白色背光LED的新结构——量子点混合LED _知识百科

名词解释
什么是Beer－Lambert定律？
Beer－Lambert定律是光吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质，包括气体、固体、液体、分子、原子和离子。
光被透明介质吸收的比例与入射光的强度无关；在光程上每等厚层介质吸收相同比例值的光。
近日，比利时根特大学的研究人员发现了一种采用量子点技术的混合LED ，该LED由蓝光LED发光源与非接触式混合荧光膜材料构成，其荧光膜主要是红色硒化镉与硫化镉（CdSe／CdS）量子点材料和掺有铕（Eu）的绿色荧光材料。由于量子点结构对于光转化拥有良好的光转化率，发光光谱可调节性，窄光谱带等特性。因此，研究人员认为这种混合结构在成本和效率上都拥有良好的性能表现。
【白色背光LED的新结构——量子点混合LED】研究方法
研究人员采用了红色硒化镉与硫化镉（CdSe／CdS）量子点材料与绿色的SrGa2S4：Eu2＋（STG）材料来制作荧光膜，并将这些材料溶解在甲基乙基酮（含有一定的甲苯）溶液中。同时，该混合溶液将通过滴落的方式（drop－casting）镀在直径18mm的薄玻璃片上。
针对荧光膜，研究人员设计了多种不同的荧光膜结构来评估LED的性能。
1．简单的红绿混合荧光膜，结构如｜RG｜；
2．使用两块玻璃基板的分离式荧光膜（中间被空气填充）。结构如｜R｜｜G｜或者｜G｜｜R｜；
3．使用类似第二种的结构，但是中间被乙二醇填充，这种结构能够缓解折射率匹配的问题，结构如｜R｜｜G｜或者｜G｜｜R｜。
研究内容
混合式荧光膜结构
如图1a所示，｜RAGA｜混合结构的LED的色温为7082K ，并且在CIE（X ， Y）中的坐标为（0．299 ， 0．345），其内部的量子效率（IQE）为80％（单独的｜R｜为71％，｜G｜为93％）。
同时，研究人员发现这种混合式结构的光照强度衰减与单独材料有不一样的地方。根据图1d ， STG材料的衰减几乎没有任何的变化，但是量子点的发光强度在整个衰减的过程中都保证上升趋势。这主要来源于蓝光光源的直接激发以及STG材料的间接激发。
图1 混合白光LED的发光光谱

文章插图

a ｜RA｜｜GA｜结构的光谱

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b ｜RA｜｜GA｜以及｜RA｜｜GA｜结构的光谱

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c ｜GA｜｜RA｜与｜GA｜｜RA｜结构的光谱

文章插图

d 红绿荧光膜发光强度衰减图
分离式荧光膜结构
通过对比图1b 1c ，研究人员发现这种分离式的结构存在强烈的顺序关系。当量子点材料在靠近光源的一侧时（｜RA｜｜GA｜）， STG材料的发光强度会被强烈的抑制。同理，如果STG材料在光源这一侧（｜GA｜｜RA｜），量子点材料的发光强度也会受到抑制。这种现象主要是来自于Beer－Lambert定律，底部的光转化材料在受到蓝色光源的照射后一般会拥有最高的发光强度。
相比起空气填充的分离式结构，乙二醇填充的｜RA｜｜GA｜和｜GA｜｜RA｜结构拥有更加高的红光发光强度以及更低的绿光光强，这是由于更好的折射率匹配导致了STG材料光耦合率的上升，更多的绿光转化为了红光。同时，这种高折射率匹配条件下，绿光能够从任何角度进入量子点材料中，从而提高了光在量子点材料中的平均路径长度。
结论
研究人员发现，对于固定的荧光膜结构，混合LED的发光效率取决于荧光层中的中间物质（如之前提到的乙二醇）。其中，量子点材料对于绿光的重吸收以及荧光粉末晶体对于红光自吸收的抑制作用是主要因素。在三种荧光膜结构中，经济效益最好的结构为拥有高折射率匹配的分离式结构。