Estudo sobre o efeito de compensação de cor de pontos quânticos compostos laranja-vermelho no aplicativo WLED

Resumo

Os pontos quânticos (QDs) como materiais de conversão de luz emergentes mostram a vantagem de melhorar a qualidade da cor do diodo emissor de luz branca (WLED). No entanto, WLEDs que empregam QDs monocromáticos de emissão estreita geralmente apresentam renderização de cor insatisfatória na região laranja. Aqui, QDs laranja-vermelho compostos (QDs compostos) são desenvolvidos através da mistura de QDs laranja baseados em CdSe / ZnS (O-QDs) e QDs vermelhos (R-QDs) para compensar a luz vermelho-laranja para WLEDs. Nós investigamos o efeito do processo de auto-absorção e transferência de energia de ressonância de fluorescência (FRET) em QDs compostos na controlabilidade espectral e extinção fluorescente em WLEDs. A concentração e as razões doador / aceitador também foram levadas em consideração para analisar a eficiência do FRET e ajudar a identificar QDs compostos adequados para compensação de cor na região da luz laranja-vermelha. Como resultado, os QDs compostos otimizados melhoram efetivamente o índice de reprodução de cores do WLED em comparação com os QDs monocromáticos.

Introdução

Diodos emissores de luz (LEDs) têm atraído interesses de pesquisa significativos em aplicações de iluminação de estado sólido devido à sua alta eficiência, longa vida útil, baixo consumo de energia, tempo de resposta rápido e alta confiabilidade [1,2,3,4,5, 6]. WLEDs são geralmente fabricados pelo empacotamento de fósforos emissores de amarelo, verde e vermelho com chips de LED azul [7,8,9]. Os WLEDs de espectro total empregam fósforos compostos com uma alta proporção de fósforo vermelho [10]. No entanto, os fósforos vermelhos clássicos têm uma emissão ampla que causa perda de lúmen na região emissora de luz vermelha porque o olho humano é insensível ao comprimento de onda maior que 650 nm [11].

Recentemente, pontos quânticos (QDs) foram empregados para fabricar WLEDs de alta qualidade. Comparado aos fósforos clássicos, os QDs têm propriedades ópticas únicas, como sintonização do comprimento de onda dependente do tamanho, alto rendimento quântico de fotoluminescência e forte absorção [12,13,14,15,16,17]. Por causa das características de emissão estreita na região de luz vermelha, os QDs emissores de vermelho são particularmente úteis para inibir a perda de lúmen acima mencionada e melhorar o índice de renderização de cor (CRI) de WLEDs [18, 19]. Portanto, usar QDs para compensar a região laranja-vermelho tornou-se uma medida eficaz para melhorar a qualidade da cor de WLEDs [20]. Geralmente, WLEDs baseados em QD (QWLEDs) podem ser divididos em duas categorias, misturando QDs monocromáticos ou policromáticos nos LEDs [20,21,22,23]. Por exemplo, Xie et al. usou CdSe / CdS / ZnS QDs emissores de vermelho para substituir o fósforo vermelho clássico com o fósforo verde LuAG:Ce para fabricar WLED de alto desempenho [24]. Li et al. QWLEDs fabricados integrando uma mistura de QDs CdZnS / ZnSe emissivos de luz vermelha, amarela e verde no chip de LED GaN emissor de azul, que exibiu um CRI de 85,2 e temperatura de cor correlacionada (CCT) de 4072 K [25].

Até o momento, os QWLEDs de espectro total para aplicações de iluminação são comumente desenvolvidos incorporando fósforos verdes-amarelos de emissão ampla e QDs vermelhos monocromáticos de emissão estreita [24]. Esses QWLEDs apresentam excelente continuidade espectral na região verde-amarela, mas um vale claro na região laranja-vermelha. Teoricamente, os QDs compostos feitos de vários QDs monocromáticos na região laranja-vermelho são capazes de preencher o vale e melhorar ainda mais a continuidade espectral dos QWLEDs. No entanto, é difícil regular os espectros dos QDs compostos por causa do processo de auto-absorção e transferência de energia de ressonância de fluorescência (FRET) entre os QDs policromáticos [26]. Portanto, embora a propriedade de cor dos QWLEDs tenha sido investigada pela manipulação da posição do pico e da largura dos QDs vermelhos monocromáticos, os QDs vermelho-laranja compostos (QDs compostos) não foram estudados em WLEDs por causa da auto-absorção e Processo FRET.

Aqui, os QDs compostos foram estudados para melhorar a continuidade espectral e a qualidade da cor da região emissora de luz laranja-vermelha para QWLEDs. Preparamos QDs laranja baseados em CdSe / ZnS (O-QDs) e QDs vermelhos (R-QDs) com largura total diferente na metade do máximo (FWHM) como o componente dos QDs compostos. O FRET nos QDs compostos foi estudado considerando os efeitos da concentração e proporção dos QDs compostos. Os resultados foram usados para otimizar a eficiência quântica (QE) e a controlabilidade espectral dos QDs compostos. Além disso, os QDs compostos foram usados com o fósforo verde LuAG:Ce em LEDs azuis para formar QWLEDs. Os QWLEDs preparados exibem qualidade de cor aprimorada com um espectro completo mais equilibrado na região laranja-vermelho.

Métodos

Materiais e produtos químicos

1-Octadeceno (ODE, 90%), enxofre (S, 98,5%), trioctilfosfina (TOP, 85%) e ácido esteárico (98%) foram adquiridos na TCI (Shanghai). Estearato de cádmio (Cd (St) ₂ ) foi adquirido na Shanghai Debo Chemical Technology Co., Ltd. O pó de selênio (Se, 325 mesh, 99,5%) foi adquirido na Alfa Aesar (China). Acetato de zinco (Zn (Ac) ₂ , 99,5%) foi adquirido da Shanghai Titan Scientific Co., Ltd. Etanol e dimetilbenzeno foram adquiridos da Tianjin Damao Chemical Reagent Co., Ltd. A resina de silicone (Dow Corning-6662) foi da Shineon Co., Ltd. Outros materiais são mostrados no manuscrito. Todos os produtos químicos foram usados diretamente sem qualquer purificação adicional, a menos que indicado de outra forma.

Síntese de O-QDs

O procedimento sintético foi baseado no relato da literatura [27]. Cd (St) ₂ (2 mmol) e ácido esteárico (0,2 mmol) foram carregados em um frasco de três gargalos de 50 mL com 10 mL de ODE. Após agitação com borbulhamento de nitrogênio, a solução foi aquecida a 270 ° C. Em seguida, 0,5 mL de TOP-Se (2 mmol de pó de Se dissolvido em 1 mL de TOP) foi rapidamente injetado no frasco e mantido a 270 ° C por 2 min. Posteriormente, 0,5 mL de TOP-S (4 mmol de pó de S dissolvido em 2 mL de TOP, bem agitado) foi rapidamente injetado no frasco e mantido a 270 ° C por 40 min e, em seguida, o frasco foi resfriado a 30 ° C . Cd (St) ₂ (0,75 mmol), Zn (Ac) ₂ (2,25 mmol) e 5 mL de ODE foram adicionados à solução acima. Após agitação com borbulhamento de nitrogênio, o frasco foi aquecido a 160 ° C. 1,5 mL de TOP-S foi injetado lentamente no frasco e mantido a 160 ° C por 4 h, e então o frasco foi resfriado à temperatura ambiente. Após um procedimento de purificação centrifugado com etanol, os CdSe / ZnS QDs preparados foram dispersos em 10 mL de dimetilbenzeno para uso posterior.

Síntese de R-QDs

O procedimento sintético foi semelhante ao de O-QDs, exceto para os seguintes dois pontos. A temperatura de aquecimento ajustada de 270 a 300 ° C. E o segundo adicionou Cd (St) ₂ é 1 mmol junto com Zn (Ac) ₂ (3 mmol).

Preparação de filmes finos de gel de silicone O-QD e R-QD

Diferentes pesos de R-QDs foram homogeneamente misturados no mesmo volume de géis de silicone para construir as diferentes concentrações de géis de R-QD (0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,8, 2, 4 e 10 mg / mL). Em seguida, diferentes concentrações de géis R-QD com o mesmo volume foram adicionadas no mesmo tipo de moldes e removidas as bolhas. Finalmente, os filmes finos de composto de silicone R-QDs foram construídos por cura a 150 ° C por 60 min. Os filmes finos de silicone O-QDs são fabricados pelo mesmo processo com diferentes concentrações (0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,8, 2, 4, 10 e 14 mg / mL).

Preparação de filmes finos de gel de silicone QD com diferentes proporções de peso de O-QDs para R-QDs

O gel de silicone compósito-QD com diferentes proporções de peso de O-QDs para R-QDs (10:1, 5:1, 5:2 e 5:4) foi preparado misturando homogeneamente o gel O-QD preparado ( 10 mg / mL) e gel R-QD (2 mg / mL) com diferentes proporções de volume (2:1, 1:1, 1:2 e 1:4). Em seguida, as diferentes concentrações de géis de compósito-QD foram adicionadas ao mesmo tipo de molde e removidas as bolhas. Finalmente, os filmes finos de gel de silicone QD composto foram construídos por cura a 150 ° C por 1 h.

Preparação de filmes finos de gel de silicone QD composto com diferentes concentrações

Com a mesma razão de peso de O-QDs para R-QDs (10:1), os compostos-QDs foram misturados em diferentes volumes de géis de silicone para formar géis compostos-QD com diferentes concentrações (0,35, 0,5, 0,75, 1, 1,5 e 3 mg / mL). Em seguida, os géis de QD de compósito conforme preparados foram adicionados ao mesmo tipo de moldes e removidos as bolhas. Finalmente, os filmes finos de gel de silicone QD composto com diferentes concentrações de QD composto foram construídos por cura a 150 ° C por 1 h.

Fabricação de WLEDs

Os chips LED (pacote de quadro de chumbo típico 2835) com o pico de emissão em 450 nm foram usados para a fabricação de WLEDs.

LuAG de emissão de verde:fósforo Ce, O-QDs (10 mg / mL), R-QDs (2 mg / mL) ou OR QDs compostos (proporção de peso 10:1) foram misturados homogeneamente com gel de silicone (Dow Corning 6662, A:B =1:4), e a mistura foi desgaseificada sob vácuo. Com um método de embalagem comum baseado em gel de silicone, os quatro WLEDs diferentes foram desenvolvidos com LuAG:fósforo Ce, fósforo e O-QDs, fósforo e R-QDs e fósforo e QDs compostos, respectivamente. Finalmente, os WLEDs acima foram curados por cura a 150 ° C por 1 h.

Medição e caracterização

A fotoluminescência (PL) foi registrada em um espectrômetro Ideaoptics FX2000-EX PL. A espectroscopia eletrônica de transmissão (TEM) foi realizada em um microscópio eletrônico de transmissão FEI Tecnai G2 Spirit TWIN operando a 100 kV. As medições de eficiência quântica (QE) foram realizadas em um sistema de teste OceanOptics QEpro QY sob irradiação de laser azul de 365 nm. A eficiência luminosa e a potência óptica foram registradas em um sistema de medição e análise fotoelétrica de controle automático de temperatura EVERFINE ATA-1000 LED. A absorção de UV-Vis foi medida usando um espectrômetro Persee T6 UV-Vis. Os espectros de excitação e a espectroscopia de PL resolvida no tempo (TRPL) foram medidos por um espectrômetro de fluorescência Edinburgh FLS920.

Resultados e discussão

As propriedades ópticas dos dois QDs monocromáticos foram estudadas em primeiro lugar. A Figura 1a e b mostram os espectros de fotoluminescência (PL) e de absorção dos R-QDs e O-QDs. O FWHM dos R-QDs e O-QDs é de cerca de 20,6 e 43 nm, respectivamente. As posições das linhas pontilhadas indicam o PL e os picos de absorção. Conforme mostrado nas imagens TEM, os R-QDs e O-QDs exibem uma morfologia cúbica com um tamanho médio de 13 nm e 12 nm (Fig. 1c e d), respectivamente. As imagens HRTEM inseridas mostram uma distância interplanar de 0,35 nm, que pode ser atribuída ao plano (111) da fase cúbica ZnS.

Espectros PL e UV de R-QDs ( a ) e O-QDs ( b ) Imagens TEM de R-QDs ( c ) e O-QDs ( d )

As propriedades ópticas dos filmes finos de silicone QDs feitos de R-QDs monocromáticos e O-QDs com diferentes concentrações são ainda testadas sob excitação por um laser de 365 nm a 15,88 mW / cm ² . A Figura 2a e b mostram os espectros de PL dependentes da concentração dos QDs e seu FWHM é quase constante. As Figuras 2c ed exibem a intensidade PL e o QE absoluto de filmes finos de silicone QDs monocromáticos com diferentes concentrações de QDs. Com o aumento da concentração, a intensidade de PL dos filmes finos de silicone R-QD aumenta até que a concentração de QD atinja 2 mg / mL e, em seguida, diminui devido à inibição da concentração. Semelhante à variação da intensidade do PL, o QE dos QDs atinge o maior valor de cerca de 85% na mesma concentração. A intensidade PL e QE dos filmes finos de silicone O-QD apresentam uma tendência dependente da concentração semelhante em comparação com os filmes finos à base de R-QD. Diferentemente, a intensidade do PL e o QE dos O-QDs aumentam rapidamente até uma concentração de QD de 4 mg / mL e os valores máximos são obtidos na concentração de 10 mg / mL. Inferimos que é atribuído ao maior deslocamento de Stoke dos O-QDs do que os R-QDs. O QE máximo do filme fino de silicone O-QD é de cerca de 76%, que está na mesma concentração de QD para a maior intensidade de PL.

Espectros PL de R-QD ( a ) e O-QD ( b ) filmes finos de gel de silicone à base de). Intensidade de PL correspondente e QE de R-QD ( c ) e O-QD ( d ) filmes finos de gel de silicone com diferentes concentrações de QDs

Além disso, os filmes de gel de silicone à base de R-QD de 2 mg / mL e O-QD de 10 mg / mL também exibem a maior intensidade de PL sob diferentes poderes de excitação, como mostrado nas Fig. S1 a e b, respectivamente. Nas duas concentrações acima, as propriedades ópticas dos QDs monocromáticos são efetivamente preservadas, o que enfraquece a extinção de PL causada pelo efeito de matriz do hospedeiro [28, 29]. O estudo ajuda a encontrar a concentração adequada de QDs monocromáticos em filme de silicone.

Para investigar melhor a influência da concentração de QDs nos filmes finos de silicone monocromático à base de QD, os espectros de PL resolvido no tempo (TRPL) dos filmes finos com diferentes concentrações são medidos e as curvas de decaimento são representadas na Fig. 3. É conhecido que as curvas de decaimento PL podem ser expressas com uma função multiexponencial, conforme ilustrado pela Eq. 1 [30],
$$ I (t) =\ sum \ limits_ {i =1} ^ n {A} _i {e} ^ {- t / {\ tau} _i} $$ (1)

Curvas de decaimento TRPL de R-QD ( a ) e O-QD ( b filmes finos à base de). Vida útil de R-QD ( c ) e O-QD ( d ) filmes finos de gel de silicone com diferentes concentrações

onde eu ( t ) é a intensidade PL no tempo t , A _i e τ _i representam a amplitude relativa e o tempo de vida do estado excitado de cada componente exponencial do decaimento PL, e n é o número de vezes de decaimento. Essas curvas de decaimento, como mostrado nas Fig. 3a eb, podem ser bem ajustadas por uma função exponencial dupla de acordo com a Eq. 1

Os parâmetros de ajuste A _i e τ _i estão listados na Tabela S1 e S2. As vidas úteis ponderadas em amplitude dos R-QDs e O-QDs são selecionadas como suas vidas úteis ( τ _ave ) para uma investigação mais aprofundada. A vida útil pode ser calculada a partir da seguinte Eq. 2 [31] e está listado na Tabela S1 e S2.
$$ {\ tau} _ {\ mathrm {ave}} =\ frac {A_1 {\ tau} _1 + {A} _2 {\ tau} _2} {A_1 + {A} _2} $$ (2)
As Figuras 3c e d mostram os tempos de vida dos dois QDs monocromáticos em diferentes concentrações. Ambos os tempos de vida aumentam com o aumento das concentrações e a taxa de aumento torna-se mais lenta após 1 mg / mL para os R-QDs e 2 mg / mL para os O-QDs, respectivamente. Isso indica que o aumento da concentração reduz a distância entre os QDs, aumentando assim a transferência de energia e a auto-absorção nos QDs monocromáticos [32, 33]. Enquanto isso, o incremento do tempo de vida em O-QDs é mais óbvio do que em R-QDs, sugerindo mais transferência de energia em O-QDs. No entanto, parece que a transferência de energia não induz a extinção fluorescente dos QDs em baixa concentração. Ao contrário, pode ter um efeito positivo na intensidade do PL e nos QEs, conforme mostrado anteriormente na Fig. 2.

As propriedades ópticas dos QDs compostos com diferentes proporções de peso de R-QDs para O-QDs foram ainda estudadas. Os espectros PL dos filmes finos de QD composto são mostrados na Fig. 4a. Com base nos espectros, a razão de intensidade de pico de QD PL composto de 631:605 (nm) é extraída na Fig. 4b. A relação de intensidade de pico apresenta um incremento crescente com a porcentagem de R-QD, o que sugere a transferência de energia de O-QDs para R-QDs. A Figura 4c exibe a sobreposição entre o espectro de absorção de R-QD e o espectro de emissão de O-QD. Isso sugere uma alta chance de processo FRET, no qual o O-QDs atua como o doador e R-QDs como o aceitador (mostrado na Fig. 4d).

Espectros PL de filmes finos de silicone composto-QD com diferentes proporções de R-QDs para O-QDs ( a ) e a razão de intensidade de pico PL de QD composto ( b ) A sobreposição do espectro de absorção de R-QD e espectro de emissão de O-QD ( c ) Diagrama esquemático de transferência de energia em QDs compostos ( d )

Um estudo mais aprofundado enfoca o processo FRET em QDs compostos. A Figura 5a apresenta o efeito de R-QDs (aceitador) na cinética de emissão dos O-QDs (doador). A intensidade do TRPL diminui com o aumento do aceitador na amostra de filme (analisado no pico de comprimento de onda de emissão do doador 605 nm). A Figura 5b apresenta o efeito de O-QDs (doador) na cinética de emissão dos R-QDs (aceitador). Ao contrário, a intensidade do TRPL aumenta com o aumento do doador na amostra do filme (analisado no comprimento de onda de emissão do aceitador de pico de 631 nm). As curvas de decaimento na Fig. 5a e b podem ser ajustadas com os 2 exponenciais, e as amplitudes detalhadas, componentes de vida útil e tempos de vida ponderados em amplitude dos QDs foram listados na Tabela S3. O tempo de vida da amostra O-QD foi de 30,25 ns. Quando os R-QDs aceitadores são introduzidos, o tempo de vida dos O-QDs doadores diminui (Tabela S3) devido à intervenção do canal de transferência de energia. O tempo de vida do doador torna-se mais curto com o aumento da concentração do aceptor. Pelo contrário, o tempo de vida da amostra R-QD foi de 13,08 ns. Quando os O-QDs doadores são introduzidos, os R-QDs aceptores apresentam um aumento no tempo de vida como resultado da alimentação de energia (Tabela S3) [34]. Os resultados calculados são mostrados na Fig. 5c, que demonstra claramente o fenômeno.

Curvas de decaimento TRPL de filmes finos de QD composto com diferentes proporções de R-QDs para O-QDs no comprimento de onda de emissão de pico do doador ( a ) e comprimento de onda de emissão de pico aceitador ( b ) A variação do tempo de vida do decremento do doador e do tempo de vida do incremento do aceitador ( c ) A comparação do incremento relativo entre a eficiência de FRET e a proporção de R-QDs, e a eficiência de FRET calculada sob as diferentes razões de R-QDs para O-QDs ( d )

O processo FRET também é investigado pela eficiência de transferência de energia. A eficiência do FRET pode ser calculada de acordo com a vida útil, conforme ilustrado pela Eq. 3
$$ E =1- \ frac {\ tau_ {DA}} {\ tau_D} $$ (3)
onde τ _DA é o tempo de vida de fluorescência do doador na presença do aceitador, τ _D é o tempo de vida de fluorescência do doador na ausência de aceitador [26]. Isso mostra que τ _DA é inversamente proporcional à eficiência de transferência de energia. Portanto, à medida que a razão aceitador-doador aumenta, o τ _DA torna-se mais curto e a eficiência de transferência de energia aumenta. Maior eficiência de transferência de energia reflete maior impacto na fluorescência. Analisamos ainda a eficiência FRET de QDs compostos na Fig. 5a. Os resultados calculados estão listados na Tabela 1 e a eficiência chega a 33,2% com a maior proporção de aceptor. Enquanto isso, a Fig. 5d exibe a alteração da eficiência de FRET sob diferentes razões de doador para aceitador. A eficiência do FRET aumenta com o aumento dos R-QDs (aceitadores) nos QDs compostos e a taxa de incremento da eficiência é próxima à dos R-QDs. Indica que o incremento da transferência de energia é sensível ao incremento do aceitador.

Como o melhor espectro de continuidade para iluminação LED em luz laranja-vermelha, o composto-QDs com a proporção de peso 1:10 de R-QDs para O-QDs é selecionado para um estudo mais aprofundado. A Figura 6a exibe os espectros de PL dos filmes finos de silicone QD composto com diferentes concentrações de QDs compostos na mesma proporção em peso de R-QDs para O-QDs (R:O =1:10). Além do aumento da intensidade PL global, a proporção da luz vermelha (631 nm) também aumenta obviamente com o aumento da concentração de QD, conforme mostrado na Fig. 6b. Este fenômeno pode ser atribuído ao FRET aprimorado com o aumento da concentração de QD. Além disso, a taxa de aumento da luz vermelha torna-se mais lenta em concentrações mais altas de QD. Isso pode ser devido à saturação da transferência de energia (ET) entre os QDs. No entanto, os QEs absolutos das películas finas de composto de silicone QD exibem uma alteração inferior a 5% com diferentes concentrações de QDs de composto, como mostrado na Fig. 6c. Parece que 1,0-1,5 mg / mL é a concentração de QD mais favorável para QDs compostos em aplicação, o que garante QEs altos com uma variação de espectro baixa.

Espectros PL de filmes finos de silicone composto-QD conforme preparado com diferentes concentrações ( a ) e suas razões de intensidade de pico PL ( b ) QE das películas finas de silicone composto-QD preparadas ( c ) Vida útil do doador (pontos laranja) ou aceitador (pontos vermelhos) e eficiência FRET (pontos azuis) sob diferentes concentrações de QDs compostos ( d )

As curvas de decaimento TRPL dos diferentes filmes finos de concentração de composto-QD são mostradas na Fig. S2. A Tabela S4 lista as amplitudes, componentes de tempo de vida e tempos de vida ponderados em amplitude para os QDs compostos. Suas eficiências FRET são calculadas e mostradas na Tabela S5. Além disso, as mudanças nos tempos de vida e eficiência FRET com concentração são claramente mostradas na Fig. 6d. Em detalhe, a eficiência FRET exibe uma tendência de decréscimo de 22 a 9% com o aumento da concentração. Enquanto isso, o tempo de vida registrado no comprimento de onda de emissão dos O-QDs doadores aumenta com o aumento da concentração (pontos laranja na Fig. 6d). Isso é semelhante ao tempo de vida dependente da concentração das amostras de O-QD puro mostrado na Fig. 3. Sugere a existência do efeito combinado de FRET e auto-absorção (como os QDs monocromáticos). Com o aumento da concentração, o aumento da auto-absorção leva ao incremento do τ _DA (o tempo de vida da fluorescência do doador na presença do aceitador, como mostrado na Fig. 6d, pontos laranja), sugerindo a inibição do FRET entre os QDs compostos (pontos azuis na Fig. 6d). No comprimento de onda de emissão do aceitador R-QD, a eficiência reduzida do FRET resulta em menor incremento do tempo de vida em alta concentração (pontos vermelhos na Fig. 6d). Como resultado, os QDs compostos mostram tempos de vida dependentes da concentração relativamente fracos e podem manter um QE estável, o que beneficia a aplicação de QDs compostos em aplicações de LED.

Para estudar o efeito de compensação de luz dos QDs compostos na aplicação de iluminação, os WLEDs são fabricados pela mistura de LuAG emissor de verde:fósforo Ce e O-QDs, R-QDs ou QDs compostos (R:O =1:10) e empacotar a mistura em cima de chips GaN emissores de 450 nm. Sob uma corrente motriz de 40 mA, os espectros de excitação-luminescência (EL) dos WLEDs preparados são ilustrados na Fig. 7. A temperatura de cor correlacionada (CCT) e as coordenadas de cor dos WLEDs são mostradas na Fig. S3 e na Tabela S6. Os quatro WLEDs têm quase o mesmo espectro na região da luz azul-esverdeada, mas diferentes na região da luz laranja-vermelha. Além disso, o WLED baseado em LuAG:Ce (apenas) mostra o índice de reprodução de cor mais baixo (CRI) de 48,8 devido à perda da região da luz vermelho-laranja. Pelo contrário, o WLED baseado em QD composto exibe um espectro mais amplo e plano na região da luz laranja-vermelha e o CRI mais alto de 92,1. Em comparação com os QDs compostos, os WLEDs baseados em LuAG:Ce (apenas) e R-QD apresentam lacuna de luz óbvia na região da luz laranja e mostram grandes diferenças no CCT e nas coordenadas de cor. Embora o WLED baseado em O-QD tenha CCT e coordenadas de cor semelhantes com o WLED baseado em QD composto, ele não possui a luz vermelha e, portanto, apresenta um CRI muito mais baixo do que o dos QDs compostos. Indica a capacidade promissora dos QDs compostos em melhorar a qualidade da cor do WLED.

Espectros EL de WLEDs embalados com LuAG verde:fósforo Ce apenas ( a ), LuAG:Ce + R-QDs ( b ), LuAG:Ce + O-QDs ( c ), e LuAG:Ce + QDs compostos (d)

Para avaliar melhor os resultados experimentais, a eficácia luminosa da radiação (LER) foi calculada de acordo com a seguinte fórmula:
$$ \ mathrm {LER} =683 \ frac {lm} {W _ {\ mathrm {opt}}} \ frac {\ int V \ left (\ lambda \ right) P \ left (\ lambda \ right) d \ lambda } {\ int P \ left (\ lambda \ right) d \ lambda} $$ (4)
onde 683 lm / W _opt é um fator de normalização. W _opt , V ( λ ) e P ( λ ) são a potência óptica, a função de sensibilidade do olho humano e a densidade de potência espectral da fonte de luz, respectivamente [35, 36].

Os resultados do LER estão resumidos na Tabela S6 e semelhantes aos relatórios anteriores [37,38,39]. De acordo com os resultados, o LER do WLED com base em QD composto (amostra d) é maior do que o de R-QDs (amostra c) e menor do que o de O-QDs (amostra b) pela razão de que humanos os olhos são mais sensíveis à luz laranja do que à luz vermelha.

Conclusão

Em resumo, preparamos os QDs vermelho-laranja compostos (QDs compostos) e estudamos suas propriedades ópticas e a dinâmica de transferência de energia nos QDs compostos para aplicações em LED. Nosso estudo revela que a concentração dos QDs compostos e a proporção de QDs doador e receptor-QD desempenham um papel importante na eficiência de transferência de energia e estabilidade do espectro. Enquanto isso, a auto-absorção tem uma influência significativa no FRET entre os diferentes QDs monocromáticos nos QDs compostos. O QE relativamente estável e alto pode ser alcançado ajustando a razão doador para receptor nos QDs compostos, o que é significativo para aumentar a qualidade da cor de WLED por compensação do intervalo de luz na região laranja-vermelho. Como resultado, o WLED fabricado com base nos QDs compostos exibe uma qualidade de cor altamente aprimorada e um espectro de luz mais natural em comparação com os espectros dos WLEDs monocromáticos baseados em QD.

Disponibilidade de dados e materiais

Os conjuntos de dados gerados durante e / ou analisados durante o estudo atual estão disponíveis nos autores correspondentes mediante solicitação razoável.

Abreviações

QDs:: Pontos quânticos
WLEDs:: Diodos emissores de luz branca
QDs compostos:: QDs compósitos laranja-vermelho
O-QDs:: QDs laranja baseados em CdSe / ZnS
R-QDs:: QDs vermelhos baseados em CdSe / ZnS
FWHM:: Largura total pela metade no máximo
FRET:: Transferência de energia de ressonância de fluorescência
LEDs:: Diodos emissores de luz
CRI:: Índice de renderização de cores
QWLEDs:: WLEDs baseados em QD
CCT:: Temperatura de cor correlacionada
QE:: Eficiência quântica
ODE:: 1-octadecência
S:: Enxofre
SUPERIOR:: Trioctilfosfina
Cd (St) ₂ :: Estearato de cádmio
Se:: Pó de selênio
Zn (Ac) ₂ :: Acetato de zinco
PL:: Fotoluminescência
TEM:: Espectroscopia de transmissão de elétrons
TRPL:: Espectroscopia PL resolvida no tempo
EL:: Excitação-luminescência

Variação na microestrutura e nas propriedades mecânicas de filmes de Ti-Al-N induzidas por fonte de íon RF-ICP com atmosfera reativa de plasma de nitrogênio aprimorada Melhor desempenho SERS e atividade catalítica de nanoestruturas bimetálicas Au / Ag dendríticas baseadas em dendritos Ag

Nanomateriais

Materiais Poliméricos

biológico

Corante

Especiarias