照明用白光LED主要技术路线分析

白光 LED 类型:照明用白光LED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。

LED芯片

1、蓝光——LED芯片+黄绿荧光粉类型,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。来自LED芯片的另一部分蓝光透过荧光粉层,在空间的各个点与荧光粉发出的黄绿色光融合。红、绿、蓝光混合形成白光;该方法中,外量子效率之一的荧光粉光致发光转换效率最高理论值不会超过75%;而芯片的最大光提取率只能达到70%左右。因此,理论上,蓝型白光LED的最大发光效率不会超过340 Lm/W。前几年CREE达到了303Lm/W。如果检测结果准确,那是值得庆祝的。

 

2、红、绿、蓝三基色组合RGB LED 类型包括RGBW- LED 类型, ETC。

R-LED(红)+G-LED(绿)+B-LED(蓝)三个发光二极管组合在一起,发出的红、绿、蓝三基色光在空间直接混合形成白光光。为了以这种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。这从绿光约占“等能白光”的69%就可以看出。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%,但绿光LED的内量子效率却远远落后。GaN基LED的这种绿光效率低的现象被称为“绿光间隙”。主要原因是绿色LED尚未找到适合自己的外延材料。现有的磷氮化砷系列材料在黄绿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,会在较低电流密度条件下,由于没有荧光粉转换损耗,绿光LED比蓝光+荧光粉绿光具有更高的发光效率。据悉,其在1mA电流条件下的发光效率达到291Lm/W。然而,Droop效应导致的绿光发光效率在较大电流下显着下降。当电流密度增大时,发光效率迅速下降。350mA电流下,发光效率为108Lm/W。在1A条件下,发光效率下降。至 66 流明/瓦。

对于III族磷化物来说,发射绿光波段的光已成为材料系统的根本障碍。改变 AlInGaP 的成分,使其发出绿光而不是红光、橙光或黄光,会导致载流子限制不足,因为材料系统的能隙相对较低,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。使用该系统,将光扩展到绿光波段,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,但绿光LED利用GaN的高正向电压,导致功率转换率下降。第二个缺点是绿色LED随着注入电流密度的增加而减少并受到下降效应的限制。蓝光 LED 中也会出现下垂效应,但其影响在绿光 LED 中更大,导致常规工作电流效率较低。然而,关于下降效应的原因有很多猜测,不仅仅是俄歇复合,还包括位错、载流子溢出或电子泄漏。后者通过高压内部电场得到增强。

因此,提高绿光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,以提高光效;另一方面,利用蓝色LED和绿色荧光粉的光致发光转换来发出绿光。这种方法可以获得高效率的绿光,理论上可以实现比目前白光更高的光效率。它是非自发绿光,其光谱展宽导致色纯度下降,不利于显示,但不适合普通人。照明没有问题。该方法获得的绿光光效有大于340Lm/W的可能性,但与白光结合后仍不会超过340Lm/W。第三,继续研究寻找自己的外延材料。只有这样,才有一线希望。通过获得高于340 Lm/w的绿光,红、绿、蓝三基色LED组合而成的白光可高于蓝片式白光LED 340 Lm/w的发光效率极限。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的空间分布不均匀。人眼无法感知紫外线。因此,紫外光离开芯片后,被封装层中的三基色荧光粉吸收,并通过荧光粉的光致发光转化为白光,然后发射到太空中。这是它最大的优点,就像传统荧光灯一样,不存在空间颜色不均匀的情况。但紫外芯片白光LED的理论光效率不可能高于蓝光芯片白光的理论值,更不可能高于RGB白光的理论值。但现阶段只有开发出适合紫外激发的高效三基色荧光粉,才能获得接近甚至比上述两种白光LED更高效的紫外白光LED。越接近蓝色紫外LED,其可能性就越大。越大,中波和短波UV型白光LED就不可能了。


发布时间:2024年3月19日