Studi tentang Efek Kompensasi Warna Titik Kuantum Merah-Oranye Komposit dalam Aplikasi WLED
Abstrak
Titik kuantum (QDs) sebagai bahan pengubah cahaya yang muncul menunjukkan keuntungan dari peningkatan kualitas warna dioda pemancar cahaya putih (WLED). Namun, WLED yang menggunakan QD monokromatik pemancar sempit biasanya menghadirkan rendering warna yang tidak memuaskan di wilayah oranye. Di sini, QD oranye-merah komposit (QD komposit) dikembangkan melalui pencampuran QD oranye (O-QDs) berbasis CdSe / ZnS dan QD merah (R-QD) untuk mengkompensasi cahaya oranye-merah untuk WLED. Kami menyelidiki efek proses penyerapan diri dan transfer energi resonansi fluoresensi (FRET) dalam QD komposit pada kemampuan kontrol spektral dan pendinginan fluoresen di WLED. Konsentrasi dan rasio donor/akseptor juga diperhitungkan untuk menganalisis efisiensi FRET dan membantu mengidentifikasi QD komposit yang sesuai untuk kompensasi warna di wilayah cahaya oranye-merah. Hasilnya, QD komposit yang dioptimalkan secara efektif meningkatkan indeks rendering warna WLED dibandingkan dengan QD monokromatik.
Pengantar
Dioda pemancar cahaya (LED) telah menarik minat penelitian yang signifikan dalam aplikasi pencahayaan solid-state karena efisiensinya yang tinggi, masa pakai yang lama, konsumsi daya yang rendah, waktu respons yang cepat, dan keandalan yang tinggi [1,2,3,4,5, 6]. WLED biasanya dibuat dengan mengemas fosfor pemancar kuning, hijau, dan merah dengan chip LED biru [7,8,9]. WLED spektrum penuh menggunakan fosfor komposit dengan proporsi fosfor merah yang tinggi [10]. Namun, fosfor merah klasik memiliki emisi yang luas yang menyebabkan hilangnya lumen di daerah pemancar cahaya merah karena mata manusia tidak sensitif terhadap panjang gelombang yang lebih panjang dari 650 nm [11].
Baru-baru ini, titik kuantum (QD) telah digunakan untuk membuat WLED berkualitas tinggi. Dibandingkan dengan fosfor klasik, QDs memiliki sifat optik yang unik, seperti tunabilitas panjang gelombang yang bergantung pada ukuran, hasil kuantum fotoluminesensi yang tinggi, dan penyerapan yang kuat [12,13,14,15,16,17]. Karena karakteristik pemancaran sempit di wilayah lampu merah, QD pemancar merah sangat berguna untuk menghambat hilangnya lumen yang disebutkan di atas dan meningkatkan indeks rendering warna (CRI) dari WLED [18, 19]. Oleh karena itu, menggunakan QDs untuk mengkompensasi wilayah oranye-merah telah menjadi ukuran yang efektif untuk meningkatkan kualitas warna WLEDs [20]. Umumnya, WLED berbasis QD (QWLED) dapat dibagi menjadi dua kategori dengan mencampur QD monokrom atau polikromatik dalam LED [20,21,22,23]. Misalnya, Xie et al. menggunakan CdSe/CdS/ZnS QDs pemancar merah untuk menggantikan fosfor merah klasik dengan LuAG:Ce fosfor hijau untuk membuat WLED berkinerja tinggi [24]. Li dkk. membuat QWLEDs dengan mengintegrasikan campuran merah, kuning, dan hijau memancarkan cahaya CdZnS/ZnSe QDs pada chip LED GaN pemancar biru, yang menunjukkan CRI 85,2 dan suhu warna berkorelasi (CCT) 4072 K [25].
Sampai saat ini, QWLED spektrum penuh untuk aplikasi pencahayaan umumnya dikembangkan dengan menggabungkan fosfor hijau-kuning yang memancarkan luas dan QD merah monokromatik yang memancarkan sempit [24]. QWLED ini menghadirkan kontinuitas spektral yang luar biasa di wilayah hijau-kuning tetapi lembah yang jelas di wilayah oranye-merah. Secara teoritis, QD komposit yang terbuat dari beberapa QD monokromatik di wilayah oranye-merah mampu mengisi lembah dan lebih meningkatkan kontinuitas spektral QWLED. Namun, sulit untuk mengatur spektrum komposit-QD karena penyerapan sendiri dan proses transfer energi resonansi fluoresensi (FRET) di antara QD polikromatik [26]. Oleh karena itu, meskipun sifat warna QWLED telah diselidiki dengan memanipulasi posisi puncak dan luasnya QD merah monokromatik, QD oranye-merah komposit (QD komposit) belum dipelajari dalam WLED karena penyerapan diri dan Proses FRET.
Di sini, QD komposit dipelajari untuk meningkatkan kontinuitas spektral dan kualitas warna dari wilayah pemancar cahaya oranye-merah untuk QWLED. Kami menyiapkan QDs (O-QDs) oranye berbasis CdSe / ZnS dan QDs merah (R-QDs) dengan lebar penuh yang berbeda pada setengah maksimum (FWHM) sebagai komponen dari komposit-QD. FRET pada komposit-QD dipelajari dengan mempertimbangkan pengaruh konsentrasi dan proporsi komposit-QD. Hasilnya digunakan untuk mengoptimalkan efisiensi kuantum (QE) dan pengendalian spektral dari komposit-QD. Selain itu, komposit-QD digunakan dengan LuAG:Ce fosfor hijau dalam LED biru untuk membentuk QWLED. QWLED yang disiapkan menunjukkan kualitas warna yang ditingkatkan dengan spektrum penuh yang lebih seimbang di wilayah oranye-merah.
Metode
Bahan dan Bahan Kimia
1-Octadecene (ODE, 90%), sulfur (S, 98,5%), trioctylphosphine (TOP, 85%), dan asam stearat (98%) dibeli dari TCI (Shanghai). Kadmium stearat (Cd(St)2 ) dibeli dari Shanghai Debo Chemical Technology Co., Ltd. Serbuk selenium (Se, 325 mesh, 99,5%) dibeli dari Alfa Aesar (Cina). Seng asetat (Zn(Ac)2 , 99,5%) dibeli dari Shanghai Titan Scientific Co., Ltd. Etanol dan dimetilbenzena dibeli dari Tianjin Damao Chemical Reagent Co., Ltd. Resin silikon (Dow Corning-6662) berasal dari Shineon Co., Ltd. Bahan lain ditampilkan dalam naskah. Semua bahan kimia digunakan secara langsung tanpa pemurnian lebih lanjut kecuali dinyatakan lain.
Sintesis O-QD
Prosedur sintetis didasarkan pada laporan dalam literatur [27]. Cd(St)2 (2 mmol) dan asam stearat (0,2 mmol) dimasukkan ke dalam labu leher tiga 50 mL dengan 10 mL ODE. Setelah diaduk dengan gelembung nitrogen, larutan dipanaskan hingga 270 °C. Kemudian 0,5 mL TOP-Se (2 mmol bubuk Se yang dilarutkan dalam 1 mL TOP) dengan cepat disuntikkan ke dalam labu dan dipertahankan pada 270 °C selama 2 menit. Setelah itu, 0,5 mL TOP-S (4 mmol bubuk S dilarutkan dalam 2 mL TOP, diaduk dengan baik) dengan cepat disuntikkan ke dalam labu dan dipertahankan pada suhu 270 °C selama 40 menit, dan kemudian labu didinginkan hingga 30 °C . Cd(St)2 (0,75 mmol), Zn(Ac)2 (2,25 mmol), dan 5 mL ODE ditambahkan ke dalam larutan di atas. Setelah diaduk dengan gelembung nitrogen, labu dipanaskan sampai 160 °C. 1,5 mL TOP-S disuntikkan perlahan ke dalam labu dan dipertahankan pada 160 °C selama 4 jam, dan kemudian labu didinginkan hingga suhu kamar. Setelah prosedur pemurnian yang disentrifugasi dengan etanol, QD CdSe/ZnS yang telah disiapkan didispersikan dalam 10 mL dimetilbenzena untuk digunakan lebih lanjut.
Sintesis R-QD
Prosedur sintetik mirip dengan O-QD kecuali untuk dua poin berikut. Suhu pemanasan disesuaikan dari 270 hingga 300 °C. Dan yang kedua menambahkan Cd(St)2 adalah 1 mmol bersama-sama dengan Zn(Ac)2 (3 mmol).
Persiapan Film Tipis Gel Silikon O-QD dan R-QD
Bobot R-QD yang berbeda dicampur secara homogen ke dalam gel silikon volume yang sama untuk membangun gel R-QD konsentrasi yang berbeda (0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,8, 2, 4, dan 10 mg/mL). Kemudian, gel R-QD dengan konsentrasi yang berbeda dengan volume yang sama ditambahkan ke dalam jenis cetakan yang sama dan menghilangkan gelembungnya. Akhirnya, film tipis komposit silikon R-QDs dibuat dengan proses curing pada 150 °C selama 60 min. Film tipis silikon O-QD dibuat dengan proses yang sama dengan konsentrasi yang berbeda (0,05, 0,1, 0,2, 0,4, 0,8, 2, 4, 10, dan 14 mg/mL).
Persiapan Film Tipis Gel Silikon QD komposit dengan Rasio Berat O-QD terhadap R-QD yang Berbeda
Gel silikon komposit-QD dengan rasio berat O-QDs terhadap R-QDs yang berbeda (10:1, 5:1, 5:2, dan 5:4) dibuat dengan mencampurkan gel O-QD yang telah disiapkan secara homogen ( 10 mg/mL) dan gel R-QD (2 mg/mL) dengan rasio volume yang berbeda (2:1, 1:1, 1:2, dan 1:4). Kemudian, gel komposit-QD dengan konsentrasi yang berbeda ditambahkan ke dalam jenis cetakan yang sama dan menghilangkan gelembung. Terakhir, film tipis gel silikon komposit-QD dibuat dengan proses curing pada 150 °C selama 1 jam.
Persiapan Film Tipis Gel Silikon QD komposit dengan Konsentrasi Berbeda
Dengan rasio berat O-QDs terhadap R-QDs yang sama (10:1), komposit-QDs dicampurkan ke dalam volume gel silikon yang berbeda untuk membentuk gel komposit-QD dengan konsentrasi yang berbeda (0,35, 0,5, 0,75, 1, 1,5, dan 3 mg/mL). Kemudian, gel QD komposit yang telah disiapkan ditambahkan ke dalam jenis cetakan yang sama dan menghilangkan gelembung. Terakhir, film tipis gel silikon komposit-QD dengan konsentrasi komposit-QD yang berbeda dibuat dengan pengawetan pada 150 °C selama 1 jam.
Fabrikasi WLED
Chip LED (paket rangka timah 2835 tipikal) dengan puncak emisi pada 450 nm digunakan untuk fabrikasi WLED.
Green-emitting LuAG:Ce phosphor, O-QDs (10 mg/mL), R-QDs (2 mg/mL), atau komposit OR QDs (rasio berat 10:1) dicampur secara homogen dengan gel silikon (Dow Corning 6662, A:B =1:4), dan campuran dihilangkan gasnya di bawah vakum. Dengan metode pengemasan umum berdasarkan gel silikon, keempat WLED yang berbeda dikembangkan dengan LuAG:Ce fosfor, fosfor dan O-QD, fosfor dan R-QD, serta fosfor dan komposit-QD, masing-masing. Terakhir, WLED di atas diawetkan dengan proses curing pada 150 °C selama 1 jam.
Pengukuran dan Karakterisasi
Photoluminescence (PL) direkam pada spektrometer Ideaoptics FX2000-EX PL. Spektroskopi elektron transmisi (TEM) dilakukan pada mikroskop elektron transmisi FEI Tecnai G2 Spirit TWIN yang beroperasi pada 100 kV. Pengukuran efisiensi kuantum (QE) dilakukan pada sistem pengujian QEpro QY OceanOptics di bawah penyinaran laser biru 365 nm. Efisiensi cahaya dan daya optik direkam pada sistem pengukuran dan analisis fotolistrik kontrol suhu otomatis LED EVERFINE ATA-1000. Absorbsi UV-Vis diukur dengan menggunakan spektrometer Persee T6 UV-Vis. Spektrum eksitasi dan spektroskopi PL time-resolved (TRPL) telah diukur dengan spektrometer fluoresensi Edinburgh FLS920.
Hasil dan Diskusi
Sifat optik dari dua QD monokromatik pertama kali dipelajari. Gambar 1a dan b menunjukkan photoluminescence (PL) dan spektrum penyerapan R-QDs dan O-QDs. FWHM dari R-QD dan O-QD masing-masing sekitar 20,6 dan 43 nm. Posisi garis putus-putus menunjukkan PL dan puncak serapan. Seperti yang ditunjukkan pada gambar TEM, R-QD dan O-QD menunjukkan morfologi kubik dengan ukuran rata-rata 13 nm dan 12 nm (Gbr. 1c dan d), masing-masing. Gambar HRTEM sisipan menunjukkan jarak interplanar 0,35 nm, yang dapat ditetapkan ke bidang (111) fase kubik ZnS.
Spektrum PL dan UV dari R-QD (a ) dan O-QD (b ). Gambar TEM dari R-QD (c ) dan O-QD (d )
Sifat optik film tipis silikon QD yang terbuat dari R-QD dan O-QD monokromatik dengan konsentrasi berbeda diuji lebih lanjut di bawah eksitasi oleh laser 365 nm pada 15,88 mW/cm
2
. Gambar 2a dan b menunjukkan spektrum PL yang bergantung pada konsentrasi dari QD dan FWHM mereka hampir konstan. Gambar 2c dan d menunjukkan intensitas PL dan QE absolut dari film tipis silikon QDs monokromatik dengan konsentrasi QDs yang berbeda. Dengan meningkatnya konsentrasi, intensitas PL film tipis silikon R-QD meningkat hingga konsentrasi QD mencapai 2 mg/mL dan kemudian menurun karena pendinginan konsentrasi. Serupa dengan variasi intensitas PL, QE dari QDs mencapai nilai tertinggi sekitar 85% pada konsentrasi yang sama. Intensitas PL dan QE dari film tipis silikon O-QD menyajikan tren yang bergantung pada konsentrasi yang sama dibandingkan dengan film tipis berbasis R-QD. Secara berbeda, intensitas PL dan QE dari O-QDs meningkat dengan cepat hingga konsentrasi QD 4 mg/mL dan nilai maksimum diperoleh pada konsentrasi 10 mg/mL. Kami menyimpulkan bahwa itu dikaitkan dengan pergeseran Stoke yang lebih besar dari O-QD daripada R-QD. QE maksimum film tipis silikon O-QD adalah sekitar 76%, yang merupakan konsentrasi QD yang sama untuk intensitas PL tertinggi.
Spektrum PL dari R-QD (a ) dan O-QD (b ) film tipis berbasis gel silikon. Intensitas PL yang sesuai dan QE dari R-QD (c ) dan O-QD (d ) film tipis berbasis gel silikon dengan konsentrasi QD yang berbeda
Selain itu, film gel silikon berbasis 2 mg/mL R-QD dan 10 mg/mL O-QD juga menunjukkan intensitas PL tertinggi di bawah daya eksitasi yang berbeda, masing-masing seperti yang ditunjukkan pada Gambar. S1 a dan b. Pada dua konsentrasi di atas, sifat optik dari QD monokromatik secara efektif dipertahankan, yang melemahkan pendinginan PL yang disebabkan oleh efek matriks inang [28, 29]. Studi ini membantu menemukan konsentrasi QD monokromatik yang sesuai dalam film silikon.
Untuk menyelidiki lebih lanjut pengaruh konsentrasi QD dalam film tipis silikon berbasis QD monokromatik, spektrum PL (TRPL) dari film tipis dengan konsentrasi yang berbeda diukur dan kurva peluruhan digambarkan pada Gambar. 3. Diketahui bahwa kurva peluruhan PL dapat dinyatakan dengan fungsi multi-eksponensial, seperti yang diilustrasikan oleh Persamaan. 1 [30],
Kurva peluruhan TRPL dari R-QD (a ) dan O-QD (b ) berbasis film tipis. Masa pakai R-QD (c ) dan O-QD (d ) film tipis berbasis gel silikon dengan konsentrasi berbeda
dimana Aku (t ) adalah intensitas PL pada waktu t , Ai dan τi mewakili amplitudo relatif dan masa hidup keadaan tereksitasi dari setiap komponen eksponensial peluruhan PL, dan n adalah jumlah kali peluruhan. Kurva peluruhan ini, seperti ditunjukkan pada Gambar. 3a dan b, dapat dilengkapi dengan baik oleh fungsi eksponensial ganda menurut Persamaan. 1.
Parameter pas Ai dan τi tercantum dalam Tabel S1 dan S2. Masa pakai tertimbang amplitudo dari R-QD dan O-QD dipilih sebagai masa pakainya (τave ) untuk penyelidikan lebih lanjut. Seumur hidup dapat dihitung dari Persamaan berikut. 2 [31] dan tercantum dalam Tabel S1 dan S2.
Gambar 3c dan d menunjukkan masa hidup dari dua QD monokromatik di bawah konsentrasi yang berbeda. Kedua masa hidup meningkat dengan meningkatnya konsentrasi dan laju kenaikan menjadi lebih lambat setelah 1 mg/mL untuk R-QD dan 2 mg/mL untuk O-QD, masing-masing. Hal ini menunjukkan bahwa kenaikan konsentrasi mengurangi jarak antara QDs sehingga meningkatkan transfer energi dan penyerapan diri dalam QDs monokrom [32, 33]. Sementara itu, peningkatan masa pakai di O-QD lebih jelas daripada di R-QD, menunjukkan lebih banyak transfer energi di O-QD. Namun, tampaknya transfer energi tidak menginduksi pendinginan fluoresen QD pada konsentrasi rendah. Sebaliknya, mungkin memiliki efek positif pada intensitas PL dan QE, seperti yang ditunjukkan sebelumnya pada Gambar 2.
Sifat optik komposit-QD dengan rasio berat yang berbeda dari R-QD ke O-QD dipelajari lebih lanjut. Spektrum PL dari film tipis komposit-QD ditunjukkan pada Gambar. 4a. Berdasarkan spektrum, rasio intensitas puncak komposit-QD PL 631:605 (nm) diekstraksi pada Gambar 4b. Rasio intensitas puncak menunjukkan peningkatan yang meningkat dengan persentase R-QD, yang menunjukkan transfer energi dari O-QD ke R-QD. Gambar 4c menunjukkan tumpang tindih antara spektrum penyerapan R-QD dan spektrum emisi O-QD. Ini menunjukkan kemungkinan besar proses FRET, di mana O-QDs bertindak sebagai donor dan R-QDs sebagai akseptor (ditunjukkan pada Gambar 4d).
Spektrum PL dari film tipis silikon komposit-QD dengan rasio R-QD terhadap O-QD yang berbeda (a ) dan rasio intensitas puncak komposit-QD PL (b ). Tumpang tindih spektrum absorpsi R-QD dan spektrum emisi O-QD (c ). Diagram skema transfer energi dalam komposit-QD (d )
Studi lebih lanjut berfokus pada proses FRET di komposit-QD. Gambar 5a menyajikan efek R-QD (akseptor) pada kinetika emisi O-QD (donor). Intensitas TRPL menurun dengan meningkatnya akseptor dalam sampel film (dianalisis pada panjang gelombang emisi donor puncak 605 nm). Gambar 5b menyajikan efek O-QDs (donor) pada kinetika emisi R-QDs (akseptor). Sebaliknya, intensitas TRPL meningkat dengan meningkatnya donor dalam sampel film (dianalisis pada panjang gelombang emisi akseptor puncak 631 nm). Kurva peluruhan pada Gambar. 5a dan b dapat dilengkapi dengan 2 eksponensial, dan amplitudo terperinci, komponen masa pakai, dan masa pakai tertimbang amplitudo dari QD tercantum dalam Tabel S3. Umur sampel O-QD ditemukan 30,25 ns. Ketika akseptor R-QDs diperkenalkan, masa hidup donor O-QDs berkurang (Tabel S3) karena intervensi dari saluran transfer energi. Masa hidup donor menjadi lebih pendek dengan meningkatnya konsentrasi akseptor. Sebaliknya, umur sampel R-QD ditemukan 13,08 ns. Ketika donor O-QDs diperkenalkan, akseptor R-QDs menunjukkan peningkatan seumur hidup sebagai akibat dari pemberian energi (Tabel S3) [34]. Hasil yang dihitung ditunjukkan pada Gambar. 5c, yang dengan jelas menunjukkan fenomena tersebut.
Kurva peluruhan TRPL film tipis komposit-QD dengan rasio berbeda R-QD terhadap O-QD pada panjang gelombang emisi puncak donor (a ) dan panjang gelombang emisi puncak penerima (b ). Variasi umur pengurangan donor dan umur pertambahan akseptor (c ). Perbandingan kenaikan relatif antara efisiensi FRET dan proporsi R-QD, dan efisiensi FRET yang dihitung di bawah rasio R-QD terhadap O-QD yang berbeda (d )
Proses FRET juga diselidiki oleh efisiensi transfer energi. Efisiensi FRET dapat dihitung menurut masa pakai seperti yang diilustrasikan oleh Persamaan. 3.
$$ E=1-\frac{\tau_{DA}}{\tau_D} $$ (3)
dimana τDA adalah masa fluoresensi donor di hadapan akseptor, τD adalah masa fluoresensi donor tanpa adanya akseptor [26]. Ini menunjukkan bahwa τDA berbanding terbalik dengan efisiensi transfer energi. Oleh karena itu, dengan meningkatnya rasio akseptor-donor, τDA menjadi lebih pendek dan efisiensi transfer energi meningkat. Efisiensi transfer energi yang lebih besar mencerminkan dampak yang lebih tinggi pada fluoresensi. Kami selanjutnya menganalisis efisiensi FRET komposit-QD pada Gambar 5a. Hasil perhitungan tercantum pada Tabel 1 dan efisiensi mencapai 33,2% dengan proporsi akseptor tertinggi. Sementara itu, Gambar 5d menunjukkan perubahan efisiensi FRET di bawah rasio yang berbeda dari donor ke akseptor. Efisiensi FRET meningkat dengan naiknya R-QDs (akseptor) di komposit-QD dan tingkat kenaikan efisiensi mendekati R-QD. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan transfer energi sensitif terhadap peningkatan akseptor.
Sebagai spektrum kontinuitas terbaik untuk pencahayaan LED dalam cahaya oranye-merah, komposit-QD dengan rasio bobot 1:10 R-QD terhadap O-QD dipilih untuk studi lebih lanjut. Gambar 6a menunjukkan spektrum PL dari film tipis silikon komposit-QD dengan konsentrasi QD komposit yang berbeda pada rasio berat yang sama dari R-QD terhadap O-QD (R:O =1:10). Selain peningkatan intensitas PL keseluruhan, proporsi lampu merah (631 nm) juga jelas meningkat dengan meningkatnya konsentrasi QD, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6b. Fenomena ini dapat dikaitkan dengan peningkatan FRET dengan meningkatnya konsentrasi QD. Selain itu, laju kenaikan lampu merah menjadi lebih lambat pada konsentrasi QD yang lebih tinggi. Ini bisa jadi karena saturasi transfer energi (ET) di antara QD. Namun, QE absolut dari film tipis komposit silikon QD menunjukkan perubahan kurang dari 5% dengan konsentrasi QD komposit yang berbeda, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6c. Tampaknya 1,0–1,5 mg/mL adalah konsentrasi QD yang paling disukai untuk komposit-QD dalam aplikasi, yang memastikan QE tinggi dengan variasi spektrum rendah.
Spektrum PL dari film tipis silikon komposit-QD yang disiapkan dengan konsentrasi berbeda (a ) dan rasio intensitas puncak PL mereka (b ). QE dari film tipis silikon komposit-QD yang telah disiapkan (c ). Seumur hidup donor (titik oranye) atau akseptor (titik merah), dan efisiensi FRET (titik biru) di bawah konsentrasi QD komposit yang berbeda (d )
Kurva peluruhan TRPL dari film tipis konsentrasi komposit-QD yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. S2. Tabel S4 mencantumkan amplitudo, komponen masa pakai, dan masa pakai pembobotan amplitudo untuk QD komposit. Efisiensi FRET mereka dihitung dan ditunjukkan pada Tabel S5. Selanjutnya, perubahan dalam masa pakai dan efisiensi FRET dengan konsentrasi ditunjukkan dengan jelas pada Gambar 6d. Secara rinci, efisiensi FRET menunjukkan tren penurunan dari 22 menjadi 9% dengan naiknya konsentrasi. Sementara itu, masa pakai yang direkam pada panjang gelombang emisi O-QD donor meningkat dengan meningkatnya konsentrasi (titik oranye pada Gambar 6d). Hal ini mirip dengan masa hidup bergantung konsentrasi dari sampel O-QD murni yang ditunjukkan pada Gambar. 3. Ini menunjukkan adanya efek gabungan FRET dan penyerapan diri (seperti QD monokrom). Dengan meningkatnya konsentrasi, peningkatan penyerapan diri mengarah pada peningkatan τDA (masa fluoresensi donor di hadapan akseptor, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6d, titik oranye), menunjukkan penghambatan FRET antara komposit-QD (titik biru pada Gambar. 6d). Pada panjang gelombang emisi akseptor R-QD, pengurangan efisiensi FRET menghasilkan peningkatan masa pakai yang lebih kecil dalam konsentrasi tinggi (titik merah pada Gambar 6d). Akibatnya, QD komposit menunjukkan masa pakai bergantung konsentrasi yang relatif lemah dan dapat mempertahankan QE yang stabil, yang menguntungkan penerapan QD komposit dalam aplikasi LED.
Untuk mempelajari efek kompensasi cahaya dari komposit-QD dalam aplikasi pencahayaan, WLED dibuat dengan mencampurkan LuAG:Ce fosfor hijau dan O-QD, R-QD, atau QD komposit (R:O =1:10) dan mengemas campuran di atas chip GaN yang memancarkan 450 nm. Di bawah arus penggerak 40 mA, spektrum eksitasi-luminesensi (EL) dari WLED yang disiapkan diilustrasikan pada Gambar. 7. Suhu warna yang berkorelasi (CCT) dan koordinat warna WLED ditunjukkan pada Gambar. S3 dan Tabel S6. Keempat WLED memiliki spektrum yang hampir sama di wilayah lampu biru-hijau tetapi berbeda di wilayah lampu oranye-merah. Selain itu, WLED berbasis LuAG:Ce (hanya) menunjukkan indeks rendering warna (CRI) terendah 48,8 karena hilangnya wilayah cahaya merah-oranye. Sebaliknya, WLED berbasis komposit-QD menunjukkan spektrum yang lebih luas dan datar di wilayah lampu oranye-merah dan CRI tertinggi 92,1. Dibandingkan dengan QD komposit, WLED berbasis LuAG:Ce (hanya) dan R-QD menghadirkan celah cahaya yang jelas di wilayah cahaya oranye dan menunjukkan perbedaan besar dalam CCT dan koordinat warna. Meskipun WLED berbasis O-QD memiliki CCT dan koordinat warna yang serupa dengan WLED berbasis komposit-QD, ia tidak memiliki lampu merah dan dengan demikian menyajikan CRI yang jauh lebih rendah daripada QD komposit. Ini menunjukkan kemampuan yang menjanjikan dari komposit-QD dalam meningkatkan kualitas warna WLED.
Spektrum EL dari WLED yang dikemas hanya dengan LuAG:Ce phosphor hijau (a ), LuAG:Ce+R-QDs (b ), LuAG:Ce+O-QDs (c ), dan LuAG:Ce + komposit-QD (d)
Untuk mengevaluasi lebih lanjut hasil eksperimen, luminous efficacy of radiation (LER) dihitung menurut rumus berikut:
dimana 683 lm /Amemilih adalah faktor normalisasi. Amemilih , V (λ ), dan P (λ ) masing-masing adalah daya optik, fungsi sensitivitas mata manusia, dan kerapatan daya spektral sumber cahaya [35, 36].
Hasil LER diringkas dalam Tabel S6 dan mirip dengan laporan sebelumnya [37,38,39]. Menurut hasil, LER dari komposit-QD berbasis WLED (sampel d) lebih tinggi dari R-QD satu (sampel c) dan lebih rendah dari O-QD satu (sampel b) karena manusia mata lebih sensitif terhadap cahaya oranye daripada cahaya merah.
Kesimpulan
Singkatnya, kami menyiapkan QD oranye-merah komposit (QD komposit) dan mempelajari sifat optiknya dan dinamika transfer energi dalam QD komposit untuk aplikasi LED. Studi kami mengungkapkan bahwa konsentrasi QD komposit dan proporsi QD donor dan QD reseptor memainkan peran penting dalam efisiensi transfer energi dan stabilitas spektrum. Sementara itu, penyerapan diri memiliki pengaruh yang signifikan terhadap FRET antara QD monokromatik yang berbeda dalam QD komposit. QE yang relatif stabil dan tinggi dapat dicapai dengan menyesuaikan rasio donor terhadap reseptor dalam QD komposit, yang berarti untuk meningkatkan kualitas warna WLED dengan mengkompensasi celah cahaya di wilayah oranye-merah. Hasilnya, WLED yang dibuat berdasarkan QD komposit menunjukkan kualitas warna yang sangat ditingkatkan dan spektrum cahaya yang lebih alami dibandingkan dengan spektrum WLED berbasis QD monokrom.
Ketersediaan Data dan Materi
Kumpulan data yang dihasilkan selama dan/atau dianalisis selama studi saat ini tersedia dari penulis terkait atas permintaan yang wajar.
