、70nm、80nm、100nm、120nm、140nm、150nm、160nm、180nm或200nm等。

优选地，所述含有金属纳米棒的聚合物薄膜中的金属纳米棒的长径比大于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，优选为在3以上，进一步优选为3～5。

优选地，所述含有金属纳米棒的聚合物薄膜中，相邻的两个金属纳米棒的轴沿金属纳米棒径向方向的间距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。

优选地，所述含有金属纳米棒的聚合物薄膜中，相邻的两个金属纳米棒的同一侧端面沿金属纳米棒轴向的间距l_y在0～300nm，例如0、10nm、30nm、50nm、70nm、80nm、100nm、130nm、145nm、160nm、180nm、200nm、225nm、260nm、270nm、280nm或300nm等。

本实用新型的主动增亮膜中包含至少一层掺杂量子点的聚合物薄膜和至少一层含有金属纳米棒的聚合物薄膜，含有金属纳米棒的聚合物薄膜中的金属纳米棒取向一致且周期性排列。本实用新型的主动增亮膜既结合了量子点能够发出较强的荧光、耐光性高、激发光谱宽、荧光寿命长、发射光谱窄且可调的特点，又结合了周期性的金属纳米棒具有强烈偏振作用的特点，进一步调整参数进行结合，使得到的主动增亮膜除了可以得到光源波段的偏振光以外，还可以得到量子点受光源激发而发射出的不同波段的荧光。

在应用时，优选将掺杂量子点的聚合物薄膜一侧靠近光源放置，这种结构的主动增亮膜除了可以得到增强的高效率的量子点发出的红色和绿色荧光外，还可以得到光源波段的高效率的偏振光。本实用新型的主动增亮膜可以作为发光材料用于QLED背光显示等多种用途。

第二方面，本实用新型提供如第一方面所述的主动增亮膜的使用方法，所述主动增亮膜在使用时，优选使用的主动增量膜的至少一个最外层为掺杂量子点的聚合物薄膜，且使用时将最外层为掺杂量子点的聚合物薄膜一侧靠近光源，例如将主动增亮膜与背光模组结合时，通过掺杂量子点的聚合物薄膜一侧与背光模组结合。

与已有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型首次将掺杂量子点的聚合物薄膜和含有金属纳米棒的聚合物薄膜结合到一起，并控制其中的参数条件，得到性能优异的主动增亮膜，该独特结构的主动增亮膜可以同时获取高效率的量子点发出的红色和绿色荧光以及光源波段的高效率偏振光。

(2)本实用新型的主动增亮膜造价经济，性能甚至比3M集团的DBEF膜更为优异，可以打破目前由美国3M提出的多层漫反射式增亮(DBEF)形成的市场化产品形成的市场垄断。

(3)本实用新型的主动增亮膜在使用时优选将掺杂量子点的聚合物薄膜一侧放置靠近光源，其目的是使量子点最大效率地吸收光源发射的蓝色无偏振光，进而最大效率地得到量子点荧光。

(4)本实用新型的主动增亮膜可以在无DBEF情况下实现LED背光出射P偏振态光，打破了美国3M公司的垄断，进一步降低了制造成本。

附图说明

图1a是本实用新型实施例1的主动增亮膜的结构示意图，其中，1为掺杂量子点的聚合物薄膜，2为含有金属纳米棒的聚合物薄膜；

图1b是本实用新型实施例1的主动增亮膜中的掺杂量子点的聚合物薄膜的结构示意图，其中，11为聚合物基质，12为量子点；

图1c是本实用新型实施例1的主动增亮膜中的含有金属纳米棒的聚合物薄膜的结构示意图，其中，21为聚合物基质，22为金属纳米棒，r₀为金属纳米棒的半径，l₀为金属纳米棒的长度，L_x和L_y分别为金属纳米棒在x轴和y轴的间隔距离。

图2是本实用新型实施例2的主动增亮膜的结构示意图，其中，1为掺杂量子点的聚合物薄膜，2为含有金属纳米棒的聚合物薄膜；

图3是本实用新型实施例3的主动增亮膜的结构示意图，其中，1为掺杂量子点的聚合物薄膜，2为含有金属纳米棒的聚合物薄膜；

图4是本实用新型实施例4的主动增亮膜的结构示意图，其中，1为掺杂量子点的聚合物薄膜，2为含有金属纳米棒的聚合物薄膜。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1

一种主动增亮膜，如图1a所示，所述主动增亮膜由一层掺杂量子点的聚合物薄膜1及粘附在该掺杂量子点的聚合物薄膜的表面的一层含有金属纳米棒的聚合物薄膜2构成；

掺杂量子点的聚合物薄膜1包括聚合物基质11及分散在聚合物基质中的量子点12(掺杂量子点的聚合物薄膜的结构示意图见图1b)；含有金属纳米棒的聚合物薄膜2包括聚合物基质21及分散在聚合物基质中的周期性排列取向一致的金属纳米棒22(含有金属纳米棒的聚合物薄膜的结构示意图见图1c)；

掺杂量子点的聚合物薄膜1的厚度为1mm，其中的聚合物基质11为聚甲基丙烯酸甲酯，其中的量子点为CdSe量子点；

含有金属纳米棒的聚合物薄膜2的厚度为0.01mm，其中的聚合物基质21为聚甲基丙烯酸甲酯，其中的金属纳米棒为金纳米棒，棒长为100nm，棒直径为30nm，相邻的两个金属纳米棒的轴沿金属纳米棒径向方向的间距l_x在100nm，相邻的两个金属纳米棒的同一侧端面沿金属纳米棒轴向的间距l_y在200nm。

实施例2

一种主动增亮膜，如图2所示，所述主动增亮膜由两层掺杂量子点的聚合物薄膜1及一层含有金属纳米棒的聚合物薄膜2构成，所述两层掺杂量子点的聚合物薄膜1分别粘附在该含有金属纳米棒的聚合物薄膜2的上下表面；

掺杂量子点的聚合物薄膜1包括聚合物基质11及分散在聚合物基质中的量子点12；含有金属纳米棒的聚合物薄膜2包括聚合物基质21及分散在聚合物基质中的周期性排列取向一致的金属纳米棒22；

粘附在含有金属纳米棒的聚合物薄膜2的上表面的掺杂量子点的聚合物薄膜的厚度为0.01mm，其中的聚合物基质11为聚乙烯吡咯烷酮，其中的量子点为CdTe；

粘附在含有金属纳米棒的聚合物薄膜2的下表面的掺杂量子点的聚合物薄膜的厚度为0.01mm，其中的聚合物基质11为聚甲基丙烯酸甲酯，其中的量子点为CdTe；

含有金属纳米棒的聚合物薄膜的厚度为0.8mm，其中的聚合物基质21为聚甲基丙烯酸甲酯，其中的金属纳米棒为银纳米棒，棒长为200nm，棒直径为60nm，相邻的两个金属纳米棒的轴沿金属纳米棒径向方向的间距l_x在50nm，相邻的两个金属纳米棒的同一侧端面沿金属纳米棒轴向的间距l_y在80nm。

实施例3

一种主动增亮膜，如图3所示，所述主动增亮膜由两层掺杂量子点的聚合物薄膜1及两层含有金属纳米棒的聚合物薄膜2构成，所述掺杂量子点的聚合物薄膜1和所述含有金属纳米棒的聚合物薄膜2间隔设置，且从上到下依次为：掺杂量子点的聚合物薄膜、含有金属纳米棒的聚合物薄膜、掺杂量子点的聚合物薄膜和含有金属纳米棒的聚合物薄膜；

掺杂量子点的聚合物薄膜1包括聚合物基质11及分散在聚合物基质中的量子点12；含有金属纳米棒的聚合物薄膜2包括聚合物基质21及分散在聚合物基质中的周期性排列取向一致的金属纳米棒22；

位于最上层的掺杂量子点的聚合物薄膜的厚度为0.01mm，其中的聚合物基质11为聚氯乙烯，其中的量子点为CdSe；

位于上数第二层的含有金属纳米棒的聚合物薄膜的厚度为1mm，其中的合物基质21为聚甲基丙烯酸甲酯，其中的金属纳米棒为金纳米棒，棒长为70nm，棒直径为10nm，相邻的两个金属纳米棒的轴沿金属纳米棒径向方向的间距l_x在40nm，相邻的两个金属纳米棒的同一侧端面沿金属纳米棒轴向的间距ly在80nm；

位于上数第三层的掺杂量子点的聚合物薄膜的厚度为0.005mm，其中的聚合物基质11为聚乙烯吡咯烷酮，其中的量子点为CdTe；

位于最下面一层的含有金属纳米棒的聚合物薄膜的厚度为0.9mm，其中的合物基质21为聚甲基丙烯酸甲酯，其中的金属纳米棒为金纳米棒，棒长为70nm，棒直径为10nm，相邻的两个金属纳米棒的轴沿金属纳米棒径向方向的间距l_x在40nm，相邻的两个金属纳米棒的同一侧端面沿金属纳米棒轴向的间距ly在80nm；

其中，本实施例的主动增亮膜中的所有金属纳米棒的取向一致。

实施例4

一种主动增亮膜，如图4所示，所述主动增亮膜由两层掺杂量子点的聚合物薄膜1及一层含有金属纳米棒的聚合物薄膜2构成，从上到下依次为掺杂量子点的聚合物薄膜1、掺杂量子点的聚合物薄膜1和含有金属纳米棒的聚合物薄膜2；

位于最上层的掺杂量子点的聚合物薄膜的厚度为0.002mm，其中的聚合物基质11为聚甲基丙烯酸甲酯，其中的量子点为CdSe；

位于上数第二层的掺杂量子点的聚合物薄膜的厚度为0.005mm，其中的聚合物基质11为聚氯乙烯，其中的量子点为ZnSe；

位于最下面一层的含有金属纳米棒的聚合物薄膜的厚度为0.5mm，其中的合物基质21为聚甲基丙烯酸甲酯，其中的金属纳米棒为银纳米棒，棒长为50nm，棒直径为5nm，相邻的两个金属纳米棒的轴沿金属纳米棒径向方向的间距l_x在100nm，相邻的两个金属纳米棒的同一侧端面沿金属纳米棒轴向的间距ly在150nm。

申请人声明，上述实施例只为说明本实用新型的技术构思和特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围以内。