Quantenpunkte und die Verkapselung
Als neuartiges Nanomaterial weisen Quantenpunkte (QDs) aufgrund ihrer Größe herausragende Eigenschaften auf. Sie sind kugelförmig oder nahezu kugelförmig und ihr Durchmesser liegt zwischen 2 nm und 20 nm. QDs bieten zahlreiche Vorteile, wie ein breites Anregungsspektrum, ein schmales Emissionsspektrum, eine große Stokes-Bewegung, eine lange Fluoreszenzlebensdauer und gute Biokompatibilität. Insbesondere lässt sich das Emissionsspektrum von QDs durch Variation ihrer Größe im gesamten sichtbaren Lichtbereich erweitern.
Unter den vielfältigen lumineszierenden Quantenpunktmaterialien (QDs) fanden die CdSe-haltigen QDs der Typen II bis VI aufgrund ihrer rasanten Entwicklung breite Anwendung. Die Halbwertsbreite der II- bis VI-QDs liegt zwischen 30 nm und 50 nm und kann unter geeigneten Synthesebedingungen unter 30 nm sinken. Ihre Fluoreszenzquantenausbeute erreicht nahezu 100 %. Die Anwesenheit von Cadmium (Cd) schränkte jedoch die Weiterentwicklung dieser QDs ein. Cadmiumfreie QDs der Typen III bis V wurden intensiv erforscht; ihre Fluoreszenzquantenausbeute liegt bei etwa 70 %. Die Halbwertsbreite von grünem InP/ZnS beträgt 40–50 nm, die von rotem InP/ZnS etwa 55 nm. Die Eigenschaften dieses Materials müssen weiter verbessert werden. In letzter Zeit haben ABX₃-Perowskite, die keine Hüllenstruktur benötigen, großes Interesse geweckt. Die Emissionswellenlänge dieser Materialien lässt sich im sichtbaren Lichtbereich leicht einstellen. Die Fluoreszenzquantenausbeute des Perowskits liegt bei über 90 %, die Halbwertsbreite bei etwa 15 nm. Da die Farbskala der Quantenpunkt-Lumineszenzmaterialien bis zu 140 % des NTSC-Farbraums abdecken kann, eignen sie sich hervorragend für Leuchtbauelemente. Eine der Hauptanwendungen ist der Einsatz anstelle von Seltenerdphosphoren zur Erzeugung von farbintensivem Licht in Dünnschichtelektroden.
Quantenpunkte (QDs) erzeugen gesättigte Lichtfarben, da dieses Material Spektren mit beliebigen Wellenlängen im Beleuchtungsbereich erzeugen kann, deren Halbwertsbreite unter 20 nm liegt. Zu ihren zahlreichen Eigenschaften zählen die einstellbare Emissionsfarbe, das schmale Emissionsspektrum und die hohe Fluoreszenzquantenausbeute. Sie eignen sich zur Optimierung des Spektrums in LCD-Hintergrundbeleuchtungen und zur Verbesserung der Farbwiedergabe und des Farbraums von LCDs.
Die Verkapselungsmethoden von QDs sind wie folgt:
1) On-Chip: Das herkömmliche Leuchtstoffpulver wird durch lumineszierende Quantenpunkte (QDs) ersetzt. Dies ist die gängigste Verkapselungsmethode für QDs im Bereich der Beleuchtung. Der Vorteil dieser On-Chip-Lösung liegt im geringen Materialbedarf, der Nachteil in der erforderlichen hohen Stabilität der Materialien.
2) Oberflächenstruktur: Diese Struktur wird hauptsächlich in der Hintergrundbeleuchtung eingesetzt. Die optische Schicht besteht aus Quantenpunkten und befindet sich in der Hintergrundbeleuchtung direkt über dem Lichtleiter. Die hohen Kosten großflächiger optischer Schichten schränken jedoch die breite Anwendung dieses Verfahrens ein.
3) Randseitig: Das QD-Material wird in den Streifen eingekapselt und seitlich auf dem LED-Streifen und der LGP angebracht. Dieses Verfahren reduziert die Auswirkungen der thermischen und optischen Strahlung, die von der blauen LED und dem QD-Leuchtmaterial ausgehen. Zudem wird der Verbrauch an QD-Materialien verringert.
