1. Blau-LED-Chip + gelbgrüner Leuchtstofftyp einschließlich mehrfarbiger Leuchtstoffderivate

 Die gelbgrüne Phosphorschicht absorbiert einen Teil des Lichts.blaues LichtDer LED-Chip erzeugt Photolumineszenz. Ein Teil des blauen Lichts des LED-Chips tritt aus der Phosphorschicht aus und vermischt sich mit dem gelbgrünen Licht, das der Phosphor an verschiedenen Stellen im Raum emittiert. So entsteht durch die Mischung von rotem, grünem und blauem Licht weißes Licht. Der theoretische Höchstwert der Photolumineszenz-Umwandlungseffizienz des Phosphors, eine der externen Quanteneffizienzen, liegt dabei bei maximal 75 %. Die maximale Lichtausbeute des Chips beträgt etwa 70 %. Daher kann die maximale Lichtausbeute von blau-weißem Licht-LEDs theoretisch 340 lm/W nicht überschreiten. CREE erreichte in den letzten Jahren 303 lm/W. Sollten die Testergebnisse zutreffen, wäre dies ein bemerkenswerter Erfolg.

2. Die Kombination aus Rot, Grün und BlauRGB-LEDZu den Typen gehören unter anderem RGBW-LED-Typen.

 Die drei Leuchtdioden R-LED (rot) + G-LED (grün) + B-LED (blau) werden kombiniert, und die drei Primärfarben Rot, Grün und Blau werden direkt im Raum gemischt, um weißes Licht zu erzeugen. Um auf diese Weise hocheffizientes weißes Licht zu erzeugen, müssen zunächst die LEDs verschiedener Farben, insbesondere die grünen LEDs, hocheffiziente Lichtquellen sein. Dies zeigt sich am Beispiel des „weißen Lichts mit gleicher Energie“, bei dem der Grünanteil etwa 69 % beträgt. Derzeit ist die Lichtausbeute blauer und roter LEDs mit internen Quanteneffizienzen von über 90 % bzw. 95 % sehr hoch, die interne Quanteneffizienz grüner LEDs liegt jedoch deutlich darunter. Dieses Phänomen der geringen Effizienz grüner Lichts bei GaN-basierten LEDs wird als „Grünlichtlücke“ bezeichnet. Der Hauptgrund dafür ist, dass für grüne LEDs noch keine geeigneten Epitaxiematerialien gefunden wurden. Die existierenden Phosphorarsennitrid-Materialien weisen im gelbgrünen Spektralbereich eine geringe Effizienz auf. Rote oder blaue Epitaxiematerialien werden zur Herstellung grüner LEDs verwendet. Bei niedriger Stromdichte weisen grüne LEDs aufgrund des Fehlens von Phosphor-Konversionsverlusten eine höhere Lichtausbeute auf als grüne LEDs mit blauer und zusätzlicher Phosphor-Beschichtung. Berichten zufolge erreicht ihre Lichtausbeute bei einem Strom von 1 mA 291 lm/W. Der durch den Droop-Effekt verursachte Abfall der Lichtausbeute bei höheren Strömen ist jedoch signifikant. Mit steigender Stromdichte sinkt die Lichtausbeute rapide. Bei einem Strom von 350 mA beträgt die Lichtausbeute nur noch 108 lm/W. Bei 1 A sinkt sie auf 66 lm/W.

Bei III-Phosphinen stellt die Emission von Licht im grünen Spektralbereich ein grundlegendes Problem für das Materialsystem dar. Die Änderung der Zusammensetzung von AlInGaP, um grünes Licht anstelle von rotem, orangem oder gelbem Licht zu emittieren – was zu einer unzureichenden Ladungsträgerbegrenzung führt –, ist auf die relativ geringe Bandlücke des Materialsystems zurückzuführen, die eine effektive Strahlungsrekombination verhindert.

Um die Lichtausbeute grüner LEDs zu verbessern, gibt es zwei Möglichkeiten: Erstens sollte untersucht werden, wie der Droop-Effekt bei Verwendung bestehender Epitaxiematerialien reduziert werden kann, um die Lichtausbeute zu steigern. Zweitens kann die Photolumineszenz-Konversion blauer LEDs und grüner Leuchtstoffe genutzt werden, um grünes Licht zu emittieren. Mit dieser Methode lässt sich grünes Licht mit hoher Lichtausbeute erzielen, das theoretisch eine höhere Lichtausbeute als das derzeitige weiße Licht erreichen kann. Es handelt sich dabei um nicht-spontanes grünes Licht, das keine Beleuchtungsprobleme verursacht. Die so erzeugte Lichtausbeute des grünen Lichts kann über 340 lm/W liegen, erreicht aber nach der Kombination mit weißem Licht nicht mehr als 340 lm/W. Drittens sollte die Forschung fortgesetzt werden, um eigene Epitaxiematerialien zu finden. Nur so besteht die Hoffnung, dass nach der Erzeugung von grünem Licht mit einer deutlich höheren Lichtausbeute als 340 lm/W die Lichtausbeute von 340 lm/W, die durch die Kombination der drei Primärfarben rote, grüne und blaue LEDs entsteht, die Lichtausbeute von blauen LED-Chips übertreffen kann.

3. Ultraviolette LEDChip + drei Primärfarbphosphore emittieren Licht 

Der Hauptnachteil der beiden oben genannten Arten von weißen LEDs ist die ungleichmäßige räumliche Verteilung von Helligkeit und Farbwiedergabe. Ultraviolettes Licht ist für das menschliche Auge unsichtbar. Daher wird es nach dem Austritt aus dem Chip von den drei Primärfarben-Phosphoren der Verkapselungsschicht absorbiert, durch Photolumineszenz der Phosphore in weißes Licht umgewandelt und anschließend in den Raum abgegeben. Dies ist ihr größter Vorteil: Wie bei herkömmlichen Leuchtstofflampen gibt es keine räumliche Farbungleichmäßigkeit. Die theoretische Lichtausbeute von UV-Chip-LEDs kann jedoch nicht höher sein als die von blauen Chip-LEDs, geschweige denn die von RGB-LEDs. Nur durch die Entwicklung hocheffizienter Drei-Primärfarben-Phosphore, die für die Anregung mit ultraviolettem Licht geeignet sind, können derzeit UV-LEDs mit einer Lichtausbeute erzielt werden, die den beiden oben genannten LED-Typen nahekommt oder diese sogar übertrifft. Je näher die Lichtausbeute an die von blauen UV-LEDs heranreicht, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Lichtausbeute von LEDs mit mittlerer und kurzer UV-Frequenz steigt.