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, und die maximale Lichtausbeute des Chips kann 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 GrundfarbenkombinationenRGB-LED-TypenenthaltenRGBW-LED Typen, usw.

R-LED (rot) + G-LED (grün) + B-LED (blau) – drei Leuchtdioden werden kombiniert, und die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau werden räumlich 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 zeigt sich daran, dass grünes Licht etwa 69 % des „isoenergetischen weißen Lichts“ ausmacht. Die Lichtausbeute blauer und roter LEDs ist derzeit sehr hoch, mit internen Quanteneffizienzen von über 90 % bzw. 95 %, während die interne Quanteneffizienz grüner LEDs weit zurückliegt. Dieses Phänomen der geringen Grünlichtausbeute von GaN-basierten LEDs wird als „Grünlichtlücke“ bezeichnet. Der Hauptgrund dafür ist, dass für grüne LEDs noch keine eigenen epitaktischen Materialien gefunden wurden. Die vorhandenen Materialien der Phosphor-Arsen-Nitrid-Reihe weisen im gelbgrünen Spektralbereich eine sehr geringe Effizienz auf. Die Verwendung roter oder blauer epitaktischer Materialien zur Herstellung grüner LEDs führt jedoch dazu, dass bei niedriger Stromdichte die Lichtausbeute grüner LEDs höher ist als die von blauer und phosphorhaltiger grüner LED. Bei einem Strom von 1 mA erreicht die Lichtausbeute 291 lm/W. Bei höheren Strömen sinkt die Lichtausbeute aufgrund des Droop-Effekts jedoch deutlich. Mit zunehmender Stromdichte sinkt die Lichtausbeute rapide. Bei 350 mA beträgt die Lichtausbeute 108 lm/W. Bei 1 A sinkt sie auf 66 lm/W.

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

Im Gegensatz dazu ist es für III-Nitride schwieriger, eine hohe Effizienz zu erreichen, aber die Schwierigkeiten sind nicht unüberwindbar. Bei Verwendung dieses Systems, das das Licht auf das grüne Lichtband ausdehnt, sind zwei Faktoren, die zu einer Verringerung der Effizienz führen, die Verringerung der externen Quanteneffizienz und der elektrischen Effizienz. Die Verringerung der externen Quanteneffizienz ist darauf zurückzuführen, dass grüne LEDs zwar die grüne Bandlücke geringer haben, aber die hohe Durchlassspannung von GaN verwenden, 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 jedoch bei grünen LEDs größer, was zu einer niedrigeren konventionellen Betriebsstromeffizienz führt. Es gibt jedoch viele Spekulationen über die Ursachen des Droop-Effekts, und nicht nur über Auger-Rekombination – dazu gehören Versetzungen, Trägerüberläufe oder Elektronenlecks. Letztere werden durch ein internes elektrisches Hochspannungsfeld verstärkt.

Die Lichtausbeute grüner LEDs lässt sich daher folgendermaßen verbessern: Zum einen muss untersucht werden, wie sich der Droop-Effekt unter den Bedingungen vorhandener epitaktischer Materialien verringern lässt, um die Lichtausbeute zu verbessern; zum anderen 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, dessen durch die spektrale Verbreiterung verursachte Abnahme der Farbreinheit für Displays ungünstig ist, für normale Menschen jedoch ungeeignet ist. 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 durch die drei Primärfarben-LEDs Rot, Grün und Blau kombinierte weiße Licht 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 weißen LED-Typen ist die ungleichmäßige räumliche Verteilung von Leuchtkraft 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 emittiert. Dies ist ihr größter Vorteil: Genau wie herkömmliche Leuchtstofflampen weisen sie keine räumliche Farbungleichmäßigkeit auf. Die theoretische Lichtausbeute von ultravioletten weißen LED-Chips kann jedoch nicht höher sein als die von blauen weißen Chips, geschweige denn von RGB-weißem Licht. Nur durch die Entwicklung hocheffizienter drei Primärfarbleuchtstoffe, die für die UV-Anregung geeignet sind, können ultraviolette weiße LEDs erhalten werden, die den beiden oben genannten weißen LEDs nahe kommen oder sie sogar übertreffen. Je näher die LEDs an blauen UV-Lampen liegen, desto wahrscheinlicher ist dies. Je größer die LEDs sind, desto weniger sind mittel- und kurzwellige UV-weiße LEDs möglich.