一种实现白平衡量子点光源光谱的构建方法与流程

本发明涉及发光光谱领域，具体为一种实现白平衡量子点光源光谱的构建方法。

背景技术：

当今，液晶显示技术是体系最完整，发展最迅速，应用最广泛的显示技术。随着液晶显示技术的发展，对液晶显示效果的要求也越来越高，人们迫切需要更高的色域，更高的对比度和更高光效率的显示器，而液晶的显示效果很大一部分取决于背光源的特性。目前市场上大部分背光源都是用蓝光LED激发荧光粉来实现白光，这种方式生产的背光源在长波段表现并不是很好，虽然可以达到一般的显示要求，但是却无法实现颜色更为鲜艳的显示，在上层加上了彩色滤光片之后的混色效果也差强人意，色域范围只能达到NTSC色域范围的75％。近几年来，OLED显示器得到进一步的发展，其在显示的各个方面都有优良的特性和表现，例如OLED可以实现柔性显示，功耗相对较低，是主动发光器件，而且色域范围更是可达到NTSC的100％，这是其他显示器件较难达到的。然而，有机发光器件技术仍然不成熟，存在良品率低、大尺寸加工等技术难题，导致其一直不能用于大尺寸的量产，只能暂时应用于中小型显示器件。由于量子点具有颜色可调性，而且发射光谱半高宽窄，量子效率高，单色性好，它可以实现更高的色域和亮度。用量子点代替荧光粉制作背光源是一种提升液晶显示色域范围的可行方向与解决方案。在CN102721471A中研究者使用计算机进行光谱采集和数字化处理，通过光谱数据逼近和插值处理，使用离散化求和得到光谱对应的色坐标。该专利能够实现快速识别光谱并自动转换成色坐标，但是却没有提出一种能够将色坐标转换为光谱的方法。在CN105742462A中研究者向1重量份混合量子点溶液中加入0.2重量份绿色量子点溶液和1重量份蓝色量子点溶液，之后将混合后的量子点溶液混合封装胶水后滴入固定由紫外芯片的LED支架中，并烘烤固化得到白光LED灯珠。该专利只提供了有限的量子点配比，无法准确快速地得到不同色坐标下的白光量子点光源。综上，现有技术都无法为量子点光源的白平衡提出一种可靠的理论依据，为了解决这一问题，有必要提出一种能够准确、高效地实现量子点光源白平衡的技术依据和理论指导的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种实现白平衡量子点光源光谱的构建方法，该方法能够根据量子点光源的目标色坐标，通过计算公式和计算机程序，准确和高效地生成量子点光源光谱，对实现量子点光源的白平衡提供了一种技术依据，在背光和照明等光源应用中具有重要的理论指导意义。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种实现白平衡量子点光源光谱的构建方法，包括如下步骤，

S1：构建实现白平衡的量子点光源光谱表达式：

同时，由表示的量子点光源光谱对应的色坐标(x,y)满足表达式：

式中，λ为量子点光源光谱的波长；红光光谱的峰值、峰位和峰宽分别为α_R、β_R和γ_R；绿光光谱的峰值、峰位和峰宽分别为α_G、β_G和γ_G；蓝光光谱的峰值、峰位和峰宽分别为α_B、β_B和γ_B；X(λ)、Y(λ)、Z(λ)是量子点光源的三刺激值，由下式决定：

式中，和是CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值；

S2：设定目标白平衡参数，即量子点光源达到白平衡时，色坐标值为(x₀,y₀)；

S3：设定红色发光峰值α_R、绿色发光峰值α_G和蓝色发光峰值α_B均为独立数组，分别为数组i、数组j和数组k，每个数组取值由1到N，步长为m；

S4：以波长间隔为n纳米的CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值生成新的数组l；

S5：将数组i、j、k和l代入量子点光源光谱表达式中进行迭代计算输出光谱数据，再由P(λ)计算得到一系列对应的色坐标(x,y)；

S6：将计算得到的色坐标值(x,y)与目标色坐标值(x₀,y₀)进行对比，当其差值小于误差精度时，即确定并输出达到白平衡的量子点光源光谱。

在本发明一实施例中，所述量子点光源光谱的波长λ属于可见光波段，波长范围在380nm到780nm之间。

在本发明一实施例中，色坐标(x,y)是仅与光谱有关的函数，当已知发光峰峰位和峰宽时，仅由发光峰的峰值唯一确定。

在本发明一实施例中，所述量子点光源光谱由红、绿、蓝三个独立发光峰组成，当三个峰的峰位和峰宽已知，调节三个峰的峰值大小，可得到白平衡的色坐标与量子点光源光谱的一一对应关系。

在本发明一实施例中，所述红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点均选自BaS、AgInS2、NaCl、Fe2O3、In2O3、InAs、InN、InP、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、GaAs、GaN、GaS、GaSe、InGaAs、MgS、MgSe、MgTe、PbS、PbSe、PbTe、Cd(SxSe1-x)、BaTiO3、PbZrO3、CsPbCl3、CsPbBr3、CsPbI3中至少一种。

在本发明一实施例中，所述红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点的粒径为1nm到10nm。

在本发明一实施例中，所述步骤S3中，数组取值个数N为输入参数，其物理意义为发光峰的相对峰值强度值，数组步长m的取值由光谱计算精度以及迭代运算速度决定。

在本发明一实施例中，所述步骤S4中，波长间隔n的取值为1nm至5nm之间，其取值越小，输出光谱的误差越小，精度越高。

在本发明一实施例中，所述色坐标计算结果的误差精度可自定义设置，设定数值越小，最终构建出的光谱越准确。

在本发明一实施例中，该方法能够扩展应用于由i个发光峰组成的复合光谱的构建，即当发光峰的个数为i，其中i≥1，每个发光峰的峰位β_i以及峰宽γ_i，光谱的函数模型按照如下公式确定：

其中，α_i为第i个峰的峰值，β_i为第i个峰的峰位，γ_i为第i个峰的峰宽；

该光谱的函数模型对应的色坐标表达式如下：

其中，X(λ)、Y(λ)、Z(λ)是量子点光源的三刺激值，由下式决定：

式中，和是CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种实现白平衡量子点光源光谱的构建方法，与现有技术相比，其具有的突出实质性特点是，本发明能够根据量子点光源的目标色坐标，通过计算公式和计算机程序，准确和高效地生成量子点光源光谱，对实现量子点光源的白平衡提供了一种技术依据，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

图1为本发明一种实现白平衡量子点光源光谱的构建方法的流程框图。

图2为本发明实施例1中所设计的用于量子点光源光谱构建的计算机程序界面图。

图3为本发明实施例1中程序运行后得到的白平衡时量子点光源的光谱输出结果。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明的一种实现白平衡量子点光源光谱的构建方法，包括如下步骤，

S1：构建实现白平衡的量子点光源光谱表达式：

同时，由表示的量子点光源光谱对应的色坐标(x,y)满足表达式：

式中，λ为量子点光源光谱的波长；红光光谱的峰值、峰位和峰宽分别为α_R、β_R和γ_R；绿光光谱的峰值、峰位和峰宽分别为α_G、β_G和γ_G；蓝光光谱的峰值、峰位和峰宽分别为α_B、β_B和γ_B；X(λ)、Y(λ)、Z(λ)是量子点光源的三刺激值，由下式决定：

式中，和是CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值；

S2：设定目标白平衡参数，即量子点光源达到白平衡时，色坐标值为(x₀,y₀)；

S3：设定红色发光峰值α_R、绿色发光峰值α_G和蓝色发光峰值α_B均为独立数组，分别为数组i、数组j和数组k，每个数组取值由1到N，步长为m；

S4：以波长间隔为n纳米的CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值生成新的数组l；

S5：将数组i、j、k和l代入量子点光源光谱表达式中进行迭代计算输出光谱数据，再由P(λ)计算得到一系列对应的色坐标(x,y)；

S6：将计算得到的色坐标值(x,y)与目标色坐标值(x₀,y₀)进行对比，当其差值小于误差精度时，即确定并输出达到白平衡的量子点光源光谱。

优选的，所述量子点光源光谱的波长λ属于可见光波段，波长范围在380nm到780nm之间。

优选的，色坐标(x,y)是仅与光谱有关的函数，当已知发光峰峰位和峰宽时，仅由发光峰的峰值唯一确定。

优选的，所述量子点光源光谱由红、绿、蓝三个独立发光峰组成，当三个峰的峰位和峰宽已知，调节三个峰的峰值大小，可得到白平衡的色坐标与量子点光源光谱的一一对应关系。

优选的，所述红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点均选自BaS、AgInS2、NaCl、Fe2O3、In2O3、InAs、InN、InP、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、GaAs、GaN、GaS、GaSe、InGaAs、MgS、MgSe、MgTe、PbS、PbSe、PbTe、Cd(SxSe1-x)、BaTiO3、PbZrO3、CsPbCl3、CsPbBr3、CsPbI3中至少一种。

优选的，所述红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点的粒径为1nm到10nm。

优选的，所述步骤S3中，数组取值个数N为输入参数，其物理意义为发光峰的相对峰值强度值，数组步长m的取值由光谱计算精度以及迭代运算速度决定。

优选的，所述步骤S4中，波长间隔n的取值为1nm至5nm之间，其取值越小，输出光谱的误差越小，精度越高。

优选的，所述色坐标计算结果的误差精度可自定义设置，设定数值越小，最终构建出的光谱越准确。

优选的，该方法能够扩展应用于由i个发光峰组成的复合光谱的构建，即当发光峰的个数为i，其中i≥1，每个发光峰的峰位β_i以及峰宽γ_i，光谱的函数模型按照如下公式确定：

其中，α_i为第i个峰的峰值，β_i为第i个峰的峰位，γ_i为第i个峰的峰宽；

该光谱的函数模型对应的色坐标表达式如下：

其中，X(λ)、Y(λ)、Z(λ)是量子点光源的三刺激值，由下式决定：

式中，和是CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值。

以下为本发明的具体实施例。

具体实施例1

图1所示的是具体实施例1中实现白平衡量子点光源光谱的构建方法的流程框图，其流程是：设定目标白平衡参数(x₀,y₀)；设定发光峰峰值为独立数组i，j，k；生成CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值数组l；将数组i、j、k和l代入量子点光源光谱的表达式中进行迭代计算，输出一系列对应的色坐标(x,y)；将计算得到的色坐标与(x₀,y₀)进行对比；当差值小于误差精度时输出光谱。

图2所示的是选择采用计算机程序来进行量子点光谱的求解的GUI程序界面，GUI程序窗口左侧上方动态文本框中是目标色坐标值(x₀,y₀)；下方是红色量子点光谱的峰值α_B、绿光量子点光谱的峰值α_G和蓝光量子点光谱的峰值α_B。GUI程序窗口的右侧上方框中将显示计算得到的量子点白平衡光谱，光谱的横坐标为波长(单位：nm)，纵坐标是相对峰值强度值；右侧下方的两个按钮分别执行开始计算光谱与删除框中光谱数据的功能。

具体实施过程如下：

第一步，设定目标白平衡参数。

程序中设定蓝光量子点光谱的发光相对峰值为1000，峰位为450纳米，峰宽为19.3纳米。红光量子点的峰位为621纳米，峰宽为38.4纳米。绿光量子点发光峰位为515纳米，峰宽为32.3纳米，在图2动态文本框中输入目标白平衡色坐标(0.32，0.32)，即x₀＝0.32，y₀＝0.32。

第二步，设定发光峰峰值为独立数组i，j，k。

本实施例计算进行迭代的三个数组均由计算机程序生成，设定的N值为1到2000，步长m为1，即每个数组中具有2000个初始数据。

第三步，生成CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值数组l。

为了取得足够的数据进行计算并保证计算精度，将CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值以1纳米间隔输出至数组l，以便计算机程序读取。

第四步，求解光谱及色坐标(x,y)

将数组i、j、k和l代入量子点光源光谱的表达式中进行迭代计算，输出一系列对应的色坐标(x,y)。量子点光源光谱的表达式为：

同时，由表示的量子点光源光谱对应的色坐标(x,y)满足表达式：

式中，λ为量子点光源光谱的波长；红光光谱的峰值、峰位和峰宽分别为α_R、β_R和γ_R；绿光光谱的峰值、峰位和峰宽分别为α_G、β_G和γ_G；蓝光光谱的峰值、峰位和峰宽分别为α_B、β_B和γ_B；X(λ)、Y(λ)、Z(λ)是量子点光源的三刺激值，由下式决定：

式中，和是CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值。

基于以上公式，依次由i、j、k数组中抽取红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点的发光相对峰高，通过循环程序进行迭代，计算出与数组对应的一系列量子点光谱及色坐标(x,y)。

第五步，将计算得到的色坐标(x,y)与目标色坐标(x₀,y₀)进行对比。

以图2的动态文本框中输入的目标色坐标值(x₀,y₀)作为基准，将计算得到的色坐标(x,y)与之进行差值迭代计算，直到由程序计算的色坐标和动态文本框所输入的色坐标的误差绝对值小于规定的精度值。

第六步，当差值小于误差精度时输出光谱。

在本实施例中，取色坐标的差值绝对值小于0.001，即当时程序计算的色坐标和动态文本框所输入的色坐标的误差绝对值小于0.001时，将输出三个发光峰的相对强度比值，并绘制光谱的函数图像，最后保存光谱数据结果。绘制出的光谱如图3所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。