CN113255200B - 混合散射粒子的单色量子点色转换层的光学参数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种混合散射粒子的单色量子点色转换层的光学参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：获取量子点光色转换层初始参数；步骤S2：依据光线波长或频率的不同对色转换层进行逻辑通道划分，分别构建纯蓝光逻辑通道1和色转换逻辑通道2；步骤S3：依据纯蓝光逻辑通道1，计算入射蓝光光强随光色转换层厚度及散射粒子和量子点浓度变化的关系；步骤S4：依据色转换逻辑通道2，计算转换光光强随光色转换层厚度及散射粒子和量子点浓度变化的关系；步骤S5：对混合散射粒子的单色量子点色转换层的光学参数进行计算。其能够根据所给的量子点发光光谱参数，准确、高效地得到包括转换光出光强度、光转换效率、入射蓝光泄露率、光密度等量子点光色转换层的出光光学性能函数。

Description

混合散射粒子的单色量子点色转换层的光学参数计算方法

技术领域

本发明属于新型显示技术领域，尤其涉及一种混合散射粒子的单色量子点色转换层的光学参数计算方法。

背景技术

“量子点”一词是在1986年创造的，它们首先在玻璃基质和胶体溶液中被AlexeyEkimov和LouisBrus发现。量子点(QuantumDots)是指空间三个维度上存在量子限域效应的半导体纳米晶材料，又被称作“人造原子”。量子点大部分是由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素组成的一种准零维纳米材料，其三个维度的尺寸都在1～10nm，外观恰似一极小的点状物。量子点内部的电子输运受到限制，电子平均自由程很短，电子的局域性和相干性增强，所以量子限域效应特别显著。由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成分立能级结构，由此带来了发光光谱窄(20-30nm)，色纯度高，色域广等优势。不同尺寸的量子点，电子和空穴被量子限域的程度不一样，分子特性的分立能级结构也因量子点的尺寸不同而不同，因此在受到外来能量激发后，不同尺寸的量子点将发出不同波长的荧光，也就是各种颜色的光。将量子点与显示技术相结合已经成为显示领域研究的重点和热点之一，不仅能够大幅提升显示器件的色彩表现能力，而且能够大幅改善显示器件对光线的利用率。量子点光色转换层不仅可以帮助显示器实现广色域，而且具有较高的光转换效率，在包括液晶显示器、micro-LED、mini-LED以及蓝光OLED等显示器件上都具有广泛的应用前景。但是目前量子点膜片的图案化制备技术仍然存在一些关键技术问题需要解决，包括出光颜色白平衡、对光效的利用率、入射蓝光透过率以及量子点膜片的寿命等。因此量子点光色转换层的设计是背光模组的关键技术之一。目前，现有的论文和研究都是通过仿真来选择量子点薄膜厚度及浓度大小，以实现量子点光效利用率高及入射蓝光透过率低等要求。没有具体到理论的探究，但这种仿真近似实际上对整体的效果影响比较大。综上，现有技术都较难以直观的求出转换光转换效率随量子点光色转换层的厚度和散射粒子及量子点浓度参数变化的关系，为了解决这一问题，有必要提出一种能够准确、高效地计算量子点光色转换层厚度和散射粒子及量子点浓度参数设计的技术依据和理论指导的方法。

发明内容

针对现有技术的空白，本发明提出了一种混合散射粒子的单色量子点色转换层的光学参数计算方法,其为基于混合散射粒子的单色量子点色转换层的出光理论模型，以色转换层的厚度和散射粒子及量子点浓度作为基本参数的设计方法。

本发明针对可图案化的量子点子像素结构的新型显示器件，对混合了散射粒子的单色量子点子像素出射光转换效率、入射蓝光泄露率及光密度进行分析。该量子点光色转换层光色转换理论模型的构建如下：1)确定量子点光色转换层初始参数。包括所用的单色量子点发光光谱参数，量子点色转换层膜厚、散射粒子和量子点浓度参数、形成色转换层的基础介质材料分别关于入射蓝光和转换光的衰减系数，以及朗伯面光源的光强参数；2)依据光线波长或频率的不同对色转换层进行逻辑通道划分的方法实现，分别从逻辑层面将混有散射粒子及单色量子点的色转换层分解为纯蓝光逻辑通道1和量子点色转换逻辑通道2；3)建立入射蓝光光强与膜厚和散射粒子及量子点浓度衰减关系之间的理论模型；4)基于量子点色转换逻辑通道，建立经过量子点光色转换层转换后的转换光与膜片厚度和散射粒子及量子点浓度之间的理论关系模型；5)基于量子点色转换逻辑通道和纯蓝光逻辑通道，分别建立光转换效率、蓝光泄露率和光密度随膜厚以及均匀变化的散射粒子及量子点浓度之间的函数关系；6)根据散射粒子的粒径大小将散射划分为瑞利散射及米散射，并分别对其进行分析。

本发明构建的理论模型能够根据所给的量子点发光光谱参数、基础介质材料中分别关于入射蓝光和转换光的衰减系数、入射蓝光源的光强参数、以及量子点光色转换层的厚度、散射粒子和量子点浓度参数，准确、高效地得到包括转换光出光强度、光转换效率、入射蓝光泄露率、光密度等量子点光色转换层的出光光学性能函数，为量子点光色转换层参数的设置提供一种技术依据，在量子点显示/背光/照明等应用中具有重要的理论指导意义。

其基本流程包括：

第一步：确定量子点光色转换层初始参数。包括所用的单色量子点发光光谱参数，量子点色转换层膜厚和散射粒子及量子点浓度参数、形成色转换层的基础介质材料分别关于入射蓝光和转换光的衰减系数，以及朗伯面光源的光强参数。

第二步：依据光线波长或频率的不同对色转换层进行逻辑通道划分的方法实现，分别从逻辑层面将同时混合散射粒子及单色量子点的光色转换层分解为纯蓝光逻辑通道1、量子点色转换逻辑通道2。

第三步：根据朗伯-比尔定律计算入射蓝光光强I_b满足如下表达式：

第四步：基于量子点色转换逻辑通道，建立经过量子点光色转换层转换后的转换光I满足如下表达式：

第五步：计算量子点光色转换层的光转换效率、蓝光泄露率以及光密度。量子点光色转换层的光转换效率LCE，即转换后单色光的光强与光源的初始入射蓝光强的比值。满足如下表达式：

蓝光泄露率BLT：泄露的蓝光光强与实际色转换层的初始入射蓝光光强的比值，满足如下表达式：

光密度OD满足如下表达式：

第六步：根据散射粒子的尺寸将散射分为瑞利散射和米散射。

A：瑞利散射：当无因次粒径参数α＜＜1时：

此时散射系数σ_s满足如下表达式：

B：米散射：当无因次粒径参数α＞＞λ时：

此时散射系数σ_s满足如下表达式：

作为优选，所述光源光谱的波长λ属于短波长波段，波长范围在10nm到480nm之间。

作为优选，所述朗伯面光源(包括平行面光源等朗伯体)发光面和量子点光色转换层底面的间距很小，可视为紧贴在量子点光色转换层上。

作为优选，所述朗伯面光源的发光面积与量子点光色转换层面积相当，即发光面积若明显超过量子点光色转换层面积，则不能很好适应需求。

作为优选，所述量子点光色转换层材料为Propyleneglycolmonomethyletheracetate(PGMEA)或材料的折射率大于空气折射率。

作为优选，所述的量子点光色转换层的光学理论模型，其特征在于：入射蓝光光强I_b满足如下表达式：

作为优选，所述的量子点光色转换层的光学理论模型，其特征在于：转换后的单色光I满足如下表达式：

作为优选，所述的量子点光色转换层的光学理论模型，其特征在于：量子点光色转换层的光转换效率LCE。满足如下表达式：

作为优选，所述的量子点光色转换层的光学理论模型，其特征在于：量子点光色转换层的蓝光泄露率BLT。满足如下表达式：

作为优选，所述的量子点光色转换层的光学理论模型，其特征在于：量子点光色转换层的光密度OD满足如下表达式：

作为优选，所述的量子点光色转换层的光学理论模型，其特征在于：根据散射粒子的尺寸将散射分为瑞利散射和米散射。

A：瑞利散射下散射系数σ_s满足如下表达式：

B：米散射下散射系数σ_s满足如下表达式：

本发明具体采用以下技术方案：

一种混合散射粒子的单色量子点色转换层的光学参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：获取量子点光色转换层初始参数；

步骤S2：依据光线波长或频率的不同对色转换层进行逻辑通道划分，分别构建纯蓝光逻辑通道1和色转换逻辑通道2；

步骤S3：依据纯蓝光逻辑通道1，计算入射蓝光光强随光色转换层厚度及散射粒子和量子点浓度变化的关系；

步骤S4：依据色转换逻辑通道2，计算转换光光强随光色转换层厚度及散射粒子和量子点浓度变化的关系；

步骤S5：基于步骤S1-步骤S4，对混合散射粒子的单色量子点色转换层的光学参数进行计算。

其中，所述混合散射粒子的单色量子点色转换层的三基色量子点子像素内，除了蓝色子像素外，红绿子像素内的量子点光色转换层内含有散射粒子及相应的单色量子点，且该量子点光色转换层内部散射粒子及量子点浓度是均匀分布的。

进一步地，在步骤S1中，设定量子点光色转换层初始参数包括：所用的单色量子点发光光谱参数，量子点色转换层膜厚、散射粒子和量子点浓度参数、形成色转换层的基础介质材料分别关于入射蓝光和转换光的衰减系数，以及朗伯面光源的光强参数。

进一步地，在步骤S2中，分别从逻辑层面将混有散射粒子及单色量子点的色转换层分解为纯蓝光逻辑通道1和量子点色转换逻辑通道2。

所述纯蓝光逻辑通道1满足下述2个条件：1)该逻辑通道含有散射粒子，但是不含有量子点；2)该通道只存在入射蓝光光线的传播、吸收、散射和透射的现象，不存在不同波长的光线转换关系；

所述量子点色转换逻辑通道2满足下述3个条件：1)该通道中含有量子点，但是不含有散射粒子；2)所有进入实际量子点色转换层的光线中，除去进入纯蓝光逻辑通道1中的入射蓝光外，其余的入射蓝光进入量子点色转换逻辑通道2内并与量子点发生碰撞实现不同波长光线之间的颜色转换，且该通道不存在入射蓝光的透射现象；3)该通道内透射出去的光线一定是经过量子点激发后的部分转换光，而未能透射出去的转换光被通道吸收而损耗掉。

进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：

计算入射蓝光光强满足的表达式，根据朗伯-比尔定律：

式中，I、I₀分别表示泄露的蓝光光强以及实际色转换层的的初始入射蓝光光强；h表示量子点光色转换层厚度；σ_t表示总的衰减系数，体现了入射蓝光的衰减速率，σ_t与实际的材料属性有关；衰减系数σ_t表示为吸收系数与散射系数的叠加：

σ_t＝σ_a+σ_s

式中，σ_a表示入射蓝光由吸收引起的衰减系数，σ_s表示入射蓝光由散射引起的衰减系数；其中，σ_a与材料中量子点浓度以及入射蓝光的波长有关，σ_s与材料中散射粒子的浓度以及入射蓝光的波长有关；因此：

根据纯入射蓝光逻辑通道1所入射的蓝光为(1-k)I₀，因此入射蓝光光强I_b满足如下表达式：

式中，k为比例系数，表示入射到通道2中的入射蓝光光强与实际色转换层的总入射蓝光光强I₀之比。

进一步地，步骤S4具体包括以下步骤：

基于量子点色转换逻辑通道，建立经过量子点光色转换层转换后的转换光I满足的表达式：对于转换后出射的转换光的光强，需要考虑转换光在传输过程中，会出现产生与损耗，因此对出射的转换光而言存在如下的公式：

I＝I_c-I_l

式中，I表示出射的转换光光强，I_c表示产生的转换光光强，I_l表示损耗的转换光光强；即出射的转换光光强等于产生的转换光光强减去损耗的转换光光强；将上述公式两边进行求导获得平衡公式：

表示当膜厚h变化时，光强的变化率；该表达式表明：在膜内的位置h处，当厚度h发生单位变化时，出射的转换光光强变化率等于产生的转换光光强变化率减去损耗的转换光光强变化率；

由于膜内当前位置转换光的产生取决于该位置的入射蓝光，设比例系数为η，则I_c可表示为：

式中，k为比例系数，表示入射到通道2中的入射蓝光光强与实际色转换层的总入射蓝光光强I₀之比；η为转换效率，表示通道2中当前位置的量子点将入射蓝光转换为转换光的转换效率；

可以认为转换后的单色光的损耗机理与入射蓝光相同，转换后的转换光的损耗方程与入射蓝光的一致，只改变衰减系数σ_t’，则：

式中，σ_t’表示总的衰减系数，体现了转换光的衰减速率，其中σ_t’＝σ_a’+σ_s’，σ_a’表示转换光由吸收引起的衰减系数，σ_s’表示转换光由散射引起的衰减系数，σ_t’与实际的材料属性有关，σ_a’与材料中量子点浓度以及转换红光的波长有关，σ_s’与材料中散射粒子的浓度以及转换红光的波长有关；

将I_l和I_c的关系式代入平衡公式，且由于边界条件，当量子点色转换层厚度h＝0时，转换光光强I＝0,所以最终得到的转换光光强无常数项；

因此转换光光强I满足下述表达式：

进一步地，所述纯蓝光逻辑通道1中有：泄露的蓝光光强随着量子点光色转换层的厚度、膜内散射粒子浓度和量子点浓度值发生变化，该通道出射的蓝光光强等于实际量子点色转换层的出射蓝光光强；出射的蓝光光强I_b满足如下表达式：

式中，I_b、I₀分别表示泄露的蓝光光强以及实际色转换层总的初始入射蓝光光强；h表示量子点光色转换层厚度；k为比例系数，表示入射到通道2中的入射蓝光光强与实际色转换层的总入射蓝光光强I₀之比；σ_a表示入射蓝光由吸收引起的衰减系数，σ_s表示入射蓝光由散射引起的衰减系数，σ_t表示总的衰减系数，体现了入射蓝光的衰减速率，σ_t＝σ_a+σ_s，σ_t与实际的材料属性有关，其中，σ_a与材料中量子点浓度以及入射蓝光的波长有关，σ_s与材料中散射粒子的浓度以及入射蓝光的波长有关；

所述量子点色转换逻辑通道2中有：以红色子像素区域为例：出射的转换红光光强随着量子点光色转换层的厚度、膜内散射粒子浓度和红色量子点浓度值发生变化；该逻辑通道的出射红光光强等于实际量子点色转换层的出射红光光强，且满足如下表达式：

式中，I_r表示转换的红光光强；k_r为比例系数，表示入射到通道2中的入射蓝光光强与实际色转换层的总入射蓝光光强I₀之比；η_r为量子点的光转换效率，表示通道2中当前位置的红色量子点将入射蓝光转换为红光的转换效率；σ_a’表示转换红光由吸收引起的衰减系数，σ_s’表示转换红光由散射引起的衰减系数，σ_t’表示总的衰减系数，体现了转换红光的衰减速率，σ_t’＝σ_a’+σ_s’，σ_t’与实际的材料属性有关，其中，σ_a’与材料中量子点浓度以及转换红光的波长有关，σ_s’与材料中散射粒子的浓度以及转换红光的波长有关；

绿色子像素区域与红色子像素区域类似；而对于蓝色子像素区域：当入射激发光是蓝光时，蓝色子像素内无需量子点，此时不存在量子点色转换过程，因此不考虑光的色转换情况。

进一步地，步骤S5包括有步骤S51：计算量子点光色转换层的光转换效率、蓝光泄露率以及光密度：

量子点光色转换层的光转换效率LCE，即转换后单色光的光强与光源的初始入射蓝光强的比值，满足如下表达式：

量子点光色转换层的蓝光泄露率BLT，即泄露的蓝光光强与实际色转换层的初始入射蓝光光强的比值，满足如下表达式：

量子点光色转换层的光密度OD满足如下表达式：

进一步地，步骤S5包括有步骤S52：

当无因次粒径参数α＜＜1时，色转换层中散射粒子的作用机制属于瑞利散射，此时散射系数σ_s满足如下表达式：

式中，n表示折射率；θ表示散射角；h表示量子点光色转换层厚度；R_c表示瑞利常数；α表示无因次粒径参数，满足如下表达式：

式中，a表示散射粒子的半径，λ_b表示入射蓝光波长；

当无因次粒径参数α＞＞λ时，色转换层中散射粒子的作用机制属于米散射，此时散射系数σ_s满足如下表达式：

式中，λ_b表示入射蓝光波长；θ表示散射角；h表示量子点光色转换层厚度；S₁(θ)和S₂(θ)表示散射振幅函数，且S₁(θ)和S₂(θ)是由贝塞尔函数和勒让德函数组成的无穷级数。

进一步地，量子点光色转换层中量子点浓度为摩尔浓度，如果转换成实验中易操作和分析的质量百分比，即量子点质量占光色转换层总质量的百分比，那么质量百分比范围为0.001％～80％，此时量子点光色转换层的厚度h范围为0.01μm～100μm。

进一步地，量子点光色转换层中散射粒子浓度为摩尔浓度，如果转换成实验中易操作和分析的质量百分比，即散射粒子质量占光色转换层总质量的百分比，那么质量百分比范围为0.001％～50％，此时散射粒子的半径a范围为1nm～2000nm。

进一步地，量子点光色转换层内部的量子点不仅仅限于红/绿色量子点，也可以是其他比入射蓝光波长更长的量子点。

进一步地，朗伯面光源的中心波长λ属于短波长波段(从紫外到蓝色波段范围)，其发光过程为下转换过程，紫外光波长范围在10nm到400nm之间，蓝光波长范围在400nm到480nm之间。朗伯面光源可以是平行的LCD面光源，也可以是micro-LED、mini-LED和QD-OLED面光源等，但不限于此。

进一步地，量子点光色转换层可应用于显示领域，其结构可以是蓝色光源去激发混合散射粒子及红绿量子点的光色转换层结构，从而转换为红绿光；也可以是短波光光源如紫外光源去激发混合散射粒子及多色量子点光色转换层结构，从而转换为多色光。

进一步地，量子点光色转换层中除散射粒子及量子点外的基质材料可以为有机材料或无机材料，且量子点光色转换层基质材料折射率应大于空气折射率，折射率范围满足1.7＞n＞1。有机材料，包括：丙二醇单甲醚醋酸酯(PGMEA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、醋酸丁酸纤维素(CAB)、硅氧烷、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、改性聚对苯二甲酸乙二酯(PETG)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或环烯共聚物(COC)中的一种或几种；或无机材料，包括：玻璃、石英和透射陶瓷材料中的一种或几种。

本发明及其优选方案提供了一种同时混合散射粒子及单色量子点的光色转换层模型的设计方法及流程，与现有技术相比，其具有的突出实质性特点是，本发明能够根据所给的量子点发光光谱参数，基础介质材料分别关于入射蓝光和转换光的衰减系数、入射蓝光源的光强参数，以及量子点光色转换层的厚度和散射粒子及量子点浓度参数，准确、高效地得到包括转换光出光强度、光转换效率、蓝光泄露率、光密度等量子点光色转换层的出光光学性能函数，为量子点光色转换层参数的设置提供一种技术依据，在背光和照明等光源应用中具有重要的理论指导意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1为本发明实施例所设计的依据光线波长或频率的不同对色转换层进行逻辑通道划分光强示意图；

图2为本发明实施例整体流程示意图；

图3为本发明实施例所设计的蓝光朗伯面光源分别去激发混合散射粒子的量子点光色转换层结构的示例示意图；

图4为本发明实施例所设计的紫外朗伯面光源分别去激发混合散射粒子的量子点光色转换层结构的示例图。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

本发明提供优选实施例，只用于本发明做进一步的说明，不应该被认为仅限于在此阐述的实施例，也不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

如图1-图4所示，在本实施例中，其提供的具体实施过程如下：

第一步：确定量子点光色转换层初始参数。包括所用的单色量子点发光光谱参数，量子点色转换层膜厚和散射粒子及量子点浓度参数、形成色转换层的基础介质材料分别关于入射蓝光和转换光的衰减系数，以及朗伯面光源的光强参数。

第二步：依据光线波长或频率的不同对色转换层进行逻辑通道划分的方法实现，分别从逻辑层面将同时混合散射粒子及单色量子点的光色转换层分解为纯蓝光逻辑通道1、量子点色转换逻辑通道2。

第三步：计算入射蓝光光强满足的表达式。根据朗伯-比尔定律：

式中，I、I₀分别表示泄露的蓝光光强以及实际色转换层的的初始入射蓝光光强；h表示量子点光色转换层厚度；σ_t表示总的衰减系数，体现了入射蓝光的衰减速率，σ_t与实际的材料属性有关。考虑到光强的衰减与吸收与散射有关，因此衰减系数σ_t可表示为吸收系数与散射系数的叠加：

σ_t＝σ_a+σ_s

式中，σ_a表示入射蓝光由吸收引起的衰减系数，σ_s表示入射蓝光由散射引起的衰减系数。其中，σ_a与材料中量子点浓度以及入射蓝光的波长有关，σ_s与材料中散射粒子的浓度以及入射蓝光的波长有关。因此：

根据纯入射蓝光逻辑通道1所入射的蓝光为(1-k)I₀，因此入射蓝光光强I_b满足如下表达式：

式中，k为比例系数，表示入射到通道2中的入射蓝光光强与实际色转换层的总入射蓝光光强I₀之比。

第四步：基于量子点色转换逻辑通道，建立经过量子点光色转换层转换后的转换光I满足的表达式。对于转换后出射的转换光的光强，需要考虑转换光在传输过程中，会出现产生与损耗，因此对出射的转换光而言存在如下的公式：

I＝I_c-I_l

式中，I表示出射的转换光光强，I_c表示产生的转换光光强，I_l表示损耗的转换光光强。即出射的转换光光强等于产生的转换光光强减去损耗的转换光光强。将上述公式两边进行求导可得平衡公式：

表示当膜厚h变化时，光强的变化率。该表达式表明：在膜内的位置h处，当厚度h发生单位变化时，出射的转换光光强变化率等于产生的转换光光强变化率减去损耗的转换光光强变化率。

由于膜内当前位置转换光的产生取决于该位置的入射蓝光，且经过大量实验可验证二者成正比，设比例系数为η，则I_c可表示为：

式中，k为比例系数，表示入射到通道2中的入射蓝光光强与实际色转换层的总入射蓝光光强I₀之比；η为转换效率，表示通道2中当前位置的量子点将入射蓝光转换为转换光的转换效率。

可以认为转换后的单色光的损耗机理与入射蓝光相同，转换后的转换光的损耗方程与入射蓝光的一致，只改变衰减系数σ_t’，则：

式中，σ_t’表示总的衰减系数，体现了转换光的衰减速率，其中σ_t’＝σ_a’+σ_s’，σ_a’表示转换光由吸收引起的衰减系数，σ_s’表示转换光由散射引起的衰减系数，σ_t’与实际的材料属性有关，σ_a’与材料中量子点浓度以及转换红光的波长有关，σ_s’与材料中散射粒子的浓度以及转换红光的波长有关。

将I_l和I_c的关系式代入平衡公式，且由于边界条件，当量子点色转换层厚度h＝0时，转换光光强I＝0,所以最终得到的转换光光强无常数项。

因此转换光光强I满足下述表达式：

第五步：计算量子点光色转换层的光转换效率、蓝光泄露率以及光密度。量子点光色转换层的光转换效率LCE，即转换后单色光的光强与光源的初始入射蓝光强的比值。满足如下表达式：

量子点光色转换层的蓝光泄露率BLT，即泄露的蓝光光强与实际色转换层的初始入射蓝光光强的比值，满足如下表达式：

其物理意义在于：当入射蓝光光强I₀一定时，膜厚h的增加使入射蓝光的损耗增加，导致蓝光泄露率的不断减小并最后趋近于0。因此蓝光泄露率随着膜厚h的增加而不断减小并最后趋近于0。

根据朗伯-比尔定律：

A＝lg(1/T)

式中，A为吸光度即光密度OD；T为透射比(透光度)即蓝光泄露率BLT，是泄露的出射光强度I_b与入射蓝光强度I₀的比值。量子点光色转换层的光密度OD满足如下表达式：

第六步：根据散射粒子的尺寸将散射分为瑞利散射和米散射。

A：瑞利散射：当无因次粒径参数α＜＜1时，色转换层中散射粒子的作用机制属于瑞利散射，此时散射系数σ_s满足如下表达式：

式中，n表示折射率；θ表示散射角；h表示量子点光色转换层的厚度；R_c表示瑞利常数，即瑞利散射中散射系数与波长的四次方成反比；α表示无因次粒径参数，满足如下表达式：

式中，a表示散射粒子的半径，λ_b表示入射蓝光波长。

将散射系数σ_s代入纯入射蓝光逻辑通道1，则泄露的蓝光光强满足如下表达式：

将散射系数σ_s代入量子点色转换逻辑通道2，则出射的转换光光强满足如下表达式：

式中，λ_c为转换光的波长。

瑞利散射下量子点通道的量子点光色转换层的光转换效率LCE满足如下表达式：

瑞利散射下量子点光色转换层的蓝光泄露率BLT满足如下表达式：

瑞利散射下量子点光色转换层的光密度OD满足如下表达式：

B：米散射：当无因次粒径参数α＞＞λ时，色转换层中散射粒子的作用机制属于米散射，此时散射系数σ_s满足如下表达式：

式中，λ_b表示入射蓝光波长；θ表示散射角；h表示量子点光色转换层厚度；S₁(θ)和S₂(θ)表示散射振幅函数，且S₁(θ)和S₂(θ)是由贝塞尔(Bessel)函数和勒让德(Legendre)函数组成的无穷级数。

将散射系数σ_s代入纯入射蓝光逻辑通道1，则泄露的蓝光光强满足如下表达式：

将散射系数σ_s代入量子点色转换逻辑通道2，则出射的转换光光强满足如下表达式：

米散射下量子点通道的量子点光色转换层的光转换效率LCE满足如下表达式：

米散射下量子点光色转换层的蓝光泄露率BLT满足如下表达式：

米散射下量子点光色转换层的光密度OD满足如下表达式：

专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的混合散射粒子的单色量子点色转换层的光学参数计算方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种混合散射粒子的单色量子点色转换层的光学参数计算方法，其特征在于，所述混合散射粒子的单色量子点光色转换层结构中含有均匀分布的散射粒子及相应的单色量子点；该结构适用于面向显示的可图案化的三基色量子点子像素结构，除了蓝色子像素外，红/绿子像素内的量子点光色转换层内含有均匀分布的散射粒子及相应的单色量子点；

所述光学参数的计算包括以下步骤：

步骤S1：获取量子点光色转换层初始参数；

步骤S2：依据光线波长或频率的不同对光色转换层进行逻辑通道划分，分别构建纯蓝光逻辑通道1和色转换逻辑通道2；

步骤S3：依据纯蓝光逻辑通道1，计算入射蓝光光强随光色转换层厚度、散射粒子和量子点浓度变化的关系；

步骤S4：依据色转换逻辑通道2，计算转换光光强随光色转换层厚度、散射粒子和量子点浓度变化的关系；

步骤S5：基于步骤S1-步骤S4，对混合散射粒子的单色量子点光色转换层的光学参数进行计算；

步骤S5包括有步骤S51：计算量子点光色转换层的光转换效率、蓝光泄露率以及光密度：

量子点光色转换层的光转换效率LCE，即转换后单色光的光强与光源的初始入射蓝光强的比值，满足如下表达式：

其中，I、I₀分别表示泄露的蓝光光强以及实际光色转换层的的初始入射蓝光光强；h表示量子点光色转换层厚度；σ_t表示总的衰减系数；k为比例系数，表示入射到通道2中的入射蓝光光强与实际光色转换层的总入射蓝光光强I₀之比；η为转换效率，表示通道2中当前位置的量子点将入射蓝光转换为转换光的转换效率；

量子点光色转换层的蓝光泄露率BLT，即泄露的蓝光光强与实际光色转换层的初始入射蓝光光强的比值，满足如下表达式：

I_b表示入射蓝光光强；

量子点光色转换层的光密度OD满足如下表达式：

步骤S5包括有步骤S52：

1)当无因次粒径参数α＜＜1时，光色转换层中散射粒子的作用机制属于瑞利散射，此时散射系数σ_s满足如下表达式：

式中，n表示折射率；θ表示散射角；h表示量子点光色转换层厚度；R_c表示瑞利常数；α表示无因次粒径参数，满足如下表达式：

式中，a表示散射粒子的半径，λ_b表示入射蓝光波长；

2)当无因次粒径参数α＞＞λ时，光色转换层中散射粒子的作用机制属于米散射，此时散射系数σ_s满足如下表达式：

式中，λ_b表示入射蓝光波长；θ表示散射角；h表示量子点光色转换层厚度；S₁(θ)和S₂(θ)表示散射振幅函数，且S₁(θ)和S₂(θ)是由贝塞尔函数和勒让德函数组成的无穷级数。

2.根据权利要求1所述的混合散射粒子的单色量子点光色转换层的光学参数计算方法，其特征在于：在步骤S1中，所述量子点光色转换层初始参数包括：所用的单色量子点发光光谱参数，量子点光色转换层厚度、散射粒子和量子点浓度参数、形成光色转换层的基础介质材料分别关于入射蓝光和转换光的衰减系数，以及朗伯面光源的光强参数。

3.根据权利要求1所述的混合散射粒子的单色量子点光色转换层的光学参数计算方法，其特征在于：在步骤S2中，分别从逻辑层面将混有散射粒子及单色量子点的光色转换层分解为纯蓝光逻辑通道1和量子点色转换逻辑通道2；

其中，所述纯蓝光逻辑通道1满足下述2个条件：1)该逻辑通道含有散射粒子，但是不含有量子点；2)该通道只存在入射蓝光光线的传播、吸收、散射和透射的现象，不存在不同波长的光线转换关系；所述量子点色转换逻辑通道2满足下述3个条件：1)该通道中含有量子点，但是不含有散射粒子；2)所有进入实际量子点光色转换层的光线中，除去进入纯蓝光逻辑通道1中的入射蓝光外，其余的入射蓝光进入量子点色转换逻辑通道2内并与量子点发生碰撞实现不同波长光线之间的颜色转换，且该通道不存在入射蓝光的透射现象；3)该通道内透射出去的光线是经过量子点激发后的部分转换光，而未能透射出去的转换光被通道吸收而损耗掉。

4.根据权利要求3所述的混合散射粒子的单色量子点光色转换层的光学参数计算方法，其特征在于：步骤S3具体包括以下步骤：

计算入射蓝光光强满足的表达式，根据朗伯-比尔定律：

式中，I、I₀分别表示泄露的蓝光光强以及实际光色转换层的的初始入射蓝光光强；h表示量子点光色转换层厚度；σ_t表示总的衰减系数，体现了入射蓝光的衰减速率，σ_t与实际的材料属性有关；衰减系数σ_t表示为吸收系数与散射系数的叠加：

σ_t＝σ_a+σ_s

式中，σ_a表示入射蓝光由吸收引起的衰减系数，σ_s表示入射蓝光由散射引起的衰减系数；其中，σ_a与材料中量子点浓度以及入射蓝光的波长有关，σ_s与材料中散射粒子的浓度以及入射蓝光的波长有关；因此：

根据纯入射蓝光逻辑通道1所入射的蓝光为(1-k)I₀，因此入射蓝光光强I_b满足如下表达式：

式中，k为比例系数，表示入射到通道2中的入射蓝光光强与实际光色转换层的总入射蓝光光强I₀之比。

5.根据权利要求3或4所述的混合散射粒子的单色量子点光色转换层的光学参数计算方法，其特征在于：步骤S4具体包括以下步骤：

基于量子点色转换逻辑通道，建立经过量子点光色转换层转换后的转换光I满足的表达式：对于转换后出射的转换光的光强，需要考虑转换光在传输过程中，会出现转换光的产生和损耗，因此对出射的转换光而言存在如下的公式：

I_t＝I_c-I_l

式中，I_t表示出射的转换光光强，I_c表示产生的转换光光强，I_l表示损耗的转换光光强；即出射的转换光光强等于产生的转换光光强减去损耗的转换光光强；将上述公式两边进行求导获得平衡公式：

▽表示当量子点光色转换层厚度h变化时，光强的变化率；该表达式表明：在膜内的位置h处，当量子点光色转换层厚度h发生单位变化时，出射的转换光光强变化率等于产生的转换光光强变化率减去损耗的转换光光强变化率；

由于膜内当前位置转换光的产生取决于该位置的入射蓝光，设比例系数为η，则I_c可表示为：

式中，k为比例系数，表示入射到通道2中的入射蓝光光强与实际光色转换层的总入射蓝光光强I₀之比；η为转换效率，表示通道2中当前位置的量子点将入射蓝光转换为转换光的转换效率；

设转换后的单色光的损耗机理与入射蓝光相同，转换后的转换光的损耗方程与入射蓝光的一致，只改变衰减系数σ_t’，则：

式中，σ_t’表示总的衰减系数，体现了转换光的衰减速率，其中σ_t’＝σ_a’+σ_s’，σ_a’表示转换光由吸收引起的衰减系数，σ_s’表示转换光由散射引起的衰减系数，σ_t’与实际的材料属性有关，σ_a’与材料中量子点浓度以及转换红光的波长有关，σ_s’与材料中散射粒子的浓度以及转换红光的波长有关；

将I_l和I_c的关系式代入平衡公式，且由于边界条件，当量子点光色转换层厚度h＝0时，转换光光强I＝0,所以最终得到的转换光光强无常数项；

因此转换光光强I满足下述表达式：

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