Weiße LED-Typen: Die wichtigsten technischen Wege der weißen LED für die Beleuchtung sind: 1 Blaue LED + Phosphortyp; 2RGB-LED-Typ; ③ Ultraviolett-LED + Phosphortyp.

1. Blaues Licht – LED-Chip + gelb-grüner Phosphortyp, einschließlich mehrfarbiger Phosphorderivate und anderer Typen.

Die gelbgrüne Leuchtstoffschicht absorbiert einen Teil des blauen Lichts des LED-Chips und erzeugt Photolumineszenz. Der andere Teil des blauen Lichts des LED-Chips wird durch die Leuchtstoffschicht transmittiert und vermischt sich mit dem gelbgrünen Licht, das der Leuchtstoff an verschiedenen Stellen im Raum emittiert. Das rote, grüne und blaue Licht wird zu weißem Licht gemischt. Bei dieser Methode übersteigt der höchste theoretische Wert der Photolumineszenz-Umwandlungseffizienz des Leuchtstoffs (eine der externen Quanteneffizienzen) 75 % nicht. Die maximale Lichtausbeute des Chips kann daher nur etwa 70 % erreichen. Daher übersteigt die maximale Lichtausbeute blauweißer LEDs theoretisch nicht 340 lm/W. CREE erreichte in den letzten Jahren 303 lm/W. Sollten die Testergebnisse stimmen, wäre das ein Grund zum Feiern.

2. Rot, Grün und Blau – drei PrimärfarbkombinationenRGB-LED-TypenenthaltenRGBW-LED-Typen, usw.

R-LED (rot) + G-LED (grün) + B-LED (blau) – drei Leuchtdioden werden miteinander kombiniert, und die drei emittierten Grundfarben Rot, Grün und Blau werden räumlich direkt gemischt, um weißes Licht zu erzeugen. Um auf diese Weise hocheffizientes weißes Licht zu erzeugen, müssen die LEDs verschiedener Farben, insbesondere grüne LEDs, zunächst einmal effiziente Lichtquellen sein. Dies lässt sich daran erkennen, dass grünes Licht etwa 69 % des „isoenergetischen weißen Lichts“ ausmacht. Die Lichtausbeute von blauen und roten LEDs ist derzeit sehr hoch, mit internen Quantenausbeuten von über 90 % bzw. 95 %, die interne Quantenausbeute von grünen LEDs hinkt jedoch weit hinterher. Dieses Phänomen der geringen grünen Lichtausbeute von GaN-basierten LEDs wird als „Grünlichtlücke“ bezeichnet. Der Hauptgrund dafür ist, dass für grüne LEDs noch keine eigenen Epitaxiematerialien gefunden wurden. Die vorhandenen Materialien der Phosphor-Arsen-Nitrid-Reihe weisen im gelbgrünen Spektralbereich eine sehr geringe Effizienz auf. Die Verwendung roter oder blauer Epitaxiematerialien zur Herstellung grüner LEDs führt jedoch dazu, dass bei niedriger Stromdichte die Lichtausbeute der grünen LED höher ist als die der blauen und phosphorhaltigen grünen LED. Bei einem Strom von 1 mA erreicht die Lichtausbeute Berichten zufolge 291 lm/W. Bei höheren Strömen sinkt die Lichtausbeute des grünen Lichts jedoch aufgrund des Droop-Effekts deutlich. Mit zunehmender Stromdichte sinkt auch die Lichtausbeute rapide. Bei 350 mA Strom beträgt die Lichtausbeute 108 lm/W. Unter 1-A-Bedingungen sinkt die Lichtausbeute auf 66 lm/W.

Für Phosphide der Gruppe III ist die Emission von Licht im grünen Bereich zu einem grundlegenden Hindernis für Materialsysteme geworden. Eine Änderung der Zusammensetzung von AlInGaP, sodass es grün statt rot, orange oder gelb emittiert, führt aufgrund der relativ geringen Energielücke des Materialsystems zu einer unzureichenden Ladungsträgereingrenzung, was eine effiziente Strahlungsrekombination verhindert.

Im Gegensatz dazu ist es für III-Nitride schwieriger, einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, aber die Schwierigkeiten sind nicht unüberwindbar. Bei Verwendung dieses Systems, das das Licht auf das grüne Lichtband erweitert, führen zwei Faktoren zu einer Verringerung des Wirkungsgrads: die Verringerung der externen Quanteneffizienz und der elektrischen Effizienz. Die Verringerung der externen Quanteneffizienz rührt daher, dass grüne LEDs zwar die grüne Bandlücke geringer haben, aber die hohe Durchlassspannung von GaN nutzen, wodurch die Leistungsumwandlungsrate sinkt. Der zweite Nachteil besteht darin, dass die grüne LED mit zunehmender Injektionsstromdichte abnimmt und durch den Droop-Effekt gefangen wird. Der Droop-Effekt tritt auch bei blauen LEDs auf, seine Auswirkungen sind bei grünen LEDs jedoch größer, was zu einer geringeren konventionellen Betriebsstromeffizienz führt. Es gibt jedoch viele Spekulationen über die Ursachen des Droop-Effekts, nicht nur über Auger-Rekombination – dazu gehören Versetzung, Trägerüberlauf oder Elektronenleckage. Letztere wird durch ein internes elektrisches Hochspannungsfeld verstärkt.

Daher gibt es folgende Möglichkeiten, die Lichtausbeute grüner LEDs zu verbessern: Einerseits muss untersucht werden, wie der Droop-Effekt unter den Bedingungen vorhandener epitaktischer Materialien reduziert werden kann, um die Lichtausbeute zu verbessern; andererseits kann die Photolumineszenzkonversion von blauen LEDs und grünem Leuchtstoff genutzt werden, um grünes Licht zu emittieren. Mit dieser Methode lässt sich hocheffizientes grünes Licht erzeugen, das theoretisch eine höhere Lichtausbeute als herkömmliches weißes Licht erreichen kann. Es handelt sich um nicht-spontanes grünes Licht, und die durch die spektrale Verbreiterung verursachte Abnahme der Farbreinheit ist für Displays ungünstig, für normale Menschen jedoch ungeeignet. Für die Beleuchtung stellt es kein Problem dar. Die mit dieser Methode erzielte grüne Lichtausbeute kann über 340 lm/W liegen, wird aber nach Kombination mit weißem Licht 340 lm/W nicht überschreiten. Drittens: Forschen Sie weiter und finden Sie Ihre eigenen epitaktischen Materialien. Nur so besteht ein Hoffnungsschimmer. Durch die Erzeugung von grünem Licht mit mehr als 340 Lm/W kann das weiße Licht, das aus den drei Primärfarben-LEDs Rot, Grün und Blau kombiniert wird, die Lichtausbeutegrenze von 340 Lm/W von blauen Chip-Weißlicht-LEDs überschreiten. W.

3. Ultraviolette LEDChip + drei Primärfarben-Leuchtstoffe emittieren Licht.

Der Hauptnachteil der beiden oben genannten Arten von weißen LEDs ist die ungleichmäßige räumliche Verteilung von Helligkeit und Farbart. Ultraviolettes Licht kann vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden. Daher wird das ultraviolette Licht nach dem Austritt aus dem Chip von den drei Primärfarbleuchtstoffen in der Gehäuseschicht absorbiert und durch deren Photolumineszenz in weißes Licht umgewandelt und anschließend in den Raum emittiert. Dies ist ihr größter Vorteil: Genau wie bei herkömmlichen Leuchtstofflampen treten keine räumlichen Farbungleichmäßigkeiten auf. Die theoretische Lichtausbeute von UV-Weißlicht-LEDs kann jedoch nicht höher sein als die von blauem Weißlicht, geschweige denn die von RGB-Weißlicht. Nur durch die Entwicklung hocheffizienter, für die UV-Anregung geeigneter Drei-Primärfarbleuchtstoffe können wir UV-Weißlicht-LEDs erhalten, die den beiden oben genannten Weißlicht-LEDs in ihrer Effizienz nahe kommen oder diese sogar übertreffen. Je näher die LEDs an blauem Ultraviolettlicht sind, desto wahrscheinlicher ist dies. Je größer die LEDs sind, desto weniger sind mittel- und kurzwellige UV-Weißlicht-LEDs möglich.