白光LED类型:照明用白光LED的主要技术路线有:①蓝光LED+荧光粉型;②RGB LED类型;③紫外LED+荧光粉型。
1.蓝光——LED芯片+黄绿色荧光粉类型包括多色荧光粉衍生物等类型。
黄绿色荧光粉层吸收LED芯片发出的部分蓝光,产生光致发光。LED芯片发出的另一部分蓝光透过荧光粉层,在空间各点与荧光粉发出的黄绿光融合,将红、绿、蓝三色光混合形成白光;在这种方式下,荧光粉光致发光转换效率,也就是外量子效率之一,理论最高值不会超过75%;而从芯片中得到的最大光提取率也只能达到70%左右。因此,理论上蓝光型白光LED的最高发光效率不会超过340 Lm/W。前几年CREE就达到了303Lm/W,如果测试结果准确的话,是值得庆祝的。
2.红绿蓝三基色组合RGB LED 类型包括RGBW- LED类型, ETC。
R-LED(红色)+G-LED(绿色)+B-LED(蓝色)三种发光二极管组合在一起,发出的红、绿、蓝三基色光直接在空间混合,就形成了白光。要以此方式产生高效率的白光,首先各种颜色的LED,特别是绿色LED,必须是高效的光源。从绿光约占“等能量白光”的69%就可以看出这一点。目前,蓝光和红光LED的发光效率已经很高,内量子效率分别超过90%和95%,但绿色LED的内量子效率却远远落后。这种GaN基LED绿光效率低的现象被称为“绿光缺口”。其主要原因是绿色LED还没有找到自己的外延材料,现有的磷砷氮化物系列材料在黄绿色光谱范围内效率很低。然而,采用红色或蓝色外延材料制作绿光LED,会在较低的电流密度条件下,由于没有荧光粉的转换损失,绿光LED的发光效率要高于蓝色+荧光粉的绿光。据报道,在1mA电流条件下,其发光效率达到291Lm/W。然而,由于Droop效应导致的绿光发光效率在较大电流下会大幅下降,当电流密度增加时,发光效率下降很快,在350mA电流下,发光效率为108Lm/W。在1A条件下,发光效率降低到66Lm/W。
对于III族磷化物来说,发射绿光已成为材料体系的根本障碍。改变AlInGaP的成分,使其发射绿光而不是红光、橙光或黄光,由于材料体系的能隙相对较低,导致载流子限制不足,从而阻碍了有效的辐射复合。
相比之下,III族氮化物实现高效率的难度更大,但困难并非不可克服。利用该体系,将光波段延伸至绿光波段,会导致效率下降的两个因素是:外量子效率和电效率的下降。外量子效率的下降来自于虽然绿光带隙较低,但是绿光LED利用的是GaN的高正向电压,导致功率转换率下降。外量子效率的下降来自于虽然绿光LED的带隙较低,但是利用GaN的高正向电压,导致功率转换率下降。外量子效率的下降来自于虽然绿光LED的带隙较低,但是利用GaN的高正向电压,导致功率转换率下降。外量子效率的下降来自于虽然绿光LED的带隙较低,但是利用GaN的高正向电压,导致功率转换率下降。外量子效率的下降来自于虽然绿光LED的带隙较低,但是利用GaN的高正向电压,导致功率转换率下降。外量子效率的下降来自于虽然绿光LED的带隙较低,但是利用GaN的高正向电压,导致功率转换率下降。外量子效率的下降来自于虽然绿光LED的带隙较低,但是利用GaN的高正向电压,导致功率转换率下降。外量子效率的下降来自于虽然绿光LED的带隙较低,但是利用GaN的高正向电压,导致功率转换率下降。
因此,提升绿色LED光效的途径:一方面,研究如何在现有外延材料条件下,降低Droop效应,从而提高光效;另一方面,利用蓝光LED与绿色荧光粉的光致发光转换,发出绿光。此方法可以获得高效率的绿光,理论上可以达到比现在的白光更高的光效。绿光是非自发的绿光,其光谱展宽导致的色纯度下降,对于显示来说不利,但对于普通照明来说则没有问题。通过此方法获得的绿光光效有大于340 Lm/W的可能,但与白光结合后仍然不会超过340 Lm/W。第三,继续研究,找到自己的外延材料。只有这样,才有一线希望。通过获得高于340Lm/w的绿光,红、绿、蓝三基色LED组合而成的白光可以高于蓝光芯片型白光LED的发光效率极限340Lm/w。
3. 紫外线LED芯片+三基色荧光粉发光。
上述两类白光LED的主要固有缺陷是光度和色度空间分布不均匀。紫外光无法被人眼感知,因此紫外光出芯片后,会被封装层中的三基色荧光粉吸收,通过荧光粉的光致发光转化为白光,发射到空间中。这是它的最大优点,就像传统的荧光灯一样,不存在空间颜色不均匀现象。然而,紫外芯片白光LED的理论光效不可能高于蓝光芯片白光的理论值,更不可能超过RGB白光的理论值。但只有通过开发适用于紫外激发的高效三基色荧光粉,才能在现阶段获得接近甚至高于上述两种白光LED效率的紫外白光LED,越接近蓝紫外LED的可能性就越大,而中波、短波紫外类型的白光LED则不可能。
发布时间:2024年3月19日