白色背光LED的新結構——量子點混合LED _知識百科

名詞解釋
什么是Beer－Lambert定律？
Beer－Lambert定律是光吸收的基本定律，適用于所有的電磁輻射和所有的吸光物質，包括氣體、固體、液體、分子、原子和離子。
光被透明介質吸收的比例與入射光的強度無關；在光程上每等厚層介質吸收相同比例值的光。
近日，比利時根特大學的研究人員發現了一種采用量子點技術的混合LED ，該LED由藍光LED發光源與非接觸式混合熒光膜材料構成，其熒光膜主要是紅色硒化鎘與硫化鎘（CdSe／CdS）量子點材料和摻有銪（Eu）的綠色熒光材料。由于量子點結構對于光轉化擁有良好的光轉化率，發光光譜可調節性，窄光譜帶等特性。因此，研究人員認為這種混合結構在成本和效率上都擁有良好的性能表現。
【白色背光LED的新結構——量子點混合LED】研究方法
研究人員采用了紅色硒化鎘與硫化鎘（CdSe／CdS）量子點材料與綠色的SrGa2S4：Eu2＋（STG）材料來制作熒光膜，并將這些材料溶解在甲基乙基酮（含有一定的甲苯）溶液中。同時，該混合溶液將通過滴落的方式（drop－casting）鍍在直徑18mm的薄玻璃片上。
針對熒光膜，研究人員設計了多種不同的熒光膜結構來評估LED的性能。
1．簡單的紅綠混合熒光膜，結構如｜RG｜；
2．使用兩塊玻璃基板的分離式熒光膜（中間被空氣填充）。結構如｜R｜｜G｜或者｜G｜｜R｜；
3．使用類似第二種的結構，但是中間被乙二醇填充，這種結構能夠緩解折射率匹配的問題，結構如｜R｜｜G｜或者｜G｜｜R｜。
研究內容
混合式熒光膜結構
如圖1a所示，｜RAGA｜混合結構的LED的色溫為7082K ，并且在CIE（X ， Y）中的坐標為（0．299 ， 0．345），其內部的量子效率（IQE）為80％（單獨的｜R｜為71％，｜G｜為93％）。
同時，研究人員發現這種混合式結構的光照強度衰減與單獨材料有不一樣的地方。根據圖1d ， STG材料的衰減幾乎沒有任何的變化，但是量子點的發光強度在整個衰減的過程中都保證上升趨勢。這主要來源于藍光光源的直接激發以及STG材料的間接激發。
圖1 混合白光LED的發光光譜

文章插圖

a ｜RA｜｜GA｜結構的光譜

文章插圖

b ｜RA｜｜GA｜以及｜RA｜｜GA｜結構的光譜

文章插圖

c ｜GA｜｜RA｜與｜GA｜｜RA｜結構的光譜

文章插圖

d 紅綠熒光膜發光強度衰減圖
分離式熒光膜結構
通過對比圖1b 1c ，研究人員發現這種分離式的結構存在強烈的順序關系。當量子點材料在靠近光源的一側時（｜RA｜｜GA｜）， STG材料的發光強度會被強烈的抑制。同理，如果STG材料在光源這一側（｜GA｜｜RA｜），量子點材料的發光強度也會受到抑制。這種現象主要是來自于Beer－Lambert定律，底部的光轉化材料在受到藍色光源的照射后一般會擁有最高的發光強度。
相比起空氣填充的分離式結構，乙二醇填充的｜RA｜｜GA｜和｜GA｜｜RA｜結構擁有更加高的紅光發光強度以及更低的綠光光強，這是由于更好的折射率匹配導致了STG材料光耦合率的上升，更多的綠光轉化為了紅光。同時，這種高折射率匹配條件下，綠光能夠從任何角度進入量子點材料中，從而提高了光在量子點材料中的平均路徑長度。
結論
研究人員發現，對于固定的熒光膜結構，混合LED的發光效率取決于熒光層中的中間物質（如之前提到的乙二醇）。其中，量子點材料對于綠光的重吸收以及熒光粉末晶體對于紅光自吸收的抑制作用是主要因素。在三種熒光膜結構中，經濟效益最好的結構為擁有高折射率匹配的分離式結構。