[發(fā)明專利]多種散射粒子和量子點(diǎn)共混的色轉(zhuǎn)換層光學(xué)參數(shù)計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110504455.7
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113254849B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06F30/25;G02F1/13357
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學(xué)俊

1.一種多種散射粒子和量子點(diǎn)共混的色轉(zhuǎn)換層光學(xué)參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于：色轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中含有均勻分布的多種散射粒子和多種顏色的量子點(diǎn)；該色轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)適用于多種散射粒子和多色量子點(diǎn)均勻共混的量子點(diǎn)背光模組或光源；其色轉(zhuǎn)換層光學(xué)參數(shù)計(jì)算方法包括以下步驟：

步驟S1：設(shè)定多色量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換層參數(shù)和朗伯面光源的光強(qiáng)參數(shù)；

步驟S2：依據(jù)光線波長或頻率的不同對色轉(zhuǎn)換層進(jìn)行邏輯通道劃分，分別構(gòu)建純藍(lán)光邏輯通道和具有不同顏色量子點(diǎn)的色轉(zhuǎn)換邏輯通道；

步驟S3：依據(jù)純藍(lán)光邏輯通道，計(jì)算入射藍(lán)光光強(qiáng)隨光色轉(zhuǎn)換層厚度及散射粒子和多色量子點(diǎn)濃度變化的關(guān)系；

步驟S4：依據(jù)色轉(zhuǎn)換層邏輯通道，計(jì)算轉(zhuǎn)換光光強(qiáng)隨光色轉(zhuǎn)換層厚度及散射粒子和多色量子點(diǎn)濃度變化的關(guān)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(diǎn)色轉(zhuǎn)換層的光學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)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(diǎn)的色轉(zhuǎn)換層分解為1個(gè)含有n種散射粒子的純藍(lán)光邏輯通道和m個(gè)量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換邏輯通道：

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

任意一個(gè)量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換邏輯通道滿足下述3條件：1)該通道中含有對應(yīng)的單色量子點(diǎn)，但是不含有散射粒子；2)所有進(jìn)入該量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換邏輯通道內(nèi)的入射藍(lán)光都會(huì)與量子點(diǎn)發(fā)生碰撞并實(shí)現(xiàn)不同波長光線之間的顏色轉(zhuǎn)換，因此該通道不存在入射藍(lán)光的透射現(xiàn)象；3)該通道內(nèi)透射出去的光線一定是經(jīng)過量子點(diǎn)激發(fā)后的部分轉(zhuǎn)換光，而未能透射出去的轉(zhuǎn)換光被通道吸收而損耗掉；

步驟S3具體包括以下步驟：

依據(jù)純藍(lán)光邏輯通道，根據(jù)光吸收作用計(jì)算入射藍(lán)光光強(qiáng)滿足的表達(dá)式：

式中，I_b、I₀分別表示泄露的藍(lán)光光強(qiáng)以及實(shí)際量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換層的初始入射藍(lán)光光強(qiáng)；h表示量子點(diǎn)光色轉(zhuǎn)換層厚度；σ_t表示衰減系數(shù)，體現(xiàn)入射藍(lán)光的衰減速率，與實(shí)際的材料屬性以及入射藍(lán)光波長有關(guān)；衰減系數(shù)σ_t表示為吸收系數(shù)與散射系數(shù)的疊加：

式中，表示由吸收作用導(dǎo)致的藍(lán)光衰減系數(shù)，分別與對應(yīng)通道中的量子點(diǎn)有關(guān)，表示由對應(yīng)通道中的散射粒子引起的藍(lán)光衰減系數(shù)，因此：

根據(jù)純?nèi)肷渌{(lán)光邏輯通道所入射的藍(lán)光為(1-∑k)I₀，因此泄露的藍(lán)光光強(qiáng)I_b滿足如下表達(dá)式：

式中，I_b表示泄露的藍(lán)光光強(qiáng)；k_i為比例系數(shù)，表示入射到對應(yīng)量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換邏輯通道中的入射藍(lán)光光強(qiáng)與實(shí)際量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換層的初始入射藍(lán)光光強(qiáng)I₀之比；

步驟S4具體包括以下步驟：

基于量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換邏輯通道，建立經(jīng)過量子點(diǎn)光色轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)換光I滿足的表達(dá)式：對出射的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換光光強(qiáng)，I_c表示產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換光光強(qiáng)，I_l表示損耗的轉(zhuǎn)換光光強(qiáng)，即出射的轉(zhuǎn)換光光強(qiáng)等于產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換光光強(qiáng)減去損耗的轉(zhuǎn)換光光強(qiáng)，將上述公式兩邊進(jìn)行求導(dǎo)可得平衡公式：

表示當(dāng)膜厚h變化時(shí)，光強(qiáng)的變化率；

由于膜內(nèi)當(dāng)前位置轉(zhuǎn)換光的產(chǎn)生取決于該位置的入射藍(lán)光，設(shè)比例系數(shù)為k_i，則I_c表示為：

式中，η_i為量子點(diǎn)的光轉(zhuǎn)換效率，表示對應(yīng)第i個(gè)通道處當(dāng)前位置的量子點(diǎn)將入射藍(lán)光轉(zhuǎn)換為對應(yīng)顏色轉(zhuǎn)換光的轉(zhuǎn)換效率；

認(rèn)為轉(zhuǎn)換后的單色光的損耗機(jī)理與入射藍(lán)光相同，轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)換光的損耗方程與入射藍(lán)光的一致，只改變衰減系數(shù)σ_t’，則：

式中，σ_t’表示總的衰減系數(shù)，體現(xiàn)了轉(zhuǎn)換光的衰減速率，與實(shí)際的材料屬性有關(guān)，滿足如下表達(dá)式：

式中，由吸收作用導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換光的衰減系數(shù)，分別與色轉(zhuǎn)換層中對應(yīng)通道的量子點(diǎn)有關(guān)，表示由對應(yīng)通道的散射粒子引起的轉(zhuǎn)換光衰減系數(shù)；

將I_l和I_c的關(guān)系式代入平衡公式，且由于邊界條件，當(dāng)量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換層厚度h＝0時(shí)，轉(zhuǎn)換光光強(qiáng)I_i＝0,所以最終得到的轉(zhuǎn)換光光強(qiáng)無常數(shù)項(xiàng)；

因此對應(yīng)的轉(zhuǎn)換光光強(qiáng)I_i滿足下述表達(dá)式：

步驟S5具體包括以下步驟：

步驟S51：建立光轉(zhuǎn)換效率LCE、藍(lán)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(diǎn)濃度三者之間的函數(shù)關(guān)系：

A：光轉(zhuǎn)換效率LCE_i：即第i個(gè)色轉(zhuǎn)換邏輯通道中對應(yīng)顏色的轉(zhuǎn)換光強(qiáng)與實(shí)際量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換層的初始入射藍(lán)光光強(qiáng)的比值，滿足如下表達(dá)式：

式中，LCE_i表示第i個(gè)量子點(diǎn)光色轉(zhuǎn)換邏輯通道的光轉(zhuǎn)換效率；I_i表示第i個(gè)量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換層出射的轉(zhuǎn)換光光強(qiáng)；

B：藍(lán)光泄漏率BLT：即泄露的藍(lán)光光強(qiáng)與實(shí)際量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換層的初始入射藍(lán)光光強(qiáng)的比值，滿足如下表達(dá)式：

式中，BLT表示藍(lán)光泄漏率；

C：光密度OD：滿足如下表達(dá)式：

式中，OD表示光密度；

步驟S52：當(dāng)無因次粒徑參數(shù)α＜＜1時(shí)，色轉(zhuǎn)換層中散射粒子的作用機(jī)制屬于瑞利散射，此時(shí)散射系數(shù)σ_s滿足如下表達(dá)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(shù)，滿足如下表達(dá)式：

式中，a表示散射粒子的半徑，λ_b表示入射藍(lán)光波長；

當(dāng)無因次粒徑參數(shù)α＞＞λ時(shí)，色轉(zhuǎn)換層中散射粒子的作用機(jī)制屬于米散射，此時(shí)散射系數(shù)σ_s滿足如下表達(dá)式：

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