碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜及其制作方法.pdf

本发明公开了一种碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜及其制作方法,利用碳量子点激发波长依赖的光致荧光特性，通过调控碳量子点掺杂浓度，实现碳量子点薄膜发出不同颜色的光。以碳量子点作为发光层材料，紫外光源作为激发源，通过调整碳量子点在聚甲基丙烯酸甲酯混合层的浓度，制备出浓度分布变化的碳量子点平面显示薄膜，实现图案化彩色发光。本发明光饱和度高、寿命长等优势，而且具有无毒、制备成本低、绿色环保，此外，本发明产品结构简单，其制作方法操作方便，可以根据实际需要的颜色、数量、图案，调整有机透明玻璃上的凹槽的形状深度和数量，实现多种颜色的发光，应用面极广。

1.  碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜，其特征在于：主要由散热衬底、紫外光源层以及碳量子点发光层组成；所述紫外光源层由安装在散热衬底(1)上的紫外发光器件(5)、电极(3)以及连接二者的金线(4)组成；所述碳量子点发光层为通过粘合剂固定在紫外光源层上方的碳量子点显示薄膜，其由带有凹槽的有机透明玻璃(6)以及位于凹槽内的碳量子点和聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿混合溶液组成。

2.  如权利要求1所述碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜，其特征在于：所述紫外光源层通过填充硅胶封装；所述粘合剂为硅胶；所述碳量子点显示薄膜通过环氧树脂封装。

3.  如权利要求1或2所述碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜的制作方法，其特征在于：将碳量子点显示薄膜安装在紫外光源衬底上，通过调控碳量子点浓度实现碳量子彩色平面显示薄膜的多色发光，具体步骤如下：
步骤一：制备不同浓度的碳量子点溶液；
步骤二：将步骤一制备的碳量子点溶液分别加入到聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿，分别制成混合溶液；
步骤三：根据实际需要在有机透明玻璃(6)上刻蚀出凹槽；
步骤四：将步骤二制成的混合溶液分别滴加进有机透明玻璃(6)的凹槽中，在室温下固化，使得碳量子点和聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿混合溶液形成彩色显示薄膜7，并使用环氧树脂进行封装，制得碳量子点显示薄膜；
步骤五：将紫外发光器件(5)、电极(3)分别固定在散热衬底(1)上，电极(3)通过金线(4)与紫外发光器件(5)连接，最后使用硅胶进行填充，制得紫外光源衬底；
步骤六：使用粘合剂将步骤四制得的碳量子点显示薄膜固定在步骤五制得的紫外光源衬底上。

4.  如权利要求3所述碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜的制作方法，其特征在于：所述步骤二中聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿浓度为15％。

5.  如权利要求3或4所述碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜的制作方法，其特征在于：所述步骤四中在室温下固化时间为三十分钟。

碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种平面显示薄膜及制作方法，具体涉及碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜及其制作方法。
背景技术
传统显示薄膜材料主要使用稀土材料(Eu³⁺，Tb³⁺等)、过渡金属材料及其有机材料。量子点作为近几年被广泛应用的新型发光材料，与传统的显示薄膜发光材料相比，具有发光效率更高、使用寿命更长、颜色的纯度好等优势。同时，量子点可以通过改变尺寸、激发条件及种类来控制发射光谱的范围，从而实现显示薄膜特定颜色的发光。然而，如今应用于量子点发光的主要是重金属元素量子点，如硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、硒化铅(PbSe)、锑化汞(HgTe)、硫化铅(PbS)等。显现出价格昂贵、毒性大、污染环境等缺点，限制其被广泛的应用。
经查找发现，目前只有少量关于碳量子点作为荧光粉发光材料的报道。例如，201310030487.3号专利中将碳量子点荧光粉涂覆在蓝光LED(如氮化镓LED)上，使碳量子点荧光粉光致发光；201310267381.5号专利中将碳量子点发光粉末置于发光层上或与发光层中发光材料混合，通过发光层中其它发光材料发光作为碳量子点激发源，实现碳量子点荧光粉末发光。201410161181.6号专利中使用碳量子点作为LED电致发光层材料，通过特定的结构，使得碳量子点发出白光及蓝光。但是，以上专利中的技术方案中均存在发光颜色单一的缺点。
发明内容
为了克服传统量子点显示薄膜发光材料的重金属污染严重、毒性大、价格昂贵、发光颜色单一等缺点，为了解决以上技术问题，本发明提出一种碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜及其制作方法，技术方案如下：
碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜，主要由散热衬底、紫外光源层以及碳量子点发光层组成；所述紫外光源层由安装在散热衬底1上的紫外发光器件5、电极3以及连接二者的金线4组成；所述碳量子点发光层为通过粘合剂固定在紫外光源层上方的碳量子点显示薄膜，其由带有凹槽的有机透明玻璃6以及位于凹槽内的碳量子点和聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿 混合溶液组成。
所述紫外光源层通过填充硅胶封装；所述粘合剂为硅胶；所述碳量子点显示薄膜顶层通过环氧树脂封装。
碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜的制作方法，将碳量子点显示薄膜安装在紫外光源衬底上，通过调控碳量子点浓度实现碳量子彩色平面显示薄膜的多色发光，具体步骤如下：
步骤一：制备不同浓度的碳量子点溶液；
步骤二：将步骤一制备的碳量子点溶液分别加入到浓度为15％的聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿，分别制成混合溶液；
步骤三：根据实际需要在有机透明玻璃6上刻蚀出凹槽；
步骤四：将步骤二制成的混合溶液分别滴加进有机透明玻璃6的凹槽中，在室温下固化，使得碳量子点和聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿混合溶液形成彩色显示薄膜7，并使用环氧树脂进行封装，制得碳量子点显示薄膜；
步骤五：将紫外发光器件5、电极3分别固定在散热衬底1上，电极3通过金线4与紫外发光器件5连接，最后使用硅胶进行填充，制得紫外光源衬底；
步骤六：使用粘合剂将步骤四制得的碳量子点显示薄膜固定在步骤五制得的紫外光源衬底上。
所述步骤二中聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿浓度为15％。
所述步骤四中在室温下固化时间为三十分钟。
本发明的设计原理：
本发明利用碳量子点激发波长依赖的光致荧光特性，通过调控碳量子点掺杂浓度，实现碳量子点薄膜发出不同颜色的光。以碳量子点作为发光层材料，紫外光源作为激发源，通过调整碳量子点在聚甲基丙烯酸甲酯混合层的浓度，制备出浓度分布变化的碳量子点平面显示薄膜，实现图案化彩色发光。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本文提出碳量子点(Carbon Quantum Dots，简写CDs)作为显示薄膜的发光材料。其不但具备传统半导体量子点的发光性能，如光饱和度高、寿命长等优势，而且具有无毒、制备成本低、绿色环保的优点。
2、本发明所述彩色平面显示薄膜结构简单、操作方便，碳量子点表现出激发波长依赖的光致荧光特性，所以其作为发光材料展现出特有的现象和良好的应用前景。
3、本发明可以根据实际需要的颜色、数量、图案，调整有机透明玻璃上的凹槽的形状深度和数量，实现多种颜色的发光，应用面极广。
附图说明
图1碳量子点发射光谱图；
图2碳量子点显示薄膜多色发光原理示意图；
图3直径为1.54nm碳量子点不同浓度的发射光谱图；
图4碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜结构图；
图5碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜示意图；
图6直径为1.54nm碳量子点溶液电镜图；
图7本发明步骤三中刻蚀的有机透明玻璃板示意图；
图8本发明步骤四制得的碳量子点显示薄膜示意图；
图9本发明步骤五制得的紫外光源衬底示意图。
图中：
Ⅰ-碳量子点、Ⅱ-聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿溶液；
1-散热衬底、2-硅胶、3-电极、4-金线、5-紫外发光器件、6-有机透明玻璃、7-碳量子点和聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿混合发光薄膜、8-环氧树脂。
具体实施方式
下面结合说明书附图进一步说明本发明的设计原理及具体实施方式。
本发明的设计原理：
如图1所示，碳量子点具有激发波长依赖的光致荧光特性。如图2所示，同时碳量子点紫外光致激发特性及自激发性，通过调整其掺杂浓度，可以依次实现碳量子点的多色发光。
如图3所示，使用直径为1.54nm的碳量子点制备碳量子点显示薄膜，其受到紫外光激发后，当碳量子点显示薄膜掺杂浓度小于22.88mg/mL±4.50mg/mL时发出蓝色光；当碳量子点显示薄膜掺杂浓度增加到61.00mg/mL±8.35mg/mL时，发光颜色由蓝色转变为绿色；当碳量子点显示薄膜掺杂浓度增加到104.57mg/mL±13.71mg/mL时，发光颜色由绿色转变为黄色；当碳量子点显示薄膜掺杂浓度增加到183.00mg/mL±21.52mg/mL时，发光颜色由黄色转变为橙色；最后，当碳量子点显示薄膜掺杂浓度增加到281.54mg/mL±40.06mg/mL后，发光颜色变为红色。
具体实施例
本发明所述的碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜及其制作方法的具体实施例如下，但本发明保护范围不限于以下实施例。
如图4、图5所示，碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜，主要由散热衬底、紫外光源层以及碳量子点发光层组成；所述紫外光源层由紫外发光器件5、两个电极3和金线4组 成，紫外发光器件5和两个电极3安装在散热衬底1上，两个电极3分别位于紫外发光器件5两侧金线4将两个电极3紫外发光器件5相连接，且紫外光源层通过填充硅胶封装。所述碳量子点发光层为碳量子点显示薄膜，通过粘合剂硅胶固定在紫外光源层上方，碳量子点显示薄膜由带有凹槽的有机透明玻璃6和凹槽内的碳量子点和聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿(PMMA/Choloroform)混合溶液组成，其中有机透明玻璃的厚度为2cm，有机透明玻璃6的表面刻蚀有五个凹槽，凹槽的深度均为4mm，所述五个凹槽内的碳量子点和聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿(PMMA/Choloroform)混合溶液中，聚甲基丙烯酸甲酯/氯仿(PMMA/Choloroform)浓度为15％，碳量子点溶液平均直径为1.54nm，浓度分别为22.88mg/mL、61.00mg/mL、104.57m g/mL、183.00mg/mL、281.54mg/mL，碳量子点显示薄膜通过环氧树脂封装。
碳量子点浓度调控的彩色平面显示薄膜的制作方法，将碳量子点显示薄膜安装在紫外光源衬底上，通过调控碳量子点浓度实现碳量子彩色平面显示薄膜的多色发光，具体步骤如下：
步骤一：制备不同浓度的碳量子点溶液：如图6所示，制备五种不同浓度、平均直径为1.54nm碳量子点溶液，浓度分别为22.88mg/mL、61.00mg/mL、104.57mg/mL、183.00mg/mL、281.54mg/mL；将15mL1-十八烷烯作为溶剂与1.5g1-十六烷基胺混合，加热到300℃，向混合溶液中迅速加入1g碳前驱体无水柠檬酸，反应进行5分钟；然后经过多次沉淀和离心过程，进行纯化，制备出直径为1.54nm的碳量子点，并再次溶解到甲苯溶液中；
步骤二：将步骤一制备的碳量子点溶液分别加入到浓度为15％的PMMA/Choloroform，分别制成混合溶液；
步骤三：根据实际需要在有机透明玻璃6上刻蚀出凹槽：如图7所示，在2cm厚的有机透明玻璃上刻蚀出五个凹槽，凹槽的深度均为4mm。
步骤四：如图8所示，将步骤二制备的五种浓度的混合溶液分别旋凃进有机透明玻璃的五个凹槽中，在室温下固化30分钟，使得碳量子点和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/氯仿(Choloroform)混合溶液形成五色显示薄膜，并使用环氧树脂对其进行封装制得能够显示五种颜色的碳量子点显示薄膜；
步骤五：如图9所示，将385nm中心波长紫外发光芯片、两个电极固定在散热衬底上，并将两个电极通过金线与紫外发光芯片进行连接，并使用硅胶进行填充，制得紫外光源衬底；
步骤六：使用硅胶将步骤四制得的碳量子点显示薄膜固定在步骤五制得的紫外光源衬底上。