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欧司朗推出商用量子点LED,量子点的春天来了,创美芯始终紧跟大品牌的脚步

2019-9-12 1:07:38      点击:

2019年5月,欧司朗(OSRAM)宣布推出新型中功率LED Osconiq S3030 QD。这是欧司朗旗下首款使用量子点光转换技术的LED,专为区域照明和筒灯应用所研发,在不牺牲功效的情况下实现良好的显色性。

在传统白色LED的制造中,主要目标是确保效率和产品质量。而在显色指数(CRI)非常高的情况下同时确保高效率和高质量,对于使用传统荧光粉转换技术的开发人员而言不但是一大挑战,还时常面临难以跨越的研发局限。QD则可以解决这个问题。使用纳米粒子的最大优势在于现有的LED制造工艺可以保持不变,仅在应用转换材料时以QD直接替代传统的荧光粉即可。

但什么是量子点呢?它们在发光方式上与LED有何不同?

Yoelit Hiebert撰文详细阐述了量子点技术原理,Yoelit Hiebert在过去10年中一直从事LED照明领域的工作,并在该行业的制造和客户应用方面拥有丰富的经验。

欧司朗量子点技术源于收购PLT


一年多前,欧司朗收购了PLT(太平洋光技术),一家在高性能光学纳米材料开发和制造方面处于领先地位的公司。PLT的QD技术使欧司朗能够开始缩小当前CRI 80 LED和CRI 90 LED之间的效能差距。全新Osconiq S 3030包括一个特别开发的QD荧光粉解决方案,使CRI 90 LED在3000k时能够达到173 lm/W的杰出效能值,而这是0.2 W高性能LED的同级最佳值。Osconiq S 3030 QD紧凑的尺寸(3.0 mm x 3.0 mm)和低热阻促成了简洁的系统设计,同时适用于从2700 K到6500 K之间的各种色温。


PLT QD技术的另一个独特之处在于,特殊的封装技术使QD能够可靠地把控LED器件内部芯片上严苛的操作条件,并使被封装起来的量子点免受湿度及其他最有可能对LED的功能性构成风险的外部因素的影响。


量子点工作原理

量子点是典型直径为2-10nm的半导体颗粒,它们之所以如此命名,是因为它们的纳米级尺寸,量子效应在其发光性能中起着重要作用。量子点通过这种机制发光:在外部刺激下,点材料的一些电子吸收足够的能量以逃离其原子轨道。这产生了电导区域,其中电子可以穿过材料,有效地导电。当这些电子回落到原子轨道时,能量以光的形式释放,其颜色取决于释放的能量。


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由于点的尺寸小,从电子到电子释放的能量相对一致,产生单一颜色的发射。颜色完全取决于点的大小,较大的点(例如,5-6nm)提供较低的能量发射(即红色和橙色)和较小的点(例如,2-3nm),提供较高的能量发射(布鲁斯和紫罗兰)。该属性有时被称为“量子限制”,表明原子级的约束是主要的。

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从紫色到深红色的量子点发射(来源:维基百科)

由于光发射是单色的,量子点具有许多现有和潜在的应用,包括太阳能电池,医学成像,甚至量子计算。但它们可能是QLED电视中最受认可的“Q”。在该应用中,红色,绿色和蓝色点分层排列并且通过薄膜保护免受环境恶化。量子点由来自蓝色LED背光的光刺激,以发射单色红色,蓝色和绿色,它们被组合以实现所需的颜色。该方法具有减少绿色和蓝色的串扰或重叠以及减少滤色器的光吸收的优点,从而导致改善的色域。

相反,当施加电流时,随着电子和空穴复合,半导体LED在n型和p型层之间的区域中发射光子。发射光子的初始能级的变化与光子从半导体材料中出来时引起的损耗相结合,从而导致与量子点相比发射光的光谱中更大的扩散。


量子点的优势所在

大多数用于一般照明应用的产品通过使来自LED光源的蓝光通过磷光体材料来产生白光,以产生人眼感知为白色的蓝色和黄色,橙色或红色波长的组合。使用黄色荧光粉产生较冷的白光,而使用橙色和/或红色荧光粉产生较暖的白色。这些较红的磷光体具有在较长波长远红外发射一些能量的缺点,这是人眼不可见的,导致LED封装的功效(流明/瓦)减小。

向黄色磷光体中添加红色量子点避免了这一缺点,允许更多的红色光谱含量而且不必牺牲功效。然而,直到最近,量子点的使用由于它们在本地LED封装环境中的不稳定性而不可行。随着Osconiq S 3030 QD LED封装的推出,欧司朗通过量子点材料的封装表明它已经找到了解决这个问题的方法。嵌入LED封装荧光体中的每个“点”实际上由许多较小的颗粒构成,形成由保护层包围的发红光的核心。使用这种新的封装技术,Osconiq S 3030 QD封装的效率比同类封装好大约20%。

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欧司朗的Osconiq S 3030 QD 90 CRI,3000K LED封装的光谱功率密度


总结

请注意,Osconiq S 3030 QD输出光谱中仍存在远红外波长形式的浪费能量。这可以通过改变“配方”来纠正,即使用更多的量子点。然而,因为“这些点”是由重金属镉制成的,需要通过限制有害物质(RoHS)指导来调节的,所以可以添加到封装磷光体中的量子点的体积是有限的。对不受RoHS限制的替代材料的研究正在进行中。

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