Witte LED-typenDe belangrijkste technische varianten van witte LED's voor verlichting zijn: ① Blauwe LED + fosfortype; ②RGB LED-type; ③ Ultraviolet-LED + fosfortype.

1. Blauw licht – LED-chip + geelgroene fosfor, inclusief meerkleurige fosforvarianten en andere typen.

De geelgroene fosforlaag absorbeert een deel van het blauwe licht van de LED-chip om fotoluminescentie te produceren. Het andere deel van het blauwe licht van de LED-chip wordt door de fosforlaag heen geleid en vermengt zich met het geelgroene licht dat door de fosfor op verschillende punten in de ruimte wordt uitgezonden. Het rode, groene en blauwe licht worden gemengd tot wit licht. Bij deze methode zal de hoogste theoretische waarde van de fotoluminescentieconversie-efficiëntie van de fosfor, een van de externe kwantumrendementen, niet hoger zijn dan 75%; en de maximale lichtextractie van de chip kan slechts ongeveer 70% bereiken. Theoretisch gezien zal de maximale lichtopbrengst van een LED voor blauw wit licht dus niet hoger zijn dan 340 Lm/W. De afgelopen jaren heeft CREE 303 Lm/W bereikt. Als de testresultaten kloppen, is dat zeker iets om te vieren.

2. Rood, groen en blauw, de drie primaire kleurencombinatiesRGB LED-typenerbij betrekkenRGBW-LED-typenenz.

De drie lichtgevende diodes R-LED (rood), G-LED (groen) en B-LED (blauw) worden gecombineerd, waardoor de drie primaire kleuren rood, groen en blauw licht direct in de ruimte worden gemengd tot wit licht. Om op deze manier hoogefficiënt wit licht te produceren, moeten LED's van verschillende kleuren, met name groene LED's, allereerst efficiënte lichtbronnen zijn. Dit blijkt uit het feit dat groen licht ongeveer 69% van het "iso-energetische witte licht" uitmaakt. Momenteel is de lichtopbrengst van blauwe en rode LED's zeer hoog, met interne kwantumrendementen van respectievelijk meer dan 90% en 95%, maar de interne kwantumrendementen van groene LED's blijven hier ver bij achter. Dit fenomeen van de lage groene lichtopbrengst van GaN-gebaseerde LED's wordt de "groene lichtkloof" genoemd. De belangrijkste reden hiervoor is dat er nog geen geschikte epitaxiale materialen voor groene LED's zijn gevonden. De bestaande fosforarseennitride-materialen hebben een zeer lage opbrengst in het geelgroene spectrum. Het gebruik van rode of blauwe epitaxiale materialen voor de productie van groene LED's leidt echter tot een hogere lichtopbrengst dan bij een blauwe LED met fosforconversie. Onder lagere stroomdichtheden, omdat er geen fosforconversieverlies optreedt, heeft een groene LED een hogere lichtopbrengst dan een blauwe LED met fosforconversie. Naar verluidt bereikt de lichtopbrengst 291 Lm/W bij een stroomsterkte van 1 mA. De lichtopbrengst van groen licht daalt echter aanzienlijk bij hogere stroomsterktes als gevolg van het zogenaamde 'droop'-effect. Bij een stroomsterkte van 350 mA bedraagt ​​de lichtopbrengst 108 Lm/W. Bij een stroomsterkte van 1 A daalt de lichtopbrengst tot 66 Lm/W.

Voor fosfiden uit groep III is het uitzenden van licht in de groene band een fundamenteel obstakel geworden voor materiaalsystemen. Het veranderen van de samenstelling van AlInGaP zodat het groen in plaats van rood, oranje of geel licht uitzendt, resulteert in onvoldoende ladingsdragerconfinering vanwege de relatief lage bandkloof van het materiaalsysteem, wat efficiënte stralingsrecombinatie verhindert.

Daarentegen is het voor III-nitriden lastiger om een ​​hoge efficiëntie te bereiken, maar de moeilijkheden zijn niet onoverkomelijk. Bij gebruik van dit systeem, waarbij het licht wordt uitgebreid naar het groene spectrum, zullen twee factoren een afname van de efficiëntie veroorzaken: de afname van de externe kwantumefficiëntie en de elektrische efficiëntie. De afname van de externe kwantumefficiëntie komt voort uit het feit dat, hoewel de bandgap van groen lager is, groene LED's gebruikmaken van de hoge voorwaartse spanning van GaN, waardoor de energieomzettingssnelheid afneemt. Het tweede nadeel is dat de efficiëntie van groene LED's afneemt naarmate de injectiestroomdichtheid toeneemt en dit effect wordt veroorzaakt door het zogenaamde 'droop'-effect. Dit effect treedt ook op bij blauwe LED's, maar de impact ervan is groter bij groene LED's, wat resulteert in een lagere conventionele bedrijfsstroomefficiëntie. Er zijn echter veel speculaties over de oorzaken van het droop-effect, niet alleen Auger-recombinatie – waaronder dislocaties, ladingsdrageroverloop of elektronenlekkage. Dit laatste wordt versterkt door een intern elektrisch veld met hoge spanning.

De manieren om de lichtopbrengst van groene LED's te verbeteren zijn daarom tweeledig: enerzijds, onderzoek doen naar hoe het Droop-effect onder de omstandigheden van bestaande epitaxiale materialen kan worden verminderd om de lichtopbrengst te verbeteren; anderzijds, fotoluminescentieconversie van blauwe LED's en groene fosforen gebruiken om groen licht uit te zenden. Deze methode kan zeer efficiënt groen licht opleveren, dat theoretisch een hogere lichtopbrengst kan bereiken dan het huidige witte licht. Het is echter niet-spontaan groen licht en de afname van de kleurzuiverheid als gevolg van de spectrale verbreding is ongunstig voor beeldschermen, maar het is niet geschikt voor gewone mensen. Voor verlichting is er geen probleem. De met deze methode verkregen groene lichtopbrengst kan mogelijk hoger zijn dan 340 Lm/W, maar zal na combinatie met wit licht nog steeds niet boven de 340 Lm/W uitkomen. Ten derde, doorgaan met onderzoek naar eigen epitaxiale materialen. Alleen op deze manier is er een sprankje hoop. Door groen licht te verkrijgen met een intensiteit hoger dan 340 Lm/w, kan het witte licht dat wordt gevormd door de drie primaire kleuren-LED's (rood, groen en blauw) een hogere lichtopbrengst bereiken dan de limiet van 340 Lm/w van blauwe chip-type witte LED's.

3. Ultraviolet-LEDchip + drie primaire kleurenfosforen zenden licht uit.

Het belangrijkste inherente defect van de bovenstaande twee typen witte LED's is de ongelijkmatige ruimtelijke verdeling van helderheid en kleur. Ultraviolet licht is niet waarneembaar voor het menselijk oog. Daarom wordt het ultraviolette licht, nadat het de chip heeft verlaten, geabsorbeerd door de drie primaire kleurenfosforen in de verpakkingslaag en omgezet in wit licht door fotoluminescentie van de fosforen, waarna het de ruimte in wordt gestraald. Dit is het grootste voordeel: net als traditionele fluorescentielampen is er geen sprake van ruimtelijke kleurongelijkmatigheid. De theoretische lichtopbrengst van een witte LED met ultraviolette chip kan echter niet hoger zijn dan de theoretische waarde van een witte LED met blauwe chip, laat staan ​​de theoretische waarde van een RGB-witte LED. Alleen door de ontwikkeling van zeer efficiënte fosforen met drie primaire kleuren die geschikt zijn voor ultraviolette excitatie, kunnen we witte LED's met ultraviolet licht verkrijgen die in dit stadium een ​​vergelijkbare of zelfs hogere efficiëntie hebben dan de bovenstaande twee witte LED's. Hoe dichter de ultraviolette kleur bij blauw ligt, hoe groter de kans op een hogere efficiëntie. Hoe groter de afwijking, hoe minder witte LED's met middengolf- en kortegolf-UV-licht mogelijk zijn.