Mini LED_Micro LED 封裝無(wú)鉛錫膏焊料深圳福英達(dá)分享：基于Micro-LED照明的量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換特性
Mini LED_Micro LED 封裝無(wú)鉛錫膏焊料深圳福英達(dá)分享：基于Micro-LED照明的量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換特性
錫膏_焊錫膏_超微焊料_助焊膏生產(chǎn)商-深圳福英達(dá)是一家集錫膏、錫膠及合金焊粉產(chǎn)、銷、研與服務(wù)于一體的綜合型錫膏供應(yīng)商, 是工信部焊錫粉標(biāo)準(zhǔn)制定主導(dǎo)單位，產(chǎn)品涵蓋超微無(wú)鉛印刷錫膏，超微無(wú)鉛點(diǎn)膠錫膏，超微無(wú)鉛噴印錫膏，超微無(wú)鉛針轉(zhuǎn)移錫膏，超微無(wú)鉛免洗焊錫膏，超微無(wú)鉛水洗錫膏，高溫?zé)o鉛焊錫膏，中高溫焊錫膏，低溫?zé)o鉛焊錫膏，7號(hào)錫膏、8號(hào)錫膏，低溫?zé)o鉛超微錫膠，中高溫?zé)o鉛錫膠，各向異性導(dǎo)電膠，金錫錫膏，金錫錫粉，多次回流無(wú)鉛錫膏，激光無(wú)鉛錫膏，微間距助焊膠，高溫?zé)o鉛錫膏，低溫錫鉍銀錫膏，低溫?zé)o鉛高可靠性錫膏，無(wú)鉛焊膏錫鉍銀錫膏/膠，SAC305錫膏，低溫高可靠性無(wú)鉛錫膏&錫膠，無(wú)銀&錫銅錫膏，超微焊粉，Low alpha無(wú)鉛焊料，Low alpha高鉛焊料，SMT粉，定制焊料。擁有從合金焊粉到應(yīng)用產(chǎn)品的完整產(chǎn)品線,可制造T2-T10全尺寸超微合金焊粉的電子級(jí)封裝材料。
摘要
Micro-LED的量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換具有高亮度、高效率和寬色域的優(yōu)勢(shì)，在顯示領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。建立了 Micro-LED照射下的量子點(diǎn)單體模型和陣列模型，對(duì)量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換的出射光譜、發(fā)光效率、發(fā)光角度等光學(xué)特性進(jìn)行了研究。首先在Light Tools中建立 CdSe/ZnS量子點(diǎn)單體模型，設(shè)置模擬光源面、量子點(diǎn)膜層與探測(cè)器，仿真結(jié)果表明紫外 Micro-LED激發(fā)量子點(diǎn)產(chǎn)生的三色光在色域方面優(yōu)于藍(lán)光光源，且紅色和綠色量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換效率更高。同時(shí)，隨著激發(fā)光源發(fā)光角度的增大，出射光場(chǎng)整體照度分布均勻性提高，紫外區(qū)域漏光減少。建立 6×6的量子點(diǎn)單體陣列模型，比較添加微結(jié)構(gòu)和未添加微結(jié)構(gòu)的兩種陣列模型發(fā)光效果，通過(guò)分析真彩圖和照度圖發(fā)現(xiàn)，具有微結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)陣列的出射光場(chǎng)邊緣清晰、顏色邊界鮮明，適用于高畫(huà)質(zhì)屏幕的使用。
關(guān)鍵詞
Micro-LED；顏色轉(zhuǎn)換；光學(xué)特性；微結(jié)構(gòu)
1、引言
當(dāng)前，社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)的時(shí)代，手機(jī)、平板等電子設(shè)備正在迅速普及發(fā)展，屏幕承擔(dān)了信息獲取和交換的功能。隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)屏幕的信息獲取效率、信息傳遞的質(zhì)量甚至是人的視覺(jué)感知效果的要求也在逐步提高。高畫(huà)質(zhì)是屏幕顯示技術(shù)進(jìn)步的原動(dòng)力，分辨率、色域以及對(duì)比度等參量是判斷畫(huà)質(zhì)的主要依據(jù)。Micro-LED是尺寸最小的自發(fā)光顯示器件，有著高效率、低功耗、高集成度、高穩(wěn)定性等諸多優(yōu)點(diǎn)，且體積小、靈活性高、易于拆解與合并，能夠應(yīng)用于現(xiàn)有從小尺寸到大尺寸的任何顯示應(yīng)用場(chǎng)合中。
通過(guò)將陣列化的 Micro-LED等發(fā)光器件集成在有源尋址驅(qū)動(dòng)基板上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)器件的單獨(dú)控制和點(diǎn)亮，從而使顯示器輸出圖像的分辨率達(dá)到理論上的最大值。發(fā)光方式對(duì)于對(duì)比度的影響非常明顯，主動(dòng)發(fā)光的顯示技術(shù)，例如有機(jī)發(fā)光二極管顯示（ OLED）和 Micro-LED，可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)像素的亮度控制，在理論上可以做到對(duì)比度無(wú)窮大。而以液晶顯示（ LCD）為代表的被動(dòng)發(fā)光顯示技術(shù)性能略低于 OLED和 Micro-LED。在諸多實(shí)際應(yīng)用中， Micro-LED顯示比 LCD和 OLED能發(fā)揮出更優(yōu)異的顯示效果。
在顯示器的色域方面，背光以及熒光物質(zhì)的選擇是決定性因素， LCD-TV的色域基本在 72%左右，隨著 100%色域 OLED的出現(xiàn)，LCD-TV開(kāi)始逐步改進(jìn) LED熒光粉來(lái)提高色域，由 YAG粉到 RG粉再到 KSF粉，LCD電視的色域提高到了 96%，但一直未超過(guò) OLED的色域。為了在色域指標(biāo)上趕超 OLED，SONY公司和 TCL公司均推出了量子點(diǎn)技術(shù)電視。相較于熒光粉發(fā)光，量子點(diǎn)激發(fā)光譜窄且對(duì)稱、雜光少、激發(fā)顏色更接近CIE規(guī)定的三原色，采用量子點(diǎn)的顯示器色域可達(dá)110%。
量子點(diǎn)是一類由 Ⅱ-Ⅳ族或 Ⅱ-Ⅵ族元素組成的尺寸大約為 1~10 nm的材料。不同尺寸的量子點(diǎn)有不同的熒光效應(yīng)，可激發(fā)出不同顏色的光場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，隨著粒徑的減小，其對(duì)應(yīng)激發(fā)光譜主要波長(zhǎng)變短。與傳統(tǒng)的熒光染料相比，量子點(diǎn)的尺寸可調(diào)，熒光的發(fā)射、激發(fā)帶寬都覆蓋了從紫外到紅外的光譜區(qū)域，發(fā)射光譜形狀窄且對(duì)稱，有極好的光穩(wěn)定性及生物相容性。因此，量子點(diǎn)顯示技術(shù)在激光電子、顯示屏幕及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域研究中有極大的應(yīng)用前景。
綜上，將基于 Micro-LED的微型主動(dòng)發(fā)光顯示技術(shù)與量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合，并構(gòu)建新型微結(jié)構(gòu)，對(duì)于顯示技術(shù)向高畫(huà)質(zhì)方向的發(fā)展有著重要的意義。因此，本文建立了基于 Micro-LED的量子點(diǎn)單體模型和陣列模型，仿真模擬了量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換的物理過(guò)程，研究分析了量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換過(guò)程中輸出光場(chǎng)的色域、照度等光學(xué)特性。
2、量子點(diǎn)薄膜顏色轉(zhuǎn)換原理
量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換過(guò)程中，材料一般以薄膜的形式存在，入射光照射到量子點(diǎn)薄膜時(shí)激發(fā)量子點(diǎn)發(fā)光，入射光場(chǎng)在薄膜中的傳播流程如圖 1所示。當(dāng)光場(chǎng)離開(kāi)薄膜前未擊中量子點(diǎn)材料，光場(chǎng)會(huì)直接透射過(guò)量子點(diǎn)薄膜質(zhì)且傳播方向不變；當(dāng)光場(chǎng)擊中量子點(diǎn)材料但未被量子點(diǎn)材料吸收時(shí)，入射光會(huì)發(fā)生散射，光場(chǎng)改變方向后在薄膜中繼續(xù)傳播；被吸收的入射光，則會(huì)參與到量子點(diǎn)的顏色轉(zhuǎn)換進(jìn)程中。當(dāng)量子點(diǎn)吸收光子，對(duì)應(yīng)激發(fā)能級(jí)超過(guò)帶隙時(shí)，材料電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，與空穴形成激子，電子 -空穴對(duì)以輻射復(fù)合或無(wú)輻射復(fù)合的方式將能量釋放，在輻射復(fù)合過(guò)程中產(chǎn)生了光子，在無(wú)輻射躍遷的過(guò)程中釋放熱量。不同種類量子點(diǎn)材料的帶隙不相同，所以激發(fā)反應(yīng)時(shí)所需要吸收的光子能量也不盡相同，這與量子點(diǎn)的材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)。圖2為光在量子點(diǎn)材料中的傳輸過(guò)程示意圖，d為膜層厚度。
入射量子點(diǎn)薄膜的激發(fā)光源主要采用藍(lán)光和紫外光，其激發(fā)光的中心波長(zhǎng)分別為 450 nm和 395 nm。由于量子點(diǎn)顆粒的平均尺度遠(yuǎn)小于激發(fā)光波長(zhǎng)的十分之一，因此光源打在量子點(diǎn)薄膜上所產(chǎn)生的散射主要為瑞利散射。瑞利散射的物理過(guò)程可表示為
其中 I為散射光強(qiáng)， Ir為入射光強(qiáng)， λ為入射波長(zhǎng)， n1、 n0為粒子和分散介質(zhì)的折射率， ν為單個(gè)粒子體積， N為單位體積內(nèi)粒子數(shù)目。（1）式說(shuō)明量子點(diǎn)散射光強(qiáng)與入射光波的頻率的四次方成正比。另一方面，瑞利散射光強(qiáng)也隨著觀察方向而變化，其空間光強(qiáng)分布可表示為
式中 I0是 α = π/2方向上的散射光強(qiáng)。（2）式表明不同方向上所獲得散射光強(qiáng)不同，瑞利散射特性的仿真模擬如圖 3所示。
3、基于 Micro-LED的顏色轉(zhuǎn)換模型
課題組基于電視屏幕背光項(xiàng)目進(jìn)行研究，主要選材為市場(chǎng)中較為常見(jiàn)的量子點(diǎn)材料 CdSe/ZnS，采用 Light Tools軟件構(gòu)建上述的量子點(diǎn)模型。在量子點(diǎn)材料模擬中，量子點(diǎn)的激發(fā)光譜及發(fā)射光譜可以通過(guò)用戶自定義材料模塊進(jìn)行導(dǎo)入，在模擬不同量子點(diǎn)材料時(shí)，需要設(shè)置新的用戶材料，將量子點(diǎn)對(duì)應(yīng)參數(shù)導(dǎo)入到材料屬性中，包括粒子大小，激發(fā)、發(fā)射光譜等參數(shù)。出射光為三原色的量子點(diǎn)粒子半徑分別為 4. 6nm（可激發(fā)紅色光），3. 1 nm（可激發(fā)綠色光），1. 25 nm（可激發(fā)藍(lán)色光），圖 4（a）~（c）分別為紅、綠、藍(lán)三種顏色的激發(fā)光譜曲線，圖 5（a）~（c）為其對(duì)應(yīng)的發(fā)射光譜曲線，圖 6為量子點(diǎn)參數(shù)設(shè)置示意圖。在LightTools中將薄膜的材料設(shè)置為對(duì)應(yīng)的量子點(diǎn)材料，完成量子點(diǎn)薄膜的建立。
光源 Micro-LED模型則采用近朗伯光型的虛擬面光源進(jìn)行模擬，并選用紫外光與藍(lán)光兩種波長(zhǎng)作為對(duì)照，圖 7為兩種光源的激發(fā)光譜圖。將兩種光源的光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入光譜區(qū)域選項(xiàng)卡中完成光源波長(zhǎng)的設(shè)置，圖8為光源參數(shù)設(shè)置示意圖。
最后在 Light Tools中選擇米散射模式進(jìn)行模擬，在該模式下散射模式會(huì)隨著粒子大小在米散射和瑞利散射之間自動(dòng)切換。利用以上所述方法構(gòu)建 Micro LED與量子薄膜的單體和陣列顏色轉(zhuǎn)換模型，并進(jìn)一步探究光源、結(jié)構(gòu)和量子點(diǎn)材料等參數(shù)對(duì)于屏幕發(fā)光特性的影響。
4、單體量子點(diǎn)模型的發(fā)光特性
單體量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換模型包括光源、量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換膜層和探測(cè)器三部分，如圖 9所示。采用單位尺寸為 35 μm的正方形虛擬面作為光源出光面，并用側(cè)面積相等的長(zhǎng)方體模擬量子點(diǎn)薄膜層，在薄膜層上方設(shè)置虛擬平面，用探測(cè)器接收發(fā)光數(shù)據(jù)。為了便于數(shù)據(jù)分析，設(shè)置光源的功率為 1W。
4. 1光源波長(zhǎng)的影響
目前在屏幕顯示領(lǐng)域，量子點(diǎn)的背光有紫外光和藍(lán)光兩種。之所以選擇藍(lán)光與紫外光作為激發(fā)光源來(lái)進(jìn)行研究，是因?yàn)樵趯?duì)量子點(diǎn)激發(fā)光譜進(jìn)行分析時(shí)，一般會(huì)選擇峰值較高的波長(zhǎng)作為激發(fā)波長(zhǎng)來(lái)檢測(cè)發(fā)射光譜?？梢园l(fā)現(xiàn)圖 7中兩種光源的波長(zhǎng)395 nm和 450 nm都在圖4所示的激發(fā)光譜范圍內(nèi)，且相對(duì)于其他波長(zhǎng)這兩種光源波長(zhǎng)的在光譜中的響應(yīng)度都較高。采用紫外光作為背光光源，需要通過(guò)紫外光 LED激發(fā)三種量子點(diǎn)產(chǎn)生三種顏色光，而采用藍(lán)光進(jìn)行照射則只需要激發(fā)兩種量子點(diǎn)。采用紫外光的優(yōu)點(diǎn)是工序統(tǒng)一，激發(fā)效率高，模組整齊，便于加工。而采用藍(lán)光則可以減少一種量子點(diǎn)的使用，且不會(huì)有紫外光泄露照射人體。為了研究光源對(duì)顏色轉(zhuǎn)換的影響，課題組建立理論模型，采用不同光源進(jìn)行發(fā)光模擬，保證在激發(fā)過(guò)程中量子點(diǎn)薄膜的厚度和質(zhì)量密度占比相同。
對(duì)紅色量子點(diǎn)薄膜設(shè)置 395 nm紫外光和 450 nm藍(lán)光作對(duì)照模擬，觀察量子點(diǎn)像素塊的發(fā)光特性。兩組模擬真彩圖如圖 10（a）和（ b）所示，紫外光激發(fā)量子點(diǎn) CdSe/ZnS薄膜出射光比藍(lán)光激發(fā)出射光顏色對(duì)比度高，顏色更亮。圖 10（c）為兩組的探測(cè)器光譜分布曲線，在膜厚為 5 μm時(shí)，紫外光激發(fā)紅光量子點(diǎn)的功率為藍(lán)光的 1. 25倍左右；而藍(lán)光在激發(fā)的同時(shí)，有一部分穿過(guò)薄膜直接出射，導(dǎo)致激發(fā)紅光飽和度降低。
對(duì)綠色和藍(lán)色的 CdSe/ZnS量子點(diǎn)薄膜同樣設(shè)置紫外光和藍(lán)光光源的激發(fā)模擬，其真彩圖和探測(cè)器光譜圖如圖 11和圖 12所示。藍(lán)光 LED照射綠色量子點(diǎn)薄膜，部分藍(lán)光依然可以穿透量子點(diǎn)薄膜，造成光源飽和度降低和透光現(xiàn)象；而紫外光照射綠
色量子點(diǎn)薄膜，直接透射光功率小且轉(zhuǎn)化波長(zhǎng)功率更大，表現(xiàn)優(yōu)于藍(lán)光光源。在藍(lán)色量子點(diǎn)薄膜模擬中，藍(lán)色光源由于不存在激發(fā)轉(zhuǎn)化出射這一過(guò)程，所以探測(cè)器檢測(cè)的藍(lán)光的光譜功率要遠(yuǎn)大于紫外光照射量子點(diǎn)激發(fā)出的光功率。在對(duì)量子點(diǎn)等受激發(fā)光物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般會(huì)確定物質(zhì)的發(fā)射波長(zhǎng)，然后掃描物質(zhì)的激發(fā)光譜，并選擇峰值較高的波長(zhǎng)作為激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)量子點(diǎn)材料進(jìn)行激發(fā)。從圖4 CdSe/ZnS的激發(fā)光譜可以看出，與藍(lán)光相比量子點(diǎn)對(duì)于紫外光的響應(yīng)更高，所以在模擬不同波長(zhǎng)的光源照射紅、綠量子點(diǎn)時(shí)，紫外光對(duì)應(yīng)的探測(cè)器照度功率更高。
4. 2光源發(fā)光角度的影響
不同發(fā)光角度的 LED所出射的光在量子點(diǎn)膜層中的傳播過(guò)程不同，模擬發(fā)光角度不同的光源照射量子點(diǎn)薄膜的情況，對(duì)出射光譜和探測(cè)器照度分布進(jìn)行研究。采用紫外光 LED作為激發(fā)光源，功率為 1W，設(shè)置變化間隔為 15°，發(fā)光角度 α大小變化范圍為 0°~90°的 LED，此處的 0°采用垂直出射的面光源模擬，觀察接收器上不同顏色量子點(diǎn)激發(fā)光的光譜特性。
圖 14（a）~（c）分別為紅、綠、藍(lán)三種顏色量子點(diǎn)薄膜的探測(cè)器接收光譜，圖 15（a）~（c）為圖 14（a）~（c）光譜曲線紫外區(qū)域的放大示意圖。相同功率的紫外光照射紅、綠、藍(lán)三種量子點(diǎn)，其出射光對(duì)應(yīng)光譜峰值功率依次下降。每種量子點(diǎn)材料均有少量紫外光發(fā)生透射，且在 0°到 90°范圍內(nèi)，隨著發(fā)光角度的增大，直接透射的紫外光略有減少。90°發(fā)光角度下直接透過(guò)光譜功率約為 0°發(fā)光角度下透光功率的 80%，由于紫外直接透射的功率數(shù)值較小，其隨發(fā)光角度的變化對(duì)總功率以及色域的變化影響不大。
用探測(cè)器接收量子點(diǎn)出射光，并對(duì)探測(cè)器接收的照度數(shù)據(jù)設(shè)置平滑分布，研究發(fā)光角度對(duì)照度的影響。圖 16為單體量子點(diǎn)薄膜出射光在探測(cè)器上的照度示意圖，（a）為紅色量子點(diǎn)出射光在探測(cè)器上的照度分布，從左到右對(duì)應(yīng)的光源發(fā)光角度 α分別為 0°、30°、60°、90°，（b）、（c）分別為綠色和藍(lán)色量子點(diǎn)薄膜的發(fā)射光在探測(cè)器上的照度分布，對(duì)應(yīng)入射光源發(fā)光角度與紅色量子點(diǎn)相同。由于平滑處理將數(shù)據(jù)相近的區(qū)域連通，可以發(fā)現(xiàn)在各角度光源下探測(cè)器中心照度均大于邊緣照度。紅綠藍(lán)三種量子點(diǎn)在相同功率光源照射下，紅色量子點(diǎn)出射光在探測(cè)器上的照度最大，藍(lán)色量子點(diǎn)的出射光在探測(cè)器上的照度值最小，與圖 14（a）~（c）光譜曲線趨勢(shì)一致。由于入射光功率較小，所以角度變化過(guò)程中，照度分布變化并非十分明顯，但與光源垂直出射情況相比，發(fā)散角為 90°時(shí)探測(cè)器的中心區(qū)域照度分布有相對(duì)均勻的趨勢(shì)。采用不同發(fā)光角度的 Micro-LED照射綠色和藍(lán)色量子點(diǎn)薄膜，其照度分布情況與紅色量子點(diǎn)的照度規(guī)律一致，中心照度的均勻性隨著發(fā)光角度增大而增加。
錫銀銅SAC錫膏 錫銀銅 SACS錫膏 錫鉍銀SnBiAg錫膏 錫鉍銀銻SnBiAgSb錫膏 錫鉍銀SnBiAgX錫膏 錫鉍SnBi錫膏 BiX 錫膏 金錫AuSn錫膏 錫銻SnSb錫膏 含鉛 SnPb錫膏 各向異性導(dǎo)電錫膠 微間距助焊膠
5、陣列微結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的發(fā)光特性
陣列模型是單個(gè)模型的重復(fù)排布，采用單位顯示屏色彩趨向標(biāo)準(zhǔn)化、提高細(xì)膩度，避免文字尺寸為35 μm正方形模擬，建立 6×6光源矩陣及圖標(biāo)邊緣出現(xiàn)鋸齒感、彩邊現(xiàn)象以及屏幕色彩偏量子點(diǎn)薄膜模型，在矩陣中心位置放置探測(cè)器接移。所以設(shè)置陣列模型，將不同顏色的量子點(diǎn)的收量子點(diǎn)薄膜陣列的出射光，如圖 的方式進(jìn)行顏色分隔，如圖 17（b）所示。在顯示 5陣列微結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的發(fā)光特性屏幕分布中，將三種原色依次間隔排列，可以確保陣列模型是單個(gè)模型的重復(fù)排布，采用單位顯示屏色彩趨向標(biāo)準(zhǔn)化、提高細(xì)膩度，避免文字和尺寸為 35 μm正方形模擬，建立 6×6光源矩陣及圖標(biāo)邊緣出現(xiàn)鋸齒感、彩邊現(xiàn)象以及屏幕色彩偏量子點(diǎn)薄膜模型，在矩陣中心位置放置探測(cè)器接移。所以設(shè)置陣列模型，將不同顏色的量子點(diǎn)的收量子點(diǎn)薄膜陣列的出射光，如圖 17（a）所示。像素按照條紋形狀依次間隔排列，如圖 17（c）對(duì)于量子點(diǎn)材料薄膜，可以采用放置網(wǎng)格微結(jié)構(gòu)所示。
設(shè)置三種顏色量子點(diǎn)的紫外光源強(qiáng)度，使三種圖和探測(cè)器照度如圖 18?19所示。圖 18為未加微量子點(diǎn)出光照度基本一致，圖 17（a）結(jié)構(gòu)下的真彩結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的陣列時(shí)三種顏色量子點(diǎn)薄膜發(fā)光的彩圖，其通過(guò)薄膜的出射光的出射角度較大。紅、綠色量子點(diǎn)在材料邊緣產(chǎn)生相同顏色的模糊，而藍(lán)色對(duì)應(yīng)量子點(diǎn)材料邊緣不僅有藍(lán)光模糊，還存在相鄰兩側(cè)量子點(diǎn)發(fā)出的紅綠兩種顏色的模糊光。圖 19為三種顏色量子點(diǎn)的探測(cè)器照度圖，可以看出每一個(gè)單體的發(fā)光邊緣都連接在一起，且邊緣寬度較大。
圖 20和圖 21為圖 17（b）結(jié)構(gòu)下的探測(cè)器真彩圖和照度分布圖，當(dāng)采用微結(jié)構(gòu)網(wǎng)格來(lái)分隔量子點(diǎn)材料時(shí)，每一個(gè)材料單元出射光的顏色都分界鮮明。圖 20中三種量子點(diǎn)的出光都不存在雜光，尤其是藍(lán)色量子點(diǎn)薄膜周圍區(qū)域不再有存在顏色混雜的情況，這可以使藍(lán)光的色坐標(biāo)向遠(yuǎn)離紅綠色坐標(biāo)方向移動(dòng)，略微擴(kuò)大色域范圍。由圖 21可知，添加微結(jié)構(gòu)后每一個(gè)單體量子點(diǎn)發(fā)光邊緣清晰，單元間存在間隔。采用微結(jié)構(gòu)分隔量子點(diǎn)材料使發(fā)光像素更規(guī)整，由此可見(jiàn)，網(wǎng)格的使用可以讓屏幕的畫(huà)質(zhì)在各方面都有一定提升。
由以上模擬可以看出，微結(jié)構(gòu)的使用對(duì)于量子結(jié)構(gòu)和添加微結(jié)構(gòu)時(shí)量子點(diǎn)陣列的光場(chǎng)分布示意點(diǎn)陣列的光場(chǎng)分布有改良作用。圖 22為未添加微結(jié)構(gòu)和添加微結(jié)構(gòu)時(shí)量子點(diǎn)陣列的光場(chǎng)分布示意圖。未加微結(jié)構(gòu)的情況下，探測(cè)器的真彩圖顯示紅、綠色量子點(diǎn)的單體薄膜邊緣有相同顏色的模糊，這是由于量子點(diǎn)薄膜受紫外光激發(fā)后，出射光的光場(chǎng)分布范圍超出了薄膜尺寸。同時(shí)，藍(lán)色量子點(diǎn)的薄膜周圍有藍(lán)、紅、綠三種顏色的模糊光，這是由于藍(lán)光的波長(zhǎng)依然處于紅綠兩種量子點(diǎn)的激發(fā)光譜范圍內(nèi)，所以當(dāng)紫外光激發(fā)藍(lán)色光以后，出射的藍(lán)光再入射進(jìn)相鄰顏色的量子點(diǎn)材料中，對(duì)紅綠量子點(diǎn)進(jìn)行了二次激發(fā)，如圖 22（a）所示。微結(jié)構(gòu)之所以可以改善量子點(diǎn)陣列的發(fā)光情況，使陣列的顏色更清晰，是因?yàn)槲⒔Y(jié)構(gòu)采用的吸收材料或反射材料將不同顏色的量子點(diǎn)薄膜在所處平面中分離開(kāi)來(lái)，如圖 22（b）所示。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)讓量子點(diǎn)單體的發(fā)光范圍盡可能約束在其本身尺寸內(nèi)，避免不同量子點(diǎn)單體的發(fā)光區(qū)域重疊，減少藍(lán)光進(jìn)入相鄰量子點(diǎn)產(chǎn)生二次激發(fā)，從而改善量子點(diǎn)陣列中不同顏色之間亮度不均勻以及顏色摻雜的情況。
6、結(jié)論與展望
采用 Micro-LED作為光源，基于量子點(diǎn)的發(fā)光特性，根據(jù)實(shí)際參數(shù)設(shè)計(jì)了單體和陣列的量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換模型。通過(guò)改變光源特性和機(jī)械結(jié)構(gòu)等參數(shù)，對(duì)量子點(diǎn)薄膜的出光特性進(jìn)行模擬仿真。仿真結(jié)果表明，對(duì)于單體的量子點(diǎn)薄膜在不同光源照射下，紫外光對(duì)于紅色和綠色量子點(diǎn)的激發(fā)功率更高，同時(shí)采用紫外光作為直下式背光的屏幕比藍(lán)光背光屏幕的色域更廣。以相同功率光源照射量子點(diǎn)，紅綠藍(lán)三種量子點(diǎn)的激發(fā)功率依次減小，并且隨著發(fā)光角度增大，量子點(diǎn)薄膜出光照射到探測(cè)器的中心平均照度更強(qiáng)，整體照度分布更均勻，光源透過(guò)功率更小。對(duì)于陣列光源，機(jī)械微結(jié)構(gòu)對(duì)量子點(diǎn)薄膜的發(fā)光形狀起到了一定的限制作用，應(yīng)用于屏幕顯示中可以避免顏色混雜，使屏幕的每個(gè)像素塊顏色分界鮮明、邊界清晰。
論文作者：王樂(lè)然，李富琳，孫毅軒，劉曉杰，楊磊 ，謝洪波 ，深圳福英達(dá)整理
期刊：激光與光電子學(xué)進(jìn)展 （2021年12月）
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