Fehér LED típusokA fehér LED-ek főbb műszaki megoldásai világításhoz: ① Kék LED + foszfor típusú; ②RGB LED típus; ③ Ultraibolya LED + foszfor típusú.

1. Kék fény – LED chip + sárga-zöld foszfor típusú, beleértve a többszínű foszfor származékokat és más típusokat.

A sárga-zöld foszforréteg elnyeli a LED-chip kék fényének egy részét, fotolumineszcenciát hozva létre. A LED-chip kék fényének másik része áthalad a foszforrétegen, és a tér különböző pontjain egyesül a foszfor által kibocsátott sárga-zöld fénnyel. A vörös, zöld és kék fény összekeveredik, hogy fehér fényt hozzon létre. Ebben a módszerben a foszfor fotolumineszcencia konverziós hatásfokának elméleti legmagasabb értéke, amely a külső kvantumhatásfokok egyike, nem haladja meg a 75%-ot; és a chip maximális fénykivonási aránya csak elérheti a 70% körüli értéket. Ezért elméletileg a kék fehér fény maximális LED fényhatásfoka nem haladhatja meg a 340 Lm/W-ot. Az elmúlt években a CREE elérte a 303 Lm/W-ot. Ha a teszteredmények pontosak, akkor érdemes ünnepelni.

2. Piros, zöld és kék három alapszín kombinációjaRGB LED típusoktartalmazRGBW LED típusok, stb.

Az R-LED (piros) + G-LED (zöld) + B-LED (kék) három fénykibocsátó diódát kombinálnak, és a kibocsátott három alapszínt, a vöröset, a zöldet és a kéket közvetlenül összekeverik a térben, így fehér fényt hozva létre. Annak érdekében, hogy ilyen módon nagy hatékonyságú fehér fényt lehessen előállítani, mindenekelőtt a különböző színű LED-eknek, különösen a zöld LED-eknek hatékony fényforrásoknak kell lenniük. Ez abból is látszik, hogy a zöld fény az „izoenergiájú fehér fény” körülbelül 69%-át teszi ki. Jelenleg a kék és a piros LED-ek fényhasznosítása nagyon magas, a belső kvantumhatásfok meghaladja a 90%, illetve a 95%-ot, de a zöld LED-ek belső kvantumhatásfoka messze elmarad ettől. A GaN-alapú LED-ek alacsony zöld fényhatásfokának ezt a jelenségét „zöld fényrésnek” nevezik. Ennek fő oka az, hogy a zöld LED-ek még nem találták meg saját epitaxiális anyagaikat. A meglévő foszfor-arzén-nitrid sorozatú anyagok nagyon alacsony hatásfokkal rendelkeznek a sárga-zöld spektrumtartományban. Azonban, ha piros vagy kék epitaxiális anyagokból zöld LED-eket állítanak elő, alacsonyabb áramsűrűség mellett a zöld LED nagyobb fényhasznosítással rendelkezik, mint a kék + foszfor zöld fény. A jelentések szerint 1 mA áramerősség mellett a fényhasznosítása eléri a 291 Lm/W-ot. A zöld fény fényhasznosítása azonban a Droop-effektus miatt jelentősen csökken nagyobb áramerősségeknél. Az áramsűrűség növekedésével a fényhasznosítás gyorsan csökken. 350 mA áramerősségnél a fényhasznosítás 108 Lm/W. 1 A áramerősség mellett a fényhasznosítás 66 Lm/W-ra csökken.

A III. csoportú foszfidok esetében a zöld sávba való fénykibocsátás alapvető akadályt jelent az anyagi rendszerek számára. Az AlInGaP összetételének olyan megváltoztatása, hogy zöldet bocsásson ki a vörös, narancssárga vagy sárga helyett, nem megfelelő töltéshordozó-megkötést eredményez az anyagi rendszer viszonylag alacsony energiarése miatt, ami kizárja a hatékony sugárzási rekombinációt.

Ezzel szemben a III-nitridek esetében nehezebb a magas hatásfok elérése, de a nehézségek nem leküzdhetetlenek. Ezzel a rendszerrel, a fény zöld fénysávba való kiterjesztésével két tényező okozza a hatásfok csökkenését: a külső kvantumhatásfok és az elektromos hatásfok csökkenése. A külső kvantumhatásfok csökkenése abból adódik, hogy bár a zöld sáv rés kisebb, a zöld LED-ek a GaN nagy előremenő feszültségét használják, ami a teljesítménykonverziós arány csökkenését okozza. A második hátrány, hogy a zöld LED teljesítménye csökken a befecskendezési áramsűrűség növekedésével, és a lecsengési effektus csapdába esik. A lecsengési effektus kék LED-ekben is előfordul, de a hatása nagyobb a zöld LED-ekben, ami alacsonyabb hagyományos üzemi áramhatásfokot eredményez. A lecsengési effektus okairól azonban számos találgatás látott napvilágot, nem csak az Auger-rekombinációról – ezek közé tartozik a diszlokáció, a töltéshordozó-túlcsordulás vagy az elektronszivárgás. Ez utóbbit a nagyfeszültségű belső elektromos tér fokozza.

Ezért a zöld LED-ek fényhatékonyságának javítására a következő módszereket kell alkalmazni: egyrészt tanulmányozni kell, hogyan lehet csökkenteni a Droop-effektust a meglévő epitaxiális anyagok körülményei között a fényhatékonyság javítása érdekében; másrészt a kék LED-ek és zöld foszforok fotolumineszcencia-átalakítását kell alkalmazni zöld fény kibocsátására. Ez a módszer nagy hatásfokú zöld fényt eredményezhet, amely elméletileg nagyobb fényhatékonyságot érhet el, mint a jelenlegi fehér fény. Ez nem spontán zöld fény, és a spektrális kiszélesedése miatti színtisztaság-csökkenés kedvezőtlen a kijelzők számára, de nem alkalmas a hétköznapi emberek számára. A világítás terén nincs probléma. Az ezzel a módszerrel kapott zöld fényhatékonyság akár 340 Lm/W-nál is nagyobb lehet, de a fehér fénnyel való kombinálás után sem haladja meg a 340 Lm/W-ot. Harmadrészt folytatni kell a kutatást, és meg kell találni a saját epitaxiális anyagainkat. Csak így van reménysugár. A 340 Lm/w-nál nagyobb zöld fény előállításával a három alapszínű LED – piros, zöld és kék – által kombinált fehér fény meghaladhatja a blue chip típusú fehér fényű LED-ek 340 Lm/w-os fényhasznosítási határértékét. W.

3. Ultraibolya LEDchip + három alapszínű foszfor bocsát ki fényt.

A fenti két típusú fehér LED fő inherens hibája a fényerő és a színárnyalat egyenetlen térbeli eloszlása. Az ultraibolya fényt az emberi szem nem érzékeli. Ezért, miután az ultraibolya fény kilép a chipből, a csomagolórétegben található három alapszín-foszfor elnyeli, és a foszforok fotolumineszcenciája révén fehér fénnyé alakítja, majd a térbe bocsátja ki. Ez a legnagyobb előnye, hogy a hagyományos fénycsövekhez hasonlóan nem mutat térbeli színegyenetlenséget. Az ultraibolya chip fehér fényű LED-ek elméleti fényhatásfoka azonban nem lehet magasabb, mint a kék chip fehér fényének elméleti értéke, nem is beszélve az RGB fehér fény elméleti értékéről. Azonban csak nagy hatékonyságú, ultraibolya gerjesztésre alkalmas három alapszín-foszforok kifejlesztésével kaphatunk olyan ultraibolya fehér LED-eket, amelyek ebben a szakaszban közel vannak a fenti két fehér LED-hez, vagy akár hatékonyabbak is. Minél közelebb vannak a kék ultraibolya LED-ekhez, annál valószínűbb. Minél nagyobb, annál nem lehetségesek a középhullámú és rövidhullámú UV típusú fehér LED-ek.