Типи білих світлодіодівОсновні технічні напрямки використання білих світлодіодів для освітлення: 1. Синій світлодіод + люмінофор; 2.Тип RGB-світлодіода; ③ Ультрафіолетовий світлодіод + люмінофор.

1. Синє світло – світлодіодний чіп + жовто-зелений люмінофор, включаючи багатокольорові похідні люмінофора та інші типи.

Жовто-зелений шар люмінофора поглинає частину синього світла від світлодіодного чіпа для створення фотолюмінесценції. Інша частина синього світла від світлодіодного чіпа проходить через шар люмінофора та зливається з жовто-зеленим світлом, що випромінюється люмінофором у різних точках простору. Червоне, зелене та синє світло змішуються, утворюючи біле світло. У цьому методі найвище теоретичне значення ефективності перетворення фотолюмінесценції люмінофора, одного із зовнішніх квантових коефіцієнтів ефективності, не перевищуватиме 75%; а максимальний коефіцієнт вилучення світла з чіпа може досягати лише близько 70%. Таким чином, теоретично, максимальна світлова ефективність світлодіода синього типу білого світла не перевищуватиме 340 лм/Вт. За останні кілька років CREE досяг 303 лм/Вт. Якщо результати випробувань точні, це варто відсвяткувати.

2. Поєднання трьох основних кольорів: червоного, зеленого та синьогоТипи RGB-світлодіодіввключаютьТипи RGBW-світлодіодівтощо.

R-LED (червоний) + G-LED (зелений) + B-LED (синій) – три світлодіоди, що поєднуються разом, і три основні кольори випромінюваного світла: червоний, зелений та синій, безпосередньо змішуються в просторі, утворюючи біле світло. Для отримання високоефективного білого світла таким чином, перш за все, світлодіоди різних кольорів, особливо зелені, повинні бути ефективними джерелами світла. Це видно з того факту, що зелене світло становить близько 69% «ізоенергетичного білого світла». Наразі світлова ефективність синіх та червоних світлодіодів дуже висока, а внутрішня квантова ефективність перевищує 90% та 95% відповідно, але внутрішня квантова ефективність зелених світлодіодів значно відстає. Це явище низької ефективності зеленого світла світлодіодів на основі GaN називається «зеленою щілиною». Основна причина полягає в тому, що зелені світлодіоди ще не знайшли власних епітаксіальних матеріалів. Існуючі матеріали серії нітриду фосфору та миш'яку мають дуже низьку ефективність у жовто-зеленому діапазоні спектру. Однак, використання червоних або синіх епітаксіальних матеріалів для виготовлення зелених світлодіодів за умов нижчої щільності струму, оскільки немає втрат на перетворення люмінофора, зелений світлодіод має вищу світлову ефективність, ніж синій + люмінофорний зелений світлодіод. Повідомляється, що його світлова ефективність досягає 291 лм/Вт за струму 1 мА. Однак, світлова ефективність зеленого світла, спричинена ефектом падіння, значно падає за більших струмів. Коли щільність струму збільшується, світлова ефективність швидко падає. За струму 350 мА світлова ефективність становить 108 лм/Вт. За умов 1 А світлова ефективність падає до 66 лм/Вт.

Для фосфідів III групи випромінювання світла в зелену смугу стало фундаментальною перешкодою для матеріальних систем. Зміна складу AlInGaP таким чином, щоб він випромінював зелений, а не червоний, помаранчевий або жовтий колір, призводить до недостатнього утримання носіїв заряду через відносно низьку енергетичну заборонену зону матеріальної системи, що перешкоджає ефективній радіаційній рекомбінації.

На противагу цьому, III-нітридам важче досягти високої ефективності, але ці труднощі не є нездоланними. Використовуючи цю систему, що розширює світло до зеленої смуги, два фактори, що призведуть до зниження ефективності, це: зниження зовнішньої квантової ефективності та електричної ефективності. Зниження зовнішньої квантової ефективності пов'язане з тим, що, хоча ширина забороненої зони зеленої зони менша, зелені світлодіоди використовують високу пряму напругу GaN, що призводить до зниження коефіцієнта перетворення потужності. Другим недоліком є ​​те, що зелений світлодіод зменшується зі збільшенням щільності струму введення та потрапляє в ефект просідання. Ефект просідання також виникає в синіх світлодіодах, але його вплив більший у зелених світлодіодах, що призводить до зниження звичайної робочої ефективності струму. Однак існує багато припущень щодо причин ефекту просідання, не лише про оже-рекомбінацію – вони включають дислокацію, переповнення носіїв заряду або витік електронів. Останнє посилюється високовольтним внутрішнім електричним полем.

Отже, шлях покращення світлової ефективності зелених світлодіодів: з одного боку, вивчити, як зменшити ефект просідання в умовах існуючих епітаксіальних матеріалів для покращення світлової ефективності; з іншого боку, використовувати фотолюмінесцентне перетворення синіх світлодіодів та зелених люмінофорів для випромінювання зеленого світла. Цей метод дозволяє отримати високоефективне зелене світло, яке теоретично може досягти вищої світлової ефективності, ніж сучасне біле світло. Це неспонтанне зелене світло, і зниження чистоти кольору, спричинене його спектральним розширенням, є несприятливим для дисплеїв, але воно не підходить для звичайних людей. Для освітлення немає проблем. Ефективність зеленого світла, отримана цим методом, може перевищувати 340 Лм/Вт, але вона все одно не перевищуватиме 340 Лм/Вт після поєднання з білим світлом. По-третє, продовжувати дослідження та знаходити власні епітаксіальні матеріали. Тільки так з'являється проблиск надії. Отримуючи зелене світло, що перевищує 340 лм/в, біле світло, поєднане з трьома основними кольоровими світлодіодами: червоним, зеленим та синім, може бути вищим за граничну світлову ефективність 340 лм/в для білих світлодіодів синього типу. Вт.

3. Ультрафіолетовий світлодіодЧіп + три основних кольорових люмінофори випромінюють світло.

Основним притаманним недоліком двох вищезгаданих типів білих світлодіодів є нерівномірний просторовий розподіл світності та кольоровості. Ультрафіолетове світло не сприймається людським оком. Тому після виходу ультрафіолетового світла з мікросхеми воно поглинається трьома основними кольоровими люмінофорами в шарі упаковки та перетворюється на біле світло завдяки фотолюмінесценції люмінофорів, а потім випромінюється в простір. Це його найбільша перевага, оскільки, як і традиційні люмінесцентні лампи, він не має просторової нерівномірності кольору. Однак теоретична світлова ефективність ультрафіолетового білого світлодіода не може бути вищою за теоретичне значення білого світла синього мікросхеми, не кажучи вже про теоретичне значення білого світла RGB. Однак, лише завдяки розробці високоефективних трикольорових люмінофорів, придатних для ультрафіолетового збудження, ми можемо отримати ультрафіолетові білі світлодіоди, які на даному етапі близькі або навіть ефективніші за два вищезгадані білі світлодіоди. Чим ближчі до синього ультрафіолетові світлодіоди, тим більша ймовірність їхнього створення. Чим більший розмір, тим неможливі білі ультрафіолетові світлодіоди середньо- та короткохвильового типу.