Étude sur l'effet de compensation de couleur des points quantiques composites orange-rouge dans l'application WLED

Introduction

Les diodes électroluminescentes (DEL) ont suscité d'importants intérêts de recherche dans les applications d'éclairage à semi-conducteurs en raison de leur efficacité élevée, de leur longue durée de vie, de leur faible consommation d'énergie, de leur temps de réponse rapide et de leur haute fiabilité [1,2,3,4,5, 6]. Les WLED sont généralement fabriquées en emballant des luminophores émettant des jaunes, des verts et des rouges avec des puces à LED bleues [7,8,9]. Les WLED à spectre complet utilisent des luminophores composites avec une forte proportion de luminophore rouge [10]. Cependant, les luminophores rouges classiques ont une large émission qui provoque une perte de lumière dans la région émettrice de lumière rouge car l'œil humain est insensible à la longueur d'onde supérieure à 650  nm [11].

Récemment, des points quantiques (QD) ont été utilisés pour fabriquer des WLED de haute qualité. Par rapport aux luminophores classiques, les QD ont des propriétés optiques uniques, telles que l'accordabilité de la longueur d'onde en fonction de la taille, un rendement quantique de photoluminescence élevé et une forte absorption [12,13,14,15,16,17]. En raison des caractéristiques d'émission étroite dans la région de lumière rouge, les QD à émission rouge sont particulièrement utiles pour inhiber la perte de lumen susmentionnée et améliorer l'indice de rendu des couleurs (CRI) des WLED [18, 19]. Par conséquent, l'utilisation de QD pour compenser la région orange-rouge est devenue une mesure efficace pour améliorer la qualité des couleurs des WLED [20]. Généralement, les WLED à base de QD (QWLED) peuvent être divisés en deux catégories en mélangeant des QD monochromes ou polychromatiques dans les LED [20,21,22,23]. Par exemple, Xie et al. ont utilisé des QD CdSe/CdS/ZnS à émission rouge pour remplacer le phosphore rouge classique par du phosphore vert LuAG:Ce pour fabriquer des WLED hautes performances [24]. Li et al. ont fabriqué des QWLED en intégrant un mélange de QD CdZnS/ZnSe émettant de la lumière rouge, jaune et verte sur la puce LED GaN émettant du bleu, qui présentait un IRC de 85,2 et une température de couleur corrélée (CCT) de 4072 K [25].

À ce jour, les QWLED à spectre complet pour les applications d'éclairage sont couramment développées en incorporant des luminophores vert-jaune à émission large et des QD rouges monochromatiques à émission étroite [24]. Ces QWLED présentent une superbe continuité spectrale dans la région vert-jaune mais une vallée claire dans la région orange-rouge. Théoriquement, les QD composites constitués de plusieurs QD monochromes dans la région orange-rouge sont capables de remplir la vallée et d'améliorer encore la continuité spectrale des QWLED. Cependant, il est difficile de réguler les spectres des QD composites en raison du processus d'auto-absorption et de transfert d'énergie par résonance de fluorescence (FRET) parmi les QD polychromatiques [26]. Par conséquent, bien que la propriété de couleur des QWLED ait été étudiée en manipulant la position du pic et la largeur des QD rouges monochromatiques, les QD composites orange-rouge (composite-QD) n'ont pas été étudiés dans les WLED en raison de l'auto-absorption et Processus de FRET.

Ici, les QD composites ont été étudiés pour améliorer la continuité spectrale et la qualité des couleurs de la région émettrice de lumière orange-rouge pour les QWLED. Nous avons préparé des QD orange (O-QD) et des QD rouges (R-QD) à base de CdSe/ZnS avec une largeur différente à mi-hauteur (FWHM) en tant que composant des QD composites. Le FRET dans les QD composites a été étudié en considérant les effets de la concentration et de la proportion de QD composites. Les résultats ont été utilisés pour optimiser l'efficacité quantique (QE) et la contrôlabilité spectrale des composites-QD. De plus, les QD composites ont été utilisés avec du phosphore vert LuAG:Ce dans des LED bleues pour former des QWLED. Les QWLED telles que préparées présentent une qualité de couleur améliorée avec un spectre complet plus équilibré dans la région orange-rouge.

Méthodes

Matériaux et produits chimiques

Le 1-octadécène (ODE, 90 %), le soufre (S, 98,5 %), la trioctylphosphine (TOP, 85 %) et l'acide stéarique (98 %) ont été achetés auprès de TCI (Shanghai). Stéarate de cadmium (Cd(St)₂ ) a été acheté auprès de Shanghai Debo Chemical Technology Co., Ltd. La poudre de sélénium (Se, 325 mesh, 99,5 %) a été achetée auprès d'Alfa Aesar (Chine). Acétate de zinc (Zn(Ac)₂ , 99,5%) a été acheté auprès de Shanghai Titan Scientific Co., Ltd. L'éthanol et le diméthylbenzène ont été achetés auprès de Tianjin Damao Chemical Reagent Co., Ltd. La résine de silicone (Dow Corning-6662) provenait de Shineon Co., Ltd. D'autres matériaux sont indiqués dans le manuscrit. Tous les produits chimiques ont été utilisés directement sans autre purification, sauf indication contraire.

Synthèse des O-QD

La procédure de synthèse était basée sur le rapport de la littérature [27]. Cd(St)₂ (2 µmmol) et de l'acide stéarique (0,2 µmmol) ont été chargés dans un ballon tricol de 50 mL avec 10 µmL d'ODE. Après agitation avec barbotage d'azote, la solution a été chauffée à 270°C. Puis 0,5 mL de TOP-Se (2 mmol de poudre de Se dissoute dans 1 mL de TOP) a été injecté rapidement dans le ballon et maintenu à 270 °C pendant 2 min. Ensuite, 0,5 mL de TOP-S (4 mmol de poudre de S dissous dans 2 mL de TOP, bien agité) a été rapidement injecté dans le ballon et maintenu à 270 °C pendant 40 min, puis le ballon a été refroidi à 30 °C . Cd(St)₂ (0.75 mmol), Zn(Ac)₂ (2,25 µmmol) et 5 µmL d'ODE ont été ajoutés à la solution ci-dessus. Après agitation avec barbotage d'azote, le ballon a été chauffé à 160°C. 1,5 mL de TOP-S a été injecté lentement dans le ballon et maintenu à 160 °C pendant 4 h, puis le ballon a été refroidi à température ambiante. Après une procédure de purification centrifugée avec de l'éthanol, les QD CdSe/ZnS tels que préparés ont été dispersés dans 10 mL de diméthylbenzène pour une utilisation ultérieure.

Synthèse des R-QD

La procédure de synthèse était similaire à celle des O-QD à l'exception des deux points suivants. La température de chauffage ajustée de 270 à 300°C. Et le second a ajouté Cd(St)₂ est 1 mmol avec Zn(Ac)₂ (3 mmol).

Préparation de films minces en gel de silicone O-QD et R-QD

Différents poids de R-QD ont été mélangés de manière homogène dans le même volume de gels de silicone pour construire les différents gels R-QD de concentration (0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,8, 2, 4 et 10 mg/mL). Ensuite, différentes concentrations de gels R-QD avec le même volume ont été ajoutées dans le même type de moules et ont éliminé les bulles. Enfin, les films minces composites en silicone R-QDs ont été construits en durcissant à 150 °C pendant 60 min. Les films minces en silicone O-QDs sont fabriqués par le même procédé avec des concentrations différentes (0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,8, 2, 4, 10 et 14 mg/mL).

Préparation de films minces en gel de silicone composite-QD avec différents rapports pondéraux de O-QD à R-QD

Le gel de silicone composite-QD avec différents rapports pondéraux de O-QD à R-QD (10:1, 5:1, 5:2 et 5:4) a été préparé en mélangeant de manière homogène le gel O-QD tel que préparé ( 10 mg/mL) et gel R-QD (2 mg/mL) avec différents rapports de volume (2:1, 1:1, 1:2 et 1:4). Ensuite, les différentes concentrations de gels composites-QD ont été ajoutées dans le même type de moule et ont éliminé les bulles. Enfin, les films minces en gel de silicone composite-QD ont été construits en durcissant à 150 °C pendant 1  h.

Préparation de couches minces de gel de silicone composite-QD avec différentes concentrations

Avec le même rapport pondéral des O-QDs aux R-QDs (10:1), les composites-QDs ont été mélangés dans les différents volumes de gels de silicone pour former des gels composites-QD avec différentes concentrations (0,35, 0,5, 0,75, 1, 1,5 et 3 mg/mL). Ensuite, les gels composites-QD tels que préparés ont été ajoutés dans le même type de moules et ont éliminé les bulles. Enfin, les films minces de gel de silicone composite-QD avec différentes concentrations de composite-QD ont été construits en durcissant à 150 °C pendant 1 h.

Fabrication de WLED

Les puces LED (boîtier typique de cadre de plomb 2835) avec le pic d'émission à 450  nm ont été utilisées pour la fabrication de WLED.

Du phosphore LuAG:Ce à émission verte, des O-QD (10 mg/mL), des R-QD (2 mg/mL) ou des composites OR QD (rapport pondéral 10:1) ont été mélangés de manière homogène avec du gel de silicone (Dow Corning 6662, A:B =1:4), et le mélange a été dégazé sous vide. Avec une méthode d'emballage commune basée sur du gel de silicone, les quatre WLED différentes ont été développées avec du phosphore LuAG:Ce, du phosphore et des O-QD, du phosphore et des R-QD, et des phosphores et des QD composites, respectivement. Enfin, les WLED ci-dessus ont été durcies par durcissement à 150 °C pendant 1  h.

Mesure et caractérisation

La photoluminescence (PL) a été enregistrée sur un spectromètre Ideaoptics FX2000-EX PL. La spectroscopie électronique en transmission (MET) a été réalisée sur un microscope électronique en transmission FEI Tecnai G2 Spirit TWIN fonctionnant à 100 kV. Les mesures d'efficacité quantique (QE) ont été réalisées sur un système de test OceanOptics QEpro QY sous irradiation laser bleu 365 nm. L'efficacité lumineuse et la puissance optique ont été enregistrées sur un système photoélectrique d'analyse et de mesure à contrôle de température automatique EVERFINE ATA-1000 LED. L'absorption UV-Vis a été mesurée en utilisant un spectromètre UV-Vis Persee T6. Les spectres d'excitation et la spectroscopie PL résolue en temps (TRPL) ont été mesurés par un spectromètre à fluorescence Edinburgh FLS920.

Résultats et discussion

Les propriétés optiques des deux QD monochromes ont d'abord été étudiées. Les figures 1a et b montrent les spectres de photoluminescence (PL) et d'absorption des R-QD et O-QD. Le FWHM des R-QD et O-QD est d'environ 20,6 et 43  nm, respectivement. Les positions des lignes pointillées indiquent les pics de PL et d'absorption. Comme le montrent les images MET, les R-QD et O-QD présentent une morphologie cubique avec une taille moyenne de 13 nm et 12 nm (Fig. 1c et d), respectivement. Les images HRTEM en médaillon montrent une distance interplanaire de 0,35  nm, qui peut être attribuée au plan (111) de la phase cubique ZnS.

Spectres PL et UV des R-QD (a ) et O-QD (b ). Images MET de R-QD (c ) et O-QD (d )

Les propriétés optiques des films minces de silicone QDs constitués de R-QDs et O-QDs monochromes avec différentes concentrations sont en outre testées sous excitation par un laser 365 nm à 15,88 mW/cm ² . Les figures 2a et b montrent les spectres PL dépendant de la concentration des QD et leur FWHM est presque constante. Les figures 2c et d présentent l'intensité PL et le QE absolu des films minces de silicone QDs monochromes avec différentes concentrations de QDs. Avec l'augmentation de la concentration, l'intensité PL des films minces de silicone R-QD augmente jusqu'à ce que la concentration QD atteigne 2 mg/mL, puis diminue en raison de l'extinction de la concentration. Semblable à la variation de l'intensité PL, le QE des QD atteint la valeur la plus élevée d'environ 85% à la même concentration. L'intensité PL et le QE des films minces en silicone O-QD présentent une tendance dépendante de la concentration similaire à ceux des films minces à base de R-QD. Différemment, l'intensité PL et le QE des O-QD augmentent rapidement jusqu'à une concentration QD de 4 mg/mL et les valeurs maximales sont obtenues à la concentration de 10 mg/mL. Nous en déduisons que cela est attribué au décalage de Stoke plus important des O-QD que des R-QD. Le QE maximum du film mince de silicone O-QD est d'environ 76%, ce qui correspond à la même concentration QD pour l'intensité PL la plus élevée.

Spectres PL de R-QD (a ) et O-QD (b Films minces de gel de silicone à base de ). Intensité PL correspondante et QE de R-QD (c ) et O-QD (d Films minces de gel de silicone à base de ) avec différentes concentrations de QD

De plus, les films de gel de silicone à base de 2 mg/mL R-QD et 10 mg/mL O-QD présentent également l'intensité PL la plus élevée sous différentes puissances d'excitation, comme le montrent les Fig. S1 a et b, respectivement. Aux deux concentrations ci-dessus, les propriétés optiques des QD monochromes sont efficacement préservées, ce qui affaiblit la trempe PL causée par l'effet de matrice hôte [28, 29]. L'étude permet de trouver la concentration appropriée des QD monochromes dans le film de silicone.

Pour étudier plus en détail l'influence de la concentration des QD dans les films minces de silicone à base de QD monochromes, les spectres PL résolus en temps (TRPL) des films minces avec différentes concentrations sont mesurés et les courbes de décroissance sont représentées sur la Fig. 3. Il est connu que les courbes de décroissance PL peuvent être exprimées avec une fonction multi-exponentielle, comme illustré par l'Eq. 1 [30],

Courbes de décroissance TRPL de R-QD (a ) et O-QD (b couches minces à base de ). Durées de vie de R-QD (c ) et O-QD (d Films minces de gel de silicone à base de ) avec différentes concentrations

où je (t ) est l'intensité PL à l'instant t , A _i et τ _i représentent l'amplitude relative et la durée de vie à l'état excité de chaque composante exponentielle de la décroissance PL, et n est le nombre de temps de décroissance. Ces courbes de décroissance, comme le montrent les Fig. 3a et b, peuvent être bien ajustées par une double fonction exponentielle selon l'Eq. 1.

Les paramètres d'ajustement A _i et τ _i sont répertoriés dans les tableaux S1 et S2. Les durées de vie pondérées en amplitude des R-QD et O-QD sont sélectionnées comme leurs durées de vie (τ _ave ) pour une enquête plus approfondie. La durée de vie peut être calculée à partir de l'équation suivante. 2 [31] et est répertorié dans les tableaux S1 et S2.

Les figures 3c et d montrent les durées de vie des deux QD monochromes sous différentes concentrations. Les deux durées de vie augmentent avec l'augmentation des concentrations et le taux d'augmentation devient plus lent après 1 mg/mL pour les R-QD et 2 mg/mL pour les O-QD, respectivement. Cela indique que l'augmentation de la concentration réduit la distance entre les QD améliore ainsi le transfert d'énergie et l'auto-absorption dans les QD monochromes [32, 33]. Pendant ce temps, l'augmentation de la durée de vie des O-QD est plus évidente que celle des R-QD, suggérant un transfert d'énergie plus important dans les O-QD. Cependant, il apparaît que le transfert d'énergie n'induit pas d'extinction fluorescente des QD à faible concentration. Au contraire, cela peut avoir un effet positif sur l'intensité du PL et les QE, comme indiqué précédemment sur la figure 2.

Les propriétés optiques des composites-QD avec différents rapports pondéraux de R-QD à O-QD ont été étudiées plus en détail. Les spectres PL des films minces composites QD sont représentés sur la figure 4a. Sur la base des spectres, le rapport d'intensité de crête composite-QD PL de 631:605 (nm) est extrait sur la figure 4b. Le rapport d'intensité maximale présente un incrément croissant avec le pourcentage de R-QD, ce qui suggère le transfert d'énergie des O-QD aux R-QD. La figure 4c montre le chevauchement entre le spectre d'absorption R-QD et le spectre d'émission O-QD. Cela suggère une forte probabilité de processus FRET, dans lequel les O-QD agissent en tant que donneur et les R-QD en tant qu'accepteur (illustré à la figure 4d).

Spectres PL de films minces en silicone composite-QD avec différents rapports R-QD sur O-QD (a ) et le rapport d'intensité de crête composite-QD PL (b ). Le chevauchement du spectre d'absorption R-QD et du spectre d'émission O-QD (c ). Schéma de principe du transfert d'énergie dans les QD composites (d )

Une étude plus approfondie se concentre sur le processus FRET dans les QD composites. La figure 5a présente l'effet des R-QD (accepteur) sur la cinétique d'émission des O-QD (donneur). L'intensité TRPL diminue avec la montée de l'accepteur dans l'échantillon de film (analysé à la longueur d'onde d'émission maximale du donneur 605  nm). La figure 5b présente l'effet des O-QD (donneur) sur la cinétique d'émission des R-QD (accepteur). Au contraire, l'intensité TRPL augmente avec la montée du donneur dans l'échantillon de film (analysé à la longueur d'onde d'émission de l'accepteur de pointe 631 nm). Les courbes de décroissance des figures 5a et b peuvent être ajustées avec les 2 exponentielles, et les amplitudes détaillées, les composantes de durée de vie et les durées de vie pondérées en amplitude des QD ont été répertoriées dans le tableau S3. La durée de vie de l'échantillon O-QD s'est avérée être de 30,25 µns. Lorsque les R-QD accepteurs sont introduits, la durée de vie des O-QD donneurs diminue (tableau S3) du fait de l'intervention du canal de transfert d'énergie. La durée de vie du donneur devient plus courte avec l'augmentation de la concentration en accepteurs. Au contraire, la durée de vie de l'échantillon R-QD s'est avérée être de 13,08 µns. Lorsque les O-QD donneurs sont introduits, les R-QD accepteurs présentent une augmentation de la durée de vie en raison de l'alimentation énergétique (tableau S3) [34]. Les résultats calculés sont montrés dans la Fig. 5c, qui démontre clairement les phénomènes.

Courbes de décroissance TRPL de films minces composites-QD avec différents rapports de R-QD à O-QD à la longueur d'onde d'émission maximale du donneur (a ) et la longueur d'onde d'émission de crête de l'accepteur (b ). La variation de la durée de vie du décrément du donneur et de la durée de vie de l'incrément de l'accepteur (c ). La comparaison de l'incrément relatif entre l'efficacité FRET et la proportion de R-QDs, et l'efficacité FRET calculée sous les différents ratios de R-QDs à O-QDs (d )

Le procédé FRET est également étudié par l'efficacité du transfert d'énergie. L'efficacité du FRET peut être calculée en fonction de la durée de vie, comme illustré par l'équation. 3.

où τ _AD est la durée de vie de fluorescence du donneur en présence de l'accepteur, τ _D est la durée de vie de fluorescence du donneur en l'absence d'accepteur [26]. Cela montre que τ _AD est inversement proportionnel à l'efficacité du transfert d'énergie. Par conséquent, à mesure que le rapport accepteur-donneur augmente, le τ _AD devient plus courte et l'efficacité de transfert d'énergie augmente. Une plus grande efficacité de transfert d'énergie reflète un impact plus élevé sur la fluorescence. Nous analysons plus en détail l'efficacité du FRET des QD composites sur la figure 5a. Les résultats calculés sont répertoriés dans le tableau 1 et l'efficacité atteint 33,2 % avec la plus forte proportion d'accepteurs. Pendant ce temps, la figure 5d montre le changement d'efficacité du FRET sous différents rapports de donneur à accepteur. L'efficacité du FRET augmente avec la montée des R-QD (accepteurs) dans les composites-QD et le taux d'incrémentation de l'efficacité est proche de celui des R-QD. Il indique que l'incrément de transfert d'énergie est sensible à l'incrément de l'accepteur.

En tant que meilleur spectre de continuité pour l'éclairage LED en lumière orange-rouge, les QD composites avec un rapport pondéral de 1:10 de R-QD à O-QD sont sélectionnés pour une étude plus approfondie. La figure 6a présente les spectres PL des films minces de silicone composite-QD avec différentes concentrations de composite-QD au même rapport pondéral de R-QD à O-QD (R:O =1:10). Outre l'augmentation de l'intensité PL globale, la proportion de lumière rouge (631  nm) augmente également évidemment avec l'augmentation de la concentration QD, comme le montre la figure 6b. Ce phénomène peut être attribué au FRET amélioré avec l'augmentation de la concentration QD. De plus, la vitesse d'augmentation de la lumière rouge devient plus lente à une concentration QD plus élevée. Cela pourrait être dû à la saturation du transfert d'énergie (ET) entre les QD. Cependant, les QE absolus des films minces composites de silicone QD présentent un changement inférieur à 5% avec différentes concentrations de composites-QD, comme le montre la figure 6c. Il semble que 1,0 à 1,5  mg/mL soit la concentration QD la plus favorable pour les QD composites en application, ce qui garantit des QE élevés avec une faible variation spectrale.

Spectres PL de films minces de silicone composite QD tels que préparés avec différentes concentrations (a ) et leurs rapports d'intensité de crête PL (b ). QE des films minces en silicone composite-QD tels que préparés (c ). Durée de vie du donneur (points orange) ou de l'accepteur (points rouges) et efficacité du FRET (points bleus) sous différentes concentrations de composite-QD (d )

Les courbes de décroissance TRPL des différents films minces de concentration composite-QD sont présentées sur la figure S2. Le tableau S4 répertorie les amplitudes, les composants de durée de vie et les durées de vie pondérées en amplitude pour les QD composites. Leurs efficacités FRET sont calculées et présentées dans le tableau S5. De plus, les changements dans les durées de vie et l'efficacité du FRET avec la concentration sont clairement illustrés sur la figure 6d. Dans le détail, l'efficacité du FRET présente une tendance à la baisse de 22 à 9 % avec l'augmentation de la concentration. Pendant ce temps, la durée de vie enregistrée à la longueur d'onde d'émission des O-QD donneurs augmente avec l'augmentation de la concentration (points oranges sur la figure 6d). Ceci est similaire à la durée de vie dépendante de la concentration des échantillons d'O-QD purs illustrés à la figure 3. Cela suggère l'existence de l'effet combiné du FRET et de l'auto-absorption (comme les QD monochromes). Avec l'augmentation de la concentration, l'auto-absorption accrue conduit à l'augmentation du τ _AD (la durée de vie de fluorescence du donneur en présence de l'accepteur, comme le montre la figure 6d, points orange), suggérant l'inhibition du FRET entre les composites-QD (points bleus sur la figure 6d). À la longueur d'onde d'émission R-QD de l'accepteur, l'efficacité réduite du FRET se traduit par un incrément plus petit de la durée de vie à haute concentration (points rouges sur la figure 6d). En conséquence, les QD composites présentent des durées de vie dépendantes de la concentration relativement faibles et pourraient maintenir un QE stable, ce qui profite à l'application des QD composites dans les applications LED.

Pour étudier l'effet de compensation de la lumière des QD composites dans les applications d'éclairage, les WLED sont fabriquées en mélangeant du phosphore LuAG:Ce à émission verte et des O-QD, R-QD ou composite-QD (R:O =1:10) et emballer le mélange sur des puces GaN émettant 450  nm. Sous un courant de commande de 40  mA, les spectres d'excitation-luminescence (EL) des WLED tels que préparés sont illustrés à la figure 7. La température de couleur corrélée (CCT) et les coordonnées de couleur des WLED sont illustrées à la figure S3 et au tableau. S6. Les quatre WLED ont presque les mêmes spectres dans la région de lumière bleu-vert mais différents dans la région de lumière orange-rouge. En outre, le WLED basé sur LuAG:Ce (uniquement) affiche l'indice de rendu des couleurs (CRI) le plus bas de 48,8 en raison de la perte de la zone de lumière rouge-orange. Au contraire, la WLED à base de QD composite présente un spectre plus large et plat dans la région de la lumière orange-rouge et l'IRC le plus élevé de 92,1. Par rapport aux QD composites, les WLED LuAG:Ce (uniquement) et R-QD présentent un écart de lumière évident dans la région de la lumière orange et montrent de grandes différences dans les coordonnées CCT et de couleur. Bien que le WLED à base d'O-QD ait le même CCT et les mêmes coordonnées de couleur que le WLED à base de QD composite, il n'a pas de lumière rouge et présente donc un CRI bien inférieur à celui des QD composites. Cela indique la capacité prometteuse des QD composites à améliorer la qualité des couleurs des WLED.

Spectres EL des WLED conditionnés avec du phosphore LuAG:Ce vert uniquement (a ), LuAG:Ce+R-QDs (b ), LuAG:Ce+O-QDs (c ), et LuAG:Ce + composite-QDs (d)

Pour évaluer davantage les résultats expérimentaux, l'efficacité lumineuse du rayonnement (LER) a été calculée selon la formule suivante :

où 683 lm /W _option est un facteur de normalisation. W _option , V (λ ), et P (λ ) sont la puissance optique, la fonction de sensibilité de l'œil humain et la densité de puissance spectrale de la source lumineuse, respectivement [35, 36].

Les résultats du LER sont résumés dans le tableau S6 et similaires aux rapports précédents [37,38,39]. Selon les résultats, le LER de la WLED à base de QD composite (échantillon d) est supérieur à celui de la R-QDs (échantillon c) et inférieur à celui de la O-QDs (échantillon b) pour la raison que l'homme les yeux sont plus sensibles à la lumière orange qu'à la lumière rouge.

Conclusion

En résumé, nous avons préparé les QD composites orange-rouge (composite-QDs) et étudié leurs propriétés optiques et la dynamique de transfert d'énergie dans les composites-QDs pour les applications LED. Notre étude révèle que la concentration des QD composites et la proportion de QD donneurs et de QD récepteurs jouent un rôle important dans l'efficacité du transfert d'énergie et la stabilité du spectre. Pendant ce temps, l'auto-absorption a une influence significative sur le FRET entre différents QD monochromes dans les QD composites. Le QE relativement stable et élevé peut être obtenu en ajustant le rapport donneur/récepteur dans les QD composites, ce qui est significatif pour améliorer la qualité des couleurs de WLED en compensant l'écart lumineux dans la région orange-rouge. En conséquence, le WLED fabriqué sur la base des QD composites présente une qualité de couleur très améliorée et un spectre de lumière plus naturel par rapport aux spectres des WLED monochromes à base de QD.

Disponibilité des données et des matériaux

Les ensembles de données générés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès des auteurs correspondants sur demande raisonnable.

Abréviations

QD :

Points quantiques

WLED :

Diodes électroluminescentes blanches

composite-QD :

QD composites orange-rouge

O-QD :

QD orange à base de CdSe/ZnS

R-QD :

QD rouges à base de CdSe/ZnS

FWHM :

Pleine largeur à mi-hauteur

FRET :

Transfert d'énergie par résonance de fluorescence

LED :

Diodes électroluminescentes

IRC :

Indice de rendu des couleurs

QWLED :

WLED basés sur QD

CCT :

Température de couleur corrélée

QE :

Efficacité quantique

ODE :

1-Octadécence

S :

Soufre

TOP :

Trioctylphosphine

Cd(St)₂ :

Stéarate de cadmium

Se :

Poudre de sélénium

Zn(Ac)₂ :

Acétate de zinc

PL :

Photoluminescence

TEM :

Spectroscopie électronique en transmission

TRPL :

Spectroscopie PL résolue en temps

EL :

Excitation-luminescence