Verbetering van WLED-kleurweergave met samengestelde oranje-rode quantum dots

Samenvatting

Quantum dots (QDs) als opkomende licht-converterende materialen tonen het voordeel van het verbeteren van de kleurkwaliteit van witte licht-emitterende diodes (WLEDs). Echter, WLEDs die smalle-emitterende monochromatische QDs gebruiken, vertonen meestal onvoldoende kleurweergave in het oranje-gebied. Hier worden samengestelde oranje-rode QDs (composite-QDs) ontwikkeld door CdSe/ZnS-gebaseerde oranje QDs (O-QDs) en rode QDs (R-QDs) te mengen om het oranje-rode licht voor WLEDs te compenseren. We onderzochten het effect van zelf-absorptie en fluorescentie-resonantie-energie-overdracht (FRET) proces in composite-QDs op de spectrale controleerbaarheid en fluorescentie-kwetsing in WLEDs. De concentratie en donor/acceptor-verhoudingen werden ook in aanmerking genomen om de FRET-efficiëntie te analyseren en helpen bij het identificeren van geschikte composite-QDs voor kleurcompensatie in het oranje-rode lichtgebied. Als resultaat verbeteren de geoptimaliseerde composite-QDs de kleurweergave-index van de WLED effectief vergeleken met monochromatische QDs.

Inleiding

Licht-emitterende diodes (LEDs) hebben significante onderzoeksinteresses getrokken in vastestate-verlichtingstoepassingen vanwege hun hoge efficiëntie, lange levensduur, laag-energieverbruik, snelle responstijd en hoge betrouwbaarheid. WLEDs worden meestal geproduceerd door geel-, groen- en rood-emitterende phosphoren te verpakken met blauwe-LED-chips. Vol-spectrum WLEDs gebruiken samengestelde phosphoren met een hoge proportie rood fosfor. Echter, klassieke rode phosphoren hebben een brede emissie die lumen-verlies in het rood-licht-emitterende gebied veroorzaakt, omdat het menselijk oog ongevoelig is voor golflengtes langer dan 650 nm.

Recentelijk zijn quantum dots (QDs) gebruikt om hoogwaardige WLEDs te fabriceren. Vergeleken met klassieke phosphoren, hebben QDs unieke optische eigenschappen, zoals grootte-afhankelijke golflengte-afstembaarheid, hoge fotoluminescentie-kwantumopbrengst, en sterke absorptie. Vanwege de smalle-emissie-eigenschappen in het rode-lichtgebied, zijn de rood-emitterende QDs bijzonder nuttig voor het remmen van het bovengenoemde lumen-verlies en het verbeteren van de kleurweergave-index (CRI) van WLEDs. Daarom is het gebruik van QDs om het oranje-rode gebied te compenseren een effectieve maatregel geworden voor het verbeteren van de kleurkwaliteit van WLEDs. Over het algemeen kunnen QD-gebaseerde WLEDs (QWLEDs) in twee categorieën worden eingedeeld door monochromatische of polychromatische QDs in de LEDs te mengen. Bijvoorbeeld, Xie et al. gebruikten rood-emitterende CdSe/CdS/ZnS QDs om klassieke rode fosfor met LuAG:Ce groene fosfor te vervangen om hoog-presterende WLED te fabriceren. Li et al. produceerden QWLEDs door een mengsel van rood, geel en groen licht-emissieve CdZnS/ZnSe QDs te integreren op de blauw-emitterende GaN LED-chip, wat een CRI van 85,2 en gecorreleerde kleurtemperatuur (CCT) van 4072 K vertoonde.

Tot nu toe worden vol-spectrum QWLEDs voor verlichtingstoepassingen doorgaans ontwikkeld door brede-emitterende groen-gele phosphoren en smalle-emitterende monochromatische rode QDs te incorporeren. Deze QWLEDs presenteren uitstekende spectrale continuïteit in het groen-gele gebied maar een duidelijke dal in het oranje-rode gebied. Theoretisch zijn de composite-QDs gemaakt van verschillende monochromatische QDs in het oranje-rode gebied in staat om de dal op te vullen en de spectrale continuïteit van QWLEDs verder te verbeteren. Echter, het is moeilijk om de spectra van de composite-QDs te reguleren vanwege het zelf-absorptie- en fluorescentie-resonantie-energie-overdracht (FRET) proces tussen polychromatische QDs. Daarom, hoewel de kleur-eigenschap van de QWLEDs is onderzocht door de piekpositie en breedte van de monochromatische rode QDs te manipuleren, zijn de samengestelde oranje-rode QDs (composite-QDs) niet bestudeerd in WLEDs vanwege het zelf-absorptie- en FRET-proces.

Hierin worden composite-QDs bestudeerd om de spectrale continuïteit en kleurkwaliteit van het oranje-rode licht-emitterende gebied voor QWLEDs te verbeteren. We maakten CdSe/ZnS-gebaseerde oranje QDs (O-QDs) en rode QDs (R-QDs) met verschillende volle breedte op halve maximumhoogte (FWHM) als component van de composite-QDs. De FRET in de composite-QDs werd bestudeerd door rekening te houden met de effecten van concentratie en verhouding van composite-QDs. De resultaten werden gebruikt om de kwantumefficiëntie (QE) en spectrale controleerbaarheid van de composite-QDs te optimaliseren. Bovendien werden de composite-QDs gebruikt met LuAG:Ce groene fosfor in blauwe LEDs om QWLEDs te vormen. De zojuist bereide QWLEDs vertonen verbeterde kleurkwaliteit met een meer gebalanceerd vol-spectrum in het oranje-rode gebied.

Methoden

Materialen en chemicaliën

1-Octadeceen (ODE, 90%), zwavel (S, 98,5%), trioctylfosfine (TOP, 85%), en stearinezuur (98%) werden gekocht bij TCI (Shanghai). Cadmiumstearaat (Cd(St)₂) werd gekocht bij Shanghai Debo Chemical Technology Co., Ltd. Selenpoeder (Se, 325 mesh, 99,5%) werd gekocht bij Alfa Aesar (China). Zinkacetaat (Zn(Ac)₂, 99,5%) werd gekocht bij Shanghai Titan Scientific Co., Ltd. Ethanol en dimethylbenzeen werden gekocht bij Tianjin Damao Chemical Reagent Co., Ltd. Siliconehars (Dow Corning-6662) was van Shineon Co., Ltd. Andere materialen zijn getoond in het manuscript. Alle chemicaliën werden direct gebruikt zonder verdere zuivering tenzij anders aangegeven.

Synthese van O-QDs

De synthetische procedure was gebaseerd op het rapport in de literatuur. Cd(St)₂ (2 mmol) en stearinezuur (0,2 mmol) werden geladen in een 50-mL drie-hals fles met 10 mL ODE. Na roeren met stikstof-bubbelen, werd de oplossing verhit tot 270 °C. Vervolgens werd 0,5 mL TOP-Se (2 mmol Se-poeder opgelost in 1 mL TOP) snel in de fles geïnjecteerd en 2 min bij 270 °C gehandhaafd. Daarna werd 0,5 mL TOP-S (4 mmol S-poeder opgelost in 2 mL TOP, goed geroerd) snel geïnjecteerd en 40 min bij 270 °C gehandhaafd, en vervolgens werd de fles afgekoeld tot 30 °C. Cd(St)₂ (0,75 mmol), Zn(Ac)₂ (2,25 mmol) en 5 mL ODE werden aan de bovenstaande oplossing toegevoegd. Na roeren met stikstof-bubbelen, werd de fles verhit tot 160 °C. 1,5 mL TOP-S werd langzaam geïnjecteerd en 4 uur bij 160 °C gehandhaafd, en vervolgens werd de fles afgekoeld tot kamertemperatuur. Na een centrifugatie-zuiveringsprocedure met ethanol, werden de zojuist bereide CdSe/ZnS QDs gedispergeerd in 10 mL dimethylbenzeen voor verder gebruik.

Synthese van R-QDs

De synthetische procedure was vergelijkbaar met die van O-QDs, behalve voor de volgende twee punten. De verheadingstemperatuur werd aangepast van 270 naar 300 °C. En de tweede toegevoegde Cd(St)₂ is 1 mmol samen met Zn(Ac)₂ (3 mmol).

Bereiding van O-QD en R-QD silicone gel dunne films

Verschillende gewichten van R-QDs werden homogeen gemengd in hetzelfde volume silicone-gels om verschillende concentratie R-QD-gels te bouwen (0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,8, 2, 4 en 10 mg/mL). Vervolgens werden verschillende concentraties R-QD-gels met hetzelfde volume in hetzelfde type malen toegevoegd en de bellen verwijderd. Ten slotte werden de R-QDs silicone-composiet dunne films gebouwd door uitharding bij 150 °C gedurende 60 min. De O-QDs silicone dunne films worden geproduceerd door hetzelfde proces met verschillende concentraties (0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,8, 2, 4, 10 en 14 mg/mL).

Bereiding van composite-QD silicone gel dunne films met verschillende gewichtsverhoudingen van O-QDs tot R-QDs

De composite-QD silicone gel met verschillende gewichtsverhoudingen van O-QDs tot R-QDs (10:1, 5:1, 5:2 en 5:4) werden bereid door de zojuist bereide O-QD-gel (10 mg/mL) en R-QD-gel (2 mg/mL) homogeen te mengen met verschillende volume-verhoudingen (2:1, 1:1, 1:2 en 1:4). Vervolgens werden de verschillende concentraties composite-QD-gels in hetzelfde type malen toegevoegd en de bellen verwijderd. Ten slotte werden de composite-QD silicone gel dunne films gebouwd door uitharding bij 150 °C gedurende 1 uur.

Bereiding van composite-QD silicone gel dunne films met verschillende concentraties

Met dezelfde gewichtsverhouding van O-QDs tot R-QDs (10:1), werden de composite-QDs gemengd in verschillende volumes silicone-gels om composite-QD-gels met verschillende concentraties te vormen (0,35, 0,5, 0,75, 1, 1,5 en 3 mg/mL). Vervolgens werden de zojuist bereide composite-QD-gels in hetzelfde type malen toegevoegd en de bellen verwijderd. Ten slotte werden de composite-QD silicone gel dunne films met verschillende composite-QD-concentraties gebouwd door uitharding bij 150 °C gedurende 1 uur.

Fabricatie van WLEDs

De LED-chips (typisch 2835 lead frame package) met emissiepiek bij 450 nm werden gebruikt voor de fabricatie van WLEDs.

Groen-emitterend LuAG:Ce fosfor, O-QDs (10 mg/mL), R-QDs (2 mg/mL) of composite O-R QDs (gewichtsverhouding 10:1) werden homogeen gemengd met silicone-gel (Dow Corning 6662, A:B = 1:4), en het mengsel werd ontgast onder vacuum. Met een gangbare verpakkingsmethode gebaseerd op silicone-gel, werden de vier verschillende WLEDs ontwikkeld met LuAG:Ce fosfor, fosfor en O-QDs, fosfor en R-QDs, en fosfor en composite-QDs, respectievelijk. Ten slotte werden de bovenstaande WLEDs uitgehard door uitharding bij 150 °C gedurende 1 uur.

Meting en karakterisatie

Fotoluminescentie (PL) werd vastgelegd op een Ideaoptics FX2000-EX PL-spectrometer. Transmissie-elektronenspectroscopie (TEM) werd uitgevoerd op een FEI Tecnai G2 Spirit TWIN transmissie-elektronenmicroscoop werkend bij 100 kV. De kwantumefficiëntie (QE) metingen werden uitgevoerd op een OceanOptics QEpro QY test-systeem onder 365 nm blauwe laserbestraling. De lichtopbrengst en optische vermogen werden vastgelegd op een EVERFINE ATA-1000 LED automatische temperatuurcontrole fotoelektrische analyse- en meetsysteem. UV-Vis-absorptie werd gemeten met behulp van een Persee T6 UV-Vis-spectrometer. De excitatiespectra en tijdsaufgeloste PL-spectroscopie (TRPL) zijn gemeten door een Edinburgh FLS920 fluorescentiespectrometer.

Resultaten en discussie

De optische eigenschappen van de twee monochromatische QDs werden eerst bestudeerd. Figuur 1a en b tonen de fotoluminescentie (PL) en absorptiespectra van de R-QDs en O-QDs. De FWHM van de R-QDs en O-QDs is ongeveer 20,6 en 43 nm, respectievelijk. De posities van de stipellijnen geven de PL- en absorptiepieken aan. Zoals getoond in TEM-beelden, vertonen de R-QDs en O-QDs een kubische morfologie met een gemiddelde grootte van 13 nm en 12 nm (Fig. 1c en d), respectievelijk. De inset HRTEM-beelden tonen een interplanaire afstand van 0,35 nm, wat toegewezen kan worden aan het (111) vlak van de kubische fase ZnS.

De optische eigenschappen van QDs silicone dunne films gemaakt van de monochromatische R-QDs en O-QDs met verschillende concentraties worden verder getest onder excitatie door een 365 nm laser bij 15,88 mW/cm². Figuur 2a en b tonen de concentratie-afhankelijke PL-spectra van de QDs en hun FWHM is bijna constant. Figuur 2c en d vertonen de PL-intensiteit en absolute QE van monochromatische QDs silicone dunne films met verschillende concentraties QDs. Met de stijging van de concentratie, neemt de PL-intensiteit van R-QD silicone dunne films toe tot de QD-concentratie 2 mg/mL bereikt en neemt daarna af vanwege concentratie-kwetsing. Vergelijkbaar met de variatie in PL-intensiteit, bereikt de QE van de QDs de hoogste waarde van ongeveer 85% bij dezelfde concentratie. De PL-intensiteit en QE van de O-QD silicone dunne films vertonen een vergelijkbaar concentratie-afhankelijk trend vergeleken met die van de R-QD-gebaseerde dunne films. Anders, stijgen de PL-intensiteit en QE van de O-QDs snel tot een QD-concentratie van 4 mg/mL en de maximumwaarden worden verkregen bij de concentratie van 10 mg/mL. We concluderen dat dit wordt toegeschreven aan de grotere Stokes-verschuiving van de O-QDs dan de R-QDs. De maximale QE van de O-QD silicone dunne film is ongeveer 76%, wat bij dezelfde QD-concentratie is voor de hoogste PL-intensiteit.

Bovendien vertonen de 2 mg/mL R-QDs en 10 mg/mL O-QD-gebaseerde silicone-gelfilms ook de hoogste PL-intensiteit onder verschillende opwekkingsvermogens, zoals getoond in Fig. S1a en b, respectievelijk. Bij de bovengenoemde twee concentraties worden de optische eigenschappen van de monochromatische QDs effectief bewaard, wat de PL-kwetsing veroorzaakt door de host-matrix-effect verzwakt. De studie helpt om de geschikte concentratie van de monochromatische QDs in silicone-film te vinden.

Om de concentratie-invloed van QDs in de monochromatische QD-gebaseerde silicone dunne films verder te onderzoeken, worden de tijdsaufgeloste PL (TRPL) spectra van de dunne films met verschillende concentraties gemeten en de vervalcrommen afgebeeld in Fig. 3. Het is bekend dat PL-vervalcrommen kunnen worden uitgedrukt met een multi-exponentiële functie, geïllustreerd door Verg. 1,

$$ I(t)=\sum \limits_{i=1}^n{A}_i{e}^{-t/{\tau}_i} $$ (1)

waarbij I(t) de PL-intensiteit is op tijd t, A_i en τ_i de relatieve amplitude en de geëxciteerde toestand levensduur van elk exponentieel component van PL-verval vertegenwoordigen, en n het aantal vervaltijden is. Deze vervalcrommen, zoals getoond in Fig. 3a en b, kunnen goed gefit worden door een dubbele exponentiële functie volgens Verg. 1.

De fitparameters A_i en τ_i zijn vermeld in Tabel S1 en S2. De amplitude-gewogen levensduur van de R-QDs en O-QDs worden geselecteerd als hun levensduur (τ_ave) voor verder onderzoek. De levensduur kan worden berekend uit de volgende Verg. 2 en is vermeld in Tabel S1 en S2.

$$ {\tau}_{\mathrm{ave}}=\frac{A_1{\tau}_1+{A}_2{\tau}_2}{A_1+{A}_2} $$ (2)

Figuur 3c en d tonen de levensduur van de twee monochromatische QDs onder verschillende concentraties. Beide levensduur nemen toe met de stijging van concentraties en de stijgingssnelheid wordt langzamer na 1 mg/mL voor de R-QDs en 2 mg/mL voor de O-QDs, respectievelijk. Dit geeft aan dat de stijging van de concentratie de afstand tussen QDs vermindert, wat de energie-overdracht en zelf-absorptie in de monochromatische QDs versterkt. Tegelijkertijd is de toename van de levensduur in O-QDs duidelijker dan in R-QDs, wat meer energie-overdracht in O-QDs suggereert. Echter, het lijkt erop dat de energie-overdracht geen fluorescentie-kwetsing van de QDs induceert bij lage concentratie. Immers, het kan een positief effect hebben op de PL-intensiteit en QEs, zoals eerder getoond in Fig. 2.

De optische eigenschappen van composite-QDs met verschillende gewichtsverhoudingen van R-QDs tot O-QDs werden verder bestudeerd. De PL-spectra van de composite-QD dunne films worden getoond in Fig. 4a. Op basis van de spectra, wordt de composite-QD PL-piekintensiteitsverhouding van 631:605 (nm) geëxtraheerd in Fig. 4b. De piekintensiteitsverhouding vertoont een stijgende toename met het R-QD-percentage, wat de energie-overdracht van O-QDs naar R-QDs suggereert. Figuur 4c vertont de overlapping tussen het R-QD-absorptiespectrum en het O-QD-emissiespectrum. Het suggereert een hoge kans op FRET-proces, waarin de O-QDs fungeren als donor en R-QDs als acceptor (getoond in Fig. 4d).

Vervolgstudie richt zich op het FRET-proces in composite-QDs. Figuur 5a presenteert het effect van R-QDs (acceptor) op de emissie-kinetiek van de O-QDs (donor). De TRPL-intensiteit neemt af met de stijging van de acceptor in het filmmonster (geanalyseerd bij piek donor-emissie-golflengte 605 nm). Figuur 5b presenteert het effect van O-QDs (donor) op de emissie-kinetiek van de R-QDs (acceptor). Integen, neemt de TRPL-intensiteit toe met de stijging van de donor in het filmmonster (geanalyseerd bij piek acceptor-emissie-golflengte 631 nm). De vervalcrommen in Fig. 5a en b kunnen gefit worden met de 2 exponentiëlen, en de gedetailleerde amplitudes, levensduurcomponenten en amplitude-gewogen levensduur van de QDs zijn vermeld in Tabel S3. De levensduur van het O-QD-monster werd 30,25 ns gevonden. Wanneer de acceptor R-QDs geïntroduceerd worden, neemt de levensduur van de donor O-QDs af (Tabel S3) door de interventie van het energie-overdracht-kanaal. De levensduur van de donor wordt korter met de stijging van de acceptor-concentratie. Integen, werd de levensduur van het R-QD-monster 13,08 ns gevonden. Wanneer de donor O-QDs geïntroduceerd worden, vertonen de acceptor R-QDs een toename in levensduur als gevolg van energie-voeding (Tabel S3). De berekende resultaten worden getoond in Fig. 5c, wat de fenomenen duidelijk demonstreert.

Het FRET-proces wordt ook onderzocht door energie-overdrachts-efficiëntie. De efficiëntie van FRET kan worden berekend volgens levensduur geïllustreerd door Verg. 3.

$$ E=1-\frac{\tau_{DA}}{\tau_D} $$ (3)

waarbij τ_DA de donor-fluorescentie-levensduur is in aanwezigheid van de acceptor, τ_D de donor-fluorescentie-levensduur is in afwezigheid van acceptor. Het toont aan dat τ_DA omgekeerd evenredig is met de energie-overdrachts-efficiëntie. Daarom, naarmate de acceptor-donor-verhouding toeneemt, wordt τ_DA korter en de energie-overdrachts-efficiëntie toegenomen. Grotere energie-overdrachts-efficiëntie weerspiegelt hogere impact op fluorescentie. We analyseren de FRET-efficiëntie van composite-QDs in Fig. 5a verder. De berekende resultaten zijn vermeld in Tabel 1 en de efficiëntie bereikt 33,2% met de hoogste proportie acceptor. Tegelijkertijd vertont Fig. 5d de verandering van FRET-efficiëntie onder verschillende verhoudingen van donor tot acceptor. De FRET-efficiëntie neemt toe met de stijging van R-QDs (acceptor) in de composite-QDs en de toename-snelheid van de efficiëntie is dicht bij die van de R-QDs. Dit geeft aan dat de toename van energie-overdracht gevoelig is voor de toename van de acceptor.

Als de beste continuïteit-spectrum voor LED-verlichting in oranje-rood licht, worden de composite-QDs met de 1:10 gewichtsverhouding van R-QDs tot O-QDs geselecteerd voor verder onderzoek. Figuur 6a vertont de PL-spectra van de composite-QD silicone dunne films met verschillende concentraties composite-QDs bij dezelfde gewichtsverhouding van R-QDs tot O-QDs (R:O = 1:10). Naast de toename van de algehele PL-intensiteit, neemt de proportie van het rode licht (631 nm) ook duidelijk toe met de stijging van de QD-concentratie, zoals getoond in Fig. 6b. Dit fenomeen kan worden toegeschreven aan de versterkte FRET met toenemende QD-concentratie. Bovendien wordt de stijgingssnelheid van het rode licht langzamer bij hogere QD-concentratie. Dit kan te wijten zijn aan de verzadiging van de energie-overdracht (ET) tussen QDs. Echter, de absolute QEs van de QD-silicone-composiet dunne films vertonen een minder dan 5% verandering met verschillende concentraties composite-QDs, zoals getoond in Fig. 6c. Het lijkt erop dat 1,0–1,5 mg/mL de meest gunstige QD-concentratie is voor composite-QDs in toepassing, wat hoge QEs garandeert met een lage spectrumvariatie.

De TRPL-vervalcrommen van de verschillende composite-QD-concentratie dunne films worden getoond in Fig. S2. Tabel S4 vermeldt de amplitudes, levensduurcomponenten en amplitude-gewogen levensduur voor de composite-QDs. Hun FRET-efficiënties worden berekend en getoond in Tabel S5. Verder worden de veranderingen in levensduur en FRET-efficiëntie met concentratie duidelijk getoond in Fig. 6d. In detail, vertont de FRET-efficiëntie een dalende trend van 22 tot 9% met de stijging van concentratie. Tegelijkertijd neemt de levensduur vastgelegd bij de emissie-golflengte van de donor O-QDs toe met toenemende concentratie (oranje stippen in Fig. 6d). Dit is vergelijkbaar met de concentratie-afhankelijke levensduur van de zuivere O-QD-monsters getoond in Fig. 3. Het suggereert het bestaan van het gecombineerde effect van FRET en zelf-absorptie (zoals de monochrome QDs). Met de stijging van concentratie leidt de versterkte zelf-absorptie tot de toename van de τ_DA (de donor-fluorescentie-levensduur in aanwezigheid van de acceptor, zoals getoond in Fig. 6d, oranje stippen), wat de remming van de FRET tussen composite-QDs suggereert (blauwe stippen in Fig. 6d). Bij de acceptor R-QD emissie-golflengte resulteert de verminderde FRET-efficiëntie in een kleinere toename van de levensduur bij hoge concentratie (rode stippen in Fig. 6d). Als resultaat tonen de composite-QDs relatief zwakke concentratie-afhankelijke levensduur en kunnen een stabiele QE handhaven, wat de toepassing van composite-QDs in LED-toepassingen ten goede komt.

Om het lichtcompensatie-effect van de composite-QDs in verlichtingstoepassing te bestuderen, worden WLEDs geproduceerd door groen-emitterend LuAG:Ce fosfor en O-QDs, R-QDs of composite-QDs (R:O = 1:10) te mengen en het mengsel te verpakken bovenop 450 nm emitterende GaN-chips. Onder een dryfstroom van 40 mA, worden de excitatie-luminescentie (EL) spectra van de zojuist bereide WLEDs geïllustreerd in Fig. 7. De gecorreleerde kleurtemperatuur (CCT) en kleurcoördinaten van de WLEDs worden getoond in Fig. S3 en Tabel S6. De vier WLEDs hebben bijna hetzelfde spectrum in het blauw-groen lichtgebied maar verschillend in het oranje-rode lichtgebied. Daarnaast toont de LuAG:Ce (alleen)-gebaseerde WLED de laagste kleurweergave-index (CRI) van 48,8 door het verlies van het rood-oranje lichtgebied. In tegenstelling, vertont de composite-QD-gebaseerde WLED een breder en plat spectrum in het oranje-rode lichtgebied en de hoogste CRI van 92,1. Vergeleken met de composite-QDs, vertonen de LuAG:Ce (alleen) en R-QD-gebaseerde WLEDs een duidelijke lichtkloof in het oranje-lichtgebied en tonen grote verschillen in CCT en kleurcoördinaten. Hoewel de O-QD-gebaseerde WLED een vergelijkbare CCT en kleurcoördinaten heeft met de composite-QD-gebaseerde WLED, mist het het rode licht en presenteert het dus een veel lagere CRI dan die van de composite-QDs. Dit wijst op de veelbelovende capaciteit van composite-QDs om de kleurkwaliteit van WLED te verbeteren.

Om de experimentele resultaten verder te evalueren, werd de lichtopbrengst van straling (LER) berekend volgens de volgende formule:

$$ \mathrm{LER}=683\frac{lm}{W_{\mathrm{opt}}}\frac{\int V\left(\lambda \right)P\left(\lambda \right) d\lambda}{\int P\left(\lambda \right) d\lambda} $$ (4)

waarbij 683 lm/W_opt een normalisatiefactor is. W_opt, V(λ), en P(λ) zijn optisch vermogen, de menselijk-oog-gevoeligheidsfunctie, en de spectrale vermogensdichtheid van de lichtbron, respectievelijk.

De LER-resultaten worden samengevat in Tabel S6 en zijn vergelijkbaar met eerdere rapporten. Volgens de resultaten is de LER van de composite-QD-gebaseerde WLED (monster d) hoger dan die van de R-QDs (monster c) en lager dan de O-QDs (monster b) om de reden dat menselijke ogen gevoeliger zijn voor oranje licht dan voor rood licht.

Conclusie

Samenvattend, hebben we de samengestelde oranje-rode QDs (composite-QDs) bereid en hun optische eigenschappen en de energie-overdracht-dynamiek in de composite-QDs voor LED-toepassingen bestudeerd. Onze studie onthult dat de concentratie van de composite-QDs en de verhouding van donor-QDs en receptor-QDs een belangrijke rol spelen in de energie-overdrachts-efficiëntie en spectrum-stabiliteit. Tegelijkertijd heeft de zelf-absorptie een significante invloed op de FRET tussen verschillende monochromatische QDs in de composite-QDs. Een relatief stabiele en hoge QE kan worden bereikt door de donor-tot-receptor-verhouding in de composite-QDs aan te passen, wat zinvol is om de kleurkwaliteit van WLED te verbeteren door compensatie van de lichtkloof in het oranje-rode gebied. Als resultaat vertont de WLED geproduceerd op basis van de composite-QDs een sterk verbeterde kleurkwaliteit en een meer natuurlijk licht-spectrum vergeleken met de spectra van de monochromatische QD-gebaseerde WLEDs.