1. 蓝光LED芯片+黄绿荧光粉型,包括多色荧光粉衍生型
黄绿色荧光层吸收一部分蓝光LED芯片发出的光致发光是其发光原理,一部分蓝光透过荧光粉层,与荧光粉在空间各处发出的黄绿色光混合,最终形成红、绿、蓝三色光。如此一来,荧光粉光致发光转换效率(外量子效率之一)的理论最高值不会超过75%,而芯片的最高光提取率也只能达到70%左右,因此理论上,蓝白光LED的最高发光效率不会超过340 lm/W,而科锐(CREE)近几年达到的303 lm/W的效率也只能算不错。如果测试结果准确,那确实值得庆祝。
2. 红色、绿色和蓝色的组合RGB LED类型包括 RGBW-LED 型等。
将红、绿、蓝三种原色发光二极管(R-LED、G-LED 和 B-LED)组合在一起,直接在空间中混合,即可形成白光。为了以这种方式产生高效白光,首先,各种颜色的 LED,尤其是绿色 LED,必须是高效光源,这可以从“等能白光”中看出,其中绿光约占 69%。目前,蓝色和红色 LED 的发光效率已经非常高,其内部量子效率分别超过 90% 和 95%,但绿色 LED 的内部量子效率却远远落后。这种基于 GaN 的 LED 绿光效率低的现象被称为“绿光鸿沟”。主要原因是绿色 LED 尚未找到合适的外延材料。现有的磷砷氮化物系列材料在黄绿光谱范围内效率较低,因此通常使用红色或蓝色外延材料来制造绿色 LED。在较低电流密度下,由于不存在荧光粉转换损耗,绿色LED的发光效率高于蓝光+荧光粉型绿色LED。据报道,在1mA电流下,其发光效率可达291Lm/W。然而,在大电流下,由于下垂效应,绿色LED的发光效率显著下降。随着电流密度的增加,发光效率迅速下降。在350mA电流下,发光效率为108Lm/W。在1A电流下,发光效率下降至66Lm/W。
对于III族磷化物而言,发射绿光已成为该材料体系面临的一个根本性难题。改变AlInGaP的成分使其发射绿光而非红光、橙光或黄光——会导致载流子限制不足——这是由于该材料体系的能隙相对较小,从而阻碍了有效的辐射复合。
因此,提高绿色LED光效的途径有三:一是研究如何在现有外延材料条件下降低光效下降效应,从而提高光效;二是利用蓝色LED和绿色荧光粉的光致发光转换来发射绿光。这种方法可以获得高光效的绿光,理论上其光效可以高于目前的白光。它属于非自发产生的绿光,不存在照明问题。这种方法获得的绿光光效可能超过340 lm/W,但与白光混合后仍无法超过340 lm/W;三是继续研究并寻找合适的外延材料。只有这样,才有希望在获得远高于340 lm/W的绿光后,由红、绿、蓝三原色LED混合而成的白光能够超过蓝芯片白光LED 340 lm/W的光效极限。
3. 紫外线LED芯片+三种原色荧光粉发光
上述两种白光LED的主要固有缺陷是亮度和色度的空间分布不均匀。紫外光是人眼不可见的。因此,紫外光离开芯片后,会被封装层的三原色荧光粉吸收,通过荧光粉的光致发光转化为白光,然后发射到空间中。这是它的最大优势,就像传统的荧光灯一样,不存在空间色差。然而,紫外芯片型白光LED的理论发光效率无法超过蓝芯片型白光LED的理论值,更不用说RGB型白光LED的理论值了。不过,只有通过开发适用于紫外光激发的高效三原色荧光粉,才能在现阶段获得性能接近甚至超过上述两种白光LED的紫外白光LED。越接近蓝芯片型白光LED的可能性越大,而中波和短波紫外型白光LED则几乎不可能实现。
发布时间:2021年8月24日