Белые светодиодные типыОсновные технические направления использования белых светодиодов в освещении: ① Синий светодиод + люминофор; ②RGB светодиодный тип; ③ Ультрафиолетовый светодиод + люминофор.

1. Синий свет – светодиодный чип + желто-зеленый люминофор, включая многоцветные производные люминофора и другие типы.

Желто-зеленый люминофорный слой поглощает часть синего света от светодиодного чипа, создавая фотолюминесценцию. Другая часть синего света от светодиодного чипа проходит через люминофорный слой и сливается с желто-зеленым светом, излучаемым люминофором в различных точках пространства. Красный, зеленый и синий свет смешиваются, образуя белый свет. При этом методе максимальное теоретическое значение эффективности преобразования фотолюминесценции люминофора, одного из внешних квантовых коэффициентов, не превысит 75%; а максимальная скорость извлечения света из чипа может достигать лишь около 70%. Поэтому теоретически максимальная светоотдача светодиода в белом свете синего типа не превысит 340 лм/Вт. В последние несколько лет показатель CREE достиг 303 лм/Вт. Если результаты испытаний точны, это заслуживает похвалы.

2. Сочетание трех основных цветов: красного, зеленого и синего.Типы RGB-светодиодоввключатьТипы светодиодов RGBW, и т. д.

R-LED (красный) + G-LED (зеленый) + B-LED (синий) — три светодиода, излучающие свет, смешиваются в пространстве, образуя белый свет. Для получения высокоэффективного белого света таким способом, прежде всего, необходимо, чтобы светодиоды различных цветов, особенно зеленые светодиоды, были эффективными источниками света. Это видно из того факта, что зеленый свет составляет около 69% «изоэнергетического белого света». В настоящее время световая эффективность синих и красных светодиодов очень высока, с внутренней квантовой эффективностью, превышающей 90% и 95% соответственно, но внутренняя квантовая эффективность зеленых светодиодов значительно отстает. Это явление низкой эффективности зеленого света у светодиодов на основе GaN называется «зеленым световым зазором». Основная причина заключается в том, что для зеленых светодиодов еще не найдены собственные эпитаксиальные материалы. Существующие материалы на основе нитрида фосфора и мышьяка имеют очень низкую эффективность в желто-зеленом спектральном диапазоне. Однако использование красных или синих эпитаксиальных материалов для создания зеленых светодиодов приведет к снижению их световой эффективности по сравнению с зелеными светодиодами, работающими в условиях низкой плотности тока, поскольку отсутствуют потери на преобразование люминофора. Сообщается, что при токе 1 мА световая эффективность достигает 291 лм/Вт. Однако при больших токах световая эффективность зеленого света, вызванная эффектом «просадки», значительно снижается. При увеличении плотности тока световая эффективность быстро падает. При токе 350 мА световая эффективность составляет 108 лм/Вт. При токе 1 А световая эффективность снижается до 66 лм/Вт.

Для фосфидов III группы излучение света в зеленом диапазоне стало фундаментальной проблемой для материальных систем. Изменение состава AlInGaP таким образом, чтобы он излучал зеленый свет вместо красного, оранжевого или желтого, приводит к недостаточному удержанию носителей заряда из-за относительно малой энергетической щели материальной системы, что препятствует эффективной радиационной рекомбинации.

Напротив, для нитридов III группы достижение высокой эффективности затруднено, но эти трудности не являются непреодолимыми. При использовании этой системы, расширяющей диапазон излучения до зеленого спектра, снижение эффективности обусловлено двумя факторами: уменьшением внешней квантовой эффективности и электрической эффективности. Снижение внешней квантовой эффективности связано с тем, что, хотя ширина запрещенной зоны зеленого спектра ниже, в зеленых светодиодах используется высокое прямое напряжение GaN, что приводит к снижению коэффициента преобразования энергии. Вторым недостатком является то, что эффективность зеленого светодиода снижается с увеличением плотности тока инжекции и блокируется эффектом просадки. Эффект просадки также наблюдается в синих светодиодах, но его влияние сильнее в зеленых светодиодах, что приводит к снижению эффективности по обычному рабочему току. Однако существует множество предположений о причинах эффекта просадки, помимо рекомбинации Оже – к ним относятся дислокации, переполнение носителей заряда или утечка электронов. Последняя усиливается высоковольтным внутренним электрическим полем.

Таким образом, способ повышения светоэффективности зеленых светодиодов состоит в следующем: с одной стороны, необходимо изучить, как уменьшить эффект «просадки» (Drop effect) в условиях существующих эпитаксиальных материалов для повышения светоэффективности; с другой стороны, следует использовать фотолюминесцентное преобразование синих светодиодов и зеленых люминофоров для излучения зеленого света. Этот метод позволяет получить высокоэффективный зеленый свет, который теоретически может превзойти по светоэффективности существующий белый свет. Это не спонтанный зеленый свет, и снижение чистоты цвета, вызванное его спектральным расширением, неблагоприятно для дисплеев, но он не подходит для обычных людей. Для освещения это не проблема. Эффективность зеленого света, полученная этим методом, потенциально может превышать 340 лм/Вт, но после сочетания с белым светом она все еще не превысит 340 лм/Вт. В-третьих, необходимо продолжать исследования и поиск собственных эпитаксиальных материалов. Только таким образом появляется проблеск надежды. Благодаря получению зеленого света с эффективностью выше 340 лм/Вт, белый свет, полученный с помощью трех основных цветов светодиодов — красного, зеленого и синего — может превысить предельную светоотдачу в 340 лм/Вт для белых светодиодов с синим чипом.

3. Ультрафиолетовый светодиодМикросхема с тремя люминофорами основных цветов излучает свет.

Основной недостаток двух вышеупомянутых типов белых светодиодов заключается в неравномерном пространственном распределении яркости и цветности. Ультрафиолетовый свет не воспринимается человеческим глазом. Поэтому после выхода из чипа ультрафиолетовый свет поглощается люминофорами трех основных цветов в упаковочном слое, преобразуется в белый свет за счет фотолюминесценции люминофоров, а затем излучается в пространство. В этом заключается его главное преимущество: подобно традиционным люминесцентным лампам, он не имеет пространственной неравномерности цвета. Однако теоретическая светоотдача ультрафиолетовых белых светодиодов не может быть выше теоретического значения для синих белых светодиодов, не говоря уже о теоретическом значении для RGB-белых светодиодов. Тем не менее, только путем разработки высокоэффективных люминофоров трех основных цветов, подходящих для ультрафиолетового возбуждения, мы можем получить ультрафиолетовые белые светодиоды, которые на данном этапе будут близки по эффективности или даже превосходят два вышеупомянутых белых светодиода. Чем ближе к синим ультрафиолетовым светодиодам, тем больше вероятность их получения. Чем больше размер, тем сложнее использовать белые светодиоды УФ-диапазона средней и короткой волны.