[發明專利]多種散射粒子和量子點共混的色轉換層光學參數計算方法

有效

• 申請號: 202110504455.7
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113254849B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 徐勝;李錦安;鄒凱文;葉媛媛;陳恩果;葉蕓;郭太良;周小健;何琳;邱俊鋒
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06F30/25;G02F1/13357
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

1.一種多種散射粒子和量子點共混的色轉換層光學參數計算方法，其特征在于：色轉換層結構中含有均勻分布的多種散射粒子和多種顏色的量子點；該色轉換層結構適用于多種散射粒子和多色量子點均勻共混的量子點背光模組或光源；其色轉換層光學參數計算方法包括以下步驟：

步驟S1：設定多色量子點色轉換層參數和朗伯面光源的光強參數；

步驟S2：依據光線波長或頻率的不同對色轉換層進行邏輯通道劃分，分別構建純藍光邏輯通道和具有不同顏色量子點的色轉換邏輯通道；

步驟S3：依據純藍光邏輯通道，計算入射藍光光強隨光色轉換層厚度及散射粒子和多色量子點濃度變化的關系；

步驟S4：依據色轉換層邏輯通道，計算轉換光光強隨光色轉換層厚度及散射粒子和多色量子點濃度變化的關系；

步驟S5：基于步驟S1-步驟S4，對混合多種散射粒子和多種顏色的量子點色轉換層的光學參數進行計算；

在步驟S2中，分別從邏輯層面將混有n種散射粒子及m種顏色量子點的色轉換層分解為1個含有n種散射粒子的純藍光邏輯通道和m個量子點色轉換邏輯通道：

所述純藍光邏輯通道滿足下述2個條件：1)該邏輯通道含有所有散射粒子，但是不含有量子點；2)該通道只存在入射藍光光線的傳播、吸收、散射和透射的現象，不存在不同波長的光線轉換關系；

任意一個量子點色轉換邏輯通道滿足下述3條件：1)該通道中含有對應的單色量子點，但是不含有散射粒子；2)所有進入該量子點色轉換邏輯通道內的入射藍光都會與量子點發生碰撞并實現不同波長光線之間的顏色轉換，因此該通道不存在入射藍光的透射現象；3)該通道內透射出去的光線一定是經過量子點激發后的部分轉換光，而未能透射出去的轉換光被通道吸收而損耗掉；

步驟S3具體包括以下步驟：

依據純藍光邏輯通道，根據光吸收作用計算入射藍光光強滿足的表達式：

式中，I_b、I₀分別表示泄露的藍光光強以及實際量子點色轉換層的初始入射藍光光強；h表示量子點光色轉換層厚度；σ_t表示衰減系數，體現入射藍光的衰減速率，與實際的材料屬性以及入射藍光波長有關；衰減系數σ_t表示為吸收系數與散射系數的疊加：

式中，表示由吸收作用導致的藍光衰減系數，分別與對應通道中的量子點有關，表示由對應通道中的散射粒子引起的藍光衰減系數，因此：

根據純入射藍光邏輯通道所入射的藍光為(1-∑k)I₀，因此泄露的藍光光強I_b滿足如下表達式：

式中，I_b表示泄露的藍光光強；k_i為比例系數，表示入射到對應量子點色轉換邏輯通道中的入射藍光光強與實際量子點色轉換層的初始入射藍光光強I₀之比；

步驟S4具體包括以下步驟：

基于量子點色轉換邏輯通道，建立經過量子點光色轉換層轉換后的轉換光I滿足的表達式：對出射的轉換光而言存在如下的公式：

I_t＝I_c-I_l

式中，I_t表示出射的轉換光光強，I_c表示產生的轉換光光強，I_l表示損耗的轉換光光強，即出射的轉換光光強等于產生的轉換光光強減去損耗的轉換光光強，將上述公式兩邊進行求導可得平衡公式：

表示當膜厚h變化時，光強的變化率；

由于膜內當前位置轉換光的產生取決于該位置的入射藍光，設比例系數為k_i，則I_c表示為：

式中，η_i為量子點的光轉換效率，表示對應第i個通道處當前位置的量子點將入射藍光轉換為對應顏色轉換光的轉換效率；

認為轉換后的單色光的損耗機理與入射藍光相同，轉換后的轉換光的損耗方程與入射藍光的一致，只改變衰減系數σ_t’，則：

式中，σ_t’表示總的衰減系數，體現了轉換光的衰減速率，與實際的材料屬性有關，滿足如下表達式：

式中，由吸收作用導致的轉換光的衰減系數，分別與色轉換層中對應通道的量子點有關，表示由對應通道的散射粒子引起的轉換光衰減系數；

將I_l和I_c的關系式代入平衡公式，且由于邊界條件，當量子點色轉換層厚度h＝0時，轉換光光強I_i＝0,所以最終得到的轉換光光強無常數項；

因此對應的轉換光光強I_i滿足下述表達式：

步驟S5具體包括以下步驟：

步驟S51：建立光轉換效率LCE、藍光泄漏率BLT和光密度OD隨膜厚以及散射粒子濃度和量子點濃度三者之間的函數關系：

A：光轉換效率LCE_i：即第i個色轉換邏輯通道中對應顏色的轉換光強與實際量子點色轉換層的初始入射藍光光強的比值，滿足如下表達式：

式中，LCE_i表示第i個量子點光色轉換邏輯通道的光轉換效率；I_i表示第i個量子點色轉換層出射的轉換光光強；

B：藍光泄漏率BLT：即泄露的藍光光強與實際量子點色轉換層的初始入射藍光光強的比值，滿足如下表達式：

式中，BLT表示藍光泄漏率；

C：光密度OD：滿足如下表達式：

式中，OD表示光密度；

步驟S52：當無因次粒徑參數α＜＜1時，色轉換層中散射粒子的作用機制屬于瑞利散射，此時散射系數σ_s滿足如下表達式：

式中，ni表示折射率；θ表示散射角；α表示無因次粒徑參數，滿足如下表達式：

式中，a表示散射粒子的半徑，λ_b表示入射藍光波長；

當無因次粒徑參數α＞＞λ時，色轉換層中散射粒子的作用機制屬于米散射，此時散射系數σ_s滿足如下表達式：

式中，S₁(θ)和S₂(θ)表示散射振幅函數，且S₁(θ)和S₂(θ)是由貝塞爾函數和勒讓德函數組成的無窮級數。