새로운 광 변환 재료로서 양자점(QD)은 백색 발광 다이오드(WLED)의 색 품질을 향상시키는 이점을 보여줍니다. 그러나 좁은 방출 단색 QD를 사용하는 WLED는 일반적으로 주황색 영역에서 불만족스러운 연색성을 나타냅니다. 여기서, 복합 주황색-적색 양자점(composite-QDs)은 WLED의 주황색-적색광을 보상하기 위해 CdSe/ZnS 기반 주황색 양자점(O-QDs)과 적색 양자점(R-QDs)을 혼합하여 개발된다. 우리는 합성 양자점에서 자기 흡수 및 형광 공명 에너지 전달(FRET) 과정이 WLED의 스펙트럼 제어성과 형광 소광에 미치는 영향을 조사했습니다. 농도 및 도너/수용체 비율은 FRET 효율성을 분석하고 주황색-적색광 영역에서 색상 보정에 적합한 복합 QD를 식별하는 데 도움이 되도록 고려되었습니다. 결과적으로 최적화된 복합 QD는 단색 QD에 비해 WLED의 연색 지수를 효과적으로 향상시킵니다.
발광 다이오드(LED)는 고효율, 긴 수명, 낮은 전력 소비, 빠른 응답 시간 및 높은 신뢰성으로 인해 고체 조명 응용 분야에서 상당한 연구 관심을 끌고 있습니다[1,2,3,4,5, 6]. WLED는 일반적으로 청색 LED 칩으로 황색, 녹색 및 적색 발광 형광체를 패키징하여 제조됩니다[7,8,9]. 전체 스펙트럼 WLED는 적색 형광체의 비율이 높은 복합 형광체를 사용합니다[10]. 그러나 전통적인 적색 형광체는 사람의 눈이 650 nm보다 긴 파장에 둔감하기 때문에 적색광 방출 영역에서 루멘 손실을 일으키는 광범위한 방출을 가지고 있습니다[11].
최근에는 고품질 WLED를 제작하기 위해 양자점(Quantum Dot, QD)이 사용되었습니다. 기존 형광체와 비교하여 QD는 크기 의존적 파장 가변성, 높은 광발광 양자 수율 및 강한 흡수와 같은 독특한 광학 특성을 가지고 있습니다[12,13,14,15,16,17]. 적색광 영역에서 좁은 방출 특성 때문에 적색 방출 QD는 위에서 언급한 루멘 손실을 억제하고 WLED의 연색 지수(CRI)를 개선하는 데 특히 유용합니다[18, 19]. 따라서 주황색-적색 영역을 보상하기 위해 QD를 사용하는 것이 WLED의 색 품질을 향상시키는 효과적인 수단이 되었습니다[20]. 일반적으로 QD 기반 WLED(QWLED)는 LED에 단색 또는 다색 QD를 혼합하여 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다[20,21,22,23]. 예를 들어, Xie et al. 고전적 적색 형광체를 LuAG:Ce 녹색 형광체로 대체하여 고성능 WLED를 제작하기 위해 적색 방출 CdSe/CdS/ZnS 양자점을 사용했습니다[24]. Li et al. 85.2의 CRI와 4072 K의 상관 색온도(CCT)를 나타내는 청색 발광 GaN LED 칩에 적색, 황색 및 녹색 발광 CdZnS/ZnSe QD의 혼합물을 통합하여 QWLED를 제작했습니다[25].
지금까지 조명 응용을 위한 전체 스펙트럼 QWLED는 일반적으로 광폭 방출 녹황색 형광체와 좁은 방출 단색 적색 QD를 통합하여 개발되었습니다[24]. 이 QWLED는 녹색-노란색 영역에서 뛰어난 스펙트럼 연속성을 나타내지만 주황색-빨간색 영역에서는 맑은 계곡을 나타냅니다. 이론적으로 주황색-적색 영역의 여러 단색 QD로 구성된 복합 QD는 계곡을 채우고 QWLED의 스펙트럼 연속성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 그러나 복합 양자점의 스펙트럼을 조절하는 것은 다색 양자점 사이의 자기 흡수 및 형광 공명 에너지 전달(FRET) 과정 때문에 어렵다[26]. 따라서 QWLED의 색상 특성은 단색 적색 QD의 피크 위치와 너비를 조작하여 조사되었지만 자체 흡수 및 FRET 프로세스.
여기에서 QWLED의 주황색-적색 발광 영역의 스펙트럼 연속성과 색 품질을 향상시키기 위해 복합 양자점을 연구했습니다. 우리는 복합 QD의 구성 요소로 반치폭(FWHM)이 다른 CdSe/ZnS 기반 주황색 QD(O-QD)와 빨간색 QD(R-QD)를 준비했습니다. 복합 양자점에서의 FRET은 합성 양자점의 농도와 비율의 영향을 고려하여 연구하였다. 결과는 합성 QD의 양자 효율(QE) 및 스펙트럼 제어성을 최적화하는 데 사용되었습니다. 더욱이, 복합 QD는 QWLED를 형성하기 위해 청색 LED의 LuAG:Ce 녹색 형광체와 함께 사용되었습니다. 준비된 QWLED는 주황색-빨간색 영역에서 보다 균형 잡힌 전체 스펙트럼으로 향상된 색상 품질을 나타냅니다.
1-옥타데센(ODE, 90%), 황(S, 98.5%), 트리옥틸포스핀(TOP, 85%) 및 스테아르산(98%)은 TCI(Shanghai)에서 구입했습니다. 카드뮴 스테아레이트(Cd(St)2 )은 Shanghai Debo Chemical Technology Co., Ltd.에서 구입했습니다. 셀레늄 분말(Se, 325 메쉬, 99.5%)은 Alfa Aesar(중국)에서 구입했습니다. 초산아연(Zn(Ac)2 , 99.5%)는 Shanghai Titan Scientific Co., Ltd.에서 구입했습니다. 에탄올 및 디메틸벤젠은 Tianjin Damao Chemical Reagent Co., Ltd.에서 구입했습니다. 실리콘 수지(Dow Corning-6662)는 Shineon Co., Ltd.에서 구입했습니다. 기타 재료는 표시되어 있습니다. 원고에서. 달리 명시되지 않는 한 모든 화학 물질은 추가 정제 없이 직접 사용되었습니다.
합성 절차는 문헌[27]의 보고서를 기반으로 했습니다. CD(St)2 (2 mmol) 및 스테아르산(0.2 mmol)을 10 mL의 ODE가 있는 50mL 3구 플라스크에 넣었습니다. 질소 버블링으로 교반한 후, 용액을 270℃로 가열하였다. 그런 다음 0.5 mL의 TOP-Se(1 mL의 TOP에 용해된 Se 분말 2 mmol)를 플라스크에 빠르게 주입하고 2 분 동안 270°C에서 유지했습니다. 이후, 플라스크에 TOP-S 0.5 mL(S 분말 4 mmol을 TOP 2 mL에 녹인 후 잘 저어줌)를 플라스크에 빠르게 주입하고 270 °C에서 40 분간 유지한 후 플라스크를 30 °C로 냉각시켰다. . CD(St)2 (0.75 mmol), Zn(Ac)2 (2.25 mmol) 및 5 mL의 ODE를 상기 용액에 첨가하였다. 질소 버블링으로 교반한 후, 플라스크를 160℃로 가열하였다. 플라스크에 TOP-S 1.5 mL를 천천히 주입하고 160 ℃에서 4시간 동안 유지한 후 플라스크를 실온으로 냉각시켰다. 에탄올을 사용한 원심분리 정제 절차 후, 준비된 그대로의 CdSe/ZnS 양자점을 추가 사용을 위해 10 mL의 디메틸벤젠에 분산시켰다.
합성 절차는 다음 두 가지 점을 제외하고는 O-QD의 합성 절차와 유사했습니다. 가열 온도는 270에서 300 °C로 조정되었습니다. 그리고 두 번째 추가된 Cd(St)2 Zn(Ac)2와 함께 1 mmol입니다. (3 mmol).
다른 무게의 R-QD를 동일한 부피의 실리콘 젤에 균일하게 혼합하여 다른 농도의 R-QD 젤(0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 2, 4 및 10 mg/mL)을 만들었습니다. 그런 다음 동일한 부피의 다른 농도의 R-QD 젤을 동일한 유형의 금형에 추가하고 기포를 제거했습니다. 마지막으로, R-QDs 실리콘 복합 박막은 150°C에서 60분 동안 경화하여 제작되었습니다. O-QDs 실리콘 박막은 다른 농도(0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 2, 4, 10 및 14 mg/mL)로 동일한 공정으로 제조됩니다.
O-QD 대 R-QD의 중량비(10:1, 5:1, 5:2 및 5:4)가 다른 복합 QD 실리콘 겔은 준비된 O-QD 겔( 10 mg/mL) 및 R-QD 젤(2 mg/mL)이 다른 부피 비율(2:1, 1:1, 1:2 및 1:4)로 제공됩니다. 그런 다음, 다른 농도의 복합 QD 겔을 동일한 유형의 몰드에 추가하고 기포를 제거했습니다. 마지막으로, 복합 QD 실리콘 겔 박막은 150°C에서 1 시간 동안 경화하여 제작되었습니다.
O-QD 대 R-QD의 동일한 중량비(10:1)로 복합물-QD를 다른 부피의 실리콘 겔에 혼합하여 농도가 다른 복합물-QD 겔을 형성했습니다(0.35, 0.5, 0.75, 1, 1.5 및 3 mg/mL). 그런 다음 준비된 그대로의 복합 QD 젤을 동일한 유형의 금형에 추가하고 기포를 제거했습니다. 마지막으로, 복합 QD 농도가 다른 복합 QD 실리콘 겔 박막이 150°C에서 1 시간 동안 경화되어 만들어졌습니다.
발광 피크가 450 nm인 LED 칩(전형적인 2835 리드 프레임 패키지)이 WLED 제조에 사용되었습니다.
녹색 발광 LuAG:Ce 형광체, O-QD(10 mg/mL), R-QD(2 mg/mL) 또는 복합 OR QD(중량비 10:1)를 실리콘 겔(Dow Corning 6662, A:B =1:4), 혼합물을 진공하에 탈기시켰다. 실리콘 겔을 기반으로 하는 일반적인 패키징 방법을 사용하여 LuAG:Ce 형광체, 형광체 및 O-QD, 형광체 및 R-QD, 형광체 및 복합 QD로 각각 4가지 다른 WLED가 개발되었습니다. 마지막으로, 위의 WLED는 150 °C에서 1 시간 동안 경화하여 경화되었습니다.
Ideaoptics FX2000-EX PL 분광계에서 광발광(PL)을 기록했습니다. 투과 전자 분광법(TEM)은 100 kV에서 작동하는 FEI Tecnai G2 Spirit TWIN 투과 전자 현미경에서 수행되었습니다. 양자 효율(QE) 측정은 365 nm 청색 레이저 조사 하에서 OceanOptics QEpro QY 테스트 시스템에서 수행되었습니다. EVERFINE ATA-1000 LED 자동 온도 제어 광전 분석 및 측정 시스템에 발광 효율 및 광출력을 기록했습니다. UV-Vis 흡수는 Persee T6 UV-Vis 분광계를 사용하여 측정하였다. 여기 스펙트럼 및 시간 분해 PL 분광법(TRPL)은 Edinburgh FLS920 형광 분광계로 측정되었습니다.
두 개의 단색 QD의 광학적 특성이 먼저 연구되었습니다. 그림 1a 및 b는 R-QD 및 O-QD의 광발광(PL) 및 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. R-QD 및 O-QD의 FWHM은 각각 약 20.6 및 43 nm입니다. 점선의 위치는 PL 및 흡수 피크를 나타냅니다. TEM 이미지에서 볼 수 있듯이 R-QD 및 O-QD는 각각 평균 크기가 13 nm 및 12 nm인 입방체 형태를 나타냅니다(그림 1c 및 d). 삽입된 HRTEM 이미지는 0.35 nm의 면간 거리를 보여주며, 이는 입방체 상 ZnS의 (111) 평면에 할당될 수 있습니다.
<그림>
R-QD의 PL 및 UV 스펙트럼(a ) 및 O-QD(b ). R-QD의 TEM 이미지(c ) 및 O-QD(d )
농도가 다른 단색 R-QD와 O-QD로 만들어진 QD 실리콘 박막의 광학 특성은 15.88 mW/cm 2 에서 365nm 레이저로 여기 하에 추가로 테스트됩니다. . 그림 2a와 b는 QD의 농도 의존적 PL 스펙트럼을 보여주고 FWHM은 거의 일정합니다. 그림 2c와 d는 QD 농도가 다른 단색 QD 실리콘 박막의 PL 강도와 절대 QE를 보여줍니다. 농도가 증가함에 따라 R-QD 실리콘 박막의 PL 강도는 QD 농도가 2 mg/mL에 도달할 때까지 증가하다가 농도 소광으로 인해 감소합니다. PL 강도의 변화와 유사하게 QD의 QE는 동일한 농도에서 약 85%의 가장 높은 값에 도달합니다. O-QD 실리콘 박막의 PL 강도와 QE는 R-QD 기반 박막과 유사한 농도 의존 경향을 나타냅니다. 이와 달리 O-QD의 PL 강도와 QE는 4 mg/mL의 QD 농도까지 빠르게 상승하고 10 mg/mL의 농도에서 최대값을 얻습니다. 우리는 이것이 R-QD보다 O-QD의 더 큰 Stoke의 이동에 기인한다고 추론합니다. O-QD 실리콘 박막의 최대 QE는 약 76%로, 가장 높은 PL 강도에 대해 동일한 QD 농도입니다.
<그림>
R-QD의 PL 스펙트럼(a ) 및 O-QD(b ) 기반 실리콘 젤 박막. R-QD의 해당 PL 강도 및 QE(c ) 및 O-QD(d QD 농도가 다른 ) 기반 실리콘 겔 박막
또한, 2 mg/mL R-QD 및 10 mg/mL O-QD 기반 실리콘 겔 필름도 각각 그림 S1a 및 b에 표시된 것처럼 서로 다른 여기 전력에서 가장 높은 PL 강도를 나타냅니다. 위의 두 농도에서 단색 양자점의 광학 특성이 효과적으로 보존되어 호스트 매트릭스 효과로 인한 PL 소광을 약화시킵니다[28, 29]. 이 연구는 실리콘 필름에서 단색 양자점의 적절한 농도를 찾는 데 도움이 됩니다.
단색 QD 기반 실리콘 박막에서 QD의 농도 영향을 더 조사하기 위해 농도가 다른 박막의 TRPL(time-resolved PL) 스펙트럼을 측정하고 감쇠 곡선을 그림 3에 나타내었다. PL 감쇠 곡선은 Eq.와 같이 다중 지수 함수로 표현될 수 있습니다. 1 [30],
$$ I(t)=\sum \limits_{i=1}^n{A}_i{e}^{-t/{\tau}_i} $$ (1) <그림><소스 유형="이미지 /webp" srcset="//media.springernature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-020-03350-9/MediaObjects/11671_2020_3350_Fig3_HTML.png
R-QD의 TRPL 감쇠 곡선(a ) 및 O-QD(b ) 기반 박막. R-QD의 수명(c ) 및 O-QD(d 농도가 다른 ) 기반 실리콘 겔 박막
나 (그 )는 시간 t에서의 PL 강도입니다. , A 나 그리고 τ 나 PL 감쇠의 각 지수 성분의 상대 진폭 및 여기 상태 수명을 나타내며, n 붕괴 횟수입니다. 이러한 감쇠 곡선은 그림 3a와 b에서 볼 수 있듯이 Eq. 1.
피팅 매개변수 A 나 그리고 τ 나 표 S1 및 S2에 나열되어 있습니다. R-QD 및 O-QD의 진폭 가중 수명은 수명으로 선택됩니다(τ 이브 ) 추가 조사를 위해. 수명은 다음 식에서 계산할 수 있습니다. 2 [31] 및 표 S1 및 S2에 나열되어 있습니다.
$$ {\tau}_{\mathrm{ave}}=\frac{A_1{\tau}_1+{A}_2{\tau}_2}{A_1+{A}_2} $$ (2)그림 3c와 d는 농도가 다른 두 개의 단색 QD의 수명을 보여줍니다. 두 수명 모두 농도가 증가함에 따라 증가하고 상승 속도는 R-QD의 경우 각각 1 mg/mL 및 O-QD의 경우 2 mg/mL 이후 느려집니다. 농도가 증가하면 양자점 사이의 거리가 줄어들어 단색 양자점에서 에너지 전달과 자기 흡수가 향상됨을 나타냅니다[32, 33]. 한편, O-QD에서 수명의 증가는 R-QD에서보다 더 명확하여 O-QD에서 더 많은 에너지 전달을 제안합니다. 그러나 에너지 전달은 낮은 농도에서 QD의 형광 소광을 유도하지 않는 것으로 보입니다. 오히려 앞서 <그림 2>와 같이 PL 강도와 QE에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
R-QD 대 O-QD의 중량비가 다른 복합 QD의 광학 특성이 추가로 연구되었습니다. 복합 QD 박막의 PL 스펙트럼은 그림 4a에 나와 있습니다. 스펙트럼을 기반으로 631:605(nm)의 복합 QD PL 피크 강도 비율이 그림 4b에서 추출됩니다. 피크 강도 비율은 R-QD 백분율과 함께 증가하는 증가를 나타내며, 이는 O-QD에서 R-QD로의 에너지 전달을 나타냅니다. 그림 4c는 R-QD 흡수 스펙트럼과 O-QD 방출 스펙트럼 사이의 중첩을 보여줍니다. 이것은 O-QD가 기증자 역할을 하고 R-QD가 수용체 역할을 하는 FRET 프로세스의 가능성이 높음을 시사합니다(그림 4d 참조).
<사진>
R-QD 대 O-QD 비율이 다른 복합 QD 실리콘 박막의 PL 스펙트럼(a ) 및 복합 QD PL 피크 강도 비율(b ). R-QD 흡수 스펙트럼과 O-QD 방출 스펙트럼의 중첩(c ). 복합 QD(d)에서 에너지 전달의 개략도 )
추가 연구는 복합 QD의 FRET 프로세스에 중점을 둡니다. 그림 5a는 O-QD(공여자)의 방출 역학에 대한 R-QD(수용체)의 효과를 나타냅니다. TRPL 강도는 필름 샘플에서 억셉터가 증가함에 따라 감소합니다(피크 도너 방출 파장 605 nm에서 분석됨). 그림 5b는 R-QD(수용체)의 방출 동역학에 대한 O-QD(공여자)의 영향을 나타냅니다. 반대로, 필름 샘플에서 도너의 증가에 따라 TRPL 강도가 증가한다(피크 억셉터 방출 파장 631 nm에서 분석됨). 그림 5a 및 b의 감쇠 곡선은 2개의 지수로 맞출 수 있으며 QD의 자세한 진폭, 수명 구성 요소 및 진폭 가중 수명은 표 S3에 나열되어 있습니다. O-QD 샘플의 수명은 30.25 ns인 것으로 나타났습니다. 억셉터 R-QD가 도입되면 에너지 전달 채널의 개입으로 인해 도너 O-QD의 수명이 감소합니다(표 S3). 억셉터 농도가 높을수록 도너의 수명은 짧아진다. 이에 반해 R-QD 샘플의 수명은 13.08 ns로 나타났다. 도너 O-QD가 도입되면 억셉터 R-QD는 에너지 공급의 결과로 수명이 증가합니다(표 S3)[34]. 계산된 결과는 그림 5c와 같이 현상을 명확하게 보여줍니다.
<그림>
도너 피크 방출 파장에서 R-QD 대 O-QD의 비율이 다른 복합 QD 박막의 TRPL 감쇠 곡선(a ) 및 수용체 피크 방출 파장(b ). 기증자 감소 수명 및 수락자 증가 수명의 변화(c ). FRET 효율성과 R-QD 비율 사이의 상대적 증가분 비교, 그리고 R-QD 대 O-QD의 다른 비율에서 계산된 FRET 효율성(d )
FRET 프로세스는 또한 에너지 전달 효율에 의해 조사됩니다. FRET의 효율은 Eq.와 같이 수명에 따라 계산할 수 있습니다. 3.
$$ E=1-\frac{\tau_{DA}}{\tau_D} $$ (3)여기서 τ DA 는 수용체 존재 시 공여자 형광 수명, τ 디 는 수용체가 없을 때의 기증자 형광 수명이다[26]. 그것은 τ DA 에너지 전달 효율에 반비례한다. 따라서 수용자-공여자 비율이 증가할수록 τ DA 짧아지고 에너지 전달 효율이 높아집니다. 더 큰 에너지 전달 효율은 형광에 더 높은 영향을 반영합니다. 우리는 그림 5a에서 합성 QD의 FRET 효율성을 추가로 분석합니다. 계산된 결과는 Table 1과 같으며 효율은 33.2%에 달하며 억셉터 비율이 가장 높다. 한편, 도 5d는 도너 대 억셉터의 비율에 따른 FRET 효율의 변화를 보여준다. FRET 효율은 복합 양자점에서 R-QD(수용체)의 증가에 따라 증가하고 효율의 증가율은 R-QD의 증가율에 가깝습니다. 에너지 전달의 증가가 수용체의 증가에 민감함을 나타냅니다.
주황색-적색광에서 LED 조명을 위한 최상의 연속성 스펙트럼으로 R-QD 대 O-QD의 중량비가 1:10인 복합 QD가 추가 연구를 위해 선택되었습니다. 그림 6a는 R-QD 대 O-QD의 동일한 중량비(R:O =1:10)에서 다양한 농도의 복합물-QD를 갖는 복합물-QD 실리콘 박막의 PL 스펙트럼을 보여줍니다. 전체 PL 강도의 증가 외에도 그림 6b와 같이 QD 농도의 증가에 따라 적색광(631 nm)의 비율도 분명히 증가합니다. 이 현상은 QD 농도가 증가함에 따라 향상된 FRET에 기인할 수 있습니다. 또한, 적색광의 상승 속도는 QD 농도가 높을수록 느려집니다. 이것은 양자점 사이의 에너지 전달(ET)의 포화 때문일 수 있습니다. 그러나 QD 실리콘 복합 박막의 절대 QE는 그림 6c와 같이 복합 QD의 농도에 따라 5% 미만의 변화를 보입니다. 1.0–1.5 mg/mL는 응용 프로그램에서 복합 QD에 가장 유리한 QD 농도로, 낮은 스펙트럼 변동으로 높은 QE를 보장합니다.
<그림>
농도가 다른 준비된 합성 QD 실리콘 박막의 PL 스펙트럼(a ) 및 PL 피크 강도 비율(b ). 준비된 합성 QD 실리콘 박막의 QE(c ). 다양한 농도의 복합 양자점(d)에서 기증자(주황색 점) 또는 수용체(빨간색 점)의 수명 및 FRET 효율성(파란색 점) )
다양한 복합 QD 농도 박막의 TRPL 감쇠 곡선이 그림 S2에 나와 있습니다. 표 S4는 합성 QD의 진폭, 수명 구성 요소 및 진폭 가중 수명을 나열합니다. 그들의 FRET 효율성이 계산되어 표 S5에 나와 있습니다. 또한 농도에 따른 수명 및 FRET 효율의 변화가 그림 6d에 명확하게 표시됩니다. 구체적으로, FRET 효율은 농도가 증가함에 따라 22%에서 9%로 감소하는 경향을 나타낸다. 한편, 도너 O-QD의 방출 파장에서 기록된 수명은 농도가 증가함에 따라 증가합니다(그림 6d의 주황색 점). 이것은 그림 3에 표시된 순수 O-QD 샘플의 농도 의존적 수명과 유사합니다. 이는 FRET와 자가 흡수의 결합된 효과(단색 QD와 같이)의 존재를 시사합니다. 농도의 증가와 함께 강화된 자기 흡수는 τ의 증가로 이어집니다. DA (그림 6d에 표시된 것과 같이 수용체 존재 시 공여자 형광 수명, 주황색 점)은 복합 QD 사이의 FRET 억제를 시사합니다(그림 6d의 파란색 점). 억셉터 R-QD 방출 파장에서 감소된 FRET 효율은 고농도에서 더 작은 수명 증가를 초래합니다(그림 6d의 빨간색 점). 결과적으로 합성 QD는 농도 의존 수명이 상대적으로 약하고 안정적인 QE를 유지할 수 있어 LED 응용 분야에서 합성 QD를 적용하는 데 도움이 됩니다.
조명 응용 분야에서 합성 QD의 광 보상 효과를 연구하기 위해 녹색 발광 LuAG:Ce 형광체와 O-QD, R-QD 또는 합성 QD(R:O =1:10)를 혼합하여 WLED를 제작합니다. GaN 칩을 방출하는 450 nm 위에 혼합물을 패키징합니다. 40 mA의 구동 전류에서 준비된 WLED의 여기-발광(EL) 스펙트럼은 그림 7에 나와 있습니다. 상관 색온도(CCT)와 WLED의 색 좌표는 그림 S3과 표에 나와 있습니다. S6. 4개의 WLED는 청색-녹색 광 영역에서 거의 동일한 스펙트럼을 갖지만 주황색-적색 광 영역에서는 다릅니다. 또한 LuAG:Ce(only) 기반 WLED는 적주황색 영역의 손실로 인해 48.8의 가장 낮은 연색 지수(CRI)를 나타냅니다. 반면 복합 QD 기반 WLED는 주황색-적색 영역에서 더 넓고 평평한 스펙트럼을 나타내며 92.1의 가장 높은 CRI를 나타냅니다. 합성 QD와 비교하여 LuAG:Ce(only) 및 R-QD 기반 WLED는 주황색 광 영역에서 명백한 광 간격을 나타내며 CCT 및 색 좌표에서 큰 차이를 보입니다. O-QD 기반 WLED는 복합 QD 기반 WLED와 유사한 CCT 및 색 좌표를 갖지만 적색광이 부족하여 복합 QD보다 훨씬 낮은 CRI를 나타냅니다. 이는 WLED의 색상 품질을 향상시키는 데 있어 복합 QD의 유망한 능력을 나타냅니다.
<그림>
녹색 LuAG:Ce 형광체만으로 패키징된 WLED의 EL 스펙트럼(a ), LuAG:Ce+R-QD(b ), LuAG:Ce+O-QD(c ) 및 LuAG:Ce + 복합 양자점(d)
실험 결과를 추가로 평가하기 위해 다음 공식에 따라 발광 효율(LER)을 계산했습니다.
$$ \mathrm{LER}=683\frac{lm}{W_{\mathrm{opt}}}\frac{\int V\left(\lambda \right)P\left(\lambda \right) d\lambda }{\int P\left(\lambda \right) d\lambda} $$ (4)여기서 683 lm /와 선택 정규화 요인이다. 와 선택 , V (λ ) 및 P (λ )는 각각 광 파워, 인간의 눈 감도 함수 및 광원의 분광 파워 밀도[35, 36]입니다.
LER 결과는 표 S6에 요약되어 있으며 이전 보고서와 유사합니다[37,38,39]. 결과에 따르면 합성 QD 기반 WLED(샘플 d)의 LER은 R-QD 1(샘플 c)보다 높고 O-QD 1(샘플 b)보다 낮습니다. 눈은 붉은 빛보다 주황색 빛에 더 민감합니다.
요약하면, 우리는 복합 주황색-적색 QD(복합 QD)를 준비하고 LED 응용을 위한 복합 QD에서 광학 특성과 에너지 전달 역학을 연구했습니다. 우리의 연구는 복합 양자점의 농도와 기증자 양자점과 수용체 양자점의 비율이 에너지 전달 효율과 스펙트럼 안정성에 중요한 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 한편, 자기 흡수는 복합 양자점에서 서로 다른 단색 양자점 사이의 FRET에 상당한 영향을 미칩니다. 상대적으로 안정적이고 높은 QE는 복합 양자점에서 수용체 대 수용체 비율을 조정하여 달성할 수 있으며, 이는 주황색-빨간색 영역의 광 갭을 보상하여 WLED의 색상 품질을 향상시키는 데 의미가 있습니다. 그 결과 복합 QD 기반 WLED는 단색 QD 기반 WLED의 스펙트럼에 비해 훨씬 향상된 색상 품질과 더 많은 자연광 스펙트럼을 나타냅니다.
현재 연구 중에 생성 및/또는 분석된 데이터 세트는 합당한 요청이 있는 경우 해당 저자로부터 사용할 수 있습니다.
양자점
백색 발광 다이오드
합성 주황색-빨간색 QD
CdSe/ZnS 기반 주황색 QDs
CdSe/ZnS 기반 적색 양자점
최대 절반에서 전체 너비
형광 공명 에너지 전달
발광 다이오드
연색 지수
QD 기반 WLED
상관 색온도
양자 효율
1-옥타데센스
유황
트리옥틸포스핀
카드뮴 스테아레이트
셀레늄 분말
아연 아세테이트
광발광
투과 전자 분광법
시간 분해 PL 분광기
여기 발광
나노물질
초록 소규모 광검출기 장치에 대한 수요가 증가함에 따라 양자점 기반 적외선 광검출기는 지난 수십 년 동안 점점 더 많은 관심을 받았습니다. 본 연구에서는 양자점 적외선 광검출기에 주기적인 금속 나노홀 어레이 구조를 도입하여 기존 광검출기에 존재하는 낮은 광흡수 효율의 병목 현상을 극복하기 위해 표면 플라즈몬 향상 효과를 통해 광자 흡수 성능을 향상시켰다. 결과는 최적화된 금속 나노홀 어레이 구조가 특정 광검출기에서 최대 86.47%까지 광자 흡수율을 크게 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 이는 금속 어레이 구조가 없는 기존 광검출기
초록 이 연구는 청색 GaN 발광 다이오드와 페로브스카이트 CsPbI3의 적색 형광 색변환 필름의 조합을 통해 색변환된 적색 광원을 얻는 방법을 제시한다. /TOPO 합성. 고품질 CsPbI3 양자점(QD)은 핫 인젝션 방법을 사용하여 제조되었습니다. 콜로이드 QD 용액을 다양한 비율의 트리옥틸포스핀 옥사이드(TOPO)와 혼합하여 나노와이어를 형성했습니다. 자외선 수지와 콜로이드 용액을 혼합하여 제조한 색변환 필름을 청색 LED에 코팅하였다. 장치의 광학 및 전기적 특성은 50mA의 주입 전류에서 측정 및 분석되었습니다. 가장 강
